壳聚糖、尿素交联微球的缓释规律分析
壳聚糖生物降解性能及其在药物缓释中的应用
壳聚糖生物降解性能及其在药物缓释中的应用壳聚糖是一种生物可降解的天然聚合物，由葡萄糖和N-乙酰葡萄糖组成。
它具有广泛的应用领域，包括药物缓释系统。
本文将详细介绍壳聚糖的生物降解性能以及其在药物缓释中的应用。
首先，壳聚糖具有良好的生物降解性能。
与合成聚合物相比，壳聚糖在生物体内可以被酶降解为无毒的代谢产物，并进一步被身体排出。
这是由于壳聚糖分子链上的乙酰胺基团可以与生物体内的酶相互作用，从而使壳聚糖被降解。
此外，壳聚糖还具有可调控的降解速度，可以通过改变壳聚糖分子链的取代度或分子量来调节其降解速度，以满足特定的药物缓释需求。
其次，壳聚糖在药物缓释中的应用广泛。
壳聚糖可以用作药物缓释的载体，将药物包裹在壳聚糖颗粒中，并通过控制壳聚糖的降解速度来实现药物的缓释。
这种缓释系统具有以下优势：首先，壳聚糖具有优异的渗透性，可以保护药物免受外界环境的影响，避免药物过早地释放；其次，壳聚糖可以促进药物的稳定性，保持药物的活性；最后，壳聚糖还可以调节药物的释放速率，使药物能够长时间持续释放，从而减少药物的频繁给药。
在壳聚糖在药物缓释中的应用中，最常见的是利用壳聚糖制备微球或纳米颗粒。
壳聚糖微球是将药物包裹在壳聚糖的微球中，通过调节壳聚糖的降解速度来控制药物的释放。
壳聚糖纳米颗粒是将药物包裹在刚硬核心上，然后再利用壳聚糖形成的壳层来控制药物的释放。
这两种缓释系统都具有很强的可控性和稳定性，可以满足药物缓释的需求。
此外，壳聚糖还可以与其他材料结合来制备复合缓释系统。
例如，壳聚糖可以与聚乳酸酸、明胶等生物降解聚合物结合，形成复合纳米颗粒，以实现药物的双重缓释。
此外，壳聚糖还可以与金属离子或金属纳米粒子结合，形成纳米复合材料，以实现药物的靶向缓释。
总之，壳聚糖具有良好的生物降解性能，能够与药物形成稳定的缓释系统。
壳聚糖在药物缓释中的应用潜力巨大，可用于多种药物的缓释。
未来的研究重点将放在进一步提高壳聚糖缓释系统的可控性和稳定性上，以满足临床上不同药物的需求，并加强壳聚糖与其他材料的复合应用研究，以实现更广泛的应用。
壳聚糖在药物缓释方面应用
药物缓释：是一种可以控制药物释放速率和定向释放的技术，其方法是将药物活性分子与天然或合成高分子载体结合( 或包囊、复合) 后，投施到生物活性体内，通过扩散和渗透等控制方式，药物活性分子会以适当的浓度和持续时间释放到生物活性体内，从而达到充分发挥药物疗效的目的。
药物缓释特点：是通过对药物医疗剂量的有效控制，实现降低药物的毒副作用和抗药性，提高药物的稳定性和有效利用率的目标．并可实现靶向药物输送，减少服药次数，减轻患者的痛苦，节省人力、物力和财力等目的．药物释放触发方式主要有p H 值响应释放、电场响应释放和酶响应释放。
壳聚糖是几丁质的脱乙酰基衍生物，来源广泛。
且具有良好的生物相溶性、低毒性、生物可降解性及可被吸收利用等特点，是一种良好的药物释放载体。
水凝胶用于药物缓释，主要是利用物理包埋固定化技术，在室温下将药物、酶、因子等与聚合物单体的水溶液进行聚合或交联。
药物由水凝胶包埋后，通过口服或植入的方式进入机体内，在自主扩散和水凝胶降解的双重作用下，其被释放到机体内，可以长效发挥作用，从而大大提高了其利用率，减少了其对机体其他部位的毒副作用。
例子1：郑学芳等以戊二醛( GA)为交联剂制备了一系列壳聚糖/果胶( CS－PT) p H 值敏感水凝胶。
以BSA为模型药物，研究其在CS－PT水凝胶中的释放行为。
结果表明包埋在此水凝胶中的BSA释放随载药介质的p H值的变化而显著不同，p H值1. 0条件下载药的水凝胶释药率大于p H值7. 4和p H 值9. 18 条件下的释药率。
郑学芳等以戊二醛(GA) 为交联剂，壳聚糖作为聚阳离子组分，海藻酸钠作为聚阴离子组分，制备了壳聚糖－海藻酸钠( CS－SA) 水凝胶。
并以BSA为模型药物，研究其CS－S水凝胶中的释放行为，得到了同样的缓释效果。
例子2：肖玲等制备了一种含载药粒子的壳聚糖(CTS)/PVA 温敏性水凝胶,研究了影响凝胶性能的因素。
结果表明,与单纯的CTS/PVA水凝胶相比,加入载药粒子后,凝胶结构更加致密紧凑,凝胶强度增大;药物释放速度平稳,无突释现象;缓释效果好,14 d累积释放32%。
举例说明缓释制剂的原理
举例说明缓释制剂的原理
缓释制剂是一种通过控制药物的释放速率，使药物在体内能够持续释放并保持在有效浓度下的制剂。
其原理主要有以下几种：
1. 壳聚糖包裹法：例如，针对胃麻醉药物可布比卡因，将其包裹在壳聚糖微球中，通过微球的温和溶解、脱层和溶胀来缓慢释放药物，延长药效持续时间。
2. 水溶性聚合物矩阵：例如，利用水溶性聚合物作为载体，将药物分散均匀地包裹在其中，药物释放时，水能够渗透到聚合物内并使其膨胀，进而推动药物分散出来，实现缓释效果。
3. 脂质体：脂质体是由磷脂构成的膜结构，可以用于包裹药物。
药物通过脂质体的疏水内核被封装，外层则是疏水的脂肪链，通过调整脂质体的成分和结构可以调控药物的释放速率。
4. 聚合物基质：例如，聚合物基质制剂可通过改变聚合物的配比、交联度、孔径等因素来调节药物释放速度。
聚合物基质可以限制药物的扩散，延长药物的释放时间。
5. pH响应型制剂：某些药物只有在特定pH条件下才能释放，因此可以利用可溶解的酸性或碱性聚合物作为载体进行控制。
例如，肠溶性胶囊中的药物在胃酸条件下不会被释放，而在进入肠道后的碱性条件下才能释放。
这些原理中的例子仅仅是一些常见的方法，实际缓释制剂的原理可能会更加复杂或者采用多种方法的组合。
壳聚糖缓释体系研究进展
性能和缓释效能进行评价，发现丝素蛋白一壳聚糖 微球比单纯的壳聚糖微球的包封率和载药率要低 一些，但是微球初期包载物的爆释量比单纯壳聚糖 微球要低，丝素蛋白／壳聚糖微球的缓释性能比单 纯的壳聚糖微球要更加平稳。
Ｙｅ
ｗａｎｇ等…开发了新型的ＰＬＧＡ一海藻酸一
ＤｈａＩＴｎｅｎｄｍ
时间的溶出参数，发现壳聚糖缓释效果良好，可作 为芦丁缓释片的缓释辅料，该片剂处方设计合理，
制备工艺简单易行。
Ｊａｊｎ等【１６研究了壳聚糖纳米粒等
Ｍ．ＥＦＥＮＴＡＫＩＳ等㈣研究了可溶性树脂或乙基
纤维素对壳聚糖乳酸混合缓释片尺寸变化、凝胶进
五种不同的缓释体系对抗生素的缓释性能研究。结
公藤多苷提取物缓释微球，考察载体材料对雷公藤
多苷提取物的载药量、包封率及释放行为的影响， 发现了海藻酸钠的浓度、壳聚糖的浓度、氯化钙的 浓度及海藻酸钠和壳聚糖的比例对包封率、载药量 和体外释放均有一定的影响，而交联固化时间对包 封率和载药量有影响，对体外释放影响不明显，并 得到缓释效果最佳的缓释微球的制备工艺为壳聚 糖、海藻酸钠、氯化钙的质量浓度依次为１０、１０、３０ ｇ・Ｌ一；海藻酸钠与药物的质量比为１：１，预交联时
因子ｐ １壳聚糖微球的分散情况及所载药物的体外
聚合技术，分别制备了壳聚糖载药缓释微球，壳聚糖 和聚乙烯醇物理共混载药缓释微球、壳聚糖交联聚 乙烯醇载药缓释微球、壳聚糖一聚丙烯酸一聚乙二 醇三元复合缓释微球，探讨了醋酸浓度、壳聚糖浓 度、壳聚糖脱乙酞度、乳化剂用量、油水比、交联密
度、反应时间、搅拌、药物／基材比等冈素对微球平
均粒径和粒径分散度、载药浓度、缓释性能的影响。 叶漫文等…以丝素蛋白、壳聚糖和京尼平作为
壳聚糖-琼胶复合微球的制备及其药物释放性能
１２ ２ 壳聚糖 一琼胶 复合 微球 的表征 ．．
随机 选取 一定数 目的 湿 球 ， 用环 境 扫 描 电 子显 微
酯含量 由元 素 分 析 仪 测 定 为 １ ２ ） 茶 碱 （ 化 试 ． 、 生 剂 ） 国药集 团化学 有 限 公 司 ； 聚磷 酸 钠 （ Ｔ Ｐ ， ， 多 Ｓ Ｐ ） 浙 江湖州 食品化 工联 合公 司 ； 它试剂 均为 分析 纯 。 其
维普资讯
亿 爹 与 生 物 Ｚ 程 ２ ７ ｏ２ Ｎ． ０ ， Ｉ４ ｏ ０ Ｖ ． ７
Ｃｈ ｍｉｔｙ ＆ Ｂｉｅ ｇｉｅ ｒ ｇ ｅ ｓｒ ｏ ｎ ｎ ｅｉ ｎ
囡
壳聚 糖 一琼胶 复合 微 球 的制 备及 其药 物释 放性 能
邱 舒 。王学 宝 。 孙 沽 。 晓梅 。 郑 倪 良
Ｃ Ａ １ Ｓ ２ Ｃ Ａ ３表 示 。 Ｓ 、Ｃ Ａ 、 Ｓ
１ 实 验
１ １ 试 剂 与 仪 器 ．
壳 聚糖 （ 化 试 剂 ， 乙 酰度 ９ ％ ， 生 脱 １ Ｍｗ一 ６ ０× ．
ｌ 、 胶 （ ０ ）琼 食品级 ， 凝胶 强 度 大 于 ６ ０ｇ・ｃ 。硫 酸 ０ ｍ＿ ，
到 良好 的 相 容 性 并 改 善 释 放 性 能 。通 过 红 外 光 谱
（ Ｔ Ｒ） 扫 描 电 子 显微 镜 （ Ｅ Ｆ Ｉ 和 Ｓ Ｍ） 壳 聚 糖 、 聚糖 对 壳
一
醋酸 、 聚磷酸 钠浓度及 交联 时 间等制备 因素 ， 多 即可获
得不 同条件 下的 复合微 球 。
琼胶复 合微球 的结 构 进 行 了表 征 ， 讨 了相 关 因 素 探
等 可 改 善 其 释 放 性 能 ， 采 但
止 搅拌 ， 静置 赶气 泡 ３ ｎ ０ｍｉ。将 均 匀混 合 液通 过微 量 注 射器 注入一 定体 积的 多聚磷 酸钠聚糖 与琼胶 复合制 备载 药微 球至今 未见 报道 。作 者 以壳聚糖 （ Ｔ ） 琼胶 （ Ｃ Ｓ和 ＡＧ） 种 生 物 医用 高分 子 两 为材 料 ， 采用 小分 子离 子 交联 法 制 备 壳 聚糖 一琼 胶 复
壳聚糖药物缓释材料
华中科技大学生命学院 陈星陶 孙尧 魏鲁衡
•药物缓释载体在维持血药浓度水平，减少给药次数，降低药 药物缓释载体在维持血药浓度水平，减少给药次数， 药物缓释载体在维持血药浓度水平 物毒性，提高药物疗效等方面具有重要的作用。 物毒性，提高药物疗效等方面具有重要的作用。高分子药物缓 释载体有合成高分子(聚乳酸 聚己内酷、聚丙烯酸酷等)和天 聚乳酸、 释载体有合成高分子 聚乳酸、聚己内酷、聚丙烯酸酷等 和天 然高分子(明胶 纤维素、壳聚糖等)， 明胶、 然高分子 明胶、纤维素、壳聚糖等 ，合成高分子载体常常生 物相容性不好，有时还含有痕量引发剂等毒性杂质。 物相容性不好，有时还含有痕量引发剂等毒性杂质。天然高分 子没有上述缺点。 •壳聚糖是天然存在的唯一碱性多糖，是一种安全无毒的、可 壳聚糖是天然存在的唯一碱性多糖，是一种安全无毒的、 壳聚糖是天然存在的唯一碱性多糖 生物降解天然高分子，不但具有生物相容性，且具有抗菌、 生物降解天然高分子，不但具有生物相容性，且具有抗菌、止 抑制癌细胞转移等作用。 血、抑制癌细胞转移等作用。
缓释效果的影响因素
• 粒径：药物与壳聚糖载体材料比例恒定时，粒径越小，其表面 积越大，释药速度越快; • 载药量：壳聚糖载药微球的载药量越高，则释药速度越快，反 之所含药物越少、包裹越紧，药物释放越低; • 交联剂：在乳化交联制备壳聚糖微球时，交联剂用量越多、交 联时间越长，壳聚糖微球包裹药物越紧密，药物释放速率越缓 慢; • 缓释介质环境：一般来讲，在低pH介质中释放药物常比高pH介 质的释药速度快； • 壳聚糖脱乙酞度：极性分子药物，与壳聚糖之间产生一定的结 合力，脱乙酞度越大则与极性药物结合力越大，缓释效果越好； • 壳聚糖分子量：在交联度与脱乙酞度一定的情况下，壳聚糖分 子量越大，则形成的网络越疏松，缓释效果越差; • 药膜厚度：给药量一定的情况下壳聚糖微球释放药物的凝胶药 膜层越厚，缓释效果越好。
壳聚糖在缓释制剂中的应用
透 明膜时 ，此膜具 有 良好 的粘 附性 、通透性及一定 的抗 拉 强度 。若与 聚 乙烯醇 混 合 制膜 时抗 拉 强度 还可
大 大 提 高 。 若 添 加 甘 油 或 聚 乙烯 醇 ，则 膜 耐 湿 性 较
ｏ ｏ （ 鳄
断肿瘤细胞 的营养 ；另外 ，由于微球 中抗 癌药物在 栓塞 部位 逐 渐释 放 ，可 使肿 瘤 组织 中保持 较 高浓 度及
较长 的作 用 时 间 ，而 在 体 循 环 中药物 浓 度 相 对 较低 ，
（ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ （ Ｉ 野 野 野 野 野 鳄 野 鳄 吩 鳄 野 鳄 野 野 鳄 野 鳄 野 鳄 野 野 野 野 野 野 鳄 野 鳄 曙 鳄 野 野 野
１ Ｆ ｎ 。 ａ ｇ Ｃ。 ｕ ｇＫＣ ｅ ａ ｎ ＪＰ ａ ｍ， ９ ９１ １ １： ３ ３ ａ ｇＪ Ｆ ｎ Ｓ ｎ ｔ ＬＩｔ ｈ ｒ １ ９ ；９ （）３
１４ Ｂｏｕｃ ｄ ａｕ Ａ，Ｍ ａ ｅｔＬ， ｂｅｉｅ Ｂ ｎ ｃｈ Ａｒ ｌ ｅｔ ｌ ａＬ ＩｔＪ Ｐｈａｒ１ ｎ ．２０ ０１；２８ ２
及 高分 子化 学研 究 。
士
聚糖（ｈ ｏ ａ ， ｓ 是 由甲壳素（ｈ ｉ 脱乙酰 ｃｉｓｎｃ ） ｔ ｃ ｉｎ ｔ）
的 。加之其来源丰富 ，价格低廉 ，所 以它是用作
几
化制得的一 种聚氨基葡萄 糖。它无毒无味， 药物 缓释材 料的最佳原材料。
２ 壳聚 糖 缓释 体 系
丰富的羟基和氨基使其易于进行化学反应而赋予多种
维普资讯
ｌ铸 ｌ菊 一 合成药 一 生化药 裁蠢分豫 ２ Ｏ， （ ０２ ３６ ２ ）
壳聚糖微球释药机制的研究
昆明医学院学报 2002,(1):7～10CN53-1049/R Academic Journal of K unming Medical College壳聚糖微球释药机制的研究Ξ徐 蔚1),曹 毅1),张 纪2)(1)昆明医学院第二附属医院神经外科,昆明 650101;2)中国人民解放军总医院神经外科,北京 100853)摘要:为了探讨壳聚糖缓释微球的释药机制,制备了碳铂壳聚糖缓释微球,并对制备的微球进行了释药机制的研究.结果:制备的载药10%碳铂壳聚糖缓释微球的释药80%的时间为14d,形态学的观察显示初期壳聚糖缓释微球球面光整,表面无结晶,在释药14d后98%的球形仍保持完整,证明壳聚糖缓释微球的刚性良好.扫描电子显微镜检查发现,微球的外壳首先脱落出现“脱皮现象”,然后药物晶体通过溶渗作用在微球表面形成众多微孔,将包封在微球内部的药物逐渐释放.结论:壳聚糖缓释微球的控释能力极强,其包封的碳铂药物晶体是通过溶渗作用逐渐释放出微球的,在90%的药物释出后,微球仍保持完整,显示了微球具有更大的包封药物的能力.关键词:壳聚糖;碳铂;缓释剂;微球;扫描电镜中图分类号:R97911 文献标识码:A 文章编号:1003-4706(2002)01-0007-04 微球是近几年来发展的新剂型,它以聚乳胶、壳多糖或白蛋白等为材料制成球形给药系统,药物主体则分散或包埋在材料中而形成球状实体,达到药物控制释放的效果[1].壳聚糖(chitosan)是甲壳素完全脱乙酰化的产物,它在低p H时能形成凝胶,可用于包裹药物.我们制备了碳铂壳聚糖缓释微球,通过对其动态的超微结构观察,了解其药物控制释放的机理.1 材料和方法111 材料壳聚糖:脱乙酰度≥90%,青岛百成公司提供;卡铂:注射用,购于中国齐鲁制药厂;Tween20:Care Roth进口上海化学试剂采购供应站试剂厂分装;Span85:Care Roth进口上海化学试剂采购供应站试剂厂分装;50%戊二醛:生化试剂,天津市医药公司进口分装,所有其它实验用试剂均为国产分析纯试剂.112 仪器DF-101B集热式恒温磁力搅拌器,浙江乐清县乐成电器厂;Olympus光学显微镜(日本Olympus公司);SEM505电子扫描显微镜(荷兰Philips公司);5100PC型原子吸收分光光度仪(美国Perkin-Elmer公司);超速离心机XL-100K(美国Beckman公司);微量分析天平4503 (德国Sartorius公司).113 微球制备方法称取900mg壳聚糖(DAC)细粉,溶于5%醋酸溶液中配成3%(W/V)的壳聚糖溶液,静止除去气泡后待用.取15mL3%(W/V)DAC溶液于烧杯中,加入100mg注射用卡铂冻干粉,另一部分不加(制成空白的壳聚糖微球作为对照),搅拌均匀,取715mL 逐滴加入100mL含5%(W/V)S pan85及015% (W/V)T ween20的橄榄油中,以1200r/min搅拌Ξ基金项目:国家自然科学基金资助(30160085)作者简介:徐蔚(1962～),男,江苏人,博士,副主任医师,主要从事神经外科学的临床工作及恶性脑瘤化疗的研究.乳化15min,滴加2mL50%的戊二醛,固化6h.反应结束时加40mL石油谜除去油相,微球用石油谜、异丙醇洗3～5次,用G5抽滤漏斗收集,室温干燥.全部操作过程均在避光条件下进行.微球干燥后过120目筛2次除去大颗粒后为流动性良好的黄色疏松粉末.所有操作均在避光条件下进行.2 结果微球经真空干燥脱水后喷金粉,在扫描电镜下观察空白壳聚糖微球、碳铂壳聚糖微球的表面形态.电子显微镜扫描显示,空白壳聚糖微球表面光滑、致密,无裂隙及孔洞,球形圆整.包载碳铂后对微球表面没有显著的影响,微球表面致密,球形良好,表面未观察到药物结晶的存在.取适量的碳铂壳聚糖微球,在光镜下选择有代表性的区域计数400个粒子,按下式计算微球容积平均径,绘制粒子分布曲线,见表1.d v=6in=1Δni d3i 6in=1Δnid v为平均粒径,Δn i为一定范围内粒子数目, d i为该范围内粒子等价径的中点值,也称粒子平均大小范围.表1 微球粒径分布计数d iΔn i d iΔn i1015025151955162036601025546593061705357275340259014564合计400结果表明,微球粒径呈偏正态分布,20～50μm 范围内粒子占8315%,微球平均粒径为41108μm.微球的体外释放实验采用石墨炉原子吸收分光度法测定,称取碳铂壳聚糖微球3份,每份50mg,装入一端扎口的透析袋中,加入2mL生理盐水使微球混悬后,将另一端扎紧,投入盛有200mL 生理盐水的三角瓶中,以50r/min速度搅拌,释放在(37±1)℃的恒温水浴中进行.分别于0125,015,110,210,410,810,16和32h精密吸取2100mL释放液,同时补加2100mL生理盐水以维持总液量的平衡.取出的样本以石墨炉原子吸收分光度法测定铂的吸收值.同时进行碳铂溶液的释放实验作为对照.试样的准备:样本经硝化分解后制成硝酸溶液,以DDO为络合剂,氯化亚锡为还原剂,在强酸性介质中,以氯仿萃取.仪器工作条件:灯电流1010mA;检测波长26519nm;光栅012nm;测定数据1s;进样体积20μL;载气(氩气);流量3L/min,测量指标峰高.加热程序:干燥75～90℃65s;灰化1000℃8 s;原子化2650℃5s(停气);清除2700℃1s.实测结果见表2, 3.表2 碳铂溶液体外释放结果时间(min)123 x±s 531196301413117931139±018501050155501265117750186±018011565138651446612165168±014632074188731497519974179±112503086179851418711286144±019074092156921979312592193±013475095178961519617496134±01501表3 碳铂壳聚糖微球体外释放结果时间(d)123 x±s012521136261452213923137±21850015030155341843314832195±31801110045138451444612145168±21313210056180561955511854104±71522410062168601476410262139±11250810076119741757011073172±81907121082156821978315082193±31019141085178841318416784174±115648 昆明医学院学报 第23卷附图 药物的体外释放曲线如图所示:碳铂溶液在24h内基本释放完毕,而碳铂壳聚糖微球在24h内释放最为迅速,达到45%左右,以后释放速度逐渐减慢,到2周后仍有15%左右未释放,表现出碳铂壳聚糖微球良好的控释性能.对碳铂壳聚糖缓释微球及空白微球在释药过程中进行光镜及相差显微镜观察显示:初期壳聚糖缓释微球球面光整,表面无结晶,在释药14d 后98%的球形仍保持完整,仅有2%的微球出现球体坍塌,证明壳聚糖缓释微球的刚性良好,空白微球与载药微球基本一致.动态扫描电子显微镜检查发现,随着时间的推移,碳铂壳聚糖缓释微球的外壳首先脱落出现“脱皮现象”,然后微球表面形成众多微孔,且逐渐增加,而直至14d 时,碳铂壳聚糖缓释微球再无明显的球体降解现象,表面微孔越见致密,而球体仍保持基本完整.空白微球自始至终均无明显的生物降解现象发生,既无“脱皮现象”,也无微孔出现,大部分微球在14d时均保持球体完整.3 讨论改善恶性肿瘤的预后,提高化疗的效果一直是临床及基础科研的重点,改变投药的途径、变换药物的剂型及新的药物的研制等各种各样的尝试从未有过间断.微球是近年来新剂型研究的热点,它以天然、合成、半合成高分子材料为基质,将药物均匀分散或包埋在骨架中而制成球形载体给药系统.微球制剂具有对特定器官、组织的靶向性,药物在靶区缓慢释放,增强了抗癌效果.因而,微球技术正广泛用于临床的各种恶性肿瘤的治疗[2～4].药物在靶器官浓集并缓慢释放,维持较长时间的有效浓度是靶向给药的目的,药物的控释是靶向给药的基础.药物的理化品质、载体的机能、骨架的类型、药物在微球中的位置及分布、药物与骨架的相互作用、骨架的空隙度及孔道的弯曲度对药物均有不同的影响[5].甲壳素是自然界生物(水产甲壳类虾、蟹及昆虫外壳)所含的一种氨基多糖,自然界每年合成的甲壳素多达有数十亿吨,是自然界最丰富的有机质之一.但甲壳素是水难溶性的,经碱处理脱乙酰后得到的壳聚糖具有N H2基,可溶于稀酸溶液中,更便于制备各种制剂.壳聚糖本身就具有促进伤口愈合、降低胆固醇、治疗牙周炎、止血等多种生物活性,并有一定的抗癌作用,它可选择性的凝集白血病腹水中的癌细胞,阻止其增生,最近甚至有报道壳聚糖具有吸附射线的能力,可用于对抗放射污染[6,7].同时壳聚糖也是一种良好的有机载体,其分子2位上有游离氨基,通过醛氨缩合反应使之形成键桥固化微球,可将药物固定在其骨架中,所以被广泛地用于缓释、控释制剂的研究.国外已有壳聚糖微球、微囊、磁性微球制备的报道[9,10].微球的制备方法是控制微球内药物释放的关键,传统的喷雾干燥技术、溶剂蒸发技术制备的壳聚糖微球骨架密度太低,难以包载药物,药物只能吸附在微球的表面,突释效应难以避免.我们采用了化学交联技术,经戊二醛交联固化得到的微球结构较为致密,球形及载药量均较为理想.微球的载药量、包封率是评价其优劣的重要指标.我们参照了Gupta P K的统计学处理方法,引入“理想函数”全面优化微球的制备工艺,得到的微球载药量大,粒径分布适宜,工艺重现性好[8].通过多元线性回归分析,我们发现壳聚糖的浓度、固化时间、壳聚糖材料的类型及搅拌速度可能对粒径分布影响较大(P<0101),而壳聚糖的浓度与投药量的比例决定药物的包封率[9].微球的释药速率由微球所载药物在释放介质中的溶解度、药物在微球中所处的物理状态、药物与微球的亲和力决定.微球释药的方式有:①表面药物脱吸附释放;②溶剂经微孔渗透进入微球中,使药物溶解、扩散释放;③载体材料降解和溶蚀使药物释放[7,8,11].我们最后制备的微球表面光洁无药物结晶,体外的释放符合一室模型,释放时间达2周,2周后的光镜及相差显微镜下9第1期 徐 蔚,等.壳聚糖微球释药机制的研究观察微球形态大体保持不变,显示了我们的微球骨架结构更优越,药物的包封率极高,微球可长时间(最长达2周)保持形态基本不变.随机计数400个微球,微球的溶解坍塌率低于2%.在扫描电镜的动态观察中我们发现:缓释微球首先局部出现“脱皮”现象,然后药物溶渗而在微球表面形成微孔,随着“脱皮”现象范围的不断扩大,微球表面形成的微孔也越来越多,通过微孔药物不断从微球骨架溶出达到非常好的控释效果.而微球的骨架始终保持完好,微球的球体坍塌率低于2%,证明了我们的碳铂壳聚糖微球中碳铂的释放主要依靠药物的溶渗作用释出微球球体,微球本身的生物降解作用对释药的影响较小.脱皮现象在空白壳聚糖微球并未观察到,说明脱皮及微孔的形成与包封了药物有很大的关系,这种药物与微球具体是何种性质的互动关系尚未能定论,有待进一步的研究.[参 考 文 献][1] LAN GER R1New methods of drug delivery[J].Sci2ence,1990,249(4976):1527[2] SHINOHARA C,MA TSUMO TO K.Clinical phar2macokinetics of carboplatin and MCNU in malignantbrain tumor and brain tissues[J].G an-To-K agaku-Ryoho,1994,21(8):1163[3] MA TSU K ADO K,INAMURA T.Enhanced tumoruptake of carboplatin and survival in glioma-bearingrats by intracarotid infusion of bradykinin analog,RMP-7[J].Neurosurgery,1996,39(1):125 [4] DERNE LL W S,WITHROW S J.Adjuvant chem other2apy using cisplatin by subcutaneous administration[J].In-viv o,1997,11(4):345[5] OL IV I A,EWEND M G.Interstitial delivery of car2bopaltin via biodegradable polymers is effective againstexperimental glioma in the rat[J].Cancer-Chemother-Pharmacal,1996,39(1-2):90 [6] EWEND W G,WILL IAMS J A.Local delivery ofchemotherapy and concurrent external beam radiother2apy prolongs survival in metastatic brain tumor models[J].Cancer-Res,1996,56(22):5217[7] KENJ ISUZU KI,TERU HISA NA K AMURA.A newdrug delivery system for local cancer chemotherapy us2ing cisplatin and chitin[J].Anticancer Research,1995,15:423[8] 徐蔚,曹毅,张纪.碳铂壳聚糖缓释微球制备时的粒径控制[J].昆明医学院学报,2001,(3):30 [9] 徐蔚,张纪.碳铂壳聚糖缓释微球的制备[J].军医进修学院学报,2000,21(2):92[10]徐蔚,张纪.碳铂壳聚糖微球瘤内化疗的实验研究[J].中华神经外科杂志,16(2):88[11]徐蔚,张纪.碳铂壳聚糖微球对胶质瘤细胞作用的形态学研究[J].军医进修学院学报,2000,21(3):178(2001-10-20收稿)The R esearch of Delivery Mechanism of Chitoson Polymer MicrosphereXU Wei1),CAO Y i1),ZHAN G Ji2)(1)Dept.Neurosurgery of The Second A f f iliated Hospital of Kunm i ng Medical College,Kunm i ng 650101;2)Dept.Neurosurgery of General Hospital of P.L.A,Beiji ng100853)Abstract:Objective:the chitoson polymer microsphere carrying carboplatin was made to investigated the delivery mechanism of chitoson polymer microsphere..Method:using chitoson as polymer carrier through the technique of chemical connection and,we got the kind of microsphere which has ideal drug holding. Then,the scanning electron microscopy was used to investigate the microsphere.Results:the character of drug,function of carrier,kind of skeleton,drug place and distribution in the microsphere,interaction of drug and skeleton,room of skeleton and bending of holes influenced the delivery mechanism of microsphere.The shapes of chitoson polymer microspheres which carried with or without carboplatin were different..That the chitoson polymer microaphere which carried with carboplatin shelled had more and more tittle hole could be observed on the microsphere,but there was not the phenomenon for the microsphere without carboplatin. Conclusion:the chitoson polymer microsphere carrying carboplatin releases drug from microsphere through liquefaction and infiltration,but not through the biodegradation.K ey w ords:Chitoson;Polymer microsphere;Carboplatin;Release mechanism01 昆明医学院学报 第23卷。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
壳聚糖、尿素交联微球的缓释规律分析王海斌2，甘邱锋2，吴良展2，曾聪明2，何海斌1,2*1福建农林大学农业生态研究所，福州（350002）2 福建农林大学生命科学学院，福州（350002）E-mail：alexhhb@摘要：以壳聚糖为包膜材料，探讨了壳聚糖包膜尿素缓释规律，并运用扫描电子显微观察技术对缓释前后的微球物理结构进行表征。
结果表明：包埋微球在浸泡的第1 d氮素释放量占总量的13.43％，34 d仅释放29.03％，符合缓释肥料标准。
扫描电镜观察结果显示：微球浸泡前表面膜结构密实，浸泡34 d后微球表面膜形成大量突起的小孔，浸泡前后微球剖面网状结构没有发生明显变化。
关键词：壳聚糖；尿素；缓释肥料1 引言我国是一个农业大国，营养缺乏是限制我国农业生产的一个重要因素，化肥使用已成为农业增产主要措施之一。
然而据统计，我国氮、磷、钾肥的平均利用率分别仅30％，20％，35％ [1]。
肥料利用率普遍偏低不仅造成资源的浪费, 降低了农业生产的经济效益, 而且还带来了严重的环境问题[2]。
因此研究如何提高肥料利用率已成为当前农业研究的一个热门课题。
氮素是植物生长过程中所必须的三大营养元素之一，因此研究氮肥的利用率具有重要的现实意义。
缓/控释肥料，是提高肥料利用率的一种有效措施。
一方面，减少了大量肥料施用，进而降低了环境污染。
另一方面，其一次施肥可满足作物整个生育期的生长需要；其环保性、简便性、高效性已受到大量学者的关注。
本研究以无毒、耐热、耐碱、耐腐蚀、可生物降解的世界第二大天然产物壳聚糖作为原料，研究其包埋尿素后的缓释规律。
以期为缓释氮肥的开发提供一定的理论基础。
2 材料与方法2.1 实验材料壳聚糖(浙江玉环海洋生物化学有限公司产品)、尿素、氨水、冰醋酸、硒粉、浓硫酸、十二烷基苯磺酸钠（LAS）、戊二醛(25%的水溶液)、碘化汞、硫酸钾、碘酸钾、氢氧化钾、双氧水（30％）、酒石酸钠、硫代硫酸钠（以上试剂均为分析纯）2.2实验仪器KDN-08消化炉（上海新嘉电子有限公司），凯氏定氮仪（上海新嘉电子有限公司），DJ-1电动搅拌仪（金坛市大地自动化仪器厂），250-B生化培养箱（国华仪器），UV-1600紫外可见分光光度计（北京瑞利分析仪器公司），超低温冰箱（日本三洋株式会社），JSM-5310LV 扫描电子显微镜（日本电子）2.3试验方法2.3.1试验设计2.3.2 试验方法配置4%的壳聚糖醋酸溶液，搅拌器下搅拌45 min （1500转）后，将尿素缓慢地加入。
调低转速（300 r·min -1），继续搅拌1 h ，加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠加入表面活性剂，继续搅拌直至溶液呈乳白色，充分搅拌形成油包水型（O/W ）混合液。
将混合液于氨水中固化成球。
将固化好的微球捞出，用蒸馏水淋洗球表面2遍后，将转入双蒸水中，并置于25℃生化培养箱中浸泡，分析其缓释规律。
取样时间：第1天每隔2小时取样1次共6次，此后每隔3 d 取样1次共（5次）、最后每隔6 d 取样1次共3次。
浸出液中氮素含量测定，采用国标方法GB11891—89《水质凯氏氮的测定》[3]测定。
同时运用电子扫描显微镜分析微球浸泡前后的表面及内部结构，具体方法参照文献4。
3 结果与分析3.1 氮素标准曲线制备由图1可得，氮元素吸光度的标准曲线为y=0.2081x ，R 2=0.99543.2微球的养分释放特征由图2可知，累积释放曲线与报道的“L”型曲线[5]有一定程度的相似，表现为浸泡初期氮素释放量快速增长，中后期稳定缓慢增长的趋势。
由表1结果可看出，养分在1 d 释放了13.43％，在1~7 d 养分迅速释放，7 d 后释放减慢，在7~34 d 里以每天平均0.22％的速率缓慢释放。
由于微球在第一天的释放量最大，因此进一步分析其释放机制，结果表明（如表2、图3），微球浸泡的第一天，其氮素释放量在浸泡的前4小时释放量较大，占总量的8.24%。
随着时间延长，其释放速率减缓，即从第4小时至第24小时释放量占总量的5.19%。
-0.100.10.20.30.40.50.60.7浓度 concentration (mg ·L -1) 吸光度A b s o r b e n c y图1 氮元素标准曲线图Fig1 Standard curve of nitrogen醋交联剂中固化成球浸泡，取样凯氏定氮法测绘制累积释放曲电镜观察表1 微球浸泡34 d 的氮素累积释放率Table 1 The nitrogen accumulation releasing rate of micro-ball soaked in water for 34 days 时间(天)/Time(day) 1 4 7 10 13 16 22 28 34 累积释放量/%Accumulative release amount13.4319.9922.8923.5924.8325.8927.12 27.78 29.03表2微球浸泡24小时的氮素累积释放率Table 2 The nitrogen cumulative release rate of micro-ball soaked in water for 24 hours 时间(小时)/Time(hour)4 8 12 16 20 24 累积释放量/% Accumulative release amount8.248.959.6210.4311.62 13.433.3优化条件下微球的结构特征0510152025303510203040图2微球浸泡34 天后氮素累积释放量曲线Fig2 Nitrogen accumulation releasing curves of micro-ball after soaked in water for 34 days累积释放率(%)C u m u l a t i v e r e l e a s i n g r a t e (%)浸泡时间（天） Soaking times (d)0246810121416102030图3微球浸泡24 h 内养分累积释放量曲线Fig3 Nutrient accumulation releasing curves of micro-ball after soaked in water for 24 hours累积释放率(%)C u m u l a t i v e r e l e a s i n g r a t e (%)浸泡时间（小时） Soaking times (time)由图4可以看出浸泡前微球表面膜密实，进而有利于阻止包埋的尿素向外流出。
而浸泡34天后（如图5），微球表面膜溶涨，向上凸起，形成许多孔洞。
可见包埋微球经过长时间的浸泡后，其通过改变表面膜孔隙的大小，进而调整其缓释氮素的能力。
进一步分析，微球浸泡前后内部结构的变化（如图6、7），发现浸泡前后，微球内部结构无明显变化。
可见微球对缓释速率的调整主要通过表面膜进行。
4. 讨论本研究采用壳聚糖作为包膜材料，制备缓释氮肥。
结果表明包埋微球在浸泡1d 后，氮素释放总量占总量的13.43％，浸泡34d 仅释放了29.03％。
欧洲标准委员会（CEN ）制定的关于缓释肥料的标准规定[6]：25 ℃时，肥料养分在水中的溶出率应满足(1)24 h 释放量不大于15％ ；(2)28 d 释放量不超过75％；(3)在规定时间内，至少有75％ 被释放。
本试验制备的氮肥微球达到了缓释肥料标准的前两个。
本试验制备的氮肥微球养分释放曲线与报道的“L”型有一定程度的相似，表现为浸泡初期氮素释放量快速增长，中后期稳定缓慢增长的趋势。
“L”型曲线一般为包裹型肥料的养分释放曲线，包膜层为渗透性涂层。
本试验是使用相分散法[7-8] 制成缓释体系，固化制备氮肥图4 浸泡前微球表面电镜扫描图Fig4 SEM photograph of the surface of micro-ball 图5浸泡后微球表面电镜扫描图Fig5 SEM photograph of the surface of micro-ball图6浸泡前微球剖面电镜扫描图Fig6 SEM photograph of the section plane of micro-ball 图7 浸泡后微球剖面电镜扫描图Fig7 SEM photograph of the section plane of micro-ball微球，原理是将囊核物质（尿素）分散于囊皮材料（壳聚糖）的聚合物溶液中，通过加入表面活性剂降低两相之间的张力，让囊皮材料在囊核物质上吸附、扩展，然后通过固化剂固化而成，试验选择的固化剂氨水本身也含氮，试验证明在交联过程中氨氮会渗透吸附到微球中。
所以初期的快速释放可能是由于水从肥料微球膜上的孔隙由表及里扩散，由于浓度差的原因，在膜表面吸附的氨水以及靠近微球外层，游离于壳聚糖网状结构空隙间的未交联的氨水先向膜外扩散。
随着水分不断扩散，水分在包膜层内部产生了内压，当内压差达到包膜层所能承受的最大张力时，包膜层就会发生变形（也就是发生膨胀），使包膜层原有的孔隙变大或在包膜层中强度低的部分产生新的孔隙，加速了球内外的物质流动，这也与电镜观察到的浸泡前后微球表面膜结构变化相符。
水分在球内的壳聚糖包膜尿素微粒的微结构上也会形成内压，导致壳聚糖膜结构的溶胀，尿素随浓度梯度释出。
肥料微球中还有一部分的氮可能以某种较强的化学键与壳聚糖结合在一起，在水中很难发生分解，可能需要在土壤中通过微生物等条件进行降解释放。
综上，本实验只是初步探讨，壳聚糖包膜尿素后的缓释规律。
其中还存在着一些不足，仍需进一步深入研究。
参考文献1. 赵世民,唐辉,王亚明,周立宏.包膜型缓释/控释肥料的研究现状和发展前景. 化工科技, 2000, 11(5):15~192. Sims J T. Phosphorus soil testing: Innovations for water quality protection. Commun Soil Sci Plant Anal, 1998, 29:1471~14893. 叶伊兵.中国环境保护标准汇编-水质分析方法, 北京:中国标准出版社, 2001.180~1834. 何海斌,王海斌,陈祥旭,等. 壳聚糖缓释包膜钾肥初步研究. 亚热带农业研究,2006,2(3): 194~975. 武志杰,陈利军. 缓释控释肥料:原理与应用, 北京:科学出版社, 2003.7-706. 李菂平,许秀成,王好斌. 国内外缓释/控释肥料标准概况. 磷肥与复肥, 2005, 20(6):41~437. 郭武隶. 液体制剂, 北京:化学工业出版社,2004.267~2758. 许时婴,张晓鸣,夏书芹,张文斌. 微胶囊技术原理与应用, 北京:化学工业出版社, 2006.60~70Analysis on the Slow-release rule of urea micro-ball coatedby ChitosanWang Haibin 2，Gan Qiufeng 2，Wu Liangzhan 2，Zeng Congming 2，He Haibin 1,2* 1Agroecology Institute，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou（350002）2 School of Life Sciences，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou（350002）AbstractThe optimal conditions of manufacturing urea micro-ball coated by chitosan, which was the main embedding material, and the slow-releasing performance of micro-ball were studied, and then the physical structure of the micro-ball was examined by scanning electron microscope (SEM). The results showed that afte soaked in water for 1 day, it released 13.43%. After soaked 34 days, it released 29.03%. both of the results were up to the slow-release fertilizer standards made by CEN. The SEM results showed that the surface of micro-ball was compact before soaked in water, but came into being porous after soaked 34 days. But there was not remarkable change in the section plane structure of micro-ball.Keywords：Chitosan；Urea；slow-release fertilizer作者简介：王海斌（1983-），男，硕士研究生，主要从事植物化感作用及分子生态学研究；何海斌（1957-），副教授。