CN107823192A - 一种苦参碱壳聚糖膜及其制备方法 - Google Patents

一种苦参碱壳聚糖膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种苦参碱壳聚糖膜及其制备方法，以壳聚糖为基质材料，以苦参碱为药物，以甘油为增塑剂，通过溶液浇铸法制备而成，其中壳聚糖与甘油的质量比为1:1～1.8；所述壳聚糖的粘均分子量为5.6×104～65×104；苦参碱的质量百分含量为6％～14％。本发明所制备的苦参碱壳聚糖载药膜，确定了Mat/CS生物膜中Mat含量最高为12％，SEM观察到Mat药物聚集在生物膜底面，呈现不对称分布。利用天然中药苦参碱的杀菌功能，壳聚糖良好的生物形容性，抗菌性和可降解性，首次将二者巧妙的结合到一起，形成一个有良好功效的生物缓释药膜。

Description

一种苦参碱壳聚糖膜及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子膜技术领域，具体涉及一种苦参碱壳聚糖膜及其制备方法。
背景技术
近年来，人们对壳聚糖作为食品保鲜材料进行了一系列的研究。以壳聚糖制成的食品保鲜膜或涂层具有可降解和可食等优点，不但可以防止食品与外界接触，阻止食品中水含量的变化，而且可以抑制某些微生物的滋生，有效延长食品的保质期。
壳聚糖(CS)无毒、可生物降解、生物相容性好，具有良好的成膜性、抗血凝性、促进伤口愈合和防腐抗菌等功能，作为生物医用材料倍受关注(杨雪霞,步国建.一种用于治疗口腔溃疡的贴膜及其制备方法.中国发明专利,ZL201510053409；曾虹,窦厚松,郜宁.壳聚糖口腔药膜的制备.华西口腔医学杂志,2004,22(3):260-260)。研究者利用壳聚糖及其衍生物的优良成膜性能，已把其制成各种各样的膜材料，如控释膜、人工皮肤、果蔬食品保鲜膜、口腔溃疡膜、牙周GTR膜、不同给药途径药膜等。例如，王军等用CS、甘油、明胶为主要原料，用流涎法制备氧氟沙星药膜，并对其含量、稳定性等质量进行了考察(王军,何文,李荣凌.氧氟沙星壳聚糖口腔溃疡膜的研制.中国医院药学杂志,2003,06)。许勇等研究了CS膜的制备方法和性能，探讨了CS浓度、甘油和戊二醛用量对CS膜性能的影响，并考察了CS膜的体外降解过程(许勇，洪华，钱颖等，医用壳聚糖膜的制备和性能研究，功能高分子学报，2004)。然而，CS缓释膜的药效时间短限制其在医药领域的应用。
CS膜不仅能在制膜工艺上不同而制成不同性能和用途的膜，而且CS分子量、脱乙酰度、交联度、化学修饰等都对膜的性都能产生巨大的影响。姚子昂等以不同分子量的CS制备膜，发现高分子量的CS膜表面较为光滑、透光性好，透气性、渗透性和生物降解性较差；低分子量的CS膜表面较为粗糙，透气性、渗透性和生物降解性好，透光性较差(姚子昂,韩宝芹,刘万顺,等.不同分子量壳聚糖膜性质的研究.中国生物医学工程学报,2002,03:256-262)。
苦参碱(Matrine，Mat)广泛存在于豆科植物苦参、苦豆子及广豆根中，为四环喹诺里西啶类生物碱(何雄,韦星船,田裕昌,等.苦参碱及其衍生物合成及生物活性研究进展.中国现代应用药学,2011,28(9):816–823；Pan Q M,Li Y H,Hua J,et al.Antiviralmatrine-type alkaloids from the rhizomes of sophora tonkinensis.J Nat Prod,2015,78(7):3441-3451.)。苦参碱具有广泛的药理作用，如抗炎、抗肝纤维化、镇痛和抗心律失常，广泛应用于临床。张艳华等制备了苦参碱壳聚糖微球，结果表明苦参碱壳聚糖微球对苦参碱具有特异靶向性和缓释作用，但由于半衰期较短和不稳定影响其药效(张艳华,魏玉辉,刘志红,等.苦参碱壳聚糖微球的制备及体外释药.中国医院药学杂志,2006,26(3):307-310.)。
目前未见任何关于苦参碱壳聚糖膜的相关报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种苦参碱壳聚糖膜及其制备方法，以壳聚糖和甘油为基质材料，负载植物源的苦参碱，制备苦参碱壳聚糖膜，以期延长药物的释放时间。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供一种苦参碱壳聚糖膜，以壳聚糖为基质材料，以苦参碱为药物，以甘油为增塑剂，通过溶液浇铸法制备而成，其中壳聚糖与甘油的质量比为1:1～1.8；所述壳聚糖的粘均分子量为5.6×104～65×104；苦参碱的质量百分含量为6％～14％。
进一步地，所述壳聚糖与甘油的质量比为1:1.4；所述壳聚糖的粘均分子量为31×104～65×104；苦参碱的质量百分含量为10％～12％。更进一步优选地，所述所述壳聚糖的粘均分子量为31×104、48×104或65×104；苦参碱的质量百分含量为10％或12％。
另一方面，本发明提供一种苦参碱壳聚糖膜的制备方法，包括如下步骤
1)壳聚糖的降解：将壳聚糖溶于醋酸溶液中，室温下，边搅拌边通入臭氧进行降解，得到不同降解时间的降解溶液；
2)配制壳聚糖溶液：将步骤1)所得降解溶液溶于醋酸钠/醋酸混合溶剂配成壳聚糖溶液；
3)配制壳聚糖膜溶液：将步骤2)所得壳聚糖溶液与甘油进行混合溶解得到壳聚糖膜溶液，其中壳聚糖与甘油的质量比为1:1～1.8；
4)配制苦参碱壳聚糖膜溶液：向步骤3)所得壳聚糖膜溶液中加入苦参碱制成苦参碱壳聚糖膜溶液，其中所述苦参碱的质量百分含量为6％～14％；
5)制备苦参碱壳聚糖膜：将苦参碱壳聚糖膜溶液通过溶液浇铸法制备苦参碱壳聚糖膜。
进一步地，所述步骤1)中醋酸溶液的体积浓度为1％；所述壳聚糖溶于醋酸溶液后形成的基础溶液的质量百分含量为2％。
进一步地，所述步骤1)中臭氧进行降解的时间为0min～120min。更进一步优选地，所述臭氧进行降解的时间为0min、15min、30min、45min、60min、75min、90min、120min。
进一步地，所述步骤1)中降解溶液中壳聚糖的粘均分子量为5.6×104～65×104。更进一步优选地，壳聚糖的粘均分子量为5.6×104、7.5×104、10×104、22×104、31×104、48×104、58×104、65×104。
进一步地，所述步骤2)中醋酸钠/醋酸混合溶剂中，醋酸钠的浓度为0.1mol/l，醋酸的浓度为0.2mol/l。
进一步地，所述步骤2)中壳聚糖溶液的浓度为1mg/ml。
进一步地，步骤3)中所述壳聚糖与甘油的质量比为1:1、1:1.2、1:1.4、1:1.6、1:1.8。
进一步地，所述步骤4)中苦参碱的质量百分含量为为6％、8％、10％、12％或14％。
进一步地，所述步骤5)中溶液浇铸法的具体过程如下：将苦参碱壳聚糖膜溶液倒入下垫PET塑料板的圆圈内，室温下干燥成膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提供一种苦参碱壳聚糖膜及其制备方法，通过以壳聚糖为基质材料，以植物源Mat为药物，以生物物质甘油作为增塑剂，制备了苦参碱壳聚糖载药膜，确定了Mat/CS生物膜中Mat含量最高为12％，SEM观察到Mat药物聚集在生物膜底面，呈现不对称分布。所制备的苦参碱壳聚糖膜选用具有生物活性的壳聚糖作为膜的基质材料，选用具有多种医疗功能的生物活性物质苦参碱作为药物，选用合适的生物物质甘油作为增塑剂，通过溶液浇铸法制备成柔韧的苦参碱/壳聚糖生物缓释药膜。利用天然中药苦参碱的杀菌功能，壳聚糖良好的的生物形容性，抗菌性和可降解性，首次将二者巧妙的结合到一起，形成一个有良好功效的生物缓释药膜。制备材料天然、绿色、无毒、可降解，制备方法简单易行，避免了大量有机溶剂的使用，制备的生物膜具有良好的物理性能。
附图说明
图1CS粘均分子量与降解时间的变化趋势图；
图2Mat/CS载药膜的宏观形态(CS分子量为65万，Mat含量为12％)；
图3Mat/CS载药膜的宏观形态(CS分子量为31万，Mat含量为12％)；
图4Mat/CS载药膜的SEM图(CS分子量为65万，Mat含量为12％)；图中，A为断面，B为膜的正面，C和D为膜的底面；
图5Mat/CS载药膜的SEM图(CS分子量为65万，Mat含量为10％)；图中，A：面向空气面；B：面向底物面；
图6Mat/CS载药膜的SEM图(CS分子量为48万，Mat含量为12％)；图中，A：面向空气面；B：面向底物面；
图7Mat/CS载药膜的SEM图(CS分子量为48万，Mat含量为10％)；图中，A：面向空气面；B：面向底物面；
图8Mat/CS载药膜的SEM图(CS分子量为31万，Mat含量为12％)；图中，A：面向空气面；B：面向底物面；
图9Mat/CS载药膜的SEM图(CS分子量为31万，Mat含量为10％)；图中，A：面向空气面；B：面向底物面；
图10Mat/CS载药膜的体外释放速率实验。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
CS分子量的测定：使用乌式粘度计(毛细管直径为0.47mm)在温度为25士0.5℃的恒温水槽中测定纯溶剂和不同降解时间的CS溶液流经毛细管两刻度线的时间。CS的粘均分子量按Mark-Houwink公式计算(见下式)：
[η]＝KMa
式中，ηr为相对粘度，ηr＝t/t0，t和t0分别为CS溶液和纯溶剂流经毛细管两刻度线的时间；ηsp为增比粘度；[η]为特性粘度，[η]＝[2×(ηsp-lnηr)]1/2/C；K＝1.424×10-3，α＝0.96。
实施例1膜的制备
CS溶液的配置：将CS溶解于1％(体积比)醋酸溶液中，配成2L质量百分含量为2％的CS溶液。将溶液倒入三口圆底烧瓶中，边搅拌边通入臭氧O3进行降解，分别在降解0min、15min、30min、45min、60min、75min、90min、120min时取出大约250ml备用。
取上述8种不同降解时间的CS溶液各2.5ml，分别溶于0.1mol/l醋酸钠和0.2mol/l醋酸的混合溶剂，用50ml容量瓶定容，配成1mg/ml CS溶液。
用臭氧(O3)降解法对CS进行降解，在室温中不同时间下CS溶液的降解情况，用粘度法测定了它们的粘均分子量。CS粘均分子量与降解时间的关系见表1，变化趋势如图1所示。
表1不同降解时间CS的分子量
由表1和图1可看出，在O3化初期，壳聚糖降解迅速，其粘均分子量随通入O3时间而急剧下降；当O3降解时间超过25min，CS的粘均分子量基本是线性降低，表明臭氧对CS的降解作用非常显著；当降解时间超过75min时，CS分子量降低的速度明显变缓，继续延长O3化时间，分子质量的降低非常缓慢，CS的粘均分子量在10万左右。因此，在室温下通过O3化并控制通入O3的时间，可以迅速降解CS溶液，可以获得预期的不同粘均分子量的CS的样品。
取选择分子量为31、48和65万的壳聚糖，固定壳聚糖/甘油的质量比为1:1.4(对应的Gl质量为0.28g)，配成含有Gl的CS溶液；
配制苦参碱(Mat)含量分别为6％、8％、10％、12％和14％的CS/Mat溶液。完全溶解后，通过溶液浇铸法即将混合溶液倒入下垫PET塑料板的圆圈内，在室温下干燥成膜，即可获得不同分子量和不同Mat含量的Mat/CS载药膜，共15张。
制备的Mat/CS载药膜的外观形态见表2。
表2Mat/CS载药膜的宏观形态
由表2可知，由CS分子量为65万制备的Mat/CS载药膜均为白色，而CS分子量为48万(降解30min)和31万(降解45min)制备的Mat/CS载药膜均呈现浅黄色。当Mat的质量含量达到14％以上时，膜在干燥后易析出油状物。因此，确定Mat在Mat/CS载药膜中的最高质量含量为12％。
Mat/CS载药膜的微观形态表征：
选择CS分子量为65万和Mat含量为12％，制备Mat/CS载药膜，其宏观形态如图2所示。可看出，CS分子量为65万的制备的Mat/CS载药膜呈现白色透明。
选择CS分子量为31万和Mat含量为12％，制备Mat/CS载药膜，其宏观形态分别如图3所示。可看出，CS分子量为31万的制备的Mat/CS载药膜的颜色较深。
从图2～3可以看出臭氧降解会加深CS溶液的颜色，进而影响Mat/CS载药膜的颜色。
实施例2
选择分子量分别为31万、48万和65万的CS，按实施例1的方法制成Mat含量分别为10％和12％(质量百分数)的Mat/CS载药膜，喷金后SEM观察其正面和底面的表面形貌；选择分子量为65万的CS，按实施例1的方法制成Mat含量为12％的Mat/CS载药膜，喷金后SEM观察其断面形貌。
用扫描电镜对Mat/CS载药膜的微观形态结构进行了观察，以了解植物源Mat药物在Mat/CS载药膜中分散情况。图4～9分别为不同CS分子量、不同Mat质量含量的Mat/CS载药膜的扫描电镜照片。
从图4可以看出，Mat/CS载药膜的膜正面(图4B)面向空气的表面未出现药物颗粒，而面向底物的一面(图4C～4D)则出现较多的药物颗粒。这表明，随水分的挥发，Mat逐渐从水中结晶沉淀出来，由于重力的原因，会向膜的底部沉积(图4A)，因此出现底部较多的结晶颗粒。对照图中的标尺还可以发现，Mat的结晶颗粒粒径在微米、亚微米或纳米尺寸范围。
从图4～9可以看出，由不同CS分子量和不同Mat质量含量制备的所有生物膜都出现了药物在生物膜底面聚集的现象。这表明，Mat/CS载药膜中药物分散属于不对称分布。事实上，这种不对称分布对于医疗外用是有益处的。Mat/CS载药膜在作为消炎辅料的使用过程中，将含药量多的一面面向患处，则可以更集中用药，发挥更好的疗效。
实施例3Mat/CS载药膜的体外释放速率实验
精密称取苦参碱对照品，置量瓶中配成0.2mg/ml的溶液。用微量进样器吸取100、200、400、600、750、900μl溶液，分别置60ml分液漏斗中，加2×10-4mol/L溴麝香草酚蓝pH为7.6的缓冲液10.00ml、氯仿10.00ml，塞紧剧烈摇荡2min，静置约2h，使水层和氯仿层完全分清后，分出氯仿层。通过紫外分光光度计在415nm波长测定吸收度。测定时用溴麝香草酚蓝pH为7.6的缓冲液10.00ml，加氯仿10.00ml如上摇荡，分出氯仿层作为比色空白。用测得的吸收度为纵坐标，苦参碱的浓度为横坐标，测得苦参碱的标准工作曲线。拟合曲线为C＝-23.056+42.901A，r＝0.9995。苦参碱浓度的线性范围为：2～20μg/ml。根据标准曲线，分别对分子量为31万、48万和65万CS制备的Mat/CS生物膜(Mat质量含量为12％)进行生物膜的体外释放Mat的浓度的测定，将紫外分光光度计测得的吸收度代入标准曲线中，计算不同时刻Mat的浓度。结果如图10所示。
可看出，由CS分子量为65万制备的Mat/CS生物膜在23h药物完全释放，分子量为48万的Mat/CS生物膜在13h药物完全释放，分子量为31万的Mat/CS生物膜在9h药物完全释放。表明CS分子量对Mat/CS生物膜的体外释放有较大的影响，CS分子量越小，生物膜的药物释放速度越快。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种苦参碱壳聚糖膜，其特征在于，以壳聚糖为基质材料，以苦参碱为药物，以甘油为增塑剂，通过溶液浇铸法制备而成，其中壳聚糖与甘油的质量比为1:1～1.8；所述壳聚糖的粘均分子量为5.6×104～65×104；苦参碱的质量百分含量为6％～14％。
2.根据权利要求1所述的苦参碱壳聚糖膜，其特征在于，所述壳聚糖与甘油的质量比为1:1.4；所述壳聚糖的粘均分子量为31×104～65×104；苦参碱的质量百分含量为10％～12％。
3.一种权利要求1～2任一所述的苦参碱壳聚糖膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)壳聚糖的降解：将壳聚糖溶于醋酸溶液中，室温下，边搅拌边通入臭氧进行降解，得到不同降解时间的降解溶液；
2)配制壳聚糖溶液：将步骤1)所得降解溶液溶于醋酸钠/醋酸混合溶剂配成壳聚糖溶液；
3)配制壳聚糖膜溶液：将步骤2)所得壳聚糖溶液与甘油进行混合溶解得到壳聚糖膜溶液，其中壳聚糖与甘油的质量比为1:1～1.8；
4)配制苦参碱壳聚糖膜溶液：向步骤3)所得壳聚糖膜溶液中加入苦参碱制成苦参碱壳聚糖膜溶液，其中所述苦参碱的质量百分含量为6％～14％；
5)制备苦参碱壳聚糖膜：将苦参碱壳聚糖膜溶液通过溶液浇铸法制备苦参碱壳聚糖膜。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中醋酸溶液的体积浓度为1％；所述壳聚糖溶于醋酸溶液后形成的基础溶液的质量百分含量为2％。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中臭氧进行降解的时间为0min～120min；
所述步骤1)中降解溶液中壳聚糖的粘均分子量为5.6×104～65×104。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中醋酸钠/醋酸混合溶剂中，醋酸钠的浓度为0.1mol/l，醋酸的浓度为0.2mol/l。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中壳聚糖溶液的浓度为1mg/ml。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述壳聚糖与甘油的质量比为1:1、1:1.2、1:1.4、1:1.6或1:1.8。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中溶液浇铸法的具体过程如下：将苦参碱壳聚糖膜溶液倒入下垫PET塑料板的圆圈内，室温下干燥成膜。
10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中苦参碱的质量百分含量为6％、8％、10％、12％或14％。
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