一种可释放维生素B2的聚乙烯醇口腔膜的制备及其性能研究*

李俊起，李文明，王宪鹏，史建华，朱爱臣，李博，郈秀菊，王传栋

（山东省药学科学院，山东省医用高分子材料重点实验室，济南250101）

1 引 言

复发性口腔溃疡是一种常见的临床口腔疾病，严重时可影响患者言语及进食，其发病原因复杂，其中免疫缺陷、自身免疫反应、疲劳、精神紧张、营养不良及微量元素缺乏等均与之有关[1]。临床治疗主要是消除诱因，减轻症状，促进溃疡面愈合[2]。由于维生素B2在水中可以溶解，能转移甲基，加快新生组织生长，促进黏膜恢复与愈合[3]，故临床多用维生素B2治疗口腔溃疡。

聚乙烯醇（PVA）是由聚醋酸乙烯酯水解而成的一种水溶性聚合物，无毒、生物相容性好，其制品力学性能优良，并有很好的可纺性及成膜性[4]；用静电纺丝法制备的PVA膜具有比表面积大、长径比高、孔隙率高、透湿透气性好及质地柔韧的特点[5]，可作为皮肤医疗护理的优良替代品，在生物医用材料领域有着广泛的应用前景[6]。本研究将维生素B2溶解于PVA的水溶液中，用静电纺丝法纺成膜，为了提高其力学强度，用压膜机将纤维压成口腔膜，并测试了PVA膜的理化性能及累积溶出度。

2 材料与方法

2.1 原料试剂

PVA，国药集团化学试剂有限公司，牌号：1750±50、1799±50、2488±50；维生素 B2，湖北威德利化学科技有限公司。

2.2 仪器设备

扫描电子显微镜，德国 Zeiss公司，型号 SUPRA55；高倍系统显微镜，德国OLYMPUS公司，型号BX40；恒温培养箱，德国 Binder公司，型号KB240；万能拉力机，日本岛津，型号AGS-H；紫外分光光度计，日本岛津，型号UV-2501；示差扫描量热仪，日本岛津，型号DSC60；鼓风干燥箱，湖北黄石医疗器械厂，型号DFG801；压片机，北京富友马科技有限公司，型号FM350。

2.3 PVA口腔膜的制备

称取一定质量的PVA置于100 mL三口烧瓶中，加入适量去离子水，在油浴条件下机械搅拌2 h，同时冷却回流，油浴温度设定95℃，使PVA完全溶解，得到PVA水溶液。

预先将维生素B2溶解于水中，待上述PVA水溶液温度降至60℃时，加入维生素B2溶液，60℃条件下机械搅拌30 min，得到含维生素B2的PVA溶液。

将PVA溶液和含维生素B2的PVA溶液分别吸入到配有12#喷针的10 mL注射器中，喷针接高压电源正极，收集装置接高压电源负极，高压电源电压设定为20 kv[7]，PVA流量由自动进样器控制，进样器螺杆转速0.005 mm/s，纤维收集在接地铝箔上，喷针与铝箔间距约15 cm[8]，电纺完毕后将PVA膜与铝箔一同取下，送入鼓风干燥箱中，40℃下干燥2 h。

将PVA膜与铝箔剥离，利用压片机对膜施加最高静态压力5 Mpa，得到静电纺丝的PVA口腔膜。

2.4 系统显微镜观察

将PVA静电纺丝膜裁切成片，利用高倍系统显微镜（放大倍率10×10）观测表面形貌。

2.5 扫描电镜测试

PVA口腔膜表面喷金处理后，采用德国Zeiss公司的SUPRA55扫描电子显微镜观察样品的表面形态。

2.6 力学性能测试

将不同浓度的PVA口腔膜裁剪成50 mm×100 mm的样条[9]，采用日本岛津AGS-H电子万能试验机测试待测样品的拉伸强度；将样品两端夹紧，以5 mm/min的速度加载试验机直至样品断裂，绘制其拉力曲线。

2.7 热性能测试

将不同浓度的PVA口腔膜用日本岛津DSC60示差扫描量热仪测定热性能，升温速率10℃/min，温度范围15～150℃。

2.8 紫外吸收测试

依据《中华人民共和国药典》[10]中有关维生素B2的测试要求，进行PVA口腔膜的溶出物紫外吸收测试，具体方法如下：

取PVA口腔膜500 mg，加入50 mL水，避光置于37℃的恒温振荡箱（转速：100 r/min）中24 h，取上层液体，使用日本岛津公司的UV-2501紫外分光光度计测定试样的吸收峰，扫描波长200～500 nm，测定PVA口腔膜溶出液中是否含有维生素B2。

取5 mg维生素B2，溶于50 mL水中，同样置于37℃的恒温震荡箱中避光保存24 h，取上层液体，使用紫外分光光度计测定维生素B2紫外吸收峰，作为对照。

2.9 维生素B2的释放试验

取含维生素B2的PVA口腔膜200 mg，加入25 mL水，置于37℃的恒温振荡箱（转速：100 r/min）中，避光保存。每间隔1 h取一次震荡液1 mL，置于5 mL的量瓶中，加水至刻度线，用紫外分光光度计测定其含量，PVA母液再补充37℃的恒温水1 mL，继续放入恒温箱避光保存。连续测定8 h，计算维生素B2的累计释放度，并绘制释放度曲线。

3 结果与讨论

3.1 不同PVA牌号的筛选

选取常用的PVA牌号1750、1799、2488，分别配置成12%的浓度，在相同的纺丝条件下纺丝5 min，显微镜下形貌见图1。

电纺的优劣性主要体现在电纺时喷针顶端能否形成稳定泰勒锥，收集辊上是否收集到纤维，纤维形态是否良好。好的电纺形式应为喷针溶液流动顺畅，有良好的泰勒锥，收集到的纤维松散无斑点[11]。

图1（a）中PVA-1750膜在显微镜下观察纤维排列有序，粗细均匀，静电纺丝稳定性良好。图1（b）中，PVA-1799膜在显微镜下观察到有多处斑点，纤维较细，主要是其醇解度较高，PVA醇解反应时的副产物醋酸钠会在水中电离，从而增加了电纺溶液的电导率[11]，导致其在静电场中受力减小，液滴容易滴落在收集辊上，溶解周围纤维形成膜状斑点。图1（c）中，PVA-2488膜在显微镜下观察到纤维较细，排列较杂乱，有少量斑点，且电纺过程中喷针容易堵塞，主要是由于其分子量较高，浓度也较大，增加了其电纺难度。经过对比，选择1750牌号的PVA进行电纺，其纺丝过程稳定，成丝性较好。

图1 不同牌号的PVA形貌Fig 1 PVA morphology of different type

3.2 不同浓度PVA口腔膜的性能研究

3.2.1 扫描电镜测试 以PVA-1750：维生素B2=100：1[12]（质量比）分别配制成含 PVA为 10%、12%、15%、18%的溶液，在相同的电纺条件下收集成膜并经过压片机处理，利用扫描电镜观察外观形态，见图2（a-d）。取上述12%的溶液电纺膜，一部压片处理，观察压片前后的扫描电镜图，其纤维电纺结构见图 2（e-f）。

图2 10%、12%、15%、18%浓度下的PVA膜扫面电镜图Fig 2 PVA scanning electron microscopy at concentrations of 10%，12% ，15%，18%

由图可以看出，不同浓度的纺丝液均能纺出形态较好的纤维，PVA静电纺丝膜经压片处理后，微观纤维层结构变化不明显，随着浓度的增加，纤维直径有增大的趋势，这主要是由于随着纺丝液浓度的增加，纺丝液的表面张力也随之增大，在静电纺丝过程中，同等静电力下，较大的表面张力能使纤维在电场中分化困难，喷射流分化能力降低，导致纤维直径增大[13-14]。

低浓度时纤维束间有搭接点，随着浓度的提升，纤维直径逐步稳定，搭接处减少，这主要是由于聚合物浓度过低时很难保证喷丝细流的连续性，不能形成稳定的流体[15]，收集的纤维也不稳定，容易相互搭接；PVA溶液的浓度主要是通过溶液粘度影响纤维的形貌及直径[16]，随着浓度和粘度的增加，聚合物的分子间作用力与静电场力达到一个平衡，此时液体流速稳定，喷射速率也较高，得到的纤维形貌较稳定。浓度继续提高，纤维直径虽然变大，但是大分子间力与静电场力平衡有被破坏的趋势，直径变得不稳定，且溶液浓度太高，溶液粘性太大影响溶液推注速度[17]，效率降低。经过对比，可以看出15%浓度下的PVA溶液进行电纺，成丝性较好，纺丝过程较稳定。

3.2.2 力学性能分析 以 PVA-1750：维生素B2=100：1（质量比）分别配制成含 PVA为10%、12%、15%的溶液，电纺成膜后用压片机压实，用万能拉力机测定其拉力，见图3。

以 PVA-1750：维生素 B2=100：1（质量比）配制成含PVA为12%的溶液，相同电纺条件下收集成膜，一部分用压片机处理，用万能拉力机测定电纺膜经过压片机处理前后的拉力，见图4。

图3 10%、12%、15%浓度下的PVA拉力曲线Fig 3 PVA stretch curves at concentrations of 10%，12% and 15%

由图3可知，随着浓度的增大，拉伸强度在增大，这主要是由于高浓度溶液纺丝的纤维比低浓度的纤维直径要大，这点已在SEM图像中经过证明，直径大的纤维相比较拥有更强的力学性能；并且高浓度条件下纺丝纤维喷射流速稳定，纤维取向性较好，因此拥有更好的拉伸强度。12%和15%浓度下的PVA膜具有良好的力学性能。

由图4可知，PVA膜在经过压片机处理后，其拉伸度有明显增强。

3.2.3 热力学性能分析 以PVA-1750：维生素B2=100：1（质量比）分别配制成含 PVA为10%、12%、15%的溶液，电纺成膜后用压片机处理，测定其热力学性能，见图5。

图4 压片前后的PVA拉力曲线Fig 4 PVA tension curve before and after tablet compression

图5 PVA的DSC曲线Fig 5 DSC of PVA

玻璃化转变温度（Tg）是高聚物的一个重要特性参数，是高聚物从高弹态转变为玻璃态的温度，在玻璃态温度以下，PVA膜分子链和链段均不能运动，只是构成分子的原子在其平衡位置做振动；在玻璃化温度以上时，分子链段可以运动，表现出高弹态[18]，随着PVA浓度的增大，其玻璃化转变温度有降低的趋势。这是由于低浓度时纤维之间有搭接点，随着浓度的提升，纤维直径逐步稳定，搭接处减少，高聚物自由体积增大，分子链的运动受到约束的程度也减小，相邻纤维搭接点之间平均链长变大，链段更容易运动，所以玻璃化转变温度也降低。15%浓度下的Tg温度也有92.5℃，完全高于人体温度，作为口腔膜不会影响其热力学性质。

3.2.4 紫外吸收分析 依据《中华人民共和国药典》中有关维生素B2的鉴定方法，其水溶液用紫外-可见分光光度法测定，在267、375、444 nm处的波长有最大吸收，且375 nm波长的吸光度与267 nm波长的吸光度比值应为0.31～0.33，444 nm处的吸光度与267 nm处的吸光度比值应为0.36～0.39。

以 PVA-1750：维生素 B2=100：1（质量比）配制成PVA浓度为15%的溶液，进行纺丝成口腔膜，取PVA口腔膜500 mg，加入50 mL水，避光置于37℃的恒温振荡箱（转速100 r/min）中24 h，并测定其特征峰与对应吸光度，结果见表1。

表1 特征波长下的紫外吸收值Table 1 UV absorption values at characteristic wavelengths

含维生素B2的PVA口腔膜溶出液紫外吸收谱图，见图6。

图6 维生素B2的紫外吸收峰Fig 6 UV absorption peaks of VB2

结果表明，含维生素B2的PVA口腔膜溶出液在444、375、267 nm处均有吸收峰存在，与维生素B2的特征峰吻合，说明PVA口腔膜可以释放维生素B2。

3.2.5 释放性试验分析 释放的影响因素主要包括聚合物的膨胀、降解，搭载物质的溶解、扩散及与聚合物的比例等[19]。通过对PVA口腔膜释放曲线分析，可以看到维生素B2在第1 h时释放强烈，释放度达到50%，3 h内基本释放完毕，达到85.75%。这主要是由于PVA膜强烈的亲水性，随着时间的推移，内部结构不断溶解，维生素B2也随之释放，PVA膜变为凝胶状后，维生素B2释放速率也随之下降，见图7。

图7 PVA膜中维生素B2的累计释放度Fig 7 Cumulative release of vitamin B2 PVA films

4 结论

用静电纺丝法制备含有维生素B2的PVA膜，研究了不同牌号、不同浓度对电纺性的影响及对口腔膜的电镜形貌、力学及热力学性能的测试分析，最终确定1750牌号、浓度为15%的PVA溶液与维生素B2混纺成膜，并测定其中维生素B2的释放度，发现3 h内维生素B2的累计释放度达到85.75%，可以通过定时多次给药方式来调节给药量，从而满足临床要求，具有良好的应用前景，可以作为贴膜来治疗口腔溃疡。其临床研究有待进一步开展。