依诺沙星—聚甲基丙烯酸—2—羟乙酯水凝胶膜的制备及性能
【摘要】 目的 制备缓、控释性能优异的依诺沙星—聚甲基丙烯酸—2—羟乙酯水凝胶膜(PHEMA)。 方法 选甲基丙烯酸—2—羟乙酯为单体、过硫酸铵［(NH4)2S2O8］为引发剂、依诺沙星为模型药物水相聚合,通过分步法和同步法导入药物,光学显微镜和扫描电镜观察PHEMA的表面形态;水溶液测定凝胶膜的膨胀性能,拟体液环境中测定凝胶膜的释药特征。 结果 HEMA∶H2O为1∶3、聚合温度为72 ℃时聚合生成的水凝胶膜表面形态理想,导入药物后的载药膜具有良好的膨胀性能和优秀的缓、控释特征。 结论 以HEMA(25%)为单体通过溶液聚合有望开发出一类性能优异的载药水凝胶膜。
【关键词】 聚羟乙基丙烯酸甲酯; 依诺沙星; 膨胀性; 水凝胶; 缓释控释。
ABSTRACT: Objective To investigate whteher the poly(2—hydroxyethylmethacrylate)(PHEMA) hydrogel film loaded enoxacin with aprolonged and controlled release characteristics. Methods It was synthesized by choosing HEMA as monomer, (NH4)2S2O8 as inhibitor and enoxacin as model drug; the drug was introduced into hydrogel film by dividing and synchronous method. The characterization of hydrogel film was detect with optical microscopy and SEM. The swelling behavior in aqueous solution and the characteristics of releasing drug in PBS were also determined. Results Ideal morphology of hydrogel film could be obtained when reacted at mole ratio of HEMA and H2O 1∶3, reaction temperature 75 ℃. PHEMA hydrogel film loaded drug has good swelling behavior and excellent prolonged and controlled release characteristics. Conclusion An outstanding performance hydrogel film containing enoxacin by the monomer of HEMA in solution polymerization was estabilished with prolonged and controllell releasing characteristics.
KEY WORDS: poly(2—hydroxyethylmethacrylate); enoxacin; swelling behavior; hydrogel; prolonged and controlled release。
水凝胶是一种具有三维网络结构的新型功能高分子材料,具有吸水量高、溶胀快、柔软、弹性佳、机械性能优异等特点,被广泛应用于工业、农业等多个领域［1］。水凝胶易于细胞的生长和繁殖,对周围组织的摩擦和机械作用损伤力低,具有良好的生物相容性;基于优良的生物学性能,水凝胶在生物医药、组织工程等方面应用极其普遍［2—4］。甲基丙烯酸—2—羟乙酯溶于水,低毒性,其聚合物(PHEMA)难溶于水,但亲水性强,是一类性能优异的水凝胶。自1960年发现甲基丙烯酸—2—羟乙酯(HEMA)的优良生物学性能以来,医药科技工作者开发了大量生物相容性的PHEMA材料,被广泛用于牙科、骨科、眼科、整容外科、心血管修复、药物释放系统［5—6］。与传统使用最多的敷料纱布相比PHEMA水凝胶膜作为创面敷料,可吸收渗液,并且吸收渗液后的凝胶不会粘伤口,可加速上皮细胞生长,而膜内的水分形成湿润环境,可促进创面的癒合,加速新微血管增生。凝胶膜中所含的抗菌药物随着凝胶膜的吸水膨胀而释放出来,可杀灭细菌,抑制细菌繁殖,从而更有利于伤口的愈合［7—8］。
笔者以甲基丙烯酸—2—羟乙酯(HEMA)为单体、过硫酸铵［(NH4)2S2O8］为引发剂,通过改变单体与溶剂相的配比,在水相合成空隙以及孔洞各异的水凝胶膜;并以同步法和分步法引入抗菌药物依诺沙星［9］(依诺沙星是喹诺酮类广谱抗菌药,对革兰阳性菌和革兰阴性菌均有较强的抗菌活性,高效安全,无交叉耐药性,作用于细菌细胞DNA螺旋酶A亚单位,抑制细菌DNA合成和复制,对皮肤软组织感染有良效)制备载药水凝胶膜;探讨载药膜的制备工艺,研究单体与溶剂用量对载药膜的质量影响(相分离形成的孔洞、以及孔隙)。应用光学显微镜观察其表面形态,通过扫描电镜对凝胶膜表面进行扫描;研究各类凝胶膜的溶胀性能;在拟体液条件下对载药凝胶膜进行体外模拟释药,观察其释药特征,以期获得生物学性能良好,具有缓释、控释性能的荷载抗菌药物(依诺沙星)的药用敷料凝胶膜。
1 材料与方法。
1.1 材料 甲基丙烯酸—2—羟乙酯(HEMA,分析纯,美国Aldrich Chemical公司);过硫酸铵 (分析纯,广东省化学试剂工程技术研究开发中心);无水乙醇(分析纯,上海实验试剂有限公司);依诺沙星(福建闽东力捷讯药业有限公司)。紫外分光光度计(上海精密科学仪器有限公司制造);红外光谱仪(Avatar 330 FT—IR,美国尼高力公司);电子天平(北京赛多利斯天平有限公司);扫描电镜(JSM—5600LV,日本JEOL股份有限公司)。
1.2 方法。
1.2.1.1 空白凝胶膜 将HEMA、H2O、按设定剂量混合均匀,并加入引发剂［(NH4)2S2O8］少量,充分溶解混合后,将其置于60 ℃水浴中恒温预聚约40 min,待其成略黏稠状液体后,用胶头滴管将预聚液缓慢加入自制的玻璃模具中(防止产生气泡),密封模具,升温至70 ℃恒温约8～10 h,反应完毕后,拆开模具将PHEMA凝胶膜取出,用少量去离子水将表面杂质冲洗干净,并置鼓风干燥箱中60 ℃恒温干燥约48 h,待用。
1.2.1.2 载药PHEMA凝胶膜 (1)分步法制备载药凝胶膜:在制备的空白凝胶膜中取相同质量干凝胶膜若干片,分别置于依诺沙星浓度为1%(W/V)的0.3%NaOH溶液中48 h,吸药达平衡后,以蒸馏水冲洗膜表面后,于60 ℃恒温干燥至恒重,备用。(2)同步法制备载药凝胶膜:与制备空白凝胶膜相似,精密称取药物0.05 g,与HEMA、水等混合溶解,使药物浓度为1%(混合溶液5 mL含依诺沙星0.05 g),按照(1)方法制备凝胶膜。
1.2.2.1 电镜扫描(SEM) 取PHEMA凝胶膜0.3 cm×0.3 cm,浸入液氮15 min,表面喷金,扫描电压20 kV,对多孔PHEMA凝胶膜样品作扫描电镜观察。
1.2.2.2 溶胀实验 室温条件下将已知质量的干凝胶片浸泡于指定溶剂(pH 7.2磷酸盐缓冲液)中,每隔2 h,取出凝胶,檫干表面水分,称量并记录凝胶的质量,绘制溶胀动力学曲线,比较各凝胶膜溶胀情况。凝胶溶胀度(SR)定义为:。
SR=(Wt—Wd)/Wt。
1.2.3 PHEMA凝胶膜体外释药。
1.2.3.1 依诺沙星标准曲线绘制 精密配制浓度分别为4.0,6.0,8.0,10.0,12.0,14.0 μg/mL溶液,在268 nm处测定吸光度(D),对其进行线性回归,得回归方程:y=0.0573x +0.0116(r2= 0.9993)。
1.2.3.2 静置振荡释药 取相近质量干凝胶膜(3 cm×2 cm×0.3 mm),置于pH 7.2磷酸盐缓冲液—无水乙醇(1∶1)混合溶液50 mL,并置于振荡箱中持续震荡,2 h测定溶液D,并绘制药物累积溶出曲线。
2 结 果。
2.1.1 聚合温度和引发剂用量 聚合温度为70 ℃时,只需1～2 h凝胶膜即可形成,故选择(70±2)℃为最佳反应温度。由于聚合反应在水相进行故选用溶于水的过硫酸铵作引发剂,其用量约为单体的1%时,生成的凝胶膜外观形态和机械性能理想。
2.1.2 单体甲基丙烯酸—2—羟乙酯(HEMA)浓度 选择HEMA:H2O值不同的体系,按上述实验条件进行各种凝胶膜合成,通过光学显微镜(×400倍)观察膜表面,结果见表1。表1 HEMA与H2O不同配比制备的水凝胶膜形态分析。
按上述单体与溶剂配比所得凝胶膜的表面外观,随着反应体系中HEMA单体用量的增加凝胶膜空隙变少,干燥后皱褶减少,宏观上看样品色泽逐渐由白色向透明转变且硬度增加,膜的微观形态在下述的扫描电镜图中看得更清晰。
2.2 电镜扫描 PHEMA载药凝胶膜电镜扫描见图1。PHEMA空白凝胶膜表面有许多孔隙和孔洞,在干燥状态呈现许多皱褶;分步法的载药膜引入药物后表面皱褶减少但显得粗糙,表面有明显的药物沉积痕迹;而同步法制备的载药膜表面较光滑可见药物晶体均匀分步在膜内部而鼓起。
2.3 红外光谱分析 对PHEMA凝胶膜进行红外扫描测定,从PHEMA的IR谱可知,3 422 cm—1是—OH的伸缩振动吸收峰,2 929 cm—1处是—CH2—的。
A:空白凝胶膜; B:同步法载药凝胶膜; C:分步法载药凝胶膜。
图1 25%HEMA (V/V)凝胶膜的电镜扫描图。
Fig 1 The SEM micrograph of hydrogel film with 25%HEMA(V/V)。
C—H伸缩振动吸收峰,1 720 cm—1处C=O吸收峰。在1 630 cm—1处无—CH=CH2的伸缩振动吸收峰,表明样品中无HEMA单体,说明游离的HEMA已被充分洗涤干净。