p（N-MAM-co-DMAA）智能水凝胶的制备及其药物缓释作用

杨性坤，李 超，马雪梅

（信阳师范学院化学化工学院，河南省信阳市 464000）

p（N-MAM-co-DMAA）智能水凝胶的制备及其药物缓释作用

杨性坤，李 超，马雪梅

（信阳师范学院化学化工学院，河南省信阳市 464000）

以N-羟甲基丙烯酰胺（N-MAM），N，N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）为聚合单体，过硫酸钾为引发剂，N，N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂，通过自由基水溶液聚合法制备了p（N-MAM-co-DMAA）智能水凝胶。研究了凝胶对温度、pH值、离子浓度敏感性能和对核黄素药物的缓释性能。实验表明，凝胶的溶胀度随温度升高和盐浓度增加而逐渐降低，随溶液pH值的增大先增大后逐渐减小，在中性、酸性和碱性环境中的核黄素累积释放量分别是68%，51%和42%。

智能水凝胶 N-羟甲基丙烯酰胺 N，N-二甲基丙烯酰胺 温度敏感性 pH敏感性 核黄素 药物缓释

药物运载系统（DDS）是一门新型药物释放系统，随着经典化学和现代生物科技而迅速发展起来，目前是国内外药剂学领域的一个重要研究课题［1-3］。传统的给药系统（注射剂、胶囊剂、颗粒剂）具有药物释放快、疗效快等优点，但需多次频繁给药以提高血液药物有效浓度，具有一定的毒副作用。而DDS系统则是将药物运载体通过包埋、吸附等手段与药物完美结合，运送到机体的病患部位，在特定的时间以恒定的浓度进行释药，来达到治疗疾病的目的。与传统的给药系统相比，DDS具有能够提高局部药物浓度和药物利用率，延长局部药物停留时间，降低药物的全身毒副作用，提高治疗效果和病人的生活质量。水凝胶表面对细胞的黏附性小，合成材料大部分无毒，具有一定的生物可降解性和生物相容性，因而水凝胶在药物缓释载体中备受青睐［9-10］。

本工作是以水溶性的N-羟甲基丙烯酰胺（N-MAM）和N，N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）为聚合单体，过硫酸钾（KPS）为引发剂，N，N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂，通过自由基水溶液聚合法成功制备了p（N-MAM-co-DMAA）智能水凝胶，并用红外光谱和扫描电子显微镜（SEM）对其进行了表征。研究了凝胶对温度、pH值、离子浓度敏感性能和对核黄素药物的缓释性能。

1 实验部分

1.1 主要原料

N-MAM，分析纯，阿拉丁试剂（上海）有限公司生产；DMAA（进口），分析纯，西格玛奥德里奇有限公司生产；KPS，分析纯，上海试剂二厂生产；MBA，化学纯，天津市光复精细化工研究所；NaCl，分析纯，信阳市化学试剂厂生产； NaOH，分析纯，天津市永大化学试剂有限公司生产；浓H2SO4，分析纯，河南省开封市芳晶化学试剂有限公司生产。

1.2 p（N-MAM-co-DMAA）水凝胶的制备

在三颈烧瓶中加入定量的N-MAM和去离子水，搅拌溶解后加入计量的DMAA，通入N230 min以排除溶液中的氧气，加入计量的KPS和MBA，搅拌5 min后将反应液转移至烧杯中，通N2以排出烧杯中的氧气，密闭。逐步升温至60 ℃反应7 h后取出，即得到凝胶粗样，切块，用去离子水浸泡7天，每隔24 h换一次水，以除去未反应的单体和杂质［11-12］。将纯化后的凝胶切块，置于培养皿中室温下晾置24 h，在真空干燥箱烘干，放入干燥器备用。

1.3 凝胶溶胀性能的测定

将纯化的干凝胶准确称重后放入NaCl溶液浓度为0.05～0.50 mol/L、pH值为2～12的缓冲溶液、去离子水温度为20～70 ℃的溶液中，充分溶胀后取出，用滤纸擦干表面的水分后称重，根据公式（1）计算凝胶的平衡溶胀度（ESR）。

式中：md为凝胶达到溶胀平衡时的质量，g；ms为干凝胶的质量，g。

1.4 凝胶结构的表征

将纯化后的凝胶研磨与KBr混匀压片，干燥后采用德国Bruker公司生产的Tensor 27型傅里叶变换红外光谱仪在0～4 500 cm-1扫描。

取纯化后的干凝胶研磨，采用日本Hitachi公司生产的S-4800型扫描电子显微镜，在1.0 kV扫描电压下观察凝胶表面形貌。

1.5 药物缓释作用研究

1.5.1标准曲线的绘制

取核黄素标样分别配制成2，4，6，8，10 mg/L的标准溶液，采用紫外-可见分光光度计于444 nm处测标准溶液的吸光度，以核黄素的吸光度与标准溶液的浓度进行线性回归得到线性回归方程为：y = 0.03 355x + 0.013 1（R2= 0.996 19）。

1.5.2凝胶药物释放性能研究

将纯化的凝胶放入1 g/L的核黄素溶液中浸泡3天后取出，避光放入真空干燥箱50 ℃烘干6 h，即得到负载核黄素的凝胶，计算出凝胶负载药物的量。然后将负载药物的干凝胶分别放入50 mL pH值为4.0，7.2，10.0的缓冲溶液中，避光搅拌，每隔30 min分别取出5 mL溶液测其吸光度，然后再加入5 mL新的缓冲溶液，以标准曲线线性回归方程计算药物的释放量［13］。

2 结果与讨论

2.1 凝胶的温度敏感性研究

从图1可以看出：凝胶在去离子水中的ESR随着温度的升高而逐渐降低。这是因为凝胶在溶液中依靠高分子链和水分子间的氢键而吸水溶胀，凝胶内部的水分子通过氢键作用固定在高分子链的周围，随着溶液温度的升高，聚合物分子链与水分子间的氢键被破坏，氢键数目减少，而凝胶的网络结构由于分子内氢键作用而收缩，凝胶内部网孔变小，水分子被释放出来，凝胶吸水和保水性能下降，因而ESR减小。

2.2 溶液酸碱性对凝胶溶胀性能的影响

图1 温度对凝胶ESR的影响Fig .1 Effect of temperature on ESR

从图2可以看出：凝胶的ESR随着溶液的pH值增大呈现先增大后减小趋势。这是因为聚合物分子中的—C O属于吸电子基团，氧原子周围电荷密度较大，—OH、—N（CH3）2等基团都属于给电子基团，O原子和N原子周围的电荷密度大，并且O原子和N原子都具有孤对电子，在酸性条件下，溶液中的H+和O原子与N原子的相互作用导致高分子链和水分子间的氢键解离，因而酸性条件的高分子链与水分子间所形成的氢键不稳定，酸性越强，氢键就越不稳定，因而，凝胶的ESR不是太大。在碱性条件下，随着pH值的增大，溶液中的Na+和OH-浓度也增大，受OH-的影响，高分子链和水分子间的氢键解离，凝胶的ESR减小，并且溶液中Na+进入凝胶的内部聚集在O原子和N原子的周围，降低了高分子链间的静电排斥作用，导致凝胶网络结构收缩，凝胶内部网络孔径变小，因而凝胶的ESR减小。

图2 溶液的pH值对ESR的影响Fig.2 Effect of pH value of solution on ESR

2.3 盐浓度对凝胶溶胀性能的影响

从图3可以看出：随着溶液中NaCl浓度的增大，凝胶的ESR逐渐减小。这是因为溶液中NaCl浓度越大，Na+的浓度就越大。凝胶内部和溶液之间的渗透压差变大，Na+在扩散作用下进入凝胶的网络结构中，降低了凝胶高分子链基团之间的静电排斥作用，凝胶网络结构收缩。此外，凝胶网络中水分子在渗透压的作用下进入溶液中，凝胶的保水性能降低，导致溶胶的ESR降低。

2.4 凝胶药物缓释性能

从图4可以看出：凝胶在溶胀初期药物释放速率较快，后期较慢，凝胶在pH=7.2的缓冲溶液中的核黄素累积释放量明显大于在pH为4.0和10.0的缓冲溶液中的累积释放量。这是由于在pH=7.2的缓冲溶液中，凝胶具有较大的ESR。在pH=7.2的缓冲溶液中，36 h内核黄素的累积释放量为68%；在pH=4.0和pH=10.0的缓冲溶液中，核黄素的累积释放量只有51%和42%。由此可见，中性环境有利于凝胶的释药释放。

2.5 凝胶的傅里叶变换红外光谱分析

图3 离子浓度对凝胶溶胀性能的影响Fig.3 Effect of ionic strength on ESR

图4 凝胶在不同的pH缓冲溶液中的药物缓释性能Fig.4 Drug release curves of p（N-MAM-co-DMAA） at different pH solutions

从图5看出：p（N-MAM-co-DMAA）谱线中，在3 446 cm-1处的宽峰属于—OH的收缩振动峰，2 944 cm-1处是甲基的C—H伸缩振动峰，1 635 cm-1处是羰基C=O伸缩振动吸收峰。N-MAM谱线中，3 395 cm-1处是O—H的收缩振动峰，3 290 cm-1处是N—H弯曲振动吸收峰，1 670 cm-1处是C=O的吸收峰，1 626 cm-1处是C=C的吸收峰，3 059 cm处是不饱和的C—H伸缩振动吸收峰。对比发现，N-MAM谱线中3 059 cm-1处的不饱和C—H伸缩振动吸收峰和1 626 cm-1处的C=C吸收峰在p（N-MAM-co-DMAA）傅里叶变换红外谱图中消失，说明两种单体成功发生了聚合。此外，由于C=C共轭效应的消失和N原子中介效应的影响，使得凝胶中的C=O吸收峰位置出现在1 635 cm-1处［14-15］。

图5 N-MAM和凝胶的红外光谱图谱Fig .5 FTIR spectra of N-MAM and p（N-MAM-co-DMAA）

2.6 凝胶的SEM观察

从图6可以看出：凝胶表面致密并且呈褶皱状，凝胶内部具有较小的孔道。凝胶的高分子链在没有吸水时主要是以分子内氢键的形式紧密的堆积在一起，当凝胶与水分子接触的时候，凝胶高分子链之间的分子内氢键在水分子的作用下而解离并和水分子以氢键结合而吸水，此时高分子链条得以舒展而扩张［16］。凝胶内部的孔道可作为模型药物的运载通道，并伴随着凝胶的溶胀和收缩实现对药物的可控释放。

图6 凝胶的SEM照片Fig .6 SEM images of p（N-MAM-co-DMAA）

3 结论

a）以水溶性的N-MAM、DMAA为聚合单体、KPS为引发剂、MBA为交联剂，成功制备了p（N-MAM-co-DMAA）智能水凝胶。凝胶的ESR随温度的升高和盐浓度增加而逐渐降低，随着溶液pH值的增大先增大后逐渐减小。

b）凝胶在中性溶液中的核黄素药物累积释放量明显大于酸性和碱性环境中，在中性环境中累积释放量达到了68%，在酸性和碱性环境中的核黄素累积释放量分别是51%和42%。

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Synthesis and application for drug release of p(N-MAM-co-DMAA) intelligent hydrogel

Yang Xingkun， Li Chao， Ma Xuemei
（College of Chemistry and Chemical Engineering， Xinyang Normal University， Xinyang 464000， China）

An intelligent hydrogel poly （N-MAM-co-DMAA） was prepared in this paper by radical aqueous solution polymerization with N-hydroxymethyl acrylamide （N-MAM） and N, N-dime-thylacrylamide（DMAA） as the monomers, potassium persulfate as the initiator and methylene-bis-acrylamide as the crosslinking agent. The influences of ionic strength, pH and temperature on the hydrogel were studied. The drug release behavior of the hydrogel was investigated as well. The results show that the swelling degree of the hydrogel rises with the temperature and salt concentration increasing, while it first goes up and then down with the pH increasing. Accumulated release amount of riboflavin is 68%, 51% and 42% in neutral, acidic and basic environment respectively.

intelligent hydrogel； N-hydroxymethyl acrylamide； N，N-dime-thylacrylamide； temperature sensitivity； pH sensitivity； riboflavin； drug release

TQ 316.6

B

1002-1396（2016）01-0053-04

2015-07-28；

2015-10-27。

杨性坤，男，1960年生，教授，1982年毕业于河南师范大学化学专业，主要从事高分子材料研究工作。联系电话：（0376）6392780；E-mail：yxkxiny@163.com。

河南省高校科技创新团队资助（2012IRTSHN 017），信阳师范学院大学生重点资助项目（2013-DXSZD-16）。