布洛芬自可降解磷酸钙中释放行为的研究

白志杰， 李成峰

(山东理工大学 材料科学与工程学院， 山东 淄博 255049)



布洛芬自可降解磷酸钙中释放行为的研究

白志杰， 李成峰

(山东理工大学 材料科学与工程学院， 山东 淄博 255049)

摘要：为调控布洛芬自药物载体——磷酸钙中的释放行为，先采用水热合成法制备得到含布洛芬的磷酸钙(CaP-IBU)，再在合成时加入聚乙烯醇(PVA)制备高分散度颗粒(CaP-PVA)，最后通过Pechini方法沉积磷酸八钙层后制备得到复合颗粒(CaP-OCP).PVA的加入和Pechini工艺过程对溶液磷酸钙的结晶行为产生影响，进而所制备得到磷酸钙颗粒的物相和形貌有显著的不同.在磷缓冲液(pH=7.2～7.4)和lysosome-like缓冲液(pH=4.7)中，布洛芬自复合颗粒中释放行为和载体的降解性能对颗粒的结构和溶液pH值敏感，这与布洛芬分子与磷酸钙颗粒的作用机制及颗粒多层次结构敏感于布洛芬的扩散机制有关.

关键词：磷酸钙； 水热法； 布洛芬； 缓释； 降解

在药物缓释系统中，药物分子被包裹在药物载体内或吸附在表面，在溶液中自药物载体内部释放的行为受药物分子与药物载体之间的作用机制调控，最终实现药物缓释性能[1]. 无机材质药物载体的优势体现在与药物分子的作用方式丰富、化学性质稳定和生物相容性好等方面，其中磷酸钙，包括磷酸氢钙、磷酸八钙(OCP)和羟基磷灰石(HAp)是人体骨组织的无机组成部分，在体内降解的产物为友好离子，磷酸钙作为药物载体的研究近年来备受关注[2-3]. 布洛芬在治疗发烧和疼痛等领域有广泛的应用，味苦、溶解度低和半衰期短等特点导致病人服用布洛芬时出现难以下咽、吸收差和服药频繁[4-5]. 若布洛芬在溶液中以缓慢、持续和可控的方式自药物载体中释放出来，可望解决布洛芬药物自身的缺陷. 但到目前为止，布洛芬自药物载体内释放的行为尚不够理想，往往在短时间内就完成释放，这源于布洛芬与药物载体的作用机制过于单一. 在完成药物的承载和体内释放后药物载体的降解性能也备受关注，这涉及到药物载体在体内的降解速度、降解形式和排出方式的安全性等问题[6]. 在本文中，我们先通过水热方法制备得到含布洛芬的羟基磷灰石颗粒，随后在颗粒表面沉积磷酸八钙(OCP)制备得到复合颗粒，研究药物载体的结构对药物释放和药物载体的降解行为的影响规律，旨在为具有多层次结构药物载体的制备、药物释放行为的调控和药物载体的降解方面的研究提供实验参考.

1实验

1.1样品制备

在45 mL的水中加入0.60g L-谷氨酸、0.38g十二水合磷酸氢二钠和0.07g氢氧化钠，待完全溶解后再依次加入0.15 g尿素，0.28 g四水合硝酸钙和0.17 g二水合柠檬酸三钠，将溶液搅拌均匀后加入到含0.40 g布洛芬的容器中，在100℃下水热处理24h，经过滤和洗涤后在60℃下干燥12h，即得含布洛芬的磷酸钙(CaP-IBU)颗粒. 在上述反应过程中加入0.15g聚乙烯醇(PVA)制备得到含布洛芬的磷酸钙颗粒(CaP-PVA). 通过改性的Pechini方法[7]在CaP-PVA颗粒上沉积OCP层，即在含34.58 mL水和11.5 mL乙醇的混合溶液中，依次加入1.13 g柠檬酸、0.62 g硝酸钙和0.21 g磷酸氢二铵后用氨水调节溶液的pH值至9，随后加入2.31 g聚乙二醇(分子量为2000)，搅拌反应1h后加入含布洛芬的磷酸钙颗粒的溶液(将0.10 g羟基磷灰石和0.20 g布洛芬分散在10 mL酒精中，超声振动15 min制得)，再搅拌反应3h后离心分离，并用乙醇洗涤沉降物后在60℃下干燥12h，即得到含布洛芬的磷酸钙复合颗粒(CaP-OCP).

1.2结构表征与性能测试

用荷兰FEI公司Sirion 200型扫描电子显微镜(SEM)表征颗粒的组织和形貌. 用德国Brucker AXS公司D8 ADVANCE型多晶X射线衍射仪(XRD)分析颗粒的物相(铜靶，扫描范围(2θ)为3°～8°，扫描速度为0.1°·min-1). 用美国Thermo Electron公司Nicolet 5700型Fourier变换红外光谱仪(FTIR，扫描范围为400～4000 cm-1，扫描步长为2cm-1，采用KBr压片制样)检测颗粒的化学基团. 称取0.15 g CaP-IBU、CaP-PVA和CaP-OCP颗粒，经200 MPa压成Ø10mm的圆片，将其分别放入50 mL磷缓冲液(PBS，pH=7.2～7.4)和lysosome-like缓冲液(pH=4.7，含4.4 mM柠檬酸和5.6 mM柠檬酸三钠的水溶液)中，在37℃下以120 r/min的转速摇动，用紫外-可见分光光度计(北京普析通用仪器公司，TU1901)每隔一段时间测溶液的吸光度，以表征颗粒的载药性能和药物的释放行为，再根据经72h浸泡后圆片的剩余质量来确定样品的降解率.

2结果与讨论

2.1XRD分析

如图1所示，CaP-IBU的XRD图谱与标准HAp的卡片一致，几乎没有任何杂质峰出现. 谷氨酸水解致使初始溶液的pH值大约在4左右，PO43-离子浓度非常低，溶液中不出现任何的沉淀. 在100℃下尿素水解产生大量的OH-并与Ca2+和PO43-离子一起发生沉淀反应，生成HAp[8]. 加入PVA后，反应溶液中CaP-PVA颗粒则变为OCP和HAp的混合物，其中OCP的(010)衍射峰较弱， HAp的衍射峰明显宽化，2θ位于30～35°的(211)、(300)和(112)衍射峰几乎并在一起. 经Pechini工艺过程后，CaP-OCP颗粒则为OCP，其衍射峰的强度高.

图1　样品的XRD谱图

2.2SEM 表征

图2　样品的SEM照

如图2所示，CaP-IBU颗粒中晶体成片状并自中心呈放射状，以自组装的形式聚集成球形，球体之间也通过晶体片连接在一起. 在溶液中加入PVA后CaP-PVA颗粒分散，这是因为PVA的存在影响磷酸钙晶体并自组装为球形聚集体的行为. 在Pechini工艺过程中，当反应溶液的pH值调节至9时Ca2+、PO43-和OH-离子会生成OCP，在柠檬酸根离子和聚乙二醇的作用下沉积到CaP-IBU颗粒表面，形成CaP-OCP复合颗粒.

2.3FTIR分析

如图3所示，CaP-IBU颗粒表面吸附水的伸缩振动吸收峰在3 426.1cm-1处发现，位于565.0cm-1和603.3 cm-1的双峰是HAp的磷酸根不对称变角振动的特征吸收峰[9]，磷酸盐的伸缩振动吸收峰分别出现在1 037.0 cm-1[9]. 谷氨酸中羧基的伸缩振动吸收峰位于1 574.7 cm-1处，而-CH2伸缩振动峰位于2 971.9 cm-1处. 在1 415.3和879.3 cm-1出现吸收峰是因为尿素水解产生的CO32-离子进入HAp晶格内[10]. 对CaP-OCP而言，在1 575.0和1 542.5 cm-1处出现的吸收峰分别对应于柠檬酸根羧基的反对称伸缩(νas(COO-))和对称伸缩峰(νs(COO-))，其峰值差小于自由羧基的188cm-1，

表明羧基通过双齿形的方式接合到OCP颗粒[11].

图3　样品(CaP-IBU(a)、CaP-PVA(b)和CaP-OCP(c))的FTIR光谱

2.4缓释行为研究

如图4所示，布洛芬自CaP-IBU、CaP-PVA和CaP-OCP中释放的行为表现出明显的缓释性能和pH值敏感性能. 布洛芬的初始速度较快，6小时后释放速度变慢，直至释放达到平衡. 布洛芬在CaP-IBU、CaP-PVA和CaP-OCP中载药量分别为107.92、128.60和30.93 mg/g. 在PBS中，布洛芬自CaP-IBU中释放的速度较慢，这源于电离后的布洛芬解离常数(pKa=7.2)与HAp之间的结合力强，而在lysosome-like缓冲液中质子化的布洛芬与HAp的结合力后以较快的速度扩散出来. 自CaP-PVA颗粒中布洛芬在lysosome-like缓冲液中的释放要比其在PBS中要慢，这可能是因为在lysosome-like缓冲液中PVA与颗粒形成的氢键导致分子间键合密度大大增加，对布洛芬的释放起到位阻作用. 如图4(b)和(c)所示，布洛芬的累计释放量(C)与时间的平方根之间存在线性关系，这与基于Fickian扩散定律的 Higuchi模型(C = k·t1/2)描述的释放行为一致[12-14].

图4　在PBS(实心符号)和lysosome-like缓冲液(空心符号)中布洛芬自Ca-IBU(■和□)，Ca-PVA(●和○)和Ca-OCP(▲和△)中释放行为

2.5降解性能研究

在PBS或lysosome-like缓冲液中，布洛芬自药物载体颗粒中逐步释放，药物载体也随之发生降解. 如图5所示，CaP-IBU、CaP-PVA和CaP-OCP的降解率随溶液pH值的降低而明显增加，这与磷酸钙在低pH值的溶液中溶解度大幅度提高有关系. 药物载体的降解性能对颗粒的结构也敏感，CaP-OCP的降解性能明显提高，在lysosome-like缓冲液中降解率达到85.12 %，即使在PBS中其降解率也高达74.28 %.

图5　样品在缓冲液中浸泡72小时后的降解比率

3结束语

本文采用水热合成法制备得到CaP-IBU，随后在合成时加入聚乙烯醇制备高分散度CaP-PVA颗粒，最后通过Pechini方法制备得到CaP-OCP复合颗粒. 磷酸钙颗粒的物相和形貌随反应条件的不同而发生变化，PVA的加入和Pechini工艺过程对磷酸钙的结晶行为产生影响致使颗粒的分散性能有显著改善. 布洛芬自颗粒中释放的行为和药物载体的降解性能对溶液的pH值和颗粒的结构敏感，这可为研究药物载体结构、药物缓释行为和载体降解性能提供有益的实验参考.

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(编辑：姚佳良)

Investigation of the release behavior of ibuprofen from degradable calcium phosphate

BAI Zhi-jie, LI Cheng-feng

(School of Materials Science and Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255049, China)

Abstract:To modulate the release behavior of ibuprofen from drug carrier, ibuprofen loaded calcium phosphate (CaP-IBU) was firstly synthesized through a hydrothermal method, then dispersible powders of CaP-PVA were prepared with addition of PVA during hydrothermal treatment, and finally, composite powders of CaP-OCP were obtained through a Pechini method. The phase and morphology of calcium phosphate powders were varied with the addition of PVA and the Pechini process, which influenced the crystallization of calcium phosphate in reaction solutions. The sustained-release behaviors of IBU and the degradation of drug carrier were seriously depended on core-shell structure and pH value of phosphate buffered saline (pH=7.2～7.4) or lysosome-like buffer (pH=4.7).

Key words:calcium phosphate; hydrothermal method; ibuprofen; sustained release; degradation

中图分类号：TB321

文献标志码：A

文章编号：1672-6197(2016)04-0024-04

作者简介：白志杰，男，baizhijie139@126.com ; 通信作者： 李成峰，男，cfli@sdut.edu.cn

基金项目：山东省高等学校科技计划项目(J11LD52); 山东省自然科学基金项目(ZR2013EML008)

收稿日期：2015-03-22