金雀異黃素殼聚糖納米粒子的制備與釋放性能研究

王瑩+張龍+劉天晴

摘要：以殼聚糖為壁材、聚乙二醇400為助溶劑，采用離子誘導法制備油溶性藥物金雀異黃素納米粒子，通過負染-電鏡、傅里葉紅外光譜、紫外-可見分光光度法等方法對該納米粒子的形貌、組成、包裹率及載藥率、體外釋放性能進行測定。結果表明：根據優(yōu)化工藝制備的該納米粒子的粒徑為200～300 nm，包裹率和載藥率分別為37.1%和93%；所獲得的金雀異黃素納米粒子對藥物具有明顯的緩釋效果。

關鍵詞：金雀異黃素；殼聚糖；納米粒子；制備；藥物緩釋

中圖分類號： TQ460.6文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）02-0226-03

收稿日期：2013-10-31

基金項目：江蘇省研究生科技創(chuàng)新計劃（編號：CXZZ13_0893）。

作者簡介：王瑩（1988—），女，江蘇鎮(zhèn)江人，碩士研究生，主要從事膠體與界面化學研究。E-mail：yingw1988@126.com。

通信作者：劉天晴，博士，教授，博士生導師，主要從事膠體與界面化學研究。Tel：（0514）87975290；E-mail：tqliu@yzu.edu.cn。金雀異黃素是大豆異黃酮的主要成分，又稱染料木素、染料木黃酮，是源于豆類植物和齒狀植物的異黃酮類化合物，其化學名為4，5，7-三羥異黃酮，具有多種生理或藥理活性[1-2]。金雀異黃素在分子的相對兩極帶有2個酚羥基，溶于乙醇等有機溶劑，不易溶于水，因此直接口服生物利用率較低。殼聚糖是由自然界廣泛存在的幾丁質經過脫乙酰作用得到的，不僅是具有良好生物相容性和可降解性的天然生物材料，也是自然界中唯一大量存在的陽離子聚合物，由于其特有的性質且價格低廉，已成為新型的納米藥物載體。目前，利用殼聚糖為包璧材料制備藥物微膠囊的方法有共價交聯法、離子誘導法以及自組裝法等。其中共價交聯法由于經常使用的交聯劑如甲醛、戊二醛等有機物含有一定的毒性，無法適用于體內給藥；自組裝法雖對控制大分子藥物的釋放具有一定的優(yōu)勢，但其制備方法較為繁瑣；離子誘導法是制備殼聚糖納米粒最為普遍的1種方法，制備條件溫和、工藝簡單、條件可控[3-7]，但該方法一般只適用于親水性藥物。本研究首次將離子誘導法用于疏水性藥物，采用殼聚糖離子誘導法制備疏水性藥物金雀異黃素納米粒子乳液，以三聚磷酸鈉為離子交聯劑對其進行物理交聯、包覆，制備金雀異黃素納米粒子，并對其載藥率和包裹率、釋放性能進行了探討。

1材料與方法

1.1試驗試劑與儀器

試劑：殼聚糖（CS，AR，國藥集團化學試劑有限公司），冰醋酸（AR，國藥集團化學試劑有限公司），金雀異黃素（原藥，純度>99%，上海融合醫(yī)藥科技發(fā)展有限公司），聚乙二醇400（PEG400，CP，國藥集團化學試劑有限公司），三聚磷酸鈉（TPP，AR，國藥集團化學試劑有限公司），二次蒸餾水。

儀器：透射電子顯微鏡（TECNAI 12 Philip Apparatus Co.，USA），紫外-可見分光光度計（UV-2550，日本島津公司），傅里葉紅外光譜儀（Tensor27，德國BRUKER公司），粒徑分布儀（ZEN3690，英國Malvern公司），恒溫槽（DK-S22，上海精宏實驗設備有限公司）。

1.2試驗方法

1.2.1金雀異黃素殼聚糖納米粒子的制備采用離子誘導法制備金雀異黃素納米粒子，稱取適量殼聚糖溶于醋酸中，調節(jié)pH值，獲得殼聚糖醋酸溶液。將三聚磷酸鈉水溶液與含有金雀異黃素的PEG400水溶液混合后，緩慢加入到殼聚糖醋酸溶液中，攪拌反應1 h，即可得金雀異黃素納米粒子乳液?？疾鞖ぞ厶桥c三聚磷酸鈉的質量比、體系pH值和PEG400的濃度對所獲得的納米粒子的粒徑、載藥率及藥物包裹率的影響，篩選最佳制備工藝條件。

1.2.2金雀異黃素殼聚糖納米粒子的形貌表征通過透射電子顯微鏡觀察與分析，可獲得金雀異黃素殼聚糖納米粒子的形貌、大小及分布。

1.2.3金雀異黃素殼聚糖納米粒子的成分分析用傅里葉紅外光譜儀對金雀異黃素殼聚糖納米粒子的成分進行分析、測定。

1.2.4包裹率及載藥率的測定包裹率和載藥率是評價粒子好壞的重要指標之一，包裹率和載藥率經計算而得。

包裹率B=實際藥物質量/理論藥物質量×100%（1）

載藥率Z=藥物質量/藥物微粒的質量×100%（2）

1.2.5金雀異黃素納米粒子體外釋放性能測定采用透析法考察金雀異黃素殼聚糖納米粒子的體外釋放性能。金雀異黃素為疏水性藥物，選擇40%乙醇PBS緩沖溶液為釋放介質，將金雀異黃素對照品和金雀異黃素殼聚糖納米粒子分別裝入處理過的透析袋中，加入20 mL釋放介質，將透析袋置于裝有200 mL 釋放介質中，在37 ℃恒溫水浴中旋轉攪拌，定時取樣5 mL，并同時補充等量的釋放介質。樣液使用紫外分光光度法測定金雀異黃素含量，并計算累積藥物釋放量。

2結果與分析

2.1金雀異黃素殼聚糖納米粒子的制備與表征

2.1.1金雀異黃素殼聚糖納米粒子的粒徑分布圖1為金雀異黃素殼聚糖納米粒子的粒徑（Rh）分布圖，在制備工藝的篩選中，納米粒子粒徑大小是重要的影響因素之一。由圖1可知，該粒徑分布范圍在100～350 nm，平均粒徑大小約為200 nm。

2.1.2CS/TPP質量比對金雀異黃素殼聚糖納米粒子粒徑和包裹率、載藥率的影響圖2、圖3分別為CS/TPP質量比對納米粒子粒徑和包裹率、載藥率的影響。從圖2可以看出，當質量比m（CS）/m（TPP）為4～6時，粒徑在200～300 nm范圍，明顯低于m（CS）/m（TPP）為3時的微米級粒徑。圖3表明，質量比m（CS）/m（TPP）與藥物包裹率和載藥率成反比，當質量比為3時包裹率和載藥率為最大，分別為44.5%和111%，但此時粒徑也最大，達微米級；當質量比為4時，粒徑在200 nm左右且包裹率和載藥率分別為38.5%和9.6%，因此，選擇m（CS）/m（TPP）為4比較合適。

2.1.3pH值對金雀異黃素殼聚糖納米粒子粒徑和包裹率、載藥率的影響圖4、圖5分別為體系pH值對納米粒子粒徑和包裹率、載藥率的影響。從圖4可見，納米粒子的平均粒徑與體系pH值成正比關系，pH值為2～4時，粒徑在200～300 nm之間；當pH值為5～6時，粒子粒徑在700～800 nm之間。從圖5可以看出，粒子的包裹率和載藥率隨體系pH值增大出現緩慢下降的趨勢，這是由于隨著pH值增大，殼聚糖溶液中帶正電荷的離子減少，在三聚磷酸鈉中負電荷一定的情況下正電荷與負電荷之間的作用力就相應減弱，藥物的包裹率及載藥率則相應下降。因此，試驗時，通常選擇體系pH值為3，這時制備粒子的包裹率及載藥率最大，分別為37.1%和9.3%。

2.1.4PEG400濃度對金雀異黃素殼聚糖納米粒粒徑和包裹率、載藥率的影響圖6、圖7分別為在CS與TPP質量比為 4 ∶1、殼聚糖溶液pH值為3的條件下，考察助溶劑PEG400濃度的改變對形成納米粒子粒徑和包裹率、載藥率的影響。從圖6可以看出，在C（PEG400）為0.49 mol/L時，粒徑最大，為 500～600 nm；隨著PEG400濃度的增大，納米粒子的粒徑減小，C（PEG400）為0.81 mol/L時粒徑為200～300 nm。從圖7可見，在C（PEG400）為0.81 mol/L時，包裹率和載藥率達到最大；但隨著PEG400濃度繼續(xù)增大時，溶解金雀異黃素的PEG用量就會增加，使得溶解在水中的金雀異黃素的濃度減小，導致被包裹的藥物量減少，包裹率和載藥率就會相應下降，因此，試驗時選擇C（PEG400）為0.8 mol/L。

綜上分析，制備金雀異黃素殼聚糖納米粒子的最佳條件是m（CS）/m（TPP）為4∶1、體系pH值為3、C（PEG400）為 0.8 mol/L、金雀異黃素用量為10 mg。最佳工藝制備的金雀

異黃素殼聚糖納米粒子的包裹率和載藥率分別為37.1%和9.3%。

2.1.5金雀異黃素殼聚糖納米粒子的紅外光譜特征通過金雀異黃素殼聚糖納米粒子、金雀異黃素和殼聚糖的紅外光譜（圖8），可以看出在3 400 cm-1附近有較大的吸收峰，在800～1 750 cm-1附近出現了較多的吸收峰。不難看出，納米粒子的紅外光譜是殼聚糖和金雀異黃素紅外圖譜的疊加，但峰強度又較之強很多，這是因為金雀異黃素較少吸附在粒子表面，而被一起包裹在殼聚糖內部，并且相對含量較少。

2.1.6金雀異黃素殼聚糖納米粒子的形貌特征圖9為金雀異黃素殼聚糖納米粒子的透射電鏡圖。由圖9可見，納米粒子呈圓球狀，形狀較規(guī)整，粒徑分布在200～300 nm左右；粒子中間黑色部分為包裹的金雀異黃素，外圍淡黑色部分為殼聚糖與三聚磷酸鈉交聯形成的壁殼。

2.2金雀異黃素殼聚糖納米粒子的體外釋放特征

圖10和圖11分別為金雀異黃素對照品和金雀異黃素納米粒子的體外釋放曲線。從圖10可以看出，金雀異黃素對照品的體外釋放幾乎與釋放時間呈線性關系，在7 h內釋放量Q達到94.05%，之后的釋放量Q保持不變，說明7 h內金雀異黃素對照品幾乎釋放完畢。圖11是金雀異黃素殼聚糖納米粒子的體外釋放曲線，可以看出在60 h之后的釋放量Q達到96.07%，表明金雀異黃素殼聚糖納米粒子具有明顯的緩釋效果。

3結論

采用殼聚糖離子誘導法制備了1種新的疏水性藥物金雀異黃素納米粒子，以三聚磷酸鈉為離子交聯劑對其進行交聯包裹形成納米粒子，該法條件溫和、工藝簡單，克服了使用醛類交聯劑和有機溶劑帶來的毒性；殼聚糖是無毒無害可生物降解的天然高分子，可以增加藥物對生物膜的通透性；三聚磷酸鈉是一種食品中常用的添加劑，在人體內有較好的生物降解性。根據條件的考察確定制備金雀異黃素納米粒子的最佳工藝是在室溫條件下，殼聚糖與三聚磷酸鈉質量比為 4 ∶1、體系pH值為3、PEG400濃度為0.8 mol/L、金雀異黃素用量為10 mg時，制備出的納米粒子粒徑為200～300 nm，藥物包裹率和載藥率分別為37.1%和9.3%，且藥物的結構和性質沒有發(fā)生變化；釋放性能試驗表明，該法制備的納米粒子具有明顯的緩釋效果。這為疏水性藥物金雀異黃素納米粒子的制備和緩釋研究提供了1種新的方法。

參考文獻：

[1]Kumar N B，Cantor A，Allen K，et al. The specific role of isoflavones on estrogen metabolism in premenopausal women[J]. Cancer，2002，94（4）：1166-1174.

[2]Yu Z L，Tang Y N，Hu D S，et al. Inhibitory effect of genistein on mouse colon cancer MC-26 cells involved TGFI/Smad pathway[J]. Biochemical and Biophysical Research Communications，2005，333（3）：827-832.

[3]Prabaharan M，Mano J F. Chitosan-based particles as controlled drug delivery systems[J]. Drug Delivery，2005，12（1）：41-57.

[4]Shu X Z，Zhu K J. Controlled drug release properties of ionically cross-linked chitosan beads：the influence of anion structure[J]. International Journal of Pharmaceutics，2002，233（1/2）：217-225.

[5]Prego C，Torres D，Fernandez-Megia E，et al. Chitosan-PEG nanocapsules as new carriers for oral peptide delivery：Effect of chitosan pegylation degree[J]. Journal of Controlled Release，2006，111（3）：299-308.

[6]Kim J H，Kim Y S，Park K，et al. Antitumor efficacy of cisplatin-loaded glycol chitosan nanoparticles in tumor-bearing mice[J]. Journal of Controlled Release，2008，127（1）：41-49.

[7]Gan Q，Wang T，Cochrane C，et al. Modulation of surface charge，particle size and morphological properties of chitosan-TPP nanoparticles intended for gene delivery[J]. Colloids and Surfaces B-Biointerfaces，2005，44（2/3）：65-73.

2.1.3pH值對金雀異黃素殼聚糖納米粒子粒徑和包裹率、載藥率的影響圖4、圖5分別為體系pH值對納米粒子粒徑和包裹率、載藥率的影響。從圖4可見，納米粒子的平均粒徑與體系pH值成正比關系，pH值為2～4時，粒徑在200～300 nm之間；當pH值為5～6時，粒子粒徑在700～800 nm之間。從圖5可以看出，粒子的包裹率和載藥率隨體系pH值增大出現緩慢下降的趨勢，這是由于隨著pH值增大，殼聚糖溶液中帶正電荷的離子減少，在三聚磷酸鈉中負電荷一定的情況下正電荷與負電荷之間的作用力就相應減弱，藥物的包裹率及載藥率則相應下降。因此，試驗時，通常選擇體系pH值為3，這時制備粒子的包裹率及載藥率最大，分別為37.1%和9.3%。

2.1.4PEG400濃度對金雀異黃素殼聚糖納米粒粒徑和包裹率、載藥率的影響圖6、圖7分別為在CS與TPP質量比為 4 ∶1、殼聚糖溶液pH值為3的條件下，考察助溶劑PEG400濃度的改變對形成納米粒子粒徑和包裹率、載藥率的影響。從圖6可以看出，在C（PEG400）為0.49 mol/L時，粒徑最大，為 500～600 nm；隨著PEG400濃度的增大，納米粒子的粒徑減小，C（PEG400）為0.81 mol/L時粒徑為200～300 nm。從圖7可見，在C（PEG400）為0.81 mol/L時，包裹率和載藥率達到最大；但隨著PEG400濃度繼續(xù)增大時，溶解金雀異黃素的PEG用量就會增加，使得溶解在水中的金雀異黃素的濃度減小，導致被包裹的藥物量減少，包裹率和載藥率就會相應下降，因此，試驗時選擇C（PEG400）為0.8 mol/L。

綜上分析，制備金雀異黃素殼聚糖納米粒子的最佳條件是m（CS）/m（TPP）為4∶1、體系pH值為3、C（PEG400）為 0.8 mol/L、金雀異黃素用量為10 mg。最佳工藝制備的金雀

異黃素殼聚糖納米粒子的包裹率和載藥率分別為37.1%和9.3%。

2.1.5金雀異黃素殼聚糖納米粒子的紅外光譜特征通過金雀異黃素殼聚糖納米粒子、金雀異黃素和殼聚糖的紅外光譜（圖8），可以看出在3 400 cm-1附近有較大的吸收峰，在800～1 750 cm-1附近出現了較多的吸收峰。不難看出，納米粒子的紅外光譜是殼聚糖和金雀異黃素紅外圖譜的疊加，但峰強度又較之強很多，這是因為金雀異黃素較少吸附在粒子表面，而被一起包裹在殼聚糖內部，并且相對含量較少。

2.1.6金雀異黃素殼聚糖納米粒子的形貌特征圖9為金雀異黃素殼聚糖納米粒子的透射電鏡圖。由圖9可見，納米粒子呈圓球狀，形狀較規(guī)整，粒徑分布在200～300 nm左右；粒子中間黑色部分為包裹的金雀異黃素，外圍淡黑色部分為殼聚糖與三聚磷酸鈉交聯形成的壁殼。

2.2金雀異黃素殼聚糖納米粒子的體外釋放特征

圖10和圖11分別為金雀異黃素對照品和金雀異黃素納米粒子的體外釋放曲線。從圖10可以看出，金雀異黃素對照品的體外釋放幾乎與釋放時間呈線性關系，在7 h內釋放量Q達到94.05%，之后的釋放量Q保持不變，說明7 h內金雀異黃素對照品幾乎釋放完畢。圖11是金雀異黃素殼聚糖納米粒子的體外釋放曲線，可以看出在60 h之后的釋放量Q達到96.07%，表明金雀異黃素殼聚糖納米粒子具有明顯的緩釋效果。

3結論

采用殼聚糖離子誘導法制備了1種新的疏水性藥物金雀異黃素納米粒子，以三聚磷酸鈉為離子交聯劑對其進行交聯包裹形成納米粒子，該法條件溫和、工藝簡單，克服了使用醛類交聯劑和有機溶劑帶來的毒性；殼聚糖是無毒無害可生物降解的天然高分子，可以增加藥物對生物膜的通透性；三聚磷酸鈉是一種食品中常用的添加劑，在人體內有較好的生物降解性。根據條件的考察確定制備金雀異黃素納米粒子的最佳工藝是在室溫條件下，殼聚糖與三聚磷酸鈉質量比為 4 ∶1、體系pH值為3、PEG400濃度為0.8 mol/L、金雀異黃素用量為10 mg時，制備出的納米粒子粒徑為200～300 nm，藥物包裹率和載藥率分別為37.1%和9.3%，且藥物的結構和性質沒有發(fā)生變化；釋放性能試驗表明，該法制備的納米粒子具有明顯的緩釋效果。這為疏水性藥物金雀異黃素納米粒子的制備和緩釋研究提供了1種新的方法。

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2.1.3pH值對金雀異黃素殼聚糖納米粒子粒徑和包裹率、載藥率的影響圖4、圖5分別為體系pH值對納米粒子粒徑和包裹率、載藥率的影響。從圖4可見，納米粒子的平均粒徑與體系pH值成正比關系，pH值為2～4時，粒徑在200～300 nm之間；當pH值為5～6時，粒子粒徑在700～800 nm之間。從圖5可以看出，粒子的包裹率和載藥率隨體系pH值增大出現緩慢下降的趨勢，這是由于隨著pH值增大，殼聚糖溶液中帶正電荷的離子減少，在三聚磷酸鈉中負電荷一定的情況下正電荷與負電荷之間的作用力就相應減弱，藥物的包裹率及載藥率則相應下降。因此，試驗時，通常選擇體系pH值為3，這時制備粒子的包裹率及載藥率最大，分別為37.1%和9.3%。

2.1.4PEG400濃度對金雀異黃素殼聚糖納米粒粒徑和包裹率、載藥率的影響圖6、圖7分別為在CS與TPP質量比為 4 ∶1、殼聚糖溶液pH值為3的條件下，考察助溶劑PEG400濃度的改變對形成納米粒子粒徑和包裹率、載藥率的影響。從圖6可以看出，在C（PEG400）為0.49 mol/L時，粒徑最大，為 500～600 nm；隨著PEG400濃度的增大，納米粒子的粒徑減小，C（PEG400）為0.81 mol/L時粒徑為200～300 nm。從圖7可見，在C（PEG400）為0.81 mol/L時，包裹率和載藥率達到最大；但隨著PEG400濃度繼續(xù)增大時，溶解金雀異黃素的PEG用量就會增加，使得溶解在水中的金雀異黃素的濃度減小，導致被包裹的藥物量減少，包裹率和載藥率就會相應下降，因此，試驗時選擇C（PEG400）為0.8 mol/L。

綜上分析，制備金雀異黃素殼聚糖納米粒子的最佳條件是m（CS）/m（TPP）為4∶1、體系pH值為3、C（PEG400）為 0.8 mol/L、金雀異黃素用量為10 mg。最佳工藝制備的金雀

異黃素殼聚糖納米粒子的包裹率和載藥率分別為37.1%和9.3%。

2.1.5金雀異黃素殼聚糖納米粒子的紅外光譜特征通過金雀異黃素殼聚糖納米粒子、金雀異黃素和殼聚糖的紅外光譜（圖8），可以看出在3 400 cm-1附近有較大的吸收峰，在800～1 750 cm-1附近出現了較多的吸收峰。不難看出，納米粒子的紅外光譜是殼聚糖和金雀異黃素紅外圖譜的疊加，但峰強度又較之強很多，這是因為金雀異黃素較少吸附在粒子表面，而被一起包裹在殼聚糖內部，并且相對含量較少。

2.1.6金雀異黃素殼聚糖納米粒子的形貌特征圖9為金雀異黃素殼聚糖納米粒子的透射電鏡圖。由圖9可見，納米粒子呈圓球狀，形狀較規(guī)整，粒徑分布在200～300 nm左右；粒子中間黑色部分為包裹的金雀異黃素，外圍淡黑色部分為殼聚糖與三聚磷酸鈉交聯形成的壁殼。

2.2金雀異黃素殼聚糖納米粒子的體外釋放特征

圖10和圖11分別為金雀異黃素對照品和金雀異黃素納米粒子的體外釋放曲線。從圖10可以看出，金雀異黃素對照品的體外釋放幾乎與釋放時間呈線性關系，在7 h內釋放量Q達到94.05%，之后的釋放量Q保持不變，說明7 h內金雀異黃素對照品幾乎釋放完畢。圖11是金雀異黃素殼聚糖納米粒子的體外釋放曲線，可以看出在60 h之后的釋放量Q達到96.07%，表明金雀異黃素殼聚糖納米粒子具有明顯的緩釋效果。

3結論

采用殼聚糖離子誘導法制備了1種新的疏水性藥物金雀異黃素納米粒子，以三聚磷酸鈉為離子交聯劑對其進行交聯包裹形成納米粒子，該法條件溫和、工藝簡單，克服了使用醛類交聯劑和有機溶劑帶來的毒性；殼聚糖是無毒無害可生物降解的天然高分子，可以增加藥物對生物膜的通透性；三聚磷酸鈉是一種食品中常用的添加劑，在人體內有較好的生物降解性。根據條件的考察確定制備金雀異黃素納米粒子的最佳工藝是在室溫條件下，殼聚糖與三聚磷酸鈉質量比為 4 ∶1、體系pH值為3、PEG400濃度為0.8 mol/L、金雀異黃素用量為10 mg時，制備出的納米粒子粒徑為200～300 nm，藥物包裹率和載藥率分別為37.1%和9.3%，且藥物的結構和性質沒有發(fā)生變化；釋放性能試驗表明，該法制備的納米粒子具有明顯的緩釋效果。這為疏水性藥物金雀異黃素納米粒子的制備和緩釋研究提供了1種新的方法。

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