组合控制实现高载药量纤维素/介孔二氧化硅复合敷料长效释放的研究

来源 :武汉工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xuthusboy
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伤口敷料内药物的持续释放有助于减少伤口所需换药次数和保护肉芽组织免受进一步感染。纤维素因其良好的生物相容性、机械性能、非免疫原性、柔韧性和生物降解性成为有前途的伤口敷料基材,但在对抗伤口和皮肤感染方面不具有抗菌活性。由于纤维素与药物的结合能力不强,导致纤维素敷料往往存在载药量低、药物释放速度快的缺点。虽然化学修饰能改善纤维素敷料的载药性能,但是可能在复杂的改性过程中引入化学污染。高载药量的生物相容性粒子的加入可能是提高纤维素基敷料载药能力的一种简单而有用的方法。介孔二氧化硅是最常见的药物缓释载体之一。目前,将纤维素与介孔二氧化硅进行复合的抗菌敷料的研究尚未见报道。介孔二氧化硅是酸性氧化物,在纤维素的强碱溶剂环境中,其整体结构会被破坏,丧失作为药物载体的能力。为了克服制备纤维素基介孔二氧化硅复合膜时,强碱溶剂对二氧化硅的腐蚀,本文用三种办法制备了纤维素/介孔二氧化硅复合膜:(1)首先由强碱/尿素溶剂体系和氧化锌致孔剂制备改性再生纤维素膜(MRC)。然后制备小粒径的纳米介孔二氧化硅(MSN),再通过压差法将MSN压入到疏松多孔的改性再生纤维素膜中,制得复合膜MRC-MSN。(2)首先用新生成的碳酸钙包裹介孔二氧化硅,再直接将介孔二氧化硅在强碱/尿素体系下直接与纤维素共混,最后通过盐酸凝固浴除去碳酸钙并再生纤维素,制得了一种纤维基介孔二氧化硅复合敷料(CM-Ca-SBA)。(3)将SBA-15分散于磷酸盐缓冲溶液(PBS)中,在强碱条件下直接与纤维素溶液共混,再在酸性凝固浴条件下制得纤维基介孔二氧化硅复合膜(P-CM-SBA)。在此基础上采用浸泡法将壳聚糖结合在复合膜P-CM-SBA上,制备得到壳聚糖/介孔二氧化硅/纤维素复合膜(CS-CM-SBA)。利用BET和BJH测定了粒子的比表面积,孔径和孔容。使用FTIR,XRD,扫描电镜、透射电镜等对复合膜和介孔二氧化硅进行了形貌和结构表征。对所得复合膜的拉伸强度、水蒸气透过率(WVTR)、溶胀性能等进行了测试。采用吸光光度法测定了复合膜的药物吸附和释放特性。针对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌,对复合膜进行了抗菌性能评价。在此基础上讨论了碳酸钙保护法和磷酸盐保护法对介孔二氧化硅的保护机理,并对复合膜药物释放数据进行拟合,以探讨复合膜的双重控释机理。最后,结合对比文献,进行了技术经济评估。结果表明:(1)在三种方法制备所得的复合膜中,碳酸钙保护法和PBS保护法制备的复合膜介孔二氧化硅粒子的载入量高达30 wt%,而压差法制备的复合膜纳米介孔二氧化硅载入量较小,最高仅能达到3.9wt%。(2)碳酸钙保护法和PBS保护法制备得到的复合模,其BET、BJH、SEM和TEM的结果显示,膜中的SBA-15粒子与原生SBA-15相比,比表面积,孔径孔容并无统计学差异,形貌与原生粒子一致。可见,这两种方法均能在强碱环境与纤维素共混的过程中有效保护介孔二氧化硅免受强碱腐蚀。(3)碳酸钙保护法和PBS保护法制备所得的复合膜具有高载药量,载有30 wt%介孔二氧化硅的复合膜的载药量分别可高达3.7wt%,3.6wt%,比再生纤维素膜提高8倍以上,而压差法制备的复合膜载药量仅为0.93 wt%,仅比纯纤维素膜提高1.3倍。复合膜的高载药量和双重控释作用赋予了复合敷料长效稳定的释药特性。就初始突释而言,CM-Ca-SBA,P-CM-SBA复合膜药物释放率比纯纤维素膜大为减缓,前24 h,释放率从70%下降至30%,MRC-MSN膜则降至50%。CM-Ca-SBA,P-CM-SBA能在释放第24 h至160 h的时间段内以大致稳定的速度释放药物,MRC-MSN则在24至80 h的时间段内以较慢且大致稳定的速度释放药物,而载药纤维素膜在24 h后基本不再释放药物。CM-Ca-SBA和P-CM-SBA的相对抑菌比(抑菌圈直径/膜直径)均可达4.0(金黄色葡萄球菌)以上,MRC-MSN仅1.4,而载药纯纤维素膜仅为1.1。CM-Ca-SBA和P-CM-SBA的强效抑菌能力长达144h。以上结果进一步证明了碳酸钙保护法和PBS保护法的有效性。在PBS保护法制备所得复合膜上结合壳聚糖不影响载药率,且可进一步提高复合敷料的长效抑菌能力。(4)CM-Ca-SBA和P-CM-SBA中介孔二氧化硅的载入量、载药量、长效释药模式和长效抑菌性大致相当,均优于MRC-MSN和载药纯纤维素膜。技术经济分析结果表明,在假定条件下,CM-Ca-SBA和P-CM-SBA复合敷料成本由对比文献的1511元/kg分别降至1110元/kg和1095元/kg。尽管CM-Ca-SBA和P-CM-SBA的成本大致相当,但由碳酸钙保护而制膜所需要的工艺流程长,设备投资大,且存在为除去复合膜中碳酸钙需长时间浸泡于盐酸导致的机械强度下降的问题。因此磷酸盐保护工艺法是较为优化的纤维素/介孔二氧化硅复合敷料制备工艺。(5)成功地实现了在强碱/尿素体系下介孔二氧化硅与纤维素的直接共混,制备了具有高载药量,能长效稳定释药,抑菌能力强,并具有良好机械性能、溶胀性和透湿性的抗菌敷料,且工艺简单,具有良好的医用潜能。
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