负载水杨酸的N－十六酰－L－组氨酸水凝胶药物缓释研究

樊凤连，陈颖飞，王科军，罗序中，梅光泉

(1.赣南师范学院化学化工学院，赣州 341000;2.宜春学院化学与生物工程学院，宜春 336000)

药物控制释放是目前药剂领域一个重要的研究课题［1－4］，其关键技术是药物载体的研制与优选。随着医药学的不断发展，药物的药效性越来越受到重视，药物缓释的研究价值体现在能够减少服药者服药次数的同时，还可以对疾病进行长期、定点、均衡的控制治疗，达到治愈疾病的目的。

由于水凝胶表面不易粘附蛋白质和细胞，因而在与血液、体液及人体组织相接触时可以表现出良好的生物相容性;另外，水凝胶由于含有大量的水分而非常柔软，类似于生物体组织，作为人体植入物可以减少抗元反应。因此，水凝胶作为优良的生物医学材料得到广泛应用［5－10］。

N－十六酰－L－组氨酸制成的凝胶在pH=7时有着良好的稳定性，并表现出优异的结构有序性，是药物缓释载体的优选材料之一。因此，研究其在药物缓释中的应用具有学术价值和现实意义。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

L－组氨酸，分析纯，国药集团化学试剂有限公司;四氢呋喃、十六酰氯、水杨酸等，均为分析纯，天津天泰精细化学品有限公司。

AVATAR－360傅里叶变换红外光谱仪，Nicolet公司;UV－45015型紫外可见分光光度计，天津市港东科技发展有限公司;Bruker D8 Focus衍射仪。

1.2 目标产物的合成

在磨口锥形瓶中加入L－组氨酸330 mg、氢氧化钠颗粒200 mg和少量水，用磁力搅拌器搅拌，使L－组氨酸溶解至澄清，然后把锥形瓶放在冰盐水中待用。在另一个磨口锥形瓶中加入十六酰氯550 mg，用4～5 mL的无水四氢呋喃(THF)使酰氯充分溶解，将溶液倒入干燥的分液漏斗中，将分液漏斗与盐浴中的锥形瓶组成装置。调整分液漏斗滴速为每滴4 s，1 h以上滴完，在磁力搅拌器搅拌下反应过夜。待反应完毕后，用稀盐酸调节pH值到1～2，用布氏漏斗抽滤，用水洗涤pH值至7，放入干燥箱中在60℃干燥6 h。再用石油醚洗涤3次，除去杂质，放入真空干燥箱中在60℃充分干燥，得目标产物N－十六酰－L－组氨酸，密闭保存待用。

合成路线为:

1.3 性能测定

1.3.1 最小胶凝浓度(MGCs)

称取产物N－十六酰－L－组氨酸7.0 mg于试管中，加入 1 mL 乙醇 － 水(V乙醇∶V水=1∶1，下同)混合溶剂，加热至完全溶解，置于室温下自然冷却形成稳定的水凝胶。

用100 μL的微量进样器加混合溶剂于上述水凝胶中，重新溶解凝胶，冷却，放置数小时，观察成胶情况。若成胶，则继续添加混合溶剂，直到不能成胶为止。记下刚好成水凝胶时所加混合溶剂量(mL)，则产物的最小胶凝浓度为:

最小胶凝浓度=7 mg/混合溶剂量

1.3.2 凝胶 －溶胶转换温度

采用球降法(ball－drop method)测定凝胶－溶胶转换温度，具体实验方法如下:将直径2 mm的钢球置于新制成的凝胶上面，然后在水浴中缓慢升温，记下钢球开始下降时的温度，此时的温度即为此凝胶在该浓度条件下的凝胶－溶胶转换温度。

1.4 表征

1.4.1 X 射线衍射(XRD)

取少量新制备的水凝胶涂覆于预先处理好的玻璃载玻片上，摊平成一层薄膜，在空气中自然干燥得到水凝胶铸膜，待测。采用Bruker D8 Focus衍射仪，单色石墨CuKα为辐射源(λ=1.541 8×10－4μm)，管压 40 kV，管流 100 mA，发射/防散射狭缝 1/6(°)，接收狭缝 0.6 mm，测试温度为室温。

1.4.2 药物缓释

(1)标准曲线的测定。用乙醇－水混合溶剂分别配制浓度为25，50，75，100 mg/L水杨酸溶液。用紫外可见分光光度计在297 nm波长处测定其吸光度，结果见图1。在浓度为25～100 mg/L范围内，标准曲线有良好的线性关系。

图1 水杨酸溶液标准曲线

(2)负载药物水凝胶的制备。取15支试管，分别加入7 mg的N－十六酰－L－组氨酸，再加入 1 mL 浓度分别为 50，100，150，200，250 mg/L的水杨酸溶液(每一浓度各3支)溶解，放置过夜，形成稳定的凝胶。

(3)药物缓释量的测定及pH值对释放率的影响。在上述不同浓度试管组凝胶中分别加入3 mL pH=7.41 PBS(磷酸盐缓冲液，并经灭菌)缓冲液、pH=4.04 Na2HPO4－柠檬酸缓冲溶液和pH=10.01的Na2CO3－NaHCO3缓冲溶液。间隔一定时间后，取出上层的澄清液，测其紫外吸光度，利用吸光度计算溶液中释放的水杨酸浓度。

采用上述同样的方法制备所需的负载药物水凝胶，测定其药物缓释量。在不同pH值的缓冲溶液、不同缓释温度和不同浓度的 N－十六酰－L－组氨酸的水凝胶条件下，考察它们对水杨酸释放率的影响。

2 结果与讨论

2.1 最小胶凝浓度

实验结果表明，N－十六酰－L－组氨酸在匹配的凝胶剂、合适的pH值范围内可形成凝胶。实验测得pH=7时，N－十六酰－L－组氨酸的最小胶凝浓度为2.8 mg/mL，此时的凝胶最稳定，形成的凝胶也最好。

2.2 X射线衍射(XRD)表征

XRD 结果见图 2。可以看出，在 2θ(°)为3.9，8.1 和 6.0，12.3 处的衍射峰有较好的倍数关系，由此可说明该凝胶自组装形成的微观结构有序性。

图2 pH=7时水凝胶XRD谱

2.3 凝胶－溶胶转换温度与最小凝胶浓度的关系

当凝胶负载水杨酸后，其凝胶仍然非常稳定。测定了负载不同浓度水杨酸后水凝胶的最小胶凝浓度和转变温度，结果见表1。负载水杨酸后水凝胶的最小胶凝浓度为2.1～2.8 mg/mL，转变温度为45～60℃，但两者变化无对应关系。

表1 负载水杨酸后水凝胶的最小胶凝浓度和转变温度

2.4 药物缓释测定与分析

凝胶负载水杨酸后，水杨酸仅填充在水凝胶中，充当一种介质，并没有改变水凝胶的结构和影响凝胶的稳定性。

2.4.1 缓冲溶液pH值对水杨酸药物缓释影响

水杨酸药物在pH=7.41的缓冲溶液中于室温下12.5 h内的缓释监测结果见图3。随着时间延长，负载在凝胶中的水杨酸逐渐释放，最后趋于稳定;在相同时间内，水杨酸浓度越高，其释放率越低，但释放出来的水杨酸药物量不会最小。

图3 pH=7.41时不同浓度的水杨酸在凝胶中的释放率

水杨酸药物在pH=4.04的缓冲溶液中于室温下12.5 h内的缓释监测结果见图4。

图4 pH=4.04时不同浓度的水杨酸在凝胶中的释放率

比较图3和图4可以发现，水杨酸药物在pH=4.04的缓冲溶液中释放12.5 h后，释放率仍有增大的趋势;但与在pH=7.41的缓冲溶液中的结果相比，相同的释放时间内释放率较低，说明水杨酸药物的释放速率在偏酸性环境中比在中性环境慢。

实验发现，在pH=10.00的缓冲溶液中，负载水杨酸的水凝胶不稳定，1.5 h后水凝胶变得松散且逐渐溶解。因为水杨酸呈弱酸性，而在呈碱性的缓冲溶液中，易发生酸碱快速中和反应，破坏了水凝胶的三维结构。因此，负载水杨酸药物的水凝胶不宜在偏碱性条件下进行药物缓释。

综上所述，负载水杨酸的水凝胶缓释作用非常明显，但受缓冲溶液pH值的影响，其中在中性条件下缓释效果最佳。

2.4.2 水凝胶中N－十六酰－L－组氨酸浓度对水杨酸药物缓释的影响

为考察N－十六酰－L－组氨酸浓度对缓释效果的影响，制备了N－十六酰－L－组氨酸浓度分别为5 mg/mL和7 mg/mL的负载水杨酸药物用水凝胶，在室温下、pH=7.41缓冲溶液中考察其缓释效果，结果见图5。

图5 N－十六酰－L－组氨酸浓度对药物缓释的影响

水凝胶中的N－十六酰－L－组氨酸的浓度对水杨酸药物缓释及凝胶稳定性有一定影响，当凝胶中水杨酸浓度较低时，水杨酸药物的释放会更快。但实验中发现，浓度为7 mg/mL与浓度为5 mg/mL的N－十六酰－L－组氨酸负载水杨酸药物的水凝胶比较，前者的稳定性好，后者在缓释4.5 h后凝胶会出现松散现象。

2.4.3 温度对水杨酸药物缓释的影响

7 mg/mL的N－十六酰－L－组氨酸负载50 mg/L水杨酸药物的水凝胶，在pH=7.41的缓冲溶液中，分别在25℃和37℃条件下缓释，水杨酸药物12.5 h的缓释监测结果见图6。水杨酸药物在37℃时的释放率明显大于25℃时的释放率，且随着时间延长释放率有增大的趋势。而37℃接近于人体的平均体温，因此37℃下的实验更接近于临床实际情况。

图6 温度对水杨酸在凝胶中释放率的影响

3 结论

(1)N－十六酰－L－组氨酸是一种良好的凝胶因子，用其制备的水凝胶是一种很好的药物载体，在pH=7左右时凝胶的稳定性最好。

(2)在pH=7.41的缓冲溶液中，负载水杨酸的N－十六酰－L－组氨酸水凝胶呈现较好的药物缓释效果;偏碱性(pH=10.00)的缓冲溶液中，药物缓释过快，且凝胶不稳定，易松散逐渐溶解;偏酸性(pH=4.04)的缓冲溶液中，药物释放率稍低。

(3)低浓度的N－十六酰－L－组氨酸水凝胶和适宜的环境温度(37℃)有利于水杨酸药物的释放。

［1］袁宁宁.β－环糊精水凝胶的制备及其在药物控释中的应用［J］.化学工程与装备，2009，(6):16 －18.

［2］田威，范晓东，陈卫星，等.药物控制释放用高分子载体的研究进展［J］.高分子材料科学与工程，2006，22(4):19 －23.

［3］王萃萃，杨伟平，许戈文.水凝胶的应用与研究进展［J］.聚氨酯工业，2010，25(7):60 －63.

［4］Feng Guilong，Xiong Yun，Yang Yajiang，et al.Gelation of Microemulsions and Release Behavior of Sodium Salicylate from Gelled Microemulsions［J］.European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics，2009，71(2):297 －302.

［5］Cao Shuqin，Fu Xinjian，Yang Yajiang，et al.Release Behavior of Salicylic Acid in Supramolecular Hydrogels Formed by l－ Phenylalanine Derivatives as Hydrogelator［J］.International Journal of Pharmaceutics，2008，357(1 －2):95 －99.

［6］Nagatoshi Koumura，Masabumi Kudo，Nobuyuki Tamaoki.Photocontrolled Gel－to－sol－to－gel Phase Transitioning of meta－Substituted Azobenzene Bisurethanes through the Breaking and Reforming of Hydrogen Bonds［J］.Langmuir，2004，20(23):9897－9900.

［7］牛洪，谢兴益，何成生，等.聚氨酯水凝胶在生物医学中的应用［J］.聚氨酯工业，2004，19(5):6 －9.

［8］周义锋.环境响应的智能小分子有机凝胶材料［J］.化学进展，2011，23(1):125 －135.

［9］沈利英，陈肖卓，于海涛，等.刺激响应型有机小分子凝胶的研究进展［J］.有机化学，2009，29(3):321 －333.

［10］Schneider J P，Pochan D J，Ozbas B，et al.Responsive Hydrogels from the Intramolecular Folding and Self－assembly of a Designed Peptide［J］.J AM CHEM SOC，2002，124(50):15030－15037.