CN108912353B - 一种缓释水凝胶膜剂材料的制备方法和应用 - Google Patents

一种缓释水凝胶膜剂材料的制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于一种缓释的水凝胶膜剂的制备方法和应用，具体公开了一种缓释凝胶膜剂材料的制备方法和应用。本发明的水凝胶膜剂材料是以高分子材料聚乙烯醇（PVA）与透明质酸钠（SH）、己二酸二酰肼（ADH）为原料，共混后先使用1‑乙基‑3‑(3‑二甲氨基丙基)‑碳化二亚胺和N‑羟基丁二酰亚胺的混合物（EDC/NHS）催化SH与ADH反应，形成化学交联的网状结构，再采用冷冻‑解冻的方法使PVA形成网状结构，再从而制成互穿网络的PVA‑SH水凝胶。该水凝胶材料制备条件温和，方法简单，且无剧烈反应。以大分子药物牛血清白蛋白（BSA）、小分子药物吲哚美辛（IDM）和水杨酸（MH）作为模型药物，结果显示本发明的复合凝胶体系对大分子药物牛血清白蛋白的缓释效果明显。

Description

一种缓释水凝胶膜剂材料的制备方法和应用
技术领域
本发明涉及药物缓释载体材料领域，具体涉及一种具有缓释作用的水凝胶膜剂材料的制备方法和应用。
背景技术
水凝胶是介于液体和固体之间的三维网络或互穿网络，是一种能显著地溶胀于水但在水中并不能溶解的亲水聚合物凝胶。水凝胶具有很好的生物相容性，固定在水凝胶中的生物活性分子能较长的时间保持活性，因此水凝胶在生物、化学、医学等方面都有着广泛的应用。水凝胶载体由于其良好的生物相容性、环境敏感性和控制释放等特性在药物传输技术中占据重要的位置，已经成为近年来缓释、控释制剂研究的热点。采用水凝胶膜剂作为控释载体，将药物包裹在膜剂中，使得药物透过凝胶网络慢慢释放从而得以发挥作用。
聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，PVA)于1924年由德国科学家Holfmann和Hachnel首次发现，经醋酸乙烯溶液聚合后，再经过碱催化醇解制得。PVA作为生物材料，其特点是具有良好的生物相容性，柔韧性好，有适当的吸湿性和透湿性，可以用来制备成水凝胶药物载体。PVA水凝胶的制备方法主要有物理交联法、化学交联法和辐射交联法，通过物理交联法制备的PVA水凝胶具有无毒，生物相容性好等特点。PVA是常用的水凝胶膜剂材料，但其存在形态不整，三维网络密集导致释放行为不好的问题。
透明质酸(Hyaluronic acid，HA)于1934年由Meyer等人首先从牛眼玻璃体中分离出，是由N-乙酰氨基葡萄糖与D-葡萄糖醛酸为双糖重复单位所组成的直链多聚糖。透明质酸具有良好的保湿性，黏弹性、润滑性及非免疫原性，可以作为原料制备水凝胶。制备透明质酸水凝胶的方法主要有化学交联法和物理交联法，通过化学交联的透明质酸水凝胶与物理交联的水凝胶相比具有较强的机械强度及稳定性。
发明内容
由于某些药物在酸性条件下(比如胃液pH≈1.2)稳定性差，易变性和降解，在还未到达小肠(pH≈7.4)被吸收时就已经失活，故本发明的目的在于制备一种具有互穿网络的水凝胶载体材料，利用水凝胶材料的pH值敏感性及药物缓释的特性，使药物在胃部难以释放，而在到达肠道之后缓慢释放。
本发明将SH和PVA复合，制备一种基于化学和物理方法相结合的双交联的互穿网络水凝胶膜剂，并以牛血清白蛋白为模型药物探究水凝胶的释药行为。
本发明是通过以下技术方案实现的：
1.一种缓释的水凝胶膜剂的制备方法，依次包括以下步骤：
(1)配制聚乙烯醇溶液；
(2)配制透明质酸钠溶液；
(3)向透明质酸钠溶液中加入己二酸二酰肼，搅拌使其溶解，形成混合溶液；
(4)将步骤(1)的聚乙烯醇溶液倒入步骤(3)的混合溶液中，搅拌均匀；
(5)加入摩尔比为0.2-1:1的N-羟基琥珀酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的混合物，交联10-30min；
(6)将步骤(5)交联后的溶液倒入培养板中，在冰箱中冷冻后、室温下解冻，重复上述冷冻、解冻步骤2-4次，最后一次解冻后，洗涤得到凝胶；
(7)将步骤(6)得到的凝胶置于室温下干燥至恒重，得到缓释水凝胶膜剂。
进一步的，所述步骤(1)中聚乙烯醇的醇解度为98.0-99.0mol％，黏度为20.0-30.0mPa﹒s。
进一步的，所述步骤(5)中N-羟基琥珀酰亚胺与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的摩尔比为0.4:1，交联时间为15min。
进一步的，所述的聚乙烯醇溶液、透明质酸钠溶液的质量体积百分比浓度分别为2％、4％，体积比为1:1；己二酸二酰肼、透明质酸钠与步骤(5)所述的混合物加入量的摩尔比为1:1:(1.2-2.2)，优选为1:1:1.4。
进一步的，步骤(6)所述在冰箱中冷冻，室温下解冻的过程为：在﹣18—﹣26℃的冰箱中冷冻时间为20-24h，室温下解冻时间为1-3h，优选为冷冻时间为22h，室温下解冻时间为2h，重复上述冷冻、解冻步骤3次。
2.一种载药水凝胶膜剂的制备方法，包括以下步骤：将上述得到的缓释水凝胶膜剂浸入到药物溶液中充分溶胀，然后取出凝胶置于室温下真空干燥至恒重，得到载药水凝胶膜剂。
进一步的，所述充分溶胀的时间是72h。
进一步的，所述药物为牛血清白蛋白，牛血清白蛋白溶液的浓度为10w/v％。
本发明的制备具有以下优点：
本发明制备的缓释水凝胶载体材料具有明显的缓释效果和pH值敏感性，可以使大分子药物牛血清白蛋白在模拟肠液中缓慢释放，而在较低pH值的缓冲溶液中释放很少。同时该水凝胶材料的制备条件温和，方法简单，且无剧烈反应。
附图说明
图1是本发明制备PVA-SH复合水凝胶膜剂的流程图。
图2是本发明制备PVA-SH复合水凝胶膜剂的原理图。
图3是实施例1所得PVA-SH复合水凝胶膜剂的形貌特征图，从左至右依次为新鲜状态下的水凝胶、室温干燥的水凝胶和溶胀状态下的水凝胶。
图4是实施例2制备的PVA-SH复合水凝胶膜剂在不同倍数下的扫描电镜图。
图5是实施例1制备的单一的PVA水凝胶，单一的SH水凝胶及PVA-SH复合水凝胶膜剂的溶胀曲线图，前2小时为模拟胃液(SGF)，后为模拟肠液(SIF)。
图6是实施例2制备的PVA-SH复合水凝胶膜剂和PVA、SH的红外光谱(IR)图。
图7是测实施例2制备的PVA-SH复合水凝胶膜剂和PVA、SH的X射线衍射(XRD)图。
图8是实施例2制备的PVA-SH复合水凝胶膜剂和PVA、SH的热重分析(TGA)图。
图9是实施例3制备的载药的PVA-SH复合水凝胶膜剂的累计释药率曲线图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。另外，应当说明的是，以下实施例中所用到的原辅料均可在市场上获得。以下实施例中N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)、己二酸二酰肼(ADH)、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)、聚乙烯醇(PVA)、水杨酸(Salicylic acid，MH)、吲哚美辛(Indomethacin，IDM)购置于阿拉丁试剂公司，货号分别为H1622028、A1627012、L1511049、P139546，F1602021、L106885，CAS号分别为6066-82-6、1071-93-8、25952-53-8、9002-89-5、69-72-7、53-86-1，透明质酸钠(Sodiumhyaluronate，SH)购置于福瑞达生物医药有限公司，分子量为3.3×105。
所用水均为去离子水，其他试剂均为常规试剂。
以下实施例中，未写明单位的溶液浓度中“％”均指质量体积百分比浓度(w/v％，w/v％＝g/100mL)。
实施例1：一种缓释水凝胶膜剂材料的制备方法
单一PVA水凝胶的制备：称取0.2g PVA于装有10mL去离子水的圆底烧瓶中，95℃水浴加热搅拌溶解，制备成2％的PVA溶液，冷却至室温后倒入24孔培养板中，在-18℃的冰箱中冷冻22小时，然后在室温下解冻2小时，重复上述冷冻、解冻过程，共进行3次，最后一次解冻后将凝胶用去离子水洗涤后置于室温下干燥至恒重，得到PVA水凝胶。
单一SH水凝胶的制备：称取0.4g SH于装有10mL去离子水的圆底烧瓶中，配制成4％的SH溶液。向上述SH溶液中加入0.18g的ADH，搅拌使其溶解，再加入催化剂EDC与NHS的混合物(其中EDC为0.192g、NHS为0.0456g)，搅拌均匀形成混合液，接着迅速将混合溶液倒入24孔培养板中，静置交联15分钟。然后将制备的水凝胶用去离子水洗涤，后置于室温下干燥至恒重，得到SH水凝胶。
PVA-SH复合水凝胶膜剂的制备：称取0.2g PVA于装有10mL去离子水的圆底烧瓶中，95℃水浴加热搅拌溶解，制备成2％的PVA溶液，冷却至室温备用。称取0.4g SH于装有10mL去离子水的圆底烧瓶中，配制成4％的SH溶液。向制备好的SH溶液中加入0.18g的ADH，搅拌使其溶解，制成SH-ADH溶液。将上述配制好的PVA溶液倒入SH-ADH溶液中，搅拌均匀，再加入催化剂EDC与NHS的混合物(其中EDC为0.192g、NHS为0.0456g)，搅拌均匀后静置交联15分钟。将交联后的混合溶液倒入24孔培养板中，在-18℃的冰箱中冷冻22小时后，室温下解冻2小时，重复上述冷冻、解冻过程，共进行3次，最后一次解冻后用去离子水洗涤凝胶，然后将凝胶置于室温下干燥至恒重，得到室温干燥的PVA-SH复合水凝胶膜剂。
实施例2：一种缓释水凝胶膜剂材料的制备方法
称取0.2g PVA于装有10mL去离子水的圆底烧瓶中，95℃水浴加热搅拌溶解，制备成2％的PVA溶液，冷却至室温备用。称取0.4g SH于装有10mL去离子水的圆底烧瓶中，配制成4％的SH溶液。向制备好的SH溶液中加入0.18g的ADH，搅拌使其溶解，制成SH-ADH溶液。将上述配制好的PVA溶液倒入SH-ADH溶液中，搅拌均匀，再加入催化剂EDC与NHS的混合物(其中EDC为0.192g、NHS为0.0456g)，搅拌均匀后静置交联15分钟。将交联后的混合溶液倒入24孔培养板中，在-18℃的冰箱中冷冻22小时后，室温下解冻2小时，重复上述冷冻、解冻过程，共进行3次，最后一次解冻后用去离子水洗涤凝胶，然后将凝胶置于-80℃的冰箱中预冻12h，最后置于-80℃冷冻干燥机中冻干，得到冷冻干燥的PVA-SH复合水凝胶膜剂。
实施例3：一种缓释的载药水凝胶膜剂材料的制备方法
精确称量实施例1制备的室温干燥的PVA-SH复合水凝胶膜剂0.4g，浸入到50mL、浓度为10％BSA溶液中，充分溶胀72h，然后将载药后的水凝胶取出，在室温下真空干燥72h直至达到恒重，得到载BSA的PVA-SH水凝胶膜剂。分别将BSA溶液更换为50mL、10mmol/L的水杨酸和50mL、10mmol/L的吲哚美辛溶液，制备载水杨酸的PVA-SH水凝胶膜剂、载吲哚美辛的PVA-SH水凝胶膜剂。
测试例1：
用扫描电镜对实施例2制备的冷冻干燥的凝胶膜剂样品放大500、1000倍进行观察。结果如图4所示，PVA-SH水凝胶膜剂具有连续而且疏松多孔的三维空间网状结构。
测试例2：
对实施例1制备的室温干燥的PVA-SH水凝胶膜剂样品进行溶胀度曲线测定。
分别称取0.4g实施例1制备的单一PVA水凝胶、单一SH水凝胶、PVA-SH复合水凝胶膜剂的干燥样品进行溶胀度曲线测定，前2小时放置于pH＝1.2的模拟胃液(SGF)中，后放于pH＝7.4的模拟肠液(SIF)中。
实验结果如图5，PVA-SH复合水凝胶膜剂(PVA-SH gel)的最终溶胀度可以达到12左右，且能一直保持稳定不下降，说明凝胶体系较稳定。
测试例3：
用红外光谱仪对实施例2制备的冷冻干燥的凝胶膜剂样品和原料试剂SH、PVA进行分子结构测定。
采用KBr压片的方法对冷冻干燥后的凝胶样品和SH、PVA进行红外光谱分析：将干燥的样品和溴化钾以1：99的重量比例在干燥灯下研磨均匀，用压片装置压片，制得透明薄片，将此片固定于红外试样架上，从4000-400cm-1进行波数扫描，得到红外吸收光谱。
实验结果如图6所示，对比SH与PVA-SH水凝胶膜剂的红外谱图，可以看出，与SH的红外光谱相比，PVA-SH水凝胶膜剂还多了1565cm-1处的-CONH-振动吸收峰，由此可见，SH分子上的-COOH成功与ADH分子上的-NH2进行交联。
测试例4：
用X射线衍射仪对实施例2制备的冷冻干燥的凝胶样品和原料试剂SH、PVA进行晶体结构测定。
采用X射线衍射仪测定各个样品的晶型结构。管压40kv，扫描速度1°/min，衍射角2θ范围为0°-50°。
实验结果如图7所示，从图中可以看出PVA在2θ在20°左右处衍射峰尖锐，而SH的衍射峰不尖锐，说明PVA具有晶形结构，SH的晶体结构不明显。以PVA、SH为原料做成的PVA-SH复合凝胶膜剂(gels)在2θ为24°左右处有一个较低的衍射峰，可能是体系中SH与ADH发生了交联反应，改变了材料的晶体结构。
测试例5：
用热重分析仪对实施例2制备的冷冻干燥的凝胶样品和原料试剂SH、PVA进行温度-质量变化关系测定。
用冷冻干燥的凝胶样品和SH、PVA进行热分析，以10℃/min的升温速率，从40℃升温至500℃，由电脑记录试验数据，通过计算得到TGA曲线。
实验结果如图8所示，从图中可以看出PVA-SH复合凝胶膜剂(gels)在200℃以下对热的稳定性较强，在200℃到500℃范围内质量下降较快。但当温度继续缓慢升高后，复合凝胶的质量呈缓慢下降态势。
测试例6：
对实施列3制备的室温干燥的载药凝胶膜剂样品进行累积释药率的测定。
取0.2g实施例3制备的室温干燥的载BSA的凝胶膜剂于锥形瓶中，加入50mL、pH＝1.2的模拟胃液(SGF)溶液，在37℃、80rpm的恒温振荡下进行试验，每隔0.5h取样1mL，同时补充1mL SGF溶液，2h后将SGF溶液换为pH＝7.4的模拟肠液(SIF)，按相同的方法进行取样。取1ml样品于试管，再加入5ml考马斯亮蓝，于585nm波长下进行紫外检测；根据标准曲线计算BSA含量，从而算出累积释药率并得累积释药曲线。同法分别在233nm和320nm波长处检测并建立载水杨酸和吲哚美辛的凝胶膜剂的累积释药曲线(MH和IDM不需要考马斯亮蓝染色)。
实验结果如图9所示，从图中可以看出以牛血清白蛋白为模型药物的水凝胶膜剂在前2小时pH＝1.2的环境下药物的释放量很小，在pH＝7.4的环境下逐渐释药，体现了水凝胶膜剂对pH值的敏感性，累计释药时间可以长达25h，体现了水凝胶膜剂好的缓释性，且累积释药率达到70％左右，但以吲哚美辛、水杨酸为模型药物的水凝胶膜剂的这两种特性并不显著。复合水凝胶膜剂对三种模型药物的缓释行为效果比较为：牛血清白蛋白>吲哚美辛>水杨酸，可以看出，本发明制备的PVA-SH水凝胶膜剂对牛血清白蛋白有很好的缓释效果。

Claims (3)

1.一种载药水凝胶膜剂的制备方法，其特征在于：将缓释的水凝胶膜剂浸入到药物溶液中充分溶胀，然后取出凝胶置于室温下真空干燥至恒重，得到载药水凝胶膜剂；
所述药物为牛血清白蛋白，牛血清白蛋白溶液浓度为10w/v%；
所述缓释的水凝胶膜剂的制备方法依次包括以下步骤：
（1）配制聚乙烯醇溶液；
（2）配制透明质酸钠溶液；
（3）向透明质酸钠溶液中加入己二酸二酰肼，搅拌使其溶解，形成混合溶液；
（4）将步骤（1）的聚乙烯醇溶液倒入步骤（3）的混合溶液中，搅拌均匀；
（5）加入摩尔比为0.2-1:1的N-羟基琥珀酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的混合物，交联10-30min；
（6）将步骤（5）交联后的溶液倒入培养板中，在冰箱中冷冻、室温下解冻，重复上述冷冻、解冻步骤2-4次，最后一次解冻后洗涤，得到凝胶；
（7）将步骤（6）得到的凝胶置于室温下干燥至恒重，得到缓释水凝胶膜剂；
所述的聚乙烯醇溶液与透明质酸钠溶液的质量体积百分比浓度分别为2%、4%，体积比为1:1；己二酸二酰肼、透明质酸钠与步骤（5）所述的混合物加入量的摩尔比为1:1:（1.2-2.2）；
步骤（6）所述在冰箱中冷冻、室温下解冻的过程为：在冰箱中冷冻20-24h，然后室温下解冻1-3h。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯醇的醇解度为98.0-99.0mol%，黏度为20.0-30.0mPa﹒s。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述充分溶胀的时间是72h。
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