丁苯酞-兩親碳質(zhì)微球材料的制備與表征

朱帝　李維　葛方蘭　王麗瑤

摘要：制備兩種型號(hào)的包埋了丁苯酞的兩親性碳質(zhì)微球I-ACPs@NBP和II-ACPs@NBP，研究其包埋率和緩釋性.先用丙酮對(duì)酵母細(xì)胞進(jìn)行預(yù)處理，然后再將酵母細(xì)胞進(jìn)行溫和的水熱碳化（180～200 ℃，8～12 h），取部分處理液直接烘干得到I-ACPs;其余處理液經(jīng)硫酸處理數(shù)小時(shí)，清洗，離心，55 ℃烘干便得到II-ACPs;將I-ACPs和II-ACPs均勻分散于超純水中，添加丁苯酞，常溫下180 r/m振蕩5 h，離心烘干便得到I-ACPs@NBP和II-ACPs@NBP.I-ACPs@NBP和II-ACPs@NBP制備成功，包埋效果好，且具有良好的兩親性和緩釋性.I-ACPs@NBP的包埋率和緩釋性要略優(yōu)于II-ACPs@NBP.I-ACPs@NBP和II-ACPs@NBP可添加于水凝膠等醫(yī)用敷料促進(jìn)傷口愈合.

關(guān)鍵詞：兩親性中空碳質(zhì)微球; 丁苯酞; 制備; 包埋率; 緩釋性

中圖分類號(hào)：R318.08 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-8395（2023）05-0677-08

0引言

兩親性中空碳質(zhì)微球由于在靶向給藥、藥物控釋、催化、儲(chǔ)能材料、固定化酶和環(huán)境吸附材料等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，引起了人們的關(guān)注[1-2].這是由于兩親性中空碳質(zhì)微球具有能夠有效封裝活性成分（如染料、藥物、墨水、細(xì)胞和蛋白質(zhì)）到內(nèi)腔中的優(yōu)良特性[1].又由于微球表面層分子具有特定的官能團(tuán)，可以使其具有更好的物理和化學(xué)性質(zhì)（如超疏水性、超親水性和兩親性）[1].釀酒酵母細(xì)胞是制備具有可控孔隙度空心碳質(zhì)微球的良好材料，對(duì)酵母細(xì)胞進(jìn)行溫和的水熱處理（180～200 ℃），可合成具有可控中孔和大孔的中空碳質(zhì)微球（amphiphilic hollow carbon microspheres，ACPs）[1].在水熱條件下，微球表面碳化形成了部分疏水性基團(tuán)，同時(shí)又保留了酵母細(xì)胞壁本身的親水性基團(tuán)[2]，這些空心球的表面同時(shí)被疏水和親水官能團(tuán)覆蓋，使所獲得的微球具有兩親性.此外，兩親性使得多孔中空碳質(zhì)球（ACPs）表現(xiàn)出相轉(zhuǎn)移、蛋白質(zhì)自富集和pH控制釋放行為[1].為了合成ACPs，首先用丙酮預(yù)處理酵母細(xì)胞，確保去除細(xì)胞內(nèi)原生質(zhì)體.再加入戊二醛（GA）作為保護(hù)劑[1]，戊二醛通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合細(xì)胞壁多糖網(wǎng)絡(luò)中的醛基或酰胺基，增強(qiáng)了多糖網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度，從而避免了不必要的斷裂[1]，使細(xì)胞壁多糖網(wǎng)絡(luò)免遭破壞.研究表明，當(dāng)加入體積分?jǐn)?shù)2%戊二醛水溶液時(shí)，微球表面的孔徑平均尺寸約為43 nm，進(jìn)一步經(jīng)硫酸處理后，尺寸增大到50 nm，在部分樣品中甚至可以明顯看到大于100 nm的大孔[1].

丁苯酞（dl-3-n-Butylphthalide，NBP）為dl-3-正丁基-1（3H）-異苯并呋喃酮，與從芹菜籽中提取的左旋芹菜甲素具有相同的結(jié)構(gòu)，是人工合成的消旋體[3-4].丁苯酞在229 nm波長(zhǎng)處有最大吸收峰[5]，臨床上常用于治療急性缺血性腦卒中[6].丁苯酞能促進(jìn)血管再生[7-8].丁苯酞化學(xué)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1所示.

丁苯酞（NBP）為黃色液體，微溶于水，可溶于甲醇、乙醇以及DMSO等有機(jī)溶劑[5].ACPs具有兩親性，能將丁苯酞包埋在微球內(nèi)部，同時(shí)ACPs表面也能吸附丁苯酞.將NBP包埋于ACPs內(nèi)部即形成ACPs@NBP，再將ACPs@NBP加入到水凝膠等醫(yī)用敷料中，可以促進(jìn)傷口的血管生長(zhǎng)，加快傷口愈合，并且ACPs@NBP具有緩釋性，可以長(zhǎng)時(shí)間慢慢釋放NBP，以便藥物充分吸收.因此，本實(shí)驗(yàn)制備的包埋了丁苯酞的兩親性碳質(zhì)微球ACPs@NBP，可應(yīng)用于水凝膠等醫(yī)用敷料的制作.

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)試劑 安琪啤酒活性干酵母;丙酮（分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.5%，成都市科龍化工試劑廠）;無(wú)水乙醇（分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.7%，成都金山化學(xué)試劑有限公司）;戊二醛（AR 50%，羅恩試劑）;0.5 mol/L的NaOH水溶液（實(shí)驗(yàn)室自配）;丁苯酞（石家莊多維化工有限公司）.

1.2實(shí)驗(yàn)儀器 純水超純水一體機(jī)（型號(hào)：arium comfort I，賽多利斯上海貿(mào)易有限公司）;電子天平（AR224CN，奧豪斯儀器上海有限公司）;數(shù)顯控溫加熱攪拌器（常州市金壇大地自動(dòng)化儀器廠）;冷凍高速離心機(jī)（Allegra X-30R，美國(guó)貝克曼庫(kù)爾特有限公司）;箱式電阻爐（SX2-4-10A，紹興市上虞道墟科析儀器廠）;KQ5200E型超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）;雙層恒溫振蕩器（IS-RSV1，上海恒科學(xué)儀器有限公司）;恒溫?fù)u床（DHZ-CA，太倉(cāng)市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠）;100 mL水解管（安徽韋斯實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）;紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（BioMate 3S，賽默飛世爾科技公司）;透析袋（MW：14 000，biosharp公司）.

1.3中空碳質(zhì)微球的制備與表征分析

1.3.1中空碳質(zhì)微球ACPs的制備 本實(shí)驗(yàn)制備了兩種不同表面孔徑大小的碳質(zhì)微球：I-ACPs和II-ACPs，II-ACPs是I-ACPs經(jīng)過(guò)硫酸處理后形成的.

1.3.2I-ACPs的制備 稱取20 g啤酒酵母溶解于200 mL超純水，用磁力攪拌器攪拌均勻（約1 h）后離心（8 000 r/m，8 min）得到沉淀（酵母細(xì)胞），棄去上清液，加入丙酮，用玻璃棒攪拌，使沉淀分散均勻，并置于恒溫振蕩器常溫180 r/m振蕩15 min，8 000 r/m離心8 min，棄去上清液[1，9].重復(fù)此操作2次，以除去酵母細(xì)胞的原生質(zhì)體.用超純水懸浮沉淀，均勻分散后，8 000 r/m離心8 min，棄去上清液，收集沉淀物.重復(fù)此操作2次，以去除黏附在細(xì)胞壁上的原生質(zhì)體.再將沉淀均勻分散于體積分?jǐn)?shù)為2%的戊二醛水溶液中[1，9]，倒入水解管中，將水解管放入箱式電阻爐中，加熱至180～200 ℃保持8～12 h，使酵母細(xì)胞壁受熱碳化.冷卻后取出水解管，搖勻，離心（8 000 r/m，12 min），棄去上清液，取褐色沉淀，用體積分?jǐn)?shù)50%乙醇溶液數(shù)次清洗離心（8 000 r/m，12 min），直至上清洗液接近無(wú)色，以去除戊二醛、色素及各種有機(jī)和無(wú)機(jī)雜質(zhì)，得到較為干凈的褐色沉淀[1，9].將其置于烘箱中（55 ℃）烘干，所得產(chǎn)物即為兩親性碳質(zhì)微球，稱重為2.42 g.

1.3.3II型碳質(zhì)微球（II-ACPs）的制備 稱取一定量的I-ACPs，置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～50%的硫酸溶液中，在室溫下處理數(shù)小時(shí)[1]，8 000 r/m離心12 min，清洗，用0.5 mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)PH值至7.0，再離心（8 000 r/m，12 min），55 ℃烘箱中烘干即可得到II-ACPs.

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1中空碳質(zhì)微球ACPs的表征分析 對(duì)本研究所獲得的微球材料進(jìn)行掃描電子顯微鏡（SEM）分析，結(jié)果如圖2所示.從圖2中可以看出，II-ACPs表面的小孔孔徑比I-ACPs表面的要大.I-ACPs的微球表面孔徑為43 nm左右;II-ACPs是I-ACPs經(jīng)過(guò)硫酸處理后的產(chǎn)物，微球表面孔徑大約為50～100 nm，部分微球甚至?xí)^(guò)100 nm，形成較大的孔徑.

2.2兩親性碳質(zhì)微球?qū)Χ”教膾呙桦娮语@微鏡與緩釋分析 分別稱取0.2 g I-ACPs和II-ACPs，分別加入10 mL超純水，超聲處理10 min，使其均勻分散[10]，再分別加入0.2 ml丁苯酞，置于搖床上振蕩5 h[10].離心（8 000 r/m，8 min），收集沉淀，放入55 ℃烘箱中，烘干，得I-ACPs@NBP或II-ACPs@NBP.

2.2.1掃描電子顯微鏡（SEM）分析 對(duì)本研究所獲得的包埋了丁苯酞的微球材料進(jìn)行掃描電子顯微鏡（SEM）分析，結(jié)果如圖3所示.從圖3b、c、e、f中，可以看出I-ACPs@NBP和II-ACPs@NBP的表面均致密地附著了丁苯酞，說(shuō)明本研究制備的I-ACPs和II-ACPs都能夠很好地吸附丁苯酞.

2.2.2I-ACPs@NBP和II-ACPs@NBP的NBP緩釋分析 首先繪制丁苯酞的標(biāo)準(zhǔn)曲線.準(zhǔn)確量取5.9 μL的NBP（即10.03 mg），置于50 mL容量瓶中，以體積分?jǐn)?shù)50%的乙醇水溶液為溶劑，進(jìn)行定容.分別取上述溶液0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8和0.9 mL置于10 mL容量瓶中，用體積分?jǐn)?shù)50%的乙醇水溶液稀釋，定容[11]，然后以體積分?jǐn)?shù)50%的乙醇水溶液為空白，于229 nm波長(zhǎng)下，分別測(cè)定各濃度梯度溶液的吸光度，如表1所示.

以NBP的吸光度對(duì)NBP質(zhì)量濃度作圖，結(jié)果如圖4所示，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線：y=36.821x-0.033 4，R²=0.999 3，說(shuō)明NBP在0.006～0.018 mg/mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好.

取透析袋，相繼用體積分?jǐn)?shù)50%乙醇，0.01 mol/L碳酸氫鈉和0.001 mol/L EDTA溶液洗滌，最后用超純水漂洗4次，以除去生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的極微量的硫化物、重金屬和一些具有紫外吸收的雜質(zhì).所用透析袋的截留分子質(zhì)量為14 000，能透過(guò)水，乙醇和丁苯酞的小分子物質(zhì)（丁苯酞分子質(zhì)量為190.238），由酵母細(xì)胞壁碳化得來(lái)的碳質(zhì)微球不能透過(guò).

稱取一定量的I-ACPs@NBP和II-ACPs@NBP，分別溶于20 mL的體積分?jǐn)?shù)50%乙醇水溶液，并轉(zhuǎn)入透析袋中，將透析袋置于裝有300 mL的體積分?jǐn)?shù)50%乙醇水溶液的錐形瓶中，在搖床中180 r/m振蕩，每隔1 h取樣，于229 nm波長(zhǎng)下檢測(cè)吸光度，檢測(cè)后，樣品要倒回錐形瓶.I-ACPs@NBP的緩釋情況如圖5所示，在第10 h時(shí)曲線開(kāi)始趨于平穩(wěn)，錐形瓶中體積分?jǐn)?shù)50%的乙醇水溶液中的NBP質(zhì)量濃度接近最大值，說(shuō)明I-ACPs@NBP中包埋的NBP基本釋放于體積分?jǐn)?shù)50%的乙醇水溶液中，有效緩釋時(shí)間為10 h，15 h后完全緩釋完畢.這說(shuō)明NBP成功包埋于I-ACPs中，且具有緩釋性.

II-ACPs@NBP的緩釋情況如圖6所示，在第8 h時(shí)錐形瓶中體積分?jǐn)?shù)50%的乙醇水溶液中的NBP質(zhì)量濃度達(dá)到最大，完全緩釋完畢，說(shuō)明II-ACPs@NBP的有效緩釋時(shí)間為8 h，NBP亦成功包埋于II-ACPs中，也具有緩釋性.I-ACPs@NBP的10 h的緩釋時(shí)間要略優(yōu)于II-ACPs@NBP的8 h緩釋時(shí)間.

2.3熱失重（TGA）分析 熱失重（TGA）由四川大學(xué)分析測(cè)試中心分析.分別稱取4種實(shí)驗(yàn)樣品，包括I-ACPs@NBP、空載對(duì)照I-ACPs、II-ACPs@NBP、空載對(duì)照II-ACPs，通入氮?dú)猓髁繛?0 mL/min，以10 ℃/min的速度升溫到1 000 ℃[9，12].

圖7～10分別是I-ACPs@NBP、空載對(duì)照I-ACPs、II-ACPs@NBP和空載對(duì)照II-ACPs的熱失重分析結(jié)果.4個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品稱取的質(zhì)量分別是7.939 0、7.924 0、7.768 0和7.841 0 mg.

對(duì)比圖7和8，可知圖7中的第2個(gè)臺(tái)階和圖8中的第2個(gè)臺(tái)階都是I-ACPs受熱失重的過(guò)程，在300～550 ℃這一升溫范圍內(nèi).圖7中的第1個(gè)臺(tái)階是I-ACPs@NBP中包埋的NBP受熱失重的過(guò)程，在100～300 ℃這一升溫范圍內(nèi)，失重率達(dá)53.98%，即4.29 mg，說(shuō)明7.939 0 mg的I-ACPs@NBP中包埋了4.29 mg的NBP，包埋率達(dá)到53.98%，即1 g的I-ACPs能包埋539.8 mg的NBP，包埋效果相當(dāng)高.

對(duì)比圖9和10可知，圖9中的第2階梯和圖10中的第2階梯都是II-ACPs受熱失重的過(guò)程，在300～550 ℃這一升溫范圍內(nèi).圖9中的第1個(gè)臺(tái)階是II-ACPs@NBP中包埋的NBP受熱失重的過(guò)程，也在100～300 ℃升溫范圍內(nèi)，失重率達(dá)50.66%，即3.94 mg，說(shuō)明7.768 0 mg的II-ACPs@NBP中包埋了3.94 mg的NBP，包埋率達(dá)到50.66%，即1 g的II-ACPs能包埋506.6 mg的NBP，包埋效果好.從圖11能更直觀地看出4個(gè)樣品失重變化的異同對(duì)比.I-ACPs@NBP的包埋率略優(yōu)于II-ACPs@NBP.

2.4I-ACPs@NBP和II-ACPs@NBP兩親性測(cè)試 將I-ACPs@NBP和II-ACPs@NBP分別融入超純水、丙酮、甲苯、氯仿、DMF和超純水氯仿混合液中，觀察各自分散情況[9-10，12].

從圖12和13中可以看出，I-ACPs@NBP和II-ACPs@NBP均能很好地分散于極性溶劑和非極性溶劑中，在超純水氯仿混合液中，I-ACPs@NBP和II-ACPs@NBP微粒均聚集在水和氯仿之間.證明了I-ACPs@NBP和II-ACPs@NBP都具有很好的兩親性.

圖12從左至右a、b、c、d、e、f樣品溶劑依次為超純水、丙酮、甲苯、氯仿、DMF、超純水氯仿混合液（上層為超純水下層為氯仿）.圖13從左至右h、i、j、k、l、m樣品溶劑依次為超純水、丙酮、甲苯、氯仿、DMF、超純水氯仿混合液（上層為超純水下層為氯仿）.

3結(jié)論

中空碳質(zhì)微球具有良好的兩親性和緩釋性，作為載體可以用于包埋各種藥物，目前相關(guān)研究報(bào)道還不多.最近，有人報(bào)道采用中空碳質(zhì)微球包埋抑菌性物質(zhì)[9-10]，并添加在凝膠劑中，結(jié)果具有很好的緩釋性和長(zhǎng)久抑菌性.受此啟發(fā)，本研究成功制備了兩種型號(hào)的包埋了丁苯酞的兩親性碳質(zhì)微球，分別為I-ACPs@NBP和II-ACPs@NBP.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，丁苯酞成功包埋于I-ACPs和II-ACPs內(nèi)部，微球表面也能附著一層致密的丁苯酞，說(shuō)明包埋效果良好;另外，它們還具有很好的兩親性和緩釋性，I-ACPs@NBP的緩釋性和包埋率略優(yōu)于II-ACPs@NBP.總的來(lái)說(shuō)，I-ACPs@NBP的總體性能要優(yōu)于II-ACPs@NBP.I-ACPs@NBP和II-ACPs@NBP均可用于水凝膠等醫(yī)用敷料的制備，延長(zhǎng)NBP緩釋時(shí)間，有利于促進(jìn)血管的生長(zhǎng)，促進(jìn)傷口愈合.還由于I-ACPs@NBP和II-ACPs@NBP具有兩親性，能夠均勻地分布在水凝膠醫(yī)用敷料中.另外，除包埋丁苯酞外，兩親性中空碳質(zhì)微球亦可以同時(shí)包埋表皮生長(zhǎng)因子等小分子蛋白質(zhì)，再添加于水凝膠或水膠體等醫(yī)用敷料，賦予醫(yī)用敷料多種醫(yī)療功能.

參考文獻(xiàn)

[1] NI D Z， WANG L， SUN Y H， et al. Amphiphilic hollow carbonaceous microspheres with permeable shells[J]. Angewandte Chemie （International Ed in English），2010，49（25）：4223-4227.

[2] 畢磊，潘綱. 微生物自模板法制備多孔中空微球及應(yīng)用[J]. 科學(xué)通報(bào)，2014，59（25）：2440-2451.

[3] 修憲，田偉，王雪姣，等. 丁苯酞-磺丁基醚-β-環(huán)糊精包合物制備工藝優(yōu)化[J]. 醫(yī)藥導(dǎo)報(bào)，2018，37（6）：727-731.

[4] 哈婧，張佳麗，張娜，等. 丁苯酞-羥丙基-β-環(huán)糊精包合物的制備與表征[J]. 河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，32（6）：617-622.

[5] 趙孝先，高玲，梁園園，等. 丁苯酞-磺丁基-β-環(huán)糊精包合物的制備與表征[J]. 中國(guó)現(xiàn)代應(yīng)用藥學(xué)，2016，33（6）：762-767.

[6] 米雷，袁志根，譚贊，等. 正丁苯酞-聚乳酸聚羥基乙酸微球的制備及性能評(píng)價(jià)[J]. 西部醫(yī)學(xué)，2019，31（8）：1170-1173.

[7] 黃駿文，李浪. 丁苯酞對(duì)心肌細(xì)胞保護(hù)作用機(jī)制的研究進(jìn)展[J]. 山東醫(yī)藥，2021，61（4）：80-83.

[8] 田小超，何偉亮，賈妍，等. 丁苯酞促進(jìn)心肌梗死大鼠血管再生的作用研究[J]. 河北醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，41（1）：12-16.

[9] 魏志紅. 納米銀/兩親碳復(fù)合膜的構(gòu)建及其抑制細(xì)菌生物被膜形成的研究[D]. 開(kāi)封：河南大學(xué)，2020.

[10] 聶建芳，劉蘭奇，古菁菁，等. 聚六亞甲基雙胍-兩親碳渣抗菌材料的制備[J]. 河南大學(xué)學(xué)報(bào)（醫(yī)學(xué)版），2019，38（3）：170-173.

[11] 張娜. 丁苯酞/環(huán)糊精包合物制備及表征[D]. 石家莊：河北科技大學(xué)，2013.

[12] 李旭鵬. 季銨化生物碳渣微粒的制備及其功能化應(yīng)用[D]. 開(kāi)封：河南大學(xué)，2016.

Preparation and Characterization of Butylphthalide-Amphiphilic Hollow

Carbon MicrospheresZHU Di LI Wei GE Fanglan WANG Liyao

MA Xiaojuan YANG Sen HU Han （1. College of Life Science， Sichuan Normal University， Chengdu 610101， Sichuan;

2. Key Laboratory of Biological Resources of Sichuan Province， Chengdu 610101， Sichuan）

Abstract：Two types of amphiphilic hollow carbon microspheres embedded with butylphthalide I-ACPs@NBP and II-ACPs@NBP were prepared to study their embedding rates and slow release features. The yeast cells were pretreated with acetone， and then carbonized under mild hydrothermal conditions（180-200 ℃， 8-12 h）. Part of the conditioning fluid was directly dried to obtain I-ACPs.The other conditioning fluid was treated with sulfuric acid for several hours， cleaned， centrifuged and dried at 55 ℃ to obtain II-ACPs. The I-ACPs and II-ACPs were evenly dispersed in ultra-pure water， with butylphthalide added and shaken at 180 r/m for 5 h at room temperature， and then I-ACPs@NBP and II-ACPs@NBP were obtained by centrifugal and drying. I-ACPs@NBP and II-ACPs@NBP were successfully prepared with good embedding effects， good amphipathies and slow release features. The embedding rate and slow release feature of I-ACPs@NBP are slightly better than that of II-ACPs@NBP. I-ACPs@NBP and II-ACPs@NBP can be added to hydrogel and other medical dressings to promote wound to heal.

Keywords：amphiphilic hollow carbon microspheres; butylphthalide; preparation; embedding rate; slow release feature

（編輯 鄭月蓉）