交联透明质酸凝胶薄膜的制备及性能研究

张文强,黄岳山华南理工大学生物科学与工程学院,广州510006摘要用三偏磷酸钠STMP对透明质酸HA进行交联,制备出HA2STMP凝胶薄膜,研究了不同交联程度HA2STMP薄膜的吸水保水性能和体外降解性能。研究结果表明,实验中控制STMP与HA的结构单元比在1/5以上都可以得到成膜性能良好的交联薄膜HA2STMP交联薄膜可以吸附自身质量710倍的水分,且随着交联程度的提高,薄膜的吸水能力下降,保水性能提高交联改性能改善HA的耐降解性能,使高聚物在体内的存留时间延长,且耐降解性能随交联程度的增加而提高。关键词交联透明质酸薄膜吸水保水降解STUDYONPREPARATIONOFCROSS2LINKEDHYALURONANHYDROGELFILMSANDTHEIRPROPERTIESZHANGWENQIANG,HUANGYUESHANCOLLEGEOFBIOLOGICALSCIENCEANDENGINEERING,SOUTHCHINAUNIVERSITYOFTECHNOLOGY,GUANGZHOU510006HYALURONANHAISCROSS2LINKEDWITHTRISODIUMTRIMETAPHOSPHATESTMPASWELLASDIFFERENTCROSS2ABSTRACTLINKEDDENSITYHA2STMPHYDROGELFILMSAREPREPAREDANDTHEIRWATERUPTAKEANDRETENTIONABILITYANDDEGRADATIONPROPERTYIN2VITROARESTUDIEDRESULTSINDICATETHATHA2STMPHYDROGELFILMSHAVEGOODSHAPEWITHMORERATIOOFSTRUCTURALCELLOFHYALURONANANDTRISODIUMTRIMETAPHOSPHATETHAN1/5HA2STMPHYDROGELFILMSCANADSORB710TIMESWEIGHTWATERTHANTHEMSELVES,ANDIFTHEIRCROSS2LINKEDDENSITYISRAISED,THEIRWATERUPTAKEANDRETENTIONABILITYISINCREASEDCROSS2LINKCANIMPROVEDEGRADATION2RESISTABILITYOFHA,PROLONGTIMEOFPOLYMERINVIVO,ANDIFTHEIRCROSS2LINKEDDENSITYISRAISED,THEIRDEGRADATION2RESISTABILITYISINCREASEDCROSS2LINKEDHYALURONAN,FILM,WATERUPTAKEANDRETENTION,DEGRADATIONKEYWORDS和体外降解性能24。引言透明质酸HYALURONAN,HA又名玻璃酸,是一种独特的线性大分子酸性粘多糖,由葡萄糖醛酸和N2乙酰氨基葡萄糖的双糖单位反复交替连接而成,广泛分布于动物和人体结缔组织细胞外基质中,在眼玻璃体、脐带、皮肤、软骨和滑液中含量较高。HA为白色、无定形粉末,有吸湿性,不溶于有机溶剂,易溶于水,具有良好的保湿性、润滑性、粘弹性、非免疫原性和生物相容性,是一种用途广泛的高分子材料,在临床上被广泛应用于关节疾病、眼科手术、预防术后粘连、治疗烫伤以及作为药物载体和助剂等1,2。HA具有诸多优点,但其稳定性稍差,对强酸、强碱、热、自由基及透明质酸酶HASE敏感,容易发生降解,使其应用受到限制。常将HA进行适当交联,使其分子链增长,平均分子量增大,在体内降解时间也明显延长。同时,交联的HA凝胶水溶性相对减弱,粘弹性和力学强度增强,为材料加工带来便利。本实验采用三偏磷酸钠STMP对透明质酸HA进行交联,制备HA2STMP凝胶薄膜,并研究了其吸水保水性能0实验111材料透明质酸HA,生化试剂,山东东辰生物工程股份有限公司三偏磷酸钠STMP,生化试剂,ALFAAESARHA酶HASE,生化试剂,ALFAAESAR氯化钠,分析纯,天津市福晨化学试剂厂氢氧化钠,分析纯,天津市大茂化学试剂厂无水乙醇,分析纯,安徽安特生物化学有限公司。12方法121透明质酸的提纯以02MOL/L的NACL溶液为溶剂,加入HA配成1MG/ML的HA溶液。待HA完全溶解后,滴加其3倍体积的无水乙醇,同时不断搅拌,使HA沉淀,静置,弃去上清液,继续滴加无水乙醇,如此反复3次。最后收集沉淀,真空干燥。HA2STMP薄膜的制备122以02MOL/L的NACL溶液为溶剂,加入提纯后的HA,再按一定质量比HA/STMP加入STMP,置于三颈瓶中搅拌均匀。调节体系PH为10,于50快速搅拌12H,将所得3广东省科技计划项目2007B030502014张文强男,1985年生,硕士生,主要从事生物材料研究TEL020239380608E2MAILYYWENZI23163COM材料导报研究篇2010年1月下第24卷第1期92混合液用NACL溶液进行渗析,接着用二次蒸馏水渗析,提纯后将溶液倾入聚四氟乙烯培养皿中,室温成膜,再根据需要真空干燥。123吸水保水性能测试通过质量的变化评价薄膜的吸水能力。先配置PH值为表1不同STMP/HA比率下的薄膜形态TABLE1VARIATIONOFFILMSHAPEFORDIFFERENTRATESSTMP/HA结构单元薄膜形态HA2STMP成膜形态较差,起膜时造成破裂成膜形态较差,起膜时造成破裂成膜形态一般,起膜时造成破裂成膜形态较好,起膜时膜软易变形成膜形态较好,起膜时较容易成膜形态较好,起膜时较容易HA2STMP11/5074的PBS缓冲溶液0019MOL/LKH2PO40081MOL/LNA2HPO4。称取一定质量W0完全干燥的薄膜,大小为1CM2CM,将此薄膜浸入盛有20MLPBS的称量瓶中,于37恒温。每隔一段时间,从溶液中取出薄膜,用2片滤纸小心吸去表面的介质后,称重WT。薄膜的吸水能力计算公式为吸水能力G/GWTW0/W0同上制备1CM2CM干燥薄膜,称重W0,于37浸入PBS中24H,称重WC。此后将其从PBS中移出,放置在2层滤纸中吸去过多的水分,每隔一段时间,称量薄膜质量WT。薄膜的保水率计算公式为保水率WTW0/WCW0100124特性粘数的测定采用UBBELOHDE粘度计毛细管直径05MM测定HA及HA2STMP溶液的特性粘数ML/G。25时,各溶液于室温下磁力搅拌2H,并分别测定空白溶液和样品液的HA2STMP21/20HA2STMP31/10HA2STMP41/5HA2STMP51/3HA2STMP61/2流出时间T0及TI。根据以下公式计算样品液的特性粘数相对粘度RITI/T0增比粘度SPIRI1特性粘数5。2SPILNRI05/CI125体外降解配置PH值为74的PBS缓冲溶液,再以该缓冲液为溶剂配制HA酶HASE浓度为25U/ML的酶溶液。取缓冲溶液和酶溶液各50ML,加入一定质量干燥的HA和HA2STMP交联产物,磁力搅拌2H,充分溶解,再置于37恒温箱、100R/MIN的摇床中进行降解。于预定时间取2ML降解液,测量降解液的特性粘数。图1FIG1HA和HA2STMP的红外谱图FT2IROFHAANDHA2STMP结果与讨论HA2STMP交联薄膜的制备交联剂STMP的用量对交联薄膜的成膜性能具有很大221HA2STMP交联薄膜的吸水保水性能分别对HA2STMP4、HA2STMP5和HA2STMP6薄膜在PBS溶液中的吸水性能进行测试,得到吸水量G/G随时间变化的曲线,如图2所示。图2表明HA交联薄膜仍具有一定的吸水能力。HA2STMP4膜3D后能吸附自身质量10倍的水分,后一阶段此膜的吸水量下降,可能是由于交联程度低,膜溶解或降解的速率大于吸收水的速率,从而造成总量减少。HA2STMP5和HA2STMP6薄膜的吸水分别在35D和45D后基本达到平衡,其质量为干燥薄膜质量的9倍和7倍。从整体上看,随着交联程度的提高,薄膜的吸水能力下降,溶解性降低,这与HA同其它材料交联后吸水能力下降的性质相似。23影响,如果STMP含量过少,将不能得到形态完好的交联薄膜。实验中控制STMP与HA的结构单元比在1/5以上都可以得到成膜性能良好的交联薄膜,具体实验结果如表1所示。HA2STMP交联薄膜的结构分析图1为HA和HA2STMP的红外谱图。由图1可知,HA2STMP在1120CM1处有新的强吸收峰生成,是PO键的伸缩振动吸收峰,证明发生了交联反应760CM1处的吸收峰是STMP分子的O2P2O参与交联反应后产物中残留的STMP的分解产物中P2O2P的吸收峰6。22交联透明质酸凝胶薄膜的制备及性能研究/张文强等93交联程度越大,薄膜的吸水能力越低。原因可能是1HA分子中存在大量的2COOH及2OH基团,使其具有较高的亲水性能,经STMP化学修饰后HA分子中2COOH占的比例减少,降低了产物的亲水能力2在相同条件下,增加交联剂用量,分子链之间的交联度增加,从而使溶胀比减小,吸水能力下降5。的耐降解性能,且耐降解性能随交联程度的增加而提高。同样,表3为HA2酶解液和HA2STMP2酶解液不同降解时间的值,可得出相同的结论。表2PBS缓冲溶液中降解的值TABLE2DEGRADATIONINPBSSOLUTION0D1D3D5D7D10D15D30DHAHA2STMP1HA2STMP2HA2STMP3HA2STMP4HA2STMP51209175520192371279629101049154317012049249826296291146136816791897215234183610191309144317092626828581119122413872205896918969971088215414520619758908210308391441496629HA2STMP6300127502177174414091127959758表3酶溶液中降解的值TABLE3DEGRADATIONINPBSSOLUTIONWITHHASE0D1D3D5D7D10D15D30D图2HA2STMP薄膜吸水量随时间变化的曲线FIG2WATERUPTAKECAPABILITYOFHA2STMPVSTIMEHAHA2STMP1HA2STMP2HA2STMP3HA2STMP4HA2STMP51213174920202369279029108991420159119492362245943279688012351640175225158660788910751190232462508660824919225319420496540639218234240289316368211228230231230238HA2STMP4、HA2STMP5和HA2STMP6薄膜的保水率随时间变化的曲线如图3所示。从图3中可看出,HA2STMP4、HA2STMP5和HA2STMP6薄膜的含水量在5D后分别为初始含水量的63、70和74,且交联程度越高,保水性能越好。原因可能是低交联薄膜易发生降解,造成水分子流失,交联度越高,交联高聚物的网状结构越牢固,越不容易降解,更能锁住水分子79。HA2STMP630182570185013001051792489253研究高聚物体外降解性能的方法有粘度法、咔唑法和失重法。咔唑法是通过检测降解液中葡糖醛酸含量来分析HA在降解液中的降解情况。失重法则通过测量凝胶薄膜或聚合物体系的质量变化来研究其降解情况。粘度法是一种历史悠久的研究HA降解的方法,虽然精度较差,所给出的数据并不能如实反映HA单元在降解液中的残留量,也不能反映降解产生的氨基葡糖的含量,但其具有操作简便、成本低廉、所需试剂简单等优点。本实验研究了HA2STMP交联物在PH值为74的缓冲溶液和酶解液中的降解情况,可为HA2STMP交联物的进一步应用研究提供一定的实验依据511。结论1控制STMP与HA的结构单元比在1/5以上可以制备成膜性能良好的HA2STMP交联薄膜2HA2STMP交联薄膜仍具有一定的吸水能力,且随交联程度的提高,薄膜的吸水能力下降,保水性能提高3制备的HA2STMP交联薄膜具有良好的耐降解性能,且耐降解性能随交联程度的增加而提高。3图3HA2STMP薄膜保水率随时间变化的曲线FIG3WATERCONTAINCAPABILITYOFHA2STMPVSTIMEHA2STMP交联薄膜的降解表2和表3分别为HA和HA2STMP在缓冲溶液和酶溶液中降解特定时间测量的值ML/G。从表2中可看出,在HA2缓冲溶液中,初始值为1209ML/G,而在HA2STMP2缓冲溶液中,随交联剂STMP用量的增加,溶液初始值也增大,证明发生了交联反应,且随着交联剂STMP用量的增加,交联度提高HA2缓冲溶液值下降很快,3D后已下降了约50,7D后下降为262ML/G,在相同降解时间内,HA2STMP2缓冲溶液值有明显提高,且HA2STMP6HA2STMP5HA2STMP4HA2STMP3HA2STMP2HA2STMP1HA,证明STMP交联HA反应能提高HA24参考文献ZHANGWEI张伟,YANCUIE闫翠娥HYALURONICACIDANDITSDERIVATIVESASDRUGCARRIERS透明质酸及其衍生物药物载体JPROGRESSINCHEMISTRY化学进展,2006,18121684下转第99页1以废弃聚苯乙烯泡沫板为原料制备聚苯乙烯空心微球/魏斌等99VOLATILEORGANICCOMPOUNDSFROMSOLIDWASTEDISPOSALSITESANDIMPORTANCEOFHEATMANAGEMENTJWASTEMANAGERES,2008,2665347WANGHQ,WEIP,CAOF,ETALPREPARATIONOFP2NITRO2BENZOICACIDFROMWASTEPOLYSTYRENEBYMICROWAVEREACTORJJNANJINGUNIVTECHNNATURALSCIENCEEDITION,2008,304448BEINBRECHG,HILLMANNREPSINROADCONSTRUCTIONCURRENTSITUATIONINGERMANYJGEOTEXTGEOMEMB,1997,151399NIUJF,LIH,YANGZX,ETALRESEARCHONOXIDATIVEDEG2RADATIONOFTHEWASTEPOLYSTYRENEPLASTICSJJZHEJIANGUNIVSCITECHN,2008,2013210NOGUCHIT,INAGAKIY,MIYASHITAM,ETALRECYCLINGPOLY2STYRENEBYLEMONENEJPACKAGINGTECHNSCI,1998,1112911XIONGXH,ZHOUYH,CHENFLREUSEANDRECOVERYOFWASTEEXPANDEDPOLYSTYRENEJJGUANGDONGUNIVTECHN,2004,2132212INAGAKIY,KIUCHISCONVERTINGWASTEPOLYSTYRENEINTOAPOLYMERFLOCCULANTFORWASTEWATERTREATMENTJJMATERCYCLESWASTEMANAGE,2001,31413GARCAMT,DUQUEG,GRACIAI,ETALRECYCLINGEXTRUDEDPOLYSTYRENEBYDISSOLUTIONWITHSUITABLESOLVENTSJJMA2TERCYCLESWASTEMANAGE,2009,11214LILACWD,LEESKINETICSANDMECHANISMSOFSTYRENEMO2NOMERRECOVERYFROMWASTEPOLYSTYRENEBYSUPERCRITICALWA2TERPARTIALOXIDATIONJADVENVIRONRES,2001,61915FARAVELLIT,PINCIROLIM,PISANOF,ETALTHERMALDEGRADA2TIONOFPOLYSTYRENEJJANALAPPLPYROL,2001,60110316KARADUMANA,SIMSEKEH,CICEKB,ETALFLASHPYROLYSISOFPOLYSTYRENEWASTESINAFREE2FALLREACTORUNDERVACUUMJJANALAPPLPYROL,2001,60217917DONGAG,WANGYJ,WANGDJ,ETALFABRICATIONOFHOL2LOWZEOLITEMICROCAPSULESWITHTAILOREDSHAPESANDFUNCTIO2NALIZEDINTERIORSJMICROPMESOPMATER,2003,646918BAODC,ZHENGJH,ZHAOYJ,ETALPREPARATIONOFMONO2DISPERSEDHOLLOWPOLYSTYRENEMICROSPHERESJJFUNCTMA2TER,2006,378128919TSUJIR,OGUSHIYFABRICATIONOFPOLYSTYRENEHOLLOWPELLETWITHHIGHZMICROPARTICLESONINNERSURFACEFORMEASUREMENTOFTEMPERATUREANDDENSITYINICFPLASMAJFUSIONENGDES,1997,3423581120LIANGZW,HAOGJ,SHENXY,ETALTHEPREPARATIONOFPOLYMERMICROPARTICLESWITHHOLLOWSTRUCTUREJPOLYMBULL,2003,53621ZHANGL,YOUD,GAODZ,ETALFABRICATIONOFDEUTERATEDSOLIDICFTARGETJHIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMS,1999,11560622ZHANGL,TUHY,ZHOUL,ETALDEVELOPMENTOFPOLYSTY2RENEHOLLOWMICROBALLOONSFORINERTIALCONFINEMENTFUSIONTARGETSJATOMICENERGYSCITECHN,1996,301223ZHANGL,CUIBS,ZHOUL,ETALTHEFABRICATIONOFHOLLOWPLASTICMICROSPHERESBYMICROENCAPSULATIONMETHODJHIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMS,1995,7115124LIUZT,LVZF,CHENYZRECENTPROGRESSANDAPPLICA2TIONOFSOLVENTEVAPORATIONMETHODINTHEPREPARATIONOFMI2CROSPHERESJJGUANGDONGCOLLEGEPHARM,2007,235597责任编辑王炎上接第93页7CHENJINGHUA陈景华,CHENJINGTAO陈静涛,XUZHENG徐政,ETALBIOLOGICALDEGRADATIONCHARACTERISTICSOFHYALURONICACIDDERIVATIVEMODIFIEDBYPOLYETHYLENEGLYCOL聚乙二醇制备的透明质酸衍生物的生物降解性JCHINESEJBIOCHEMPHARMACEUT中国生化药物杂志,2007,282988CHENLIANXI陈连喜,XIONGKANG熊康,FUJIE傅杰,ETALSTUDYONPREPARATIONANDPROPERTIESOFPOLYSEBACICAN2HYDRIDE/POLYLACTIDEBLENDFILM聚癸二酸酐/聚乳酸共混薄膜的制备和降解性能JJWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLO2GY武汉理工大学学报,2004,267499LIUHAIFENG刘海峰,YINYUJI尹玉姬,MAOJINSHU毛津淑,ETALSTUDYONPREPARATIONOFCHITOSAN2GELATIN2HYALURO2NICACIDMEMBRANESANDTHEIRPROPERTIES壳聚糖2明胶2透明质酸薄膜的制备及其性能的研究JCHINESEJBIOMEDENG中国生物医学工程学报,2005,24327110TAYE,OLVERJINTRAORBITALHYALURONICACIDFO