载药(甲磺酸帕珠沙星)水凝胶的制备及其药物缓释性能*

于金刚， 黄可龙， 唐金春

(中南大学 化学化工学院，湖南 长沙 410083)

随着医学科学和纳米科学研究的不断发展，纳米粒子载药体系正凭借其独特的优点已成为药物控制释放和靶向释放研究的主要方向[1～3]。碳纳米管(CNT)因其具有良好的力学性能、大比表面积、优异的细胞穿透性能，已成为最有潜力的医药载体材料之一[4,5]。大量的研究结果表明改善CNT的溶解性可提高其生物相容性。

新喹诺酮具有广谱活性、强杀菌作用、对感染组织良好的渗透力以及后抗菌效应，临床疗效明确。因其发展迅速，新出现药物的抗菌谱日益扩大，且抗菌活性也逐渐增强，适应症扩大，形成与第三代头孢菌素竞争的局面。甲磺酸帕珠沙星{(S)-(-)-10-(1-氨基环丙基)-9-氟-3-甲基-7-氧代-2，3-二氢-7H-吡啶[1，2，3，de][1，4]苯并噁嗪-6-羧酸甲磺酸盐(1)， Chart 1}是帕珠沙星的甲基磺酸盐，为一前体药物，是与左氧氟沙星同一母环系的10-(1-氨基环丙基)喹诺酮类药物。1有一个手性中心，对革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌均有很强的抗菌作用，而且几乎没有中枢神经副作用[6]。

Chart1

智能高分子水凝胶则是一类受外界环境的微小物理和化学刺激(如温度，pH值等)，其自身性质就发生明显改变的交联聚合物，在医疗传感器、组织填充材料、酶的包埋及药物可控释放等高新技术领域均有研究与应用。本文以1为模型药物，以壳聚糖(CS)修饰的多壁碳纳米管(MWCNT-CS)/壳聚糖半互穿网络水凝胶(C)为载体，采用浸泡法合成了不同MWCNT-CS含量(0%， 2．5%， 10．0%)的三种载药水凝胶[C0(1)， C2．5(1)， C10．0(1)]。研究了Cn(1)中MWCNT-CS含量以及pH值对1释放性能的影响，并对1的释放机制进行了初步探讨。

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

UV-3802型紫外-可见光分光光度仪；HZQ-C空气浴恒温振荡器。

1[7]和MWCNT-CS[8]按文献方法制备；磷酸二氢钾，分析纯，青州顺源化工有限公司。

1．2 C的制备(以C2．5为例)

将MWCNT-CS 10 mg[w(MWCNT-CS)=MWCNT-CS/MWCNT-CS+CS=2．5%]， CS 390 mg(MWCNT-CS)和2%AcOH 20 mL,搅拌使其溶解;加入2.5%戊二醛2 mL，充分搅拌后倒入培养皿中，于30 ℃放置24 h制得凝胶。将其切成规则小圆块，于室温用蒸馏水浸泡3 d(定期换水，以除去残留单体和未交联的大分子)；于室温晾干1 d；放入冰箱速冻后经真空冷冻干燥制得多孔干凝胶C2．5。

用类似的方法制得C0和C10。

1.3 1的包埋[C(1)的制备]

采用浸泡法将C浸泡在c(1)=0.1 g·mL-1中2 d；将吸附药物的水凝胶在真空下干燥至恒重，即得载药水凝胶C(1)。

载药前后干凝胶的质量差即为载药量；载药量与C的比值即为载药率(L)。MWCNT-CS含量与L的关系见表1。

表1 C的载药率

2 结果与讨论

2．1 1缓释性测定

(1) 标准曲线绘制

在500 mL容量瓶中加入干燥至恒重的1 50 mg，用磷酸盐缓冲溶液(PBS, pH 7.4)溶解后再用PBS定容。取少量测试液于200 nm～500 nm进行紫外扫描。扫描图谱显示1在249 nm处有最强吸收。选择249 nm作为测定波长。

(2) 药物缓释性测定

将C(1)分别加入PBS 5 mL和HCl(pH 1.2)5 mL中,于37 ℃在恒温振荡箱中水平振荡(100 r·min-1)，每隔一定时间用移液管取样1 mL，再用容量瓶定容至10 mL。分别以各自的空白作参比，在249 nm处测定不同浓度1的紫外吸光值(同时把相同体积的释放介质补充到溶液体系中，使其保持体积恒定在5 mL)制得其各自的标准曲线。根据标准曲线分别得RPBS=0.999 94和RHCl=0.999 34。由标准曲线计算出各个时间点中1的浓度和含量。各个时间段内1的含量与前一时间的1的释放总量相加，为该时段的1的释放总量，释放总量与载药量的比值即为累积释药率，绘制累计释药率与时间的关系图(图1和图2)。

2．2 C(1)的药物缓释性能研究

C(1)的载药量见表1。由表1可以看出它们的载药量都很大，特别是C0(1)，载药率达126.7%；载药量最小的C10．0(1)也达到87.4%。主要是1的水溶性好，药物分子易随水分子进入凝胶的网络空隙。

虽实验中所选取的干凝胶的质量非常接近，但载药量却有较大差别。从溶胀规律[9]可发现凝胶载药率变化规律与凝胶溶胀度变化规律一致，即随凝胶亲水性增强，溶胀比增大，1的载药率也有所提高。这说明凝胶C对1的吸附一定程度上取决于凝胶溶胀比。1是亲水性药物，在凝胶溶胀过程中，1随溶剂进入凝胶网络，而1与凝胶网络中疏水侧基的相互作用对载药率影响不大。

(1) CNT-CS含量对药物释放性能的影响

图1为C(1)在PBS中的药物累积释放速率与时间关系图。从图1可明显看出，释放速率随时间延长而增大，但最后释放速率趋于恒定。在相同时间内，药物释放率与凝胶中MWCNT-CS含量有关，即MWCNT-CS含量越高，释放率越小。凝胶溶胀度以及溶胀速率大小是随着凝胶中MWCNT-CS含量增加而减小[9]，因此也说明凝胶溶胀度越大，溶胀速率也越大，越有利于药物溶出。

Time/h

从图1还可以看出，C0(1)在释药前期有“暴释”现象，释药速率急剧上升，在12 h就达82.2%,而之后6 d内，释药速率几乎趋于恒定。而C2．5(1)和C10．0(1)，虽在前期也出现了短暂的“暴释”现象，但很快使趋向平缓增长期，最后也达到释药速率恒定。

三种载药凝胶在开始释药时都有“暴释”，这是由于一部分药物只是简单附着在凝胶表面，一旦放入缓冲介质中，由于凝胶内外的药物浓度差，药物很容易从凝胶上脱离，处于自由扩散状态。同时药物与凝胶高分子网络之间因氢键和范德华力等作用进入凝胶内部网络空格，在缓冲介质中凝胶由外而内不断发生溶胀，药物分子随凝胶溶胀而不断向外扩散和溶解。对于C0(1)，由于其表面孔径较大，溶胀速率较快，后面的扩散和溶解过程发生也较快，和前一阶段的自由扩散效应累积，故而出现前12 h内的“暴释”。 在C2．5(1)和C10．0(1)中，药物分子所受到的吸附力更大，不仅有氢键和范德华力等，还有凝胶内部碳纳米管管壁对药物小分子的较强的吸附力，故而药物分子的进一步扩散溶解不会很快地发生在自由扩散阶段初期，而是表现为在“暴释”之后的一段较长时间内较平缓地增大，最后也恒定。

(2) pH对药物释放性能的影响

以C0(1)和C10．0(1)为例，考察了pH值对其药物释放性能的影响，结果如图2所示。由图2可见，pH值对C0(1)的药物释放速率影响大于C10．0(1)，主要是因为pH值对C0(1)的溶胀度以及溶胀速率的影响较大。酸性溶液中C0(1)迅速溶胀，药物小分子快速从凝胶网络中扩散。而C10．0(1)虽在酸性溶液中其溶胀度和溶胀速率都高于在它在pH值为7.4的缓冲溶液，但同时因CNT对药物小分子有较强吸附力，使药物分子因凝胶溶胀向溶液中扩散的趋势为作用相反的吸附力所缓解，导致其释放效果对pH不太敏感。

Time/h

3 结论

以甲磺酸帕珠沙星(1)为药物，以壳聚糖修饰的多壁碳纳米管(MWCNT-CS)/壳聚糖半互穿网络水凝胶(C)为载体，采用浸泡法合成了不同MWCNT-CS含量(0%， 2．5%， 10．0%)的三种载药水凝胶[C0(1)， C2．5(1)和C10．0(1)]。C0(1)的载药量最大(126.7%)， C10．0(1)的载药量最小(87.4%)。

药物释放速率及释放量均随载药凝胶中MWCNT-CS含量的增加而减少。pH对C10．0(1)中药物释放速率影响较小；而对C0(1)药物释放速率影响较明显。

C0(1)期前期药物明显的“暴释现象”；而C10．0(1)的释药速率则相对较平缓，其体外释药时间长达一周，有较明显的缓释特性。MWCNT-CS的含量对凝胶载药和释药均有影响，故可通过控制MWCNT-CS在(MWCNT-CS+CS)中的含量来制备相应水凝胶，实现药物缓释、控释。

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