NVP/EHMA/DVE-3亲水溶胀膜的紫外光聚合研究*

赵 珊，蓝佳琳，欧阳阅翰，卓志宁，丁蕊蕊，唐梦琴，杨博涵，廖甜甜，阳范文

(广州医科大学(1广州生物院联合生科院；2生物医学工程学院；3金域检验学院)，广东广州 511436)

亲水溶胀膜是一种具有良好机械响应性能的生物相容材料，在生物医学领域广泛应用，如药物包覆材料、药物载体、伤口愈合敷料和抗粘连膜等[1-5]。利用其具有三维立体交联网状结构的特性，可将药物包覆或吸附药物于其微孔之中，利用其良好的亲水性在吸水溶胀之后三维网状结构发生变化实现药物可控释放，现已成为生物医学领域热门的研究方向之一[6]。随着可溶胀材料在生物医学领域的不断应用，对其要求日益提高，如对环境条件（如温度、pH值、过氧化氢、生物酶等）刺激响应，其化学结构发生改变从而实现智能给药[7]。紫外光聚合是一种条件温和、快速稳定的载药膜制备方法，可避免高温导致药物失效或分解等不足[8]。

气道支架在临床应用中，反复再狭窄是目前面临的最大挑战，在支架表面装载药物可有效抑制再狭窄[9-12]。为了实现药物的可控释放和满足临床治疗需持续释放药物90天的要求[13-15]，现有的水凝胶因持续释放仅数小时至几周不能满足上述要求。本文探索紫外光引发多种单体共聚，拟制备一种药物释放时间长、亲水性能好、力学性能优异的溶胀膜，研究各种单体和紫外光照射时间对力学性能、溶胀性能的影响，为气道支架载药研究奠定基础。

1 实验部分

1.1 实验材料及仪器

1.1.1 实验试剂

聚乙烯基吡咯烷酮（PVPK-17）、乙烯基吡咯烷酮（NVP）、甲基丙烯酸异辛酯（EHMA）、三乙烯基乙二醇二乙烯基醚（DVE-3）、叔丁基过氧化氢（TBHP）、安息香乙醚（BE）、紫外光引发剂（GK-19）。

1.1.2 实验仪器

电子拉力试验机（UTM 2203，深圳新三思公司），接触角测量仪（JC 2000D1，上海金相环境科技有限公司）。

1.2 载药膜配方及其制备方法

NVP/EHMA/DVE-3共聚可溶胀膜的配方设计见表1。

表1 NVP/EHMA/DVE-3共聚可溶胀膜配方Table 1 NVP/EHMA/DVE-3 copolymer soluble swelling film formula

按配方准确称量PVPK-17至干净的烧杯中，加入NVP，置于恒温搅拌机上加热搅拌至PVPK-17完全溶解；然后依次加入EHMA、DVE-3、TBHP，每加一种材料都需搅拌至液体澄清无沉淀；最后添加BE和GK-19引发剂并充分搅拌溶解制得淡黄色澄清溶液，倒入模具中，采用紫外光照射固化得到载药膜。并分别开展紫外光固化工艺研究：照射总时间分别为10、15、20、25、30 s，每照射5s停10s。

1.3 性能测试方法

拉伸性能：采用电子拉力试验机按ISO 527-2:2012所述方法执行，拉伸速率为500mm/min。

压缩性能：测试使用电子拉力试验机按照ISO 527-2:2012所述方法执行，压缩速率为50mm/min。

静态接触角：采用接触角测量仪测定材料的静态接触角，测试液体为去离子水，滴加体积为2μL，每个样品测量5个不同点并取平均值。

溶胀性能：从圆柱形模具取出样品分别放入盛有10mL PBS的离心管中,将离心管置于37℃的恒温震荡摇床中，转速为100r/min，浸泡36h后测量其重量。溶胀率计算公式为：

2 结果与讨论

2.1 DVE-3含量对力学性能的影响

2.1.1 拉伸性能

DVE-3含量对材料的拉伸强度、断后伸长率的影响如图1所示。

图1 DVE-3含量对拉伸性能的影响Fig.1 Effect of DVE-3 content on tensile properties

随着DVE-3含量的上升，材料的拉伸强度呈现先上升后下降的趋势，当其用量为20%时达到最大值26.2kPa；断后伸长率呈现持续下降的趋势，当其用量从15%增加到20%时下降明显，从304.7%下降至119.5%，当其用量超过22.5%后下降平缓。总体而言，DVE-3用量为20%的拉伸强度为26.2kPa、断后伸长率为119%，综合性能较佳。

2.1.2 压缩性能

DVE-3含量对材料的压缩强度、压缩模量影响如图2所示。

图2 DVE-3含量对压缩性能的影响Fig.2 Effect of DVE-3 content on compression properties

随着DVE-3添加量的增加，材料的压缩模量和压缩强度呈现先略有下降、然后上升达到最大值、最后下降的变化趋势；当其含量为20%时达到最大值，压缩模量为53.7kPa、压缩强度为27.4kPa，说明DVE-3含量为20%时的压缩性能比较理想。

2.2 DVE-3 含量对亲水性能的影响

材料的亲疏水性与静态接触角具有对应关系，亲水性越好，静态接触角越小。DVE-3含量对材料接触角的影响如图3所示。

图3 DVE-3含量对接触角的影响Fig.3 Effect of DVE-3 content on contact angle

总体而言，材料的接触角比较小，当DVE-3含量为15%时接触角为25.6°；随着其含量增加，接触角呈下降趋势；当其含量为20%时接触角为22.0°，含量超过22.5%时接触角下降平缓。DVE-3是一种两端具有乙烯基、中间含有醚键的柔性单体，随着其添加量增加，醚键数量增加，与水分子的亲和力增大，故接触角降低，亲水性能提高。

综上所述，DVE-3含量为20%时为最佳配方，拉伸强度为26.2kPa、断后伸长率为119%，压缩模量为53.7kPa、压缩强度为27.4kPa、接触角为22.0°。

2.3 DVE-3含量对溶胀性能的影响

将DVE-3含量不同的材料在PBS溶液中浸泡分别36、120 h后，测定其溶胀率来表征其溶胀性能，结果如图4所示。

图4 DVE-3含量对溶胀率影响Fig.4 Effect of DVE-3 content on swelling rate

当浸泡时间为36h时，材料的溶胀率均小于70%，说明材料呈现缓慢吸水的特性，浸泡时间达到120h后，溶胀率持续增大，与常规的水凝胶溶胀特性不同，有望解决气道支架中药物长时间缓慢释放的要求。DVE-3含量20%材料的溶胀性能最好，浸泡36h和120h时的溶胀率分别为67%和322%。DVE-3含量15%材料的溶胀性能次之，含量为25%的材料溶胀性能最差。

在PVPK-17和EHMA不变的情况下，随着DVE-3柔性单体含量增加，NVP刚性单体含量降低，由于NVP的吡咯基团具有空间位阻效应，而DVE-3的醚键具有可旋转特性，当二者的比例达到比较好的匹配时（DVE-3含量为20%时），拉伸强度和压缩性能最佳，溶胀性能也最好，由于三种单体共聚，其对性能的影响总体而言是比较复杂的。

2.4 紫外光照射时间对拉伸性能的影响

紫外光照射时间对材料的拉伸强度、断后伸长率影响如图5所示。随着照射时间的增加，拉伸强度和断后伸长率均呈现先上升后下降的趋势。在照射时间为20s时达到最大值，此时拉伸强度为25.8kPa，断后伸长率为217.9%。

图5 紫外光照射时间对拉伸性能的影响Fig.5 Effect of irradiation time on tensile properties

3 结论

（1）随着DVE-3含量的增加，材料的拉伸强度呈现先增加然后降低的变化趋势，断后伸长率逐步降低，压缩强度和压缩模量呈现先增加然后降低的变化趋势，材料的静态接触角呈现逐步降低的变化趋势。

（2）随着浸泡时间增加材料的溶胀率增大，随着DVE-3含量增加溶胀率先增大然后减小，当其含量为20%时溶胀率最大。

（3）随着紫外光照射时间增加，材料的拉伸强度和断后伸长率呈现先增加然后减小的变化趋势，照射时间20s的性能最佳。

（4）材料的最佳配方和工艺条件为：当DVE-3的含量为20%，紫外光照射时间为20s时，亲水溶胀膜的总体性能最佳。