靜電紡絲制備乙基纖維素納米載藥纖維

劉凱琳+呂瑤+桑青青+朱利民

摘要：本文通過(guò)靜電紡絲技術(shù)制備了乙基纖維素/酮洛芬復(fù)合載藥納米纖維膜，利用傅里葉紅外光譜儀（FTIR）、掃描電子顯微鏡（SEM）以及X射線衍射儀（XRD）對(duì)載藥前后的乙基纖維素納米纖維分別進(jìn)行了表征。掃描電子顯微鏡觀察結(jié)果表明，用六氟異丙醇為溶劑制備的納米纖維膜表面光滑，沒(méi)有粘結(jié)現(xiàn)象，纖維直徑在500 ～ 600 nm之間；紅外光譜分析表明，利用靜電紡絲技術(shù)成功制備了載藥乙基纖維素纖維；X射線衍射表明，酮洛芬以無(wú)定形的狀態(tài)存在于納米纖維中；釋藥結(jié)果表明，酮洛芬在7天左右的累積釋藥率達(dá)到50%左右，可以用作藥物緩釋材料模型。

關(guān)鍵詞：靜電紡絲；乙基纖維素；酮洛芬；納米纖維膜；藥物緩釋

中圖分類號(hào)：TS102.6；TQ340.64 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Preparation of Ethyl Cellulose-based Drug-loaded Nanofibers Using Electrospinning

Abstract： The ethyl cellulose nanofibers loaded with ketoprofen were prepared by using the technology of electrospinning. Fouruer transformation infrared spectroscopy（FTIR）， scanning electron microscopy（SEM）and X-ray diffraction（XRD）were used for characterizing the ethyl cellulose nanofibers before and after being loaded with ketoprofen. The results of SEM indicated that the prepared nanofibers using hexafluoroisopropanol as solvent has smooth surface and uniform morphology. The diameters of the nanofibers are between 500～600 nm. The results of FTIR indicated that ketoprofen was successfully loaded on the nanofibers. X-ray diffraction showed that the ketoprofen in the nanofibers changed from crystalline structure to amorphous state. The research of drug releasing indicated that the releasing rate of ketoprofen reached 50% in about 7 days， and the nanofibers can be used as a model for sustained release of drug.

Key words： electrospinning； ethyl cellulose； ketoprofen； nanofiber membrane； sustained release of drug

現(xiàn)階段，靜電紡絲技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于納米傳感器、過(guò)濾材料、組織工程、藥物緩釋等領(lǐng)域。靜電紡納米纖維膜具有超高的比表面積，可促進(jìn)細(xì)胞的粘附和物質(zhì)的運(yùn)輸，而且可以模擬細(xì)胞外基質(zhì)，利于細(xì)胞的生長(zhǎng)。

乙基纖維素（EC）是一種不溶于水的纖維素衍生物，被廣泛應(yīng)用于藥物制劑中的片劑粘合材料、薄膜包衣材料、骨架緩釋片、緩釋微丸及緩釋微膠囊等中。乙基纖維素溶于無(wú)水乙醇等溶劑后有較大的粘度，在紡絲過(guò)程中性質(zhì)穩(wěn)定，成纖性能好，在傷口敷料和組織工程方面具有許多潛在應(yīng)用。本試驗(yàn)中利用乙基纖維素的高可紡性制備納米纖維膜，作為藥物載體材料，達(dá)到藥物緩釋的效果。

酮洛芬（KET）是具有苯丙酸結(jié)構(gòu)的非甾體類抗炎藥物，在臨床上廣泛用于治療各種類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、強(qiáng)直性脊柱炎、牙痛、術(shù)后疼痛等。但長(zhǎng)期服用酮洛芬對(duì)腸胃刺激較大，會(huì)引起潰瘍、出血等不良反應(yīng)。因此，將其與靜電紡絲法結(jié)合，利用納米纖維膜的緩釋，可減少藥物毒副作用。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

1.1.1 試劑

乙基纖維素，阿拉丁試劑生產(chǎn)；酮洛芬（MW=254.29，98%），北京百靈威科技有限公司生產(chǎn)；六氟異丙醇（MW=168.04，99.5%），阿拉丁試劑生產(chǎn)；無(wú)水乙醇（MW=46.08，≥99.7%），江蘇省常熟市楊園化工有限公司生產(chǎn)。試驗(yàn)中所用的水均為蒸餾水。

1.1.2 儀器

掃描電子顯微鏡（SEM）；紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（UV）；傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）；X射線衍射儀（XRD）；磁力攪拌器；真空干燥箱；氣浴恒溫振蕩器；靜電紡絲機(jī)。

1.2 靜電紡絲液的制備

取 1 g 乙基纖維素加入 5 mL六氟異丙醇（或者無(wú)水乙醇）中，在室溫條件下用磁力攪拌器攪拌48 h以上，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的均勻溶液。然后在上述紡絲液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%（相對(duì)于乙基纖維素來(lái)說(shuō)）的酮洛芬，再在室溫條件下用磁力攪拌器攪拌48 h以上，制成含有酮洛芬藥物的均勻紡絲液。

1.3 靜電紡絲法制備乙基纖維素載藥纖維

將上述紡絲液小心裝入 5 mL的注射器中，注射針頭連接高壓發(fā)生器的正極，鋁箔接收裝置連接負(fù)極，用于接收靜電紡納米纖維膜。針頭到鋁箔接收屏之間的距離為 15 cm，溶液在噴絲口處的流速為 0.3 mL/h，所施加的電壓為13 kV，室溫下操作。在高壓電場(chǎng)作用下，紡絲液噴射最終形成纖維沉積在接收屏上，形成纖維膜，紡絲時(shí)間大約為 8 h。將纖維膜置于真空干燥箱中干燥過(guò)夜，以除去殘留的溶劑。

1.4 載藥納米纖維表征

取載藥前后的納米纖維膜至于掃描電鏡下觀察其形貌，同時(shí)利用傅里葉紅外光譜儀和X射線衍射儀進(jìn)行紅外光譜測(cè)試和結(jié)晶度分析。

1.5 載藥纖維體外釋藥研究

將 4 份重量均為100 mg的乙基纖維素纖維分別浸入20 mL的pH值為 7 的PBS緩沖液中，置于恒溫?fù)u床中，參數(shù)設(shè)置為：溫度37 ℃，速度100次/min，每隔一定時(shí)間取出 1 mL釋放介質(zhì)，同時(shí)補(bǔ)入相同體積的PBS緩沖液，采用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定釋放介質(zhì)在254 nm下的吸光度，并且利用藥物標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算藥物累計(jì)釋放量。

2 結(jié)果與討論

2.1 納米纖維膜的掃描電鏡及直徑分析

圖 1 為使用不同溶劑的情況下納米纖維膜的掃描電鏡照片。從圖 1 中可以看出，用無(wú)水乙醇做溶劑紡出的納米纖維膜，纖維直徑粗細(xì)不勻較大，并且偶爾有串珠和粘連現(xiàn)象；而用六氟異丙醇作為溶劑的靜電紡納米纖維膜的纖維粗細(xì)均勻，沒(méi)有粘連現(xiàn)象，說(shuō)明采用六氟異丙醇作為溶劑的乙基纖維素膜具有更好的可紡性。同時(shí)，對(duì)比載酮洛芬前后的納米纖維膜的形態(tài)可以看出，載藥之后的納米纖維的形態(tài)較好，纖維直徑相對(duì)較小，粘連較少，說(shuō)明藥物酮洛芬的加入可以改善乙基纖維素的可紡性。

圖 2 用Image J統(tǒng)計(jì)了溶劑為六氟異丙醇的兩種納米纖維的直徑分布情況?？梢园l(fā)現(xiàn)，乙基纖維素納米纖維平均直徑為549.15 nm，呈現(xiàn)正態(tài)分布，其中直徑在500 ～ 600 nm區(qū)間的占比較大，標(biāo)準(zhǔn)差為76.11 nm；乙基纖維素/酮洛芬納米纖維的平均直徑為530.62 nm，呈現(xiàn)正態(tài)分布，其中直徑在500 ～ 550 nm區(qū)間的占比較大，標(biāo)準(zhǔn)差為73.31 nm，這與乙基纖維素納米纖維的平均直徑相比大約減少了20 nm，與前面所做的掃描電鏡分析結(jié)果一致。說(shuō)明了酮洛芬已成功負(fù)載在乙基纖維素納米纖維上且粗細(xì)較均勻。

2.2 納米纖維膜的紅外光譜分析

圖 3 為乙基纖維素納米膜、乙基纖維素/酮洛芬納米纖維膜以及酮洛芬納米纖維的FTIR圖譜。3 474.19 cm-1處為乙基纖維素的羥基峰，1 107.44 cm-1處的峰是由乙基纖維素分子內(nèi)醚鍵的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的。在乙基纖維素納米膜、乙基纖維素/酮洛芬納米纖維膜的紅外圖譜中都可以看到這兩個(gè)特征峰的存在。在酮洛芬的紅外光譜圖中，1 695.63cm-1和1 655.13 cm-1處為酮洛芬上的碳氧雙鍵的伸縮振動(dòng)峰，在乙基纖維素/酮洛芬納米纖維膜上出現(xiàn)相同的特征峰，表明酮洛芬成功負(fù)載于乙基纖維素納米纖維膜上。

2.3 XRD分析

測(cè)得的X-衍射圖譜如圖 4 所示，從圖 4 可見(jiàn)乙基纖維素纖維在2θ為44.3°處有一個(gè)高的衍射峰，在15.9°處有一個(gè)較低的衍射峰，而酮洛芬在載入納米纖維前，在2θ為15°、18.3°、22.8°等處均有衍射峰值，而在載入納米膜之后特征峰消失，說(shuō)明酮洛芬在納米纖維中呈無(wú)定形狀態(tài)。

2.4 體外藥物緩釋性能

圖 5 為乙基纖維素/酮洛芬納米纖維膜中酮洛芬藥物的體外累積釋放率曲線圖。由圖 5 可知，酮洛芬的釋放速率相對(duì)較慢，總的藥物釋放量較小，7 天左右達(dá)到一個(gè)最大釋放量，為50%左右。這是因?yàn)橐一w維素是一種疏水材料，在緩沖液中的溶解度很小，所以負(fù)載在納米纖維膜中的藥物很難被快速釋放出來(lái)，但這也正好達(dá)到了藥物緩慢釋放的效果，延長(zhǎng)了用藥時(shí)間。因此，本文所述的乙基纖維素納米纖維膜可以用作緩慢釋藥的載體模型，用于不同疾病的治療。

3 結(jié)論

本文以乙基纖維素為原料，酮洛芬為藥物模型，利用靜電紡絲計(jì)算制備了乙基纖維素/酮洛芬納米纖維膜，利用SEM和FTIR驗(yàn)證了納米纖維膜中藥物酮洛芬的存在，說(shuō)明乙基纖維素載藥纖維制備成功。XRD表征了結(jié)晶度變化情況，同時(shí)，還對(duì)其藥物體外緩釋性能進(jìn)行了考察。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用靜電紡絲制備的乙基纖維素/酮洛芬納米纖維膜，表面光滑無(wú)粘連，直徑在500 ～ 600 nm之間，藥物在其中由結(jié)晶狀態(tài)變成了無(wú)定形狀態(tài)。釋藥研究結(jié)果表明在 7 天左右的釋藥率達(dá)到50%左右，可以用作藥物緩釋材料模型。

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