淀粉微球的体外降解性能研究

秦 蓓

(西安医学院药学院，陕西 西安 710021)

淀粉微球是淀粉的人造衍生物，粒径约50 μm，表面具有良好的微孔结构，能够吸附和缓慢地释放药物[1,2]，是一种常见的缓释型药物载体。由于其在生物体内具有一定的可变形性[3]、良好的生物可降解性和生物相容性[4]、无毒、无免疫原性等优点[3～5]，因此也是一种具有潜力的半合成药物载体材料。淀粉微球药物的缓释性能取决于微球结构在生物体内的降解情况[6～8]，因此，研究淀粉微球的降解过程,对于淀粉微球载药性能和缓释性能研究具有重要的意义。

作者以人工肠液和人工胃液模拟体液，采用扫描电子显微镜观察淀粉微球在人工体液中的降解过程形貌变化，并采用红外光谱监控其结构的变化,拟为淀粉微球的药物缓释研究提供理论依据。

1 实验

1.1 试剂与仪器

可溶性淀粉、氢氧化钠、环己烷、无水乙醇、乙酸乙酯、Tween-60、Span-60、亚硫酸氢钠、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、丙三醇、环氧氯丙烷、硝酸铈铵、过硫酸铵，均为分析纯；葡萄糖、胃蛋白酶、胰蛋白酶、苯酚、α-淀粉酶、3，5-二硝基水杨酸等；实验用水为蒸馏水。

JSM6460型扫描电子显微镜，日本电子；VECTOR-22型傅立叶红外光谱仪，岛津公司；SKC-2000型光透式粒度分析仪，SEISHIN公司；PHS-3C型酸度计，上海雷磁仪器厂；TDL-40B型台式大容量离心机，上海安亭科学仪器厂。

1.2 淀粉微球的制备[9]

在50 mL环己烷中加入2 g乳化剂[m(Span-60)∶m(Tween-60)=3︰2]，于50 ℃加热，搅拌10 min，使乳化剂完全溶解，得到连续相。

将一定量可溶性淀粉加热溶于蒸馏水，得质量分数为10%的淀粉水溶液。在10 mL淀粉水溶液中加入0.2 g MBA，搅拌，使之充分溶解,得到分散相。

将分散相逐滴加入到连续相中，600 r·min-1搅拌30 min后，加入0.1 g硝酸铈铵引发反应。搅拌1.5 h后，调pH值至8～9，加2 mL环氧氯丙烷反应2 h。离心，除油相后，依次用乙酸乙酯、无水乙醇分别洗涤3次，真空冷冻干燥20 h，得白色淀粉微球样品。

1.3 葡萄糖标准曲线的绘制

3，5-二硝基水杨酸溶液的配制：将6.5 g 3,5-二硝基水杨酸溶于325 mL 2 mol·L-1的氢氧化钠溶液中，加入45 g丙三醇，定容至1 L。

标准曲线的绘制：配制0～5 mg·mL-1的葡萄糖标准溶液，取各浓度水平的葡萄糖标准溶液1 mL，移至25 mL容量瓶中，加入3,5-二硝基水杨酸溶液2 mL，水浴加热2 min，冷却至室温，定容至25 mL。在540 nm处测吸光度，绘制标准曲线。线性拟合方程为：A=0.2210c-0.0046(R2=0.9990)，拟合结果良好。

1.4 人工体液的配制

(1)人工胃液：取稀盐酸16.4 mL，加水约800 mL、胃蛋白酶10 g，搅匀后加水定容至1000 mL[10]。

(2)人工肠液：取磷酸二氢钾6.8 g加水500 mL，用0.4%的氢氧化钠溶液调pH值至6.8；另取胰蛋白酶10 g加水适量使溶解；将两者混合后，加水定容至1000 mL[10]。

1.5 淀粉微球在人工体液中的降解

取0.2 g淀粉微球样品，加入到50 mL容量瓶中，用人工体液定容至50 mL，37 ℃恒温振荡，每隔一段时间取上清液2 mL，测上清液葡萄糖含量。按下式计算微球降解率：

同法测定可溶性淀粉在人工体液中的降解率，并与淀粉微球的降解率进行比较。

1.6 淀粉微球及降解产物的表征

利用扫描电镜观测淀粉微球及其降解产物的表面形貌及粒径大小。利用傅立叶红外光谱仪进行红外光谱分析，KBr压片法测试。

2 结果与讨论

2.1 淀粉微球在人工胃液中的降解

考察平均粒径分别为25 μm、40 μm、60 μm的淀粉微球和可溶性淀粉在人工胃液中的降解情况，其降解动力学变化过程如图1所示。

图1 人工胃液中淀粉微球和可溶性淀粉的降解

由图1可见，淀粉微球和可溶性淀粉在人工胃液中的降解率随时间的变化过程均为接近于线性的过程。其中可溶性淀粉的降解速率很快，降解300 min，降解率就达到25%左右；而不同粒径的淀粉微球在300 min内的降解率均低于20%，显现出良好的抗酸和抗胃蛋白酶的能力。这是由于淀粉微球经交联剂改性后，表面结构紧实，不易降解。

由图1还可见，随着淀粉微球粒径的减小，其降解速率明显加快。这是由于，在胃液环境中，淀粉作为一种多糖，其降解主要受到酸度的影响，是一个酸解的过程。由于淀粉微球不溶于水，因此酸对淀粉微球的水解作用主要发生在固液两相的界面上，H+通过扩散作用进入淀粉微球的表面实现降解，粒径较小的淀粉微球的比表面积较大，H+的扩散速率较快，使得降解速率相应加快。

2.2 淀粉微球在人工肠液中的降解

考察平均粒径分别为25 μm、40 μm、60 μm的淀粉微球和可溶性淀粉在人工肠液中的降解情况，其降解动力学变化过程如图2所示。

图2 人工肠液中淀粉微球和可溶性淀粉的降解

由图2可见，淀粉微球和可溶性淀粉在人工肠液中的降解过程与在人工胃液中的降解差异显著，降解表现为两个阶段：(1)快速降解阶段(0～45 min)，该阶段降解速率较快；(2)缓慢降解阶段(45 min以后)。且淀粉微球在人工肠液中的降解速率明显快于在人工胃液中的降解速率，这是由于，当以人工肠液为介质时，淀粉微球的降解是酶解(淀粉酶)和酸解共同作用的结果。

与人工胃液降解实验相同的是，淀粉微球的降解速率明显慢于可溶性淀粉的降解速率，且粒径较小微球的降解速率较快。

2.3 淀粉微球降解过程的SEM分析

淀粉微球在人工肠液中降解过程的SEM照片如图3所示。

a.未降解 b.降解3 h c.降解6 h d.降解12 h e.降解24 h

由图3可见，未降解的淀粉微球球形结构圆整，表面致密；经3 h降解后，微球表面略显粗糙，表现为表面淀粉初步溶蚀，球形结构未被破坏；经6 h降解后，微球表面可观察到明显的结构脱落，有层状物溶蚀剥落，球形结构部分破坏；经12 h降解后，微球球形结构呈现出较为显著的崩解，完整性被破坏；经24 h降解后，微球球形结构完全崩解，已经无法观察到球形结构。

总体来看，随着降解的进行，在降解初期(0～6 h)，淀粉微球的粒径变化并不大，主要表现为淀粉的脱落，微球的球形结构并没有完全破坏；而经过6～24 h的降解后，球形结构出现崩解。

2.4 淀粉微球降解过程的红外光谱分析

淀粉微球在人工肠液中降解3 h和12 h的红外光谱见图4。

a.可溶性淀粉 b.淀粉微球降解3 h c.淀粉微球降解12 h

由图4可见，淀粉微球在3450 cm-1处的吸收峰强度较可溶性淀粉强，这是由于微球结构中具有N-H结构，而3450 cm-1在淀粉微球结构中表现为O-H伸缩振动吸收峰和N-H伸缩振动吸收峰的重叠；1560～1520 cm-1处的N-H吸收峰和660 cm-1处O-CN吸收峰则证明了淀粉微球结构中MBA结构的存在。

由图4还可见，随着淀粉微球降解的进行，1680 cm-1处的吸收峰强度增强，这表明降解过程中未交联的淀粉结构较易被降解，因此，随着降解的进行，聚合物结构中酰氨基的比例加大。

3 结论

对淀粉微球在人工体液中的降解进行了探讨。结果表明，淀粉微球的降解速率比可溶性淀粉慢，并且其降解速率随着微球粒径的减小而加快；淀粉微球在人工胃液中的降解速率明显比在人工肠液中慢；在人工肠液中降解6 h以内，淀粉微球可基本维持其骨架结构，粒径变化不大，降解6～24 h，主要表现为微球球形结构的崩解；微球结构淀粉的降解速率远远快于交联结构淀粉的降解速率。

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