藤黃酸/CaAl-層狀雙金屬氫氧化物的制備及其緩沖性能研究

劉 琦，武毓琦，吳 茜，趙 柔，韓曉燕*，張 毅

(1.天津中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，天津 300193；2.天津中醫(yī)藥大學(xué)中藥制藥工程學(xué)院，天津 300193)

藤黃酸(gambogic acid，GA)是從中藥藤黃中提取的一種弱酸性化學(xué)物質(zhì)，具有廣泛的抗腫瘤活性[1-2]。GA在水中的溶解度極小，穩(wěn)定性較差且在體內(nèi)半衰期短，極大地限制了其臨床應(yīng)用。目前，大多采用注射劑、納米粒、脂質(zhì)體等構(gòu)建GA靶向納米藥物遞送系統(tǒng)，以改善其不足。

層狀雙金屬氫氧化物(layered double hydroxides，LDH)[3-4]是由帶正電荷的主體層板和層間陰離子通過(guò)非共價(jià)鍵的相互作用組裝而成的一類無(wú)機(jī)層狀納米材料，具有優(yōu)異的離子交換能力和生物相容性，作為新型的藥物緩釋載體被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域。常見(jiàn)的LDH類型為MgAl-LDH。研究表明，CaAl-LDH可提供短期持續(xù)和高振幅的Ca2+，誘導(dǎo)線粒體水平升高，促使癌細(xì)胞凋亡[5]，從而增強(qiáng)抗癌作用。

為探討GA和CaAl-LDH的協(xié)同抗腫瘤作用，作者采用水熱法制備載體CaAl-LDH，利用LDH層間陰離子的可交換性，將GA插入CaAl-LDH層間制備載藥復(fù)合物GA/CaAl-LDH，通過(guò)FTIR、XRD對(duì)CaAl-LDH和GA/CaAl-LDH進(jìn)行表征，采用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化制備工藝，并研究其緩沖性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

藤黃酸，南京春秋生物工程有限公司。

二水氯化鈣、六水氯化鋁，上海凜恩科技發(fā)展有限公司；其它試劑均為分析純。

ME104E/02型萬(wàn)分之一電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鞏義予華儀器有限責(zé)任公司；ZKXFB-2型電熱真空干燥箱，上海樹(shù)立儀器儀表有限公司；SCIENTZ-950E型超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)，寧波新芝生物科技股份有限公司；高效液相色譜儀，日本島津公司；Varian 640型傅立葉變換紅外光譜儀；Miniflex 600型X-射線粉末衍射儀。

1.2 載體CaAl-LDH的制備

取二水氯化鈣、六水氯化鋁溶于200 mL去CO2的去離子水中，使Ca/Al值(Ca與Al物質(zhì)的量比)分別為2∶1、3∶1、4∶1，N2保護(hù)下緩慢滴入1.26 mol·L-1NaOH溶液將pH值調(diào)至11，常溫磁力攪拌24 h后，陳化5 h；過(guò)濾，沉淀用去離子水洗凈后分散于100 mL去CO2的去離子水中，150 ℃下水熱8 h；過(guò)濾，沉淀水洗2次，于65 ℃真空干燥24 h，即得不同Ca/Al值的白色塊狀物CaAl-LDH。

1.3 載藥復(fù)合物GA/CaAl-LDH的制備

參照文獻(xiàn)[6]方法，取0.25 g不同Ca/Al值的CaAl-LDH溶于60 mL去離子水中，超聲分散制成混懸液；同時(shí)取0.05 g GA溶于30 mL甲醇中；兩者混合，N2保護(hù)下60 ℃、500 r·min-1反應(yīng)10 h；過(guò)濾，沉淀水洗2次、乙醇洗2次，于40 ℃真空干燥24 h，即得不同Ca/Al值的GA/CaAl-LDH。

1.4 CaAl-LDH及GA/CaAl-LDH的結(jié)構(gòu)表征

分別通過(guò)FTIR和XRD對(duì)CaAl-LDH、GA/CaAl-LDH的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。

1.5 GA/CaAl-LDH中GA含量的測(cè)定

參照文獻(xiàn)[7]方法，進(jìn)行GA含量測(cè)定方法學(xué)考察，得到GA標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為A=15002c+1419.3(R=0.9998)。精密稱取10 mg GA/CaAl-LDH置于10 mL容量瓶中，滴加2滴濃H3PO4破壞載藥復(fù)合物，加入甲醇溶解GA并定容；經(jīng)0.45 μm微孔濾膜過(guò)濾，吸取20 μL，按色譜條件[7]進(jìn)樣測(cè)定。將峰面積代入GA標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，得GA含量，再分別按式(1)、(2)計(jì)算包封率和載藥量：

(1)

(2)

1.6 GA/CaAl-LDH的制備工藝優(yōu)化

在確定最佳Ca/Al值的基礎(chǔ)上，以反應(yīng)溫度、藥載比(藥物與載體的質(zhì)量比)、反應(yīng)時(shí)間、轉(zhuǎn)速為考察因素，以載藥量為指標(biāo)進(jìn)行L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化GA/CaAl-LDH制備工藝。正交實(shí)驗(yàn)的因素與水平見(jiàn)表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)的因素與水平

1.7 GA/CaAl-LDH的緩沖性能測(cè)試

在最佳工藝條件下制備載藥復(fù)合物GA/CaAl-LDH，滴加0.1 mol·L-1HCl溶液制成懸浮液，測(cè)定溶液pH值，以HCl溶液消耗體積為橫坐標(biāo)、溶液pH值為縱坐標(biāo)繪制緩沖曲線，評(píng)價(jià)其緩沖性能[8]。

2 結(jié)果與討論

2.1 CaAl-LDH及GA/CaAl-LDH的表征

2.1.1 FTIR分析(圖1)

從圖1可知，CaAl-LDH在3 635 cm-1和3 489 cm-1處出現(xiàn)吸收峰，歸因于LDH層板上的O-H和LDH層間水分子的O-H伸縮振動(dòng)，1 620 cm-1處的吸收峰歸因于LDH層間水分子的O-H彎曲振動(dòng)，400～800 cm-1處的吸收峰是由M-O、M-O-M和O-M-O(M=Ca、Al)的拉伸振動(dòng)引起的，與文獻(xiàn)[9]報(bào)道一致。GA/CaAl-LDH的FTIR圖譜中出現(xiàn)了GA的特征吸收峰：2 925 cm-1、2 969 cm-1處甲基和亞甲基的吸收峰，1 416 cm-1、1 547 cm-1、1 594 cm-1處苯環(huán)骨架伸縮振動(dòng)峰，1 736 cm-1處羧酸的C=O伸縮振動(dòng)峰。表明，GA成功插入CaAl-LDH層間。

圖1 CaAl-LDH、GA、GA/CaAl-LDH的FTIR圖譜Fig.1 FTIR spectra of CaAl-LDH,GA,and GA/CaAl-LDH

2.1.2 XRD分析(圖2)

a.CaAl-LDH b.GA/CaAl-LDH

從圖2可知，CaAl-LDH的尖峰主要集中在11.48°、22.92°、23.54°和31.18°處，分別對(duì)應(yīng)六邊形晶體系統(tǒng)中的(002)、(004)、(112)和(020)晶面，進(jìn)一步計(jì)算出晶胞參數(shù)a=9.85 ?、b=5.72 ?、c=16.89 ?，證明CaAl-LDH的晶體結(jié)構(gòu)與文獻(xiàn)[10]報(bào)道的一致。此外，在制備CaAl-LDH的過(guò)程中，同時(shí)產(chǎn)生水鈣鋁榴石(katoite)和碳酸鈣副產(chǎn)物，推測(cè)可能是水解反應(yīng)時(shí)溶液中鹽離子較少導(dǎo)致水鈣鋁榴石的形成。與CaAl-LDH比較，GA/CaAl-LDH的(002)晶面對(duì)應(yīng)的2θ向低角度移動(dòng)，層間距增大，這是由于GA分子插入CaAl-LDH層間時(shí)引起晶格結(jié)構(gòu)膨脹，進(jìn)一步驗(yàn)證載藥成功。

2.2 最佳Ca/Al值的確定

以不同Ca/Al值的CaAl-LDH制備的GA/CaAl-LDH的載藥效果見(jiàn)表2。

從表2可知，當(dāng)Ca/Al值為2∶1時(shí)，GA/CaAl-LDH的載藥量最大。這是因?yàn)椋S著Ca/Al值的減小，CaAl-LDH層板的正電荷密度逐漸增大，CaAl-LDH與GA之間的靜電相互作用逐漸增強(qiáng)，載藥量相應(yīng)增大。因此，選擇Ca/Al值為2∶1的CaAl-LDH制備GA/CaAl-LDH。

表2 不同Ca/Al值的GA/CaAl-LDH的載藥效果

2.3 最佳制備工藝的確定

GA/CaAl-LDH制備工藝優(yōu)化的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，方差分析見(jiàn)表4。

表3 L9(34)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表4 方差分析

從表3可知，各因素對(duì)GA/CaAl-LDH載藥量的影響大小為：B>A>C>D，即藥載比的影響最大，反應(yīng)溫度與反應(yīng)時(shí)間次之，轉(zhuǎn)速最小；最佳制備工藝為A1B3C1D3，即反應(yīng)溫度40 ℃、藥載比1∶1、反應(yīng)時(shí)間6 h、轉(zhuǎn)速1 000 r·min-1。從表4可知，因素B的P值<0.01，即藥載比對(duì)載藥量影響極顯著。

2.4 GA/CaAl-LDH的緩沖性能

CaAl-LDH和GA/CaAl-LDH的緩沖曲線如圖3所示。

圖3 CaAl-LDH(a)和GA/CaAl-LDH(b)的緩沖曲線Fig.3 Buffering curves of CaAl-LDH(a) and GA/CaAl-LDH(b)

從圖3可知，載體CaAl-LDH的主要緩沖作用在pH值4.4處，推測(cè)CaAl-LDH的緩沖性能可能歸因于層間的羥基，這也是它作為抗酸劑的原因；而載藥復(fù)合物GA/CaAl-LDH的緩沖曲線與載體CaAl-LDH的相近，具有與載體CaAl-LDH相同的緩沖性能，主要緩沖作用在pH值4.2處。

3 結(jié)論

首先采用水熱法成功制備了CaAl-LDH，然后采用離子交換法將GA插入到CaAl-LDH層間制備載藥復(fù)合物GA/CaAl-LDH，最佳制備工藝為：Ca/Al值為2∶1、反應(yīng)溫度40 ℃、藥載比1∶1、反應(yīng)時(shí)間6 h、轉(zhuǎn)速1 000 r·min-1。該載藥復(fù)合物具有良好的載藥性能和緩沖性能，CaAl-LDH有望成為一種新型的中藥抗腫瘤成分高效載體。