静电纺聚乳酸串珠纤维的药物缓释性能

刘兆麟 岳承明 张 威

河北科技大学 纺织服装学院(中国)

静电纺丝技术具有可纺原料范围广泛、工艺调控灵活等优点已成为有效制备纳米纤维的重要方法之一。静电纺纳米纤维的直径小、孔隙率高、孔径小，能够在结构上模拟天然细胞外基质，这推动了其在药物传递系统和组织工程领域的应用[1-2]。药物缓释对于促进组织修复和再生，以及减少对健康细胞的伤害至关重要[3]。然而，药物颗粒的尺寸通常为微米级别，常规静电纺纳米纤维很难有效承载这些微米级药物。基于此，药物在纤维表面裸露而导致的突释问题已成为阻碍载药纳米纤维发展的瓶颈[4]。

分布在纳米纤维上的直径约为微米级的串珠，通常被视作静电纺丝的“副产品”而加以去除[5]。然而，在药物释放领域，纳米纤维可以模拟细胞外基质，而微米级的微珠则可作为药物颗粒的贮存介质。因此，具有独特微珠结构的串珠纤维在药物承载和缓释方面表现出良好的应用前景。

本文将阿司匹林药物模型加入不同质量分数的聚乳酸(PLA)溶液中，通过静电纺丝工艺制备串珠纤维。采用扫描电子显微镜(SEM)观察PLA质量分数对纤维形态的影响，用红外光谱仪分析阿司匹林在串珠纤维中的负载情况，并讨论和比较串珠纤维与光滑纳米纤维的体外释药行为。

1 试验

1.1 聚乳酸串珠纤维的制备

将PLA(相对分子质量为90 000)加入二氯甲烷(DCM)溶剂中，调节PLA质量分数分别为3%、 4%、 5%和6%，然后将质量分数为1%的阿司匹林药物模型颗粒溶解在各PLA溶液中。经6 h搅拌后，得到具有不同PLA质量分数的PLA/阿司匹林混合溶液。在DT-1003型静电纺丝机上制备纤维膜，纺丝电压为20 kV、溶液流速为1 mL/h、接收距离为15 cm。

1.2 测试与表征

采用NDJ-79型黏度计测定PLA溶液黏度，通过TM30002型SEM观察纤维膜形貌，采用adobephotoshop软件测量微珠粒径和纳米纤维直径，用TJ270-30型红外光谱仪测试阿司匹林、PLA和载药PLA串珠纤维的红外光谱，确定串珠纤维对阿司匹林的承载情况。为探讨纤维的体外释药行为，将10 mg纳米纤维浸泡在37 °C的1 mL磷酸盐缓冲液(PBS)中，收集上层清液并以固定的时间间隔补充等量的新鲜PBS。采用TU-1810型紫外分光光度计测定阿司匹林在270 nm波长处的吸光度，并基于标准曲线方程计算阿司匹林的质量分数。将释放的阿司匹林总量与包封在串珠纤维内的阿司匹林总量相除获得累积释药速率。

2 结果与讨论

2.1 PLA串珠纤维的形态结构

图1给出了不同PLA质量分数下制得的PLA纳米纤维膜的SEM图。表1列出了相应纳米纤维的溶液的黏度特性和规格参数。值得注意的是，只有在一定的PLA质量分数下才能获得串珠纤维，说明适当的溶液质量分数是形成串珠结构的必要条件。当PLA质量分数为3%时，珠粒直径大小不一，纤维连续性欠佳[图1a)]。这是因为低黏度的溶液射流不能承受外加电压的拉伸。当PLA质量分数为4%时，纺锤形珠粒随机分布在连续的纳米纤维上，获得了形态良好的串珠纤维[图1b)]。这是因为聚合物大分子在拉伸射流作用下发生取向，缠结的分子链以纳米纤维骨架形式存在，而剩余溶液则在表面张力驱动下收缩成微珠。进一步增加聚乳酸质量分数至5%，串珠形状趋于细长[图1c)]。当PLA质量分数为6%时，由于溶液的黏度显著增强，静电纺丝产物转变为直径较大的光滑纳米纤维[图1d)]。

a) 3%

b) 4%

c) 5%

d) 6%

表1 不同PLA质量分数下PLA串珠纤维的溶液黏度特性和规格参数

2.2 聚乳酸串珠纤维的载药方式

图2 阿司匹林、PLA和PLA/阿司匹林串珠纤维 (PLA质量分数为4%)的红外光谱

2.3 聚乳酸串珠纤维的体外释药行为

图3给出了阿司匹林在不同PLA质量分数下制得的串珠纤维和光滑纳米纤维中的累积释药曲线。由图3可以看出，所有纤维的药物释放速率均在4 h内迅速增长，然后逐渐减缓，48 h后释药速率达到稳定；PLA质量分数为3%、 4%和5%时，对应串珠纤维的释药速率分别为84.2%、 80.9%和83.1%，而PLA质量分数为6%时，获得的光滑纳米纤维的释药率则为90.4%。可知，光滑纳米纤维的累积释药速率始终高于串珠纤维。

此外，PLA质量分数为4%时，串珠纤维的释药率最低，PLA载药串珠纤维对药物的承载方式为物理包覆，扩散作用在药物释放过程中起决定性作用，阿司匹林的主要释放机制是扩散作用。大粒径微珠确保了药物颗粒的包被厚度，因此，粒径较大的串珠纤维具有更好的缓释效果。

图3 串珠纤维和光滑纳米纤维的累积释药曲线

3 结论

适当的PLA溶液质量分数是获得串珠纤维的必要条件。随着PLA质量分数的增大，珠粒直径先增大后减小，纤维直径增大。阿司匹林颗粒包裹在珠粒中，而非裸露在串珠纳米纤维表面。串珠纤维的体外累积释药速率明显低于光滑纳米纤维。大直径的微珠具有更好的缓释效果。研究表明，具有可控形态的串珠纤维在体外药物缓释系统中表现出良好的应用前景。