殼聚糖改性蒙脫石作為藥物控釋載體的研究

彭 琪，葛瑩瑩，陳 琳，經(jīng)夢(mèng)麗

(1.信陽(yáng)師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，信陽(yáng) 464000；2.信陽(yáng)市中心醫(yī)院藥劑科，信陽(yáng) 464000)

0 引 言

蒙脫石(Montmorillonite，MMT)是礦物材料膨潤(rùn)土的重要組成部分[1]，在膨潤(rùn)土中所占比例最高，可達(dá)90%以上，但由于膨潤(rùn)土的產(chǎn)地不同，蒙脫石所占的比例也不盡相同，并且所含雜質(zhì)也各種各樣。將蒙脫石提純后其外觀通常為白色粉末，有時(shí)候也會(huì)是淺黃色或淺綠色的粉末，無(wú)味無(wú)毒且有滑膩感[2]。蒙脫石化學(xué)成分穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)特殊，由兩層硅氧四面體[SiO2]和一層鋁氧八面體[AlO2(OH)4]構(gòu)成，是比較典型的2∶1型層狀硅酸鹽，在晶體層間含有Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子，可以和外部的無(wú)機(jī)或有機(jī)陽(yáng)離子進(jìn)行交換[3]。此外，蒙脫石不僅能吸附并抑制消化道內(nèi)的細(xì)菌和病毒，而且能增強(qiáng)消化道的黏膜防御功能[4]。蒙脫石不僅具有良好的吸附和陽(yáng)離子交換能力，而且安全無(wú)毒，這些特征使它在醫(yī)藥方面得到廣泛的應(yīng)用[5]。

殼聚糖(Chitosan，CS)又稱為幾丁質(zhì)或脫乙酰殼多糖，是一種天然高分子堿性多糖，是甲殼素的脫乙酰產(chǎn)物[6]。殼聚糖分子中存在氨基、羥基以及一些N-乙酰氨基，表現(xiàn)出較為活潑的化學(xué)性質(zhì)[7]。酸性條件下分子中氨基和質(zhì)子結(jié)合使自身帶有正電荷，因此，殼聚糖是天然多糖中少見(jiàn)的帶正電荷的高分子。由于殼聚糖具有優(yōu)良的生物相容性，并且其降解時(shí)只能被結(jié)腸菌群所產(chǎn)生的特有糖苷酶系所降解，被研究者廣泛用于口服結(jié)腸靶向給藥系統(tǒng)的研究[8-9]。

5-氟尿嘧啶(5-Fluorouracil,5-FU)，分子式為C4H3FN2O2，是一種抗代謝腫瘤藥物，常作為臨床抗癌藥物用于結(jié)腸癌、直腸癌、胃癌、乳腺癌、頭頸部癌等多種腫瘤的治療[10]。但是5-氟尿嘧啶的毒副作用比較強(qiáng)，在使用的過(guò)程中有強(qiáng)烈的胃腸道反應(yīng)，會(huì)干擾胃腸的正常功能。

本文首先對(duì)鈣基蒙脫石進(jìn)行鈉化處理，然后采用殼聚糖對(duì)鈉基蒙脫石進(jìn)行有機(jī)化改性，制備出殼聚糖改性蒙脫石(CS-MMT)，通過(guò)XRD、FT-IR等表征手段對(duì)其進(jìn)行分析。以5-FU為模型藥物，制備出載藥復(fù)合物5-FU/CS-MMT，考察其載藥量及其在人工模擬胃液、小腸液和結(jié)腸液中的釋藥情況。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試劑和儀器

實(shí)驗(yàn)試劑為殼聚糖(脫乙酰度≥95%，粘度40～50 mPa·s)、鈉基蒙脫石(由信陽(yáng)市方浩實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的膨潤(rùn)土原礦提純后制得)、5-氟脲嘧啶(阿拉丁公司)、氯化鈉、95%乙醇、鹽酸、冰乙酸、甲醛、氯化銨、異丙醇、酚酞、硝酸銀。試劑均為分析純，水為二次蒸餾水。

實(shí)驗(yàn)儀器采用FA2004型電子天平(上海越平科學(xué)儀器有限公司)，DHG-9023A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(深圳市賽亞泰科儀器設(shè)備有限公司)，DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)，TGL-16G型離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠)，SHZ-D(Ⅲ)型循環(huán)水式真空泵(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)，DZF-6020型真空干燥(上海比朗儀器有限公司)，SX-5-12型箱式電阻爐(天津市泰斯特儀器有限公司)，Rigaku-Mini Flex600型X射線衍射儀(日本理學(xué)株式會(huì)社)，TENSOR-27型傅立葉變換紅外光譜儀(德國(guó)布魯克公司)，HITACHI-U3900H紫外分光光度計(jì)(上海百賀儀器科技有限公司)。

1.2 殼聚糖改性蒙脫石的制備及表征

將采自信陽(yáng)市方浩實(shí)業(yè)有限公司的膨潤(rùn)土采用靜沉降法進(jìn)行提純，把提純后的沉淀加入一定量1 mol/L NaCl溶液中，于65 ℃下攪拌、離心。多次水洗沉淀，將沉淀真空干燥，研磨，過(guò)200目篩備用。

取少量以上制得的MMT，測(cè)定其陽(yáng)離子交換容量(Cation Exchange Capacity,CEC)[11]。將CS分別按照MMT的0.5倍、1.0倍、1.5倍和2.0倍CEC的用量，和MMT一起加入到2%HAc溶液中，于60 ℃攪拌反應(yīng)6 h，離心，洗滌沉淀至中性，干燥過(guò)夜，研磨，制得0.5 CEC、1.0 CEC、1.5 CEC和2.0 CEC CS-MMT。

采用高溫灼燒法，測(cè)定CS-MMT系列復(fù)合物的有機(jī)化程度[12]。

使用X射線衍射儀(Rigaku-Mini Flex 600型)進(jìn)行X射線衍射分析(XRD)，分析條件為：管電壓40 kV，管電流15 mA，掃描范圍3°～40°，掃描速度5°/min；使用傅立葉變換紅外光譜儀(TENSOR-27型)進(jìn)行紅外光譜分析(FT-IR)。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作和有機(jī)改性蒙脫石的載藥量分析

稱取一定量5-FU，溶解于0.1 mol/L HCl溶液中并于100 mL容量瓶中定容。分別移取2 mL、4 mL、6 mL、8 mL、10 mL、12 mL以上溶液于100 mL容量瓶中，用0.1 mol/L的HCl溶液定容。以0.1 mol/L的HCl溶液作為空白試樣，在265 nm處測(cè)吸光度，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

稱取適量MMT和CS-MMT，分別加入水，攪拌至分散均勻。分別加入一定量 5-FU，在80 ℃下攪拌反應(yīng)2 h，離心收集上清液，在265 nm波長(zhǎng)處測(cè)定其吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出上清液中藥物含量。沉淀物在80 ℃真空干燥10 h，研磨后即得5-FU/CS-MMT和5-FU/MMT載藥復(fù)合物[13-14]。

1.4 載藥復(fù)合物在體外人工模擬體液內(nèi)的釋放

分別稱取適量的5-FU/CS-MMT和5-FU/MMT置于錐形瓶中，并加入pH值為1.5的人工胃液，搖勻。將錐形瓶置于水浴恒溫振蕩器中震蕩，30 min后第一次取液，同時(shí)向錐形瓶?jī)?nèi)補(bǔ)充同體積的新鮮人工胃液。將離心后所得上清液在265 nm處用紫外分光光度計(jì)測(cè)吸光度，接著依次以1 h為間隔取液，同樣補(bǔ)充新鮮的人工胃液，將溶液離心后，將上清液在265 nm處用紫外分光光度計(jì)測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)。

將pH值為1.5的人工胃液換成pH值為6.8的人工小腸液和pH值為7.4的人工結(jié)腸液，重復(fù)上述操作。

2 結(jié)果與討論

2.1 CS-MMT和MMT的分析表征

采用氯化銨-50%乙醇法[15]，測(cè)得MMT的含量為95.7%，陽(yáng)離子交換容量為71.5 mmol/100 g；采用高溫灼燒法，測(cè)得0.5 CEC、1.0 CEC、1.5 CEC和2.0 CEC CS-MMT的有機(jī)化程度分別為17.17%、28.66%、28.85%和28.91%，結(jié)果表明，隨著殼聚糖含量的增大，改性蒙脫石的有機(jī)化程度不斷增加；但1.0 CEC后再增大改性劑用量，改性蒙脫石有機(jī)化程度增加并不明顯。

2.2 FT-IR分析

圖1是MMT、CS及1.0 CEC CS/MMT的FT-IR譜。圖中MMT的特征峰有3 601 cm-1處自由羥基-OH的伸縮振動(dòng)峰，和915～1 100 cm-1處-SiO的伸縮振動(dòng)峰。3 309 cm-1處是-NH2的伸縮振動(dòng)峰，2 864 cm-1處是-CH2的伸縮振動(dòng)峰，1 628 cm-1處是-CONH-的彎曲振動(dòng)峰，1 570 cm-1處是-NH的振動(dòng)吸收峰，這是CS的系列特征吸收峰。對(duì)比CS-MMT與CS、MMT的紅外譜圖發(fā)現(xiàn)，插層復(fù)合物的紅外光譜圖中既有MMT在3 601 cm-1處的-OH伸縮振動(dòng)和1 010 cm-1處的-SiO伸縮振動(dòng)峰，又有CS的眾多特征吸收峰，并且復(fù)合物中MMT在3 455 cm-1處-OH的伸縮振動(dòng)峰變寬，這表明MMT上的羥基與CS上的氨基形成了氫鍵，該結(jié)果顯示CS已經(jīng)插入了鈉基蒙脫石的片層間或者吸附在其表面。

圖1 MMT、1.0 CEC CS-MMT和CS的FT-IR譜
Fig.1 FT-IR spectra of MMT, 1.0 CEC CS-MMT and CS

圖2 MMT和1.0 CEC CS/MMT的XRD譜
Fig.2 XRD patterns of MMT and 1.0 CEC CS/MMT

2.3 XRD分析

圖2為MMT和1.0 CEC CS/MMT的XRD譜。根據(jù)d(001)峰的值，可以計(jì)算出蒙脫石的層間距。從圖可知，鈉基蒙脫石的層間距離不到1.2 nm，而對(duì)于1.0 CEC的CS-MMT，層間距的值為1.300 nm。由層間距的變化可以看出，殼聚糖的加入增大了蒙脫石的層間距，這表明殼聚糖已經(jīng)成功插入到蒙脫石層間。因此，在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，CS-MMT的最佳比例為1.0倍CEC。

2.4 5-FU標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作和載藥量分析

將5-FU配制成不同濃度的溶液，在265 nm處測(cè)定其吸光度，所得結(jié)果如表1所示。并依據(jù)此做出5-FU的標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果見(jiàn)圖3。

表1 5-FU標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定Table 1 Standard curve for determination of 5-FU

圖3 5-FU的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.3 Standard curve of 5-FU

采用紫外可見(jiàn)分光光度法，在265 nm處測(cè)定溶液上清液中5-FU的含量。根據(jù)圖3中5-FU的標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算上清液中5-FU的濃度[16]。計(jì)算結(jié)果表明，1.0 CEC CS-MMT對(duì)5-FU的吸附率為62.22%，載藥量達(dá)到393 mg/g；而在相同條件下，MMT對(duì)5-FU的吸附率為43.50%，載藥量為239 mg/g。

2.5 體外釋放實(shí)驗(yàn)

圖4是5-FU/CS-MMT和5-FU/MMT在體外人工模擬體液中的累積釋藥情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，5-FU/CS-MMT在pH值分別為1.5、6.8、7.4的人工胃液、人工小腸液以及人工結(jié)腸液中釋放，受pH的影響比較顯著。其中在pH值為7.4的人工結(jié)腸液中釋放的最快最多，在pH值為6.8的人工小腸液中的釋放量次之，在pH值為1.5的人工胃液中的釋放量最少，所以從中可以看出在中性和弱酸性條件下5-FU/CS-MMT中的5-氟尿嘧啶可以更多地釋放出來(lái)。而5-FU/MMT在人工模擬體液中的釋放情況與5-FU/CS-MMT的釋放情況相反，即5-FU/MMT在酸性較強(qiáng)的人工胃液中的釋放情況最好，在人工結(jié)腸液中次之，在人工小腸液中的釋放情況最差。相比較可知，5-FU/CS-MMT在人工模擬結(jié)腸液中的累積釋藥率最大，可達(dá)34.5%，并使藥物的有效濃度長(zhǎng)時(shí)間保持恒定，由此可知，CS-MMT有望做為一種載藥量大、穩(wěn)定性好的pH型口服結(jié)腸定位給藥材料。

圖4 1.0 CEC CS-MMT和MMT載藥復(fù)合物在模擬人工體液中的釋放情況
Fig.4 Release of 1.0 CEC CS-MMT and MMT complexes in artificial body fluids

3 結(jié) 論

本文以CS為有機(jī)改性劑，對(duì)MMT進(jìn)行有機(jī)化改性，制備出插層型有機(jī)蒙脫石(CS-MMT)。

通過(guò)FT-IR和XRD分析研究該復(fù)合物，結(jié)果表明CS確實(shí)插層進(jìn)入了MMT的片層間，當(dāng)改性劑CS的用量為1.0 CEC時(shí)，改性蒙脫石的層間距最大。

以5-FU為藥物模型，制備出5-FU/CS-MMT，在人體模擬體液(人工胃液、人工小腸液和人工結(jié)腸液)中考察其藥物釋放情況，結(jié)果顯示相較于鈉基蒙脫石，有機(jī)改性蒙脫石對(duì)5-FU具有更高的載藥量，在人工模擬結(jié)腸液中的累積釋藥率最大。

因此，殼聚糖改性蒙脫石有望成為一種5-FU載藥量大、穩(wěn)定性好的pH型口服結(jié)腸定位給藥材料。