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超多孔水凝胶(SPF)是一种三维结构的亲水性高分子聚合网格,在水中能够溶胀但不溶解,且因其具有良好的生物相容及生物可降解性,被广泛应用于医学、药学等领域。与传统水凝胶相比,超多孔水凝胶通过致孔剂、模板等方法调整孔隙率,从而改变溶胀速率以及释药速率[1-3]。胰岛素等生物大分子类药物不仅体内稳定性差、易被酶解、生物半衰期短、不易透过生理屏障,故现有给药方式多以注射为主,患者依从性差[4]。有研究显示[5],超多孔水凝胶承载胰岛素灌胃后可以显著降低大鼠血糖:给药2 h后血糖显著下降,4~6 h降至最低,但12 h即回至最初血糖的80%,说明该制剂起效快但持续时间短,血糖波动大,需频繁给药,患者依从性差。上述情况,结合胃肠道对胰岛素的灭活等原因,本实验拟合成具有缓释作用的聚(丙烯酸-丙烯酰胺)/O-羧甲基壳聚糖[P(AA-co-AM)/O-CMC]互穿网络聚合物超多孔水凝胶(SPH-IPN),以期通过皮下给药包载胰岛素的SPH-IPN后,实现长效、减小血糖波动的目的。
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图1为SPH-IPN的FTIR图。在1 651 cm−1处有-COOH的伸缩振动峰,且1 615 cm−1附近无AA和AM的C=C双键吸收峰,说明已聚合成P(AA-co-AM),SPH-IPN中存在P(AA-co-AM),图中3 335和2 922 cm-1处分别为-O-H和-C-H的伸缩振动峰;1 604和1 416 cm−1处分别为羧酸盐-COO-的反对称伸缩振动峰和对称伸缩振动峰;1 086、1 044和1 171 cm−1处分别为O-CMC中糖环羟基-CH-OH、一级羟基-CH2-OH和醚基C-O-C中的C-O伸缩振动峰。以上结果表明SPH-IPN中存在P(AA-co-AM),还存在的一些杂峰可能是还有一些未反应单体未被除尽。
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图2为SPH-IPN的13C-NMR图。图中41.926×10−6为P(AA-co-AM)上主链碳原子的化学位移峰;179.499处为羧基碳原子的化学位移峰,说明结构中含有羧基官能团,AA与AM已聚合形成P(AA-co-AM)。
由于制得的水凝胶未找到合适的溶液将其溶解,因此在测定核磁共振图谱时,采用的是固体核磁技术[9]。
综合红外和碳谱结果可知,通过该方法可聚合形成P(AA-co-AM)结构,而该结构又是超多孔水凝胶SPH-IPN的主要结构,由此可说明已成功聚合SPH-IPN。
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图3为不同温度介质中SPH-IPN的溶胀曲线,可见随着温度升高,SPH-IPN的溶胀速率加快,平衡溶胀比增大,原因是温度较高时相互缠绕的聚合物链松开,破坏分子间的氢键,增加链运动,水分子在凝胶骨架内外的扩散速率加快,从而促进了聚合物的溶胀[10]。
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表1为SPH-IPN孔隙率测定结果,所制SPH-IPN超多孔水凝胶空隙分布均匀。除此之外,与传统水凝胶相比[11],孔隙率高,更利于药物的释放。
干重M1
(m/g)湿重M2
(m/g)乙醇密度
(g/cm3)体积
(V/cm3)孔隙率
(%)平均值
(%)RSD
(%)0.5425 0.6327 0.816 0.13 85.03 81.63 3.88 0.5751 0.6779 0.816 0.16 78.74 0.5628 0.6621 0.816 0.15 81.13 -
37 ℃时SPH-IPN溶胀比较大,温度过高易引起胰岛素变性,故选择37 ℃温度载药,胰岛素的载药量试验结果见表2。
试验组 载药量(w/w,%) 平均值(w/w,%) RSD(%) 1 3.13 3.19 1.88 2 3.25 3 3.20 -
图4是含胰岛素的预溶胀SPH-IPN和冻干SPH-IPN对糖尿病大鼠和正常大鼠降糖作用的比较。图中预溶胀模型组在10 h时血糖值才有所降低,最低值为10 h的16.8 mmol/L,之后血糖又开始慢慢升高;预溶胀正常大鼠组在给药4 h后血糖开始降低,到24 h时血糖达到7.3 mmol/L,之后维持平稳状态;冻干模型组在包埋1 h后血糖便开始下降,血糖值降到6.7 mmol/L,在24 h后血糖开始慢慢升高,冻干正常大鼠组在1 h后血糖降至5.3 mmol/L,之后虽有起伏,但也一直在正常范围内。说明冻干凝胶的降糖作用较预溶胀组好,冻干凝胶在1~24 h时间段内的降糖作用较平稳。