载壬苯醇醚聚L-乳酸电纺纤维的表征

黄佳娜，刘阳，罗徐，王浩，程博闻

(1.锦州医科大学药学院，辽宁 锦州 121001；2.山东省医用高分子材料重点实验室山东省药学科学院，山东 济南 250100；3.天津工业大学纺织学院，天津 300387)

5000多年前，古埃及妇女将金合欢穗纤维精磨后混以动植物避孕成分置入阴道用来避孕，这是第一种载活性成分的纤维形态的药剂。受其启发，拟采用静电纺丝技术制备一种载避孕成分壬苯醇醚(nonoxinol，NNX，结构式见图1A)的纤维。近十多年来， 人们采用静电纺丝技术制备载药的微、纳米级的纤维来对药物进行控制释放，其外观为无纺薄毡，十分适合体内植入、体表皮肤粘膜贴敷及腔道充塞给药[1-3]。制备该类载药纤维一般选择人体相容性好的、无毒的聚氧乙烯、聚乙烯醇、脂肪族聚酯等，这其中采用脂肪族聚酯等疏水的高分子制成的电纺纤维对包裹的药物会有缓释作用，可以达到特殊的药剂学目的[4-6]。

NNX为一种外用的非离子型表面活性剂杀精子剂，其与水可以以任意比例混溶，已经上市的制剂一般为由亲水的线形高分子材料如聚乙烯醇等为基材形成的膜剂，或者以水性基质载药系统如水凝胶[7-9]。NNX发挥作用的机理为与精子细胞膜作用是使得膜的通透性增加，内容物漏出导致精子死亡。同样的，其亦可对其他种类的细胞膜起作用，比如导致妇女阴道上皮细胞损伤而引起刺激。其现有剂型也会有使用不便、储存稳定性差、药效时间短等问题的出现，故可以考虑进一步开发其他剂型。

以最常使用的聚L-乳酸(poly L-lactic acid，PLLA，结构式见图1B)包裹 NNX，期望得到一种能在一定程度上缓释NNX的纤维，规避该化合物和其现有制剂的缺点。

1 仪器与材料

静电发生器(杭州旭强涂装仪器厂)，广角X-射线衍射仪(日本Rigaku，Ultima IV)，差示热分析仪(德国Netzsch，DSC200F3)，红外光谱(日本Shimadzu，IRAffinity-1)，紫外-可见分光光度计(日本Shimadzu，UV-VIS2550)，恒温空气浴摇床(THZ-82A型，浙江金坛天竟实验仪器厂)。

壬苯醇醚(分析纯，大连美仑生物科技)，月桂醇-聚L-乳酸(相对分子量为20万，山东药学科学院)，二氯甲烷(分析纯，天津大茂化学试剂厂)，去离子水(杭州娃哈哈集团)。

2 方 法

2.1 静电纺丝及形态观察

将NNX和PLLA溶解在二氯甲烷中，磁力搅拌 5 h 得无色、透明、均一的纺丝溶液，用二氯甲烷定容至 10 mL 得到3份待纺丝溶液。其中PLLA的用量均为0.6 g，NNX的用量分别为0.12、0.24、0.48 g，即NNX占PLLA的质量比分别为20%、40%、80%，由此3个处方得到的产品分别命名为F20、F40、F80。借此考察不同载量的NNX对电纺纤维形态及其本身的释放行为的影响。由于NNX为一种表面活性剂，有助于降低PLLA二氯甲烷溶液的表面张力，故Taylor锥的形成和在电场下的进一步纺丝都十分顺利，体系中没有也无需再添加其他导电物质辅助电纺纤维的形成，即体系中只含有活性药物NNX和基质材料PLLA[10]。

纺丝条件如下：纺丝电压为15 000 V，供液速度为(2.5±0.5)mL/h，针尖与锡箔平面之间的距离即纺丝距离为15 cm，空气温度为(25±2)℃，空气相对湿度为60%。发现从喷丝口流出的纺丝液在电场力的作用下以高速不规则的螺旋轨迹运行，在接收板上织构成无纺纤维薄毡，纺丝完毕后约0.2 mm厚的毡膜。揭下纤维膜后，(35±5) ℃下真空抽干48 h，按照一定规格剪刀切成小片后进行表征，药物释放等研究[11-13]。

2.2 物理表征

2.2.1 X-射线衍射

剪下5 cm×5 cm纤维膜固定在镂空的金属片上并置于广角X-射线衍射仪，室温下测试，扫描范围：5°～60°，扫描速率：2°/min。

2.2.2 差示热分析

称量10 mg纤维毡膜，置于差示热分析仪氮气流保护下温度量程从25～400 ℃，升温速率：5 ℃/min。

2.2.3 傅里叶变换红外光谱

取溴化钾粉末200 mg，加入待测样品1 mg中，置丙酮清洗并用红外灯烘干的玛瑙研钵中，研细后置入组装的压片装置中，以80 MPa的压力在压片机下压片5 min，得到溴化钾片，放入样品槽，在测定选项下点击样品测试按钮进行扫描。

2.3 药物释放

2.3.1 含量分析方法

采用紫外分光光度法测定释放介质种NNX的含量。分别配制16、32、100、160、225、250、350、400 μg/mL系列浓度NNX的纯水溶液，采用紫外-可见分光光度计在200～600 nm范围内扫描，通过检测最大吸收波长处不同浓度的NNX水溶液的吸光度，建立回归系数高的工作曲线，用于定量测定释放介质中NNX的含量[14]。

分别配制400、350、250、225、160、100、32、16 μg/mL系列浓度NNX的纯水溶液，采用紫外-可见分光光度计在200～600 nm范围内扫描，通过检测最大吸收波长处不同浓度的NNX水溶液的吸光度，建立回归系数高的工作曲线，用于定量测定释放介质中NNX的含量。

2.3.2 释放曲线绘制及拟合

将样品剪切成约5 cm×5 cm正方形条，使得每片的质量约为(200±5) mg，浸入10 mL纯水释放介质中。置于恒温空气浴摇床中在37 ℃，100 r/min条件下振摇释放。在设定的时间点0.25、0.5、1、2、4和8 h取出全部释放介质，同时补充同温等量介质。并按照2.3.1的方法测定NNX的含量。计算每个时间点的NNX释放量，绘制出相对释放百分率对时间t的曲线，并采用Freundlich和Peppas方程式对所得曲线进行拟合[11-13]249-255,82-88,155-162。

3 结果与讨论

3.1 纤维形态

所制得的纤维膜在外观上均为纯白色，将其剪切成1 mm×3 mm小片后用导电胶固定在载玻片上并用金真空蒸镀后电镜观察。图2为不同载药量纤维毡在不同放大倍率下的微观形态，发现得到了直径均一无珠子结构的纤维，由于NNX是一种较好的表面活性剂，故在PLLA的二氯甲烷单溶剂中其亦能够顺利形成纤维，这在已有文献中亦能够发现[10-12] 227-231,249-255,82-88。并且，纤维表面光滑，无结晶状或块状结构出现。同时发现在纤维交叉的部分有相互融合的现象，这可能是由于纺丝用的二氯甲烷在短时间内没有完全挥发使得在纤维交叉处黏连导致的，这使得纤维在二维平面上无规则织构，并层层累积形成三维薄片状无纺膜，这有利于增强纤维的机械强度，使其有利于作为一种外用贴敷制剂进行使用。

3.2 壬苯醇醚的包裹

聚L-乳酸的X-射线衍射图谱有两个非常明显的特征峰，在载NNX的PLLA电纺纤维中并没有出现，但是载NNX40%和80%的PLLA纤维在16.8°处衍射强度增强。说明NNX复合量的增高提高了PLLA的结晶性，这可能会导致包裹在其中的NNX出现百分释放率降低的结果。差示热分析图谱上的特征峰全部为PLLA的峰，包括150～200 ℃的熔化峰和250～380 ℃的分解峰。其受到复合入纤维的NNX的影响，表现在熔化峰和分解峰的极大值均向低温移动，尤其是分解峰极值的移动大于20 ℃。这说明NNX的存在降低了PLLA的结晶性，这提示两者之间有着较好的复合乃至较强的结合。傅里叶变换红外光谱的结果显示当NNX复合量为20%时，PLLA的特征峰均几乎消失，当NNX复合量为40%和80%时，呈现出强度不大的PLLA特征峰，特征峰的几乎消失说明NNX与PLLA复合良好[10-12]227-231,249-255,82-88，而微弱呈现说明NNX与PLLA发生了一定的离析。

综合以上两个表征的结果不难发现，当NNX复合量增高后，纤维表面结晶性由弱变强，内部的结晶性由强变弱，而NNX是无结晶性的分子，提示NNX的复合量在增高后其可能更多的分布于纤维的内部，并且相当一部分的NNX与PLLA发生了一定程度的离析。

3.3 壬苯醇醚含量测定和释放曲线

系列浓度的NNX水溶液在200～600 nm内扫描后，得系列扫描曲线如图6A，发现在276 nm处NNX的浓度与吸光度有着较好的线性关系，以NNX的浓度为横坐标，选择与之相对应的276 nm处的吸光度值为纵坐标得系列坐标点，得到工作曲线如图6B，拟以此作为释放介质中NNX的定量依据。

3种不同的纤维膜中NNX的绝对释放量如图5A。可以发现，各种纤维均在15 min后有一定的释放量，在4 h内呈现明显的缓释相，在4～8 h几乎进入平台期，随着壬苯醇醚载量的增高，其绝度释放量也逐渐有所增高。但是，将绝对释放量换算成百分释放量可以发现，随着载量的升高，其百分释放量和相同时间点的百分释放率并不随之增高，而是随之降低，即载量越高，不能释放的壬苯醇醚比例就越多。引起此种现象的原因可能是纺丝液内部的NNX发生了自组装。由于纺丝液为PLLA的二氯甲烷溶液呈现疏水性，故较高载量时，相当部分的NNX可能在纺丝液内部形成反胶束，即NNX的聚乙二醇亲水部分聚集在胶束内部并有可能与聚酯的酯键部分或二氯甲烷中的微量水分子通过氢键等作用力较强的键相互作用，疏水的壬苯基则在胶束的外部，阻止水分子对其渗透和溶解。可以发现，3.2中物理表征的结果对上述结果和推测有所佐证。

从有较大的突释、突释过后具有明显的缓释期、百分释放量随着其本身载量的增高而降低等若干事实可以初步推断NNX在纤维中以三种基本情况存在：一部分NNX在纤维外周存在并且与PLLA的作用并不强，当纤维浸入到水中后，这些NNX分子会首先在较短的时间内释放出去导致突释。第二种是在纤维较内部处存在，并且与PLLA的作用亦不强，在浸入到水中后，其从纤维内部通过扩散机制缓慢释放形成释放曲线的缓释相。第三种是形成了稳定的结构，在本论文设定的时间段内并不随着实验的进行而溶解释放，在释放曲线上形成了平台期。并且有相当部分仍滞留在纤维中，尤其是这种现象随着其载量的增高而越发明显，形成了载量越高而释放百分率越低的现象[15]。

为了研究多西紫杉醇的释放机理，采用Freundlich方程式和Peppas方程式对释放曲线进行了拟合，结果见表1。可以发现，对两种方程式拟合后的回归系数均较高。

表1 壬苯醇醚释放曲线的拟合方程式

Freundlich方程式主要描述材料表面小分子的吸附和逆吸附过程，有研究发现，在水溶性表面活性剂复合的脂肪族聚酯电纺纤维中，前者从后者中的释放符合逆吸附方式，提示有相当多的表面活性剂在纤维表面以及靠近纤维表面的部位存在。从表1的结果看，本文中的NNX复合PLLA电纺纤维中前者的释放即遵循该机理。在局部给药时，一般需要较大的突释量，以使得病灶组织种药物达到一个较高浓度，为后续药物的逐渐释放并且在局部组织保持足量的药物浓度提供了基础。但是，亦有相当量的NNX在相当长的时间后没有释放出来，提示该部分的NNX存在于纤维断面深部，甚至较靠近圆心的部位，并且与PLLA复合紧密。所以难以被溶出纤维。

Peppas方程式主要描述在水不溶性高分子基质中水溶性药物的释放行为。从表1的结果看，其拟合系数亦较高。但发现指数n均小于0.5，相比于常见的数值小很多。本文首次采用Peppas方程式对从电纺纤维中表面活性剂的释放曲线进行拟合，指数n的具体意义和对进行设计的指导还有待进一步的研究。该结果提示了当NNX复合量较多时，其进一步地深入到PLLA内部，继表面和近表面部位NNX的释放后，较内部的NNX通过扩散机理从纤维横截面的较深部位缓慢扩散移动至边缘并释放形成缓释相，故能够用Peppas方程式拟合。

综上不难发现，从NNX的释放曲线佐证了物理表征的结果，并可以依此推测NNX在电纺纤维横断面中的存在位置和复合情况。

4 结 论

本研究通过NNX与聚L-乳酸共同溶解形成均相溶液后纺丝的方法将前者包裹在后者中，并通过后者的疏水性所引起的阻止扩散机理对前者进行缓释，得到了能够缓释NNX的无纺纤维毡。根据NNX释放的结果可以得到以下三点结论：(1)NNX的释放不但符合Pappas扩散方程式，还符合Freundlich方程式，据此分析被载的NNX有相当一部分存在与纤维表面及靠近纤维表面的部分；(2)随着NNX载量的升高，其并没有向纤维表面或靠近纤维表面的部位分布，而是继续分布于纤维内部，所以经过换算后其释放的NNX与包裹的NNX，即百分释放量不升反降；(3)被载的NNX有相当一部分与聚L-乳酸结合牢固，不能在设定的释放时间内释放，是其不能释放完全的原因。

通过静电纺丝的方法将表面活性剂包裹在脂肪族聚酯中的研究方兴未艾，本文中NNX复合的PLLA电纺纤维优点有二：(1)由于被担载的物质本身即能够降低液滴表面张力，故该种体系中不需再添加额外的表面活性剂来保持Taylor锥的顺利形成和纤维直径的均匀性；(2)相比于Poloxamer188复合的PLLA电纺纤维，其缓释相较为明显，且突释较小。可以作为一种阴道用避孕药剂进行进一步研究开发。

(此文图1-7见附页2-4)