大黄素/Mg-Al-LDHs纳米杂化物的制备及缓释性能研究

戴肖南 王其鹏

(山东轻工业学院化学与制药工程学院，济南 250353)

大黄素/Mg-Al-LDHs纳米杂化物的制备及缓释性能研究

戴肖南＊王其鹏

(山东轻工业学院化学与制药工程学院，济南 250353)

以Mg-Al型层状双金属氢氧化物(Mg-Al-LDHs)为载体，将大黄素分子通过二次组装法成功插入其层间，得到大黄素/Mg-Al-LDHs纳米杂化物。XRD结果显示，Mg-Al-LDHs粒子层间距由0.48 nm增大到3.35 nm。差热曲线(DTA曲线)分析结果表明，该纳米杂化物分子中大黄素的分解温度比纯大黄素的分解温度高50℃。分别在pH 4.8和pH 7.5的缓冲溶液中测定了大黄素/LDHs的缓释性能，结果表明大黄素/LDHs的药品释放速率明显低于二者的物理混合物，并探讨了释放机理。

层状双金属氢氧化物(LDHs)；大黄素；插层；缓释

载体药物是随着药物学研究、生物材料科学和临床医学的发展而新兴的给药技术。药物通过载体进入人体，载体对药物吸附、包裹和键合，使药物释放部位、速度和方式等具有选择性和可控性，实现药物的缓释和靶向传输，从而更好地提高药物治疗效率。载体药物技术的关键是载体材料的选择，它必须满足组织、血液、免疫等生物兼容性的要求[1]。层状双金属氢氧化物(LDHs)作为载体材料具有独到优势，其生物相容性好，可生物降解，在细胞内的酸性环境中可溶解为离子，通过细胞膜离子通道外排，并可提高药物输送效率，有效实现药物的控制释放，明显降低药物分子的酶降解作用。

LDHs是由二价金属离子及三价金属离子组成的具有水滑石层状结构的氢氧化物，其化学通式为[2]：[M2+1-xM3+x(OH)2]x+An-x/n·mH2O，式中 M2+指二价金属阳离子，M3+指三价金属阳离子，A是价数为n的层间阴离子，m为结晶水的物质的量数；x为三价阳离子占阳离子总量的物质的量比，通常在0.16～0.33范围内变化。因同晶置换LDHs片层带结构正电荷[3]，层间吸附阴离子以维持电中性。层间阴离子具有可交换性，因此可将药物分子引入层间。

大黄素(别名朱砂莲甲素，1，3，8-三羟基-6-甲基蒽醌)是从蓼科植物虎杖的干燥茎和根中提炼出的一种具有多种生物活性作用的药物，如抗感染、抗病毒、免疫抑制、保肝、抗肿瘤、抑制细胞增生、诱导细胞凋亡、组织肿瘤的转移、及抑制蛋白激酶等[4-8]。它的结构式为：

图1 大黄素分子结构图Fig.1 Molecular structure of emodin

大黄素溶解度较大，普通制剂服用后在胃中快速释放形成局部高浓度，会导致胃灼烧等不良反应，且作用时间较短，不能很好地发挥药效。本文通过二次组装法[9-10]将大黄素插入到Mg-Al-LDHs层间，得到的大黄素/Mg-Al-LDHs纳米杂化物，该杂化物保持了大黄素的分子结构和原有性质，并且能有效地控制药物的快速释放，延长药物的作用时间，降低毒副作用。

1 实验部分

1.1 共沉淀法[11]制备大黄素/LDHs纳米粒子

将 4.00 g NaOH(AR，135 mmol)和 8.00 g 大黄素(江苏淮安巍伟植化研究所，AR)的水溶液(AR，315 mL)迅速加入到强烈搅拌的含有 9.15 g MgCl2·6H2O(AR，45 mmol)和 3.62 g，AlCl3·6H2O(AR，15 mmol)的盐溶液(120 mL)中，用 2 mol·L-1的 HCl溶液调节pH=9.3±0.1。 室温条件下搅拌 0.5 h，将所得溶液在80℃老化24 h，将所的产物过滤、洗涤、干燥。

1.2二次组装法制备大黄素/LDHs纳米粒子

1.2.1 Mg-Al-SDS-LDHs 前驱体的制备

将 4.00 g NaOH(135 mmol)和 6.49 g 十二烷基硫酸钠(SDS，上海展云化工有限公司，分析纯)的水溶液(315 mL)迅速加入到强烈搅拌的含有9.15 g，MgCl2·6H2O(45 mmol)和 3.62 g AlCl3·6H2O(15 mmol)的盐溶液(120 mL)中，用 2 mol·L-1的 HCl溶液调节pH=9.3±0.1。室温条件下搅拌 0.5 h，将所得溶液在80℃老化24 h，将所得产物过滤、洗涤、干燥。

1.2.2 大黄素/LDHs纳米粒子的制备

将1 g大黄素溶于80 mL CH3CH2OH中，快速搅拌下加入1.5 g SDS-LDHs，在60℃和氮氛条件下回流48 h，将所得产物老化、洗涤、干燥。

1.3 样品表征

D/mar-rAX型X-射线衍射仪(德国布鲁克公司)测定LDHs的衍射图谱，加速电压40 kV，电流40 mA，扫描速度 10°·min-1，扫描步长 0.03°，角度范围 5°～70°Cu靶，射线波长 λ=0.154 1 nm， 石墨单色器；IRprestige-21红外光谱仪(日本岛津公司)对复合材料进行红外分析，扫描波束范围为4000～400 cm-1，KBr压片；TAQ-10DSC差式扫描量热仪(美国TA公司)对复合材料进行热性能分析，升温速率为10℃·min-1，温度区间为20～520℃；UV-1700型紫外可见分光光度计(杭州琪诺仪器设备有限公司)测定吸光度。

1.4 释放率测定

将大黄素原料药溶于甲醇中配置成系列浓度溶液，以甲醇作为参比，用紫外-可见分光光谱仪测其吸光度，最大吸收波长为288.2 nm，绘制标准工作曲线，得出线性方程为 A=178.23c+0.059 1(线性回归系数r=0.9999)，其中A为吸光度，c为大黄素的浓度(mg·mL-1)。

称取 0.003 g的大黄素/LDHs， 用 10 mL的 1 mol·L-1HCl溶解，用甲醇定容至 10 mL。 用紫外-可见分光光谱仪测其吸光度，对照大黄素标准工作曲线，计算出样品中大黄素的质量，通过与大黄素/LDHs的质量相比较，得出样品的载药量(w/w)。

依照中国药典1995版释放率测定第一法，以pH 4.8和pH 7.5磷酸盐和乙醇的缓冲溶液200 mL为介质，温度(37±0.1)℃，转速为 100 r·min-1，每隔一定时间取样5 mL，立即经0.45 μm微孔滤膜过滤，测定吸光度，计算药物的累积释放量。

2 结果与讨论

2.1 XRD及IR结果分析

图2是LDHs及大黄素/LDHs的XRD图(图中a，b，c 通过共沉淀法制得，d，e 通过二次组装法得到)。图中谱线a是层间阴离子为Cl-的Mg-Al-LDHs的XRD图，图中出现了相对衍射强度较大的水滑石特征衍射峰，即(003)、(006)及(009)晶面的衍射峰，且 d003=2d006=3d009；3个峰所对应的 2θ值分别为12.3°、24.8°、37.4°。 未发现其他特征衍射峰，基线低且平稳， 结晶度较好，d003=0.76 nm，LDHs层板厚度为 0.48 nm[12]，故层间距为 0.28 nm[13]。谱线 b 为共沉淀法得到的大黄素/LDHs，与Mg-Al-LDHs相比，其谱线几乎没有发生变化，d003仍为0.76 nm，表明大黄素没有插入到Mg-Al-LDHs层间；通过计算得知大黄素药物的分子长度和厚度分别为0.86 nm和0.54 nm，以上结果表明大黄素无法通过共沉淀法进入到LDHs层间[14]，实验过程中我们测得的大黄素在LDHs片层外表面的最大吸附量为7%。谱线c为Mg-Al-SDS-LDHs的 XRD图，LDHs的 003衍射峰向小角度位移到 2θ=3.2°，对应的 d003=2.97 nm，与Mg-Al-LDHs相比，层间距大幅增加。图3是大黄素/LDHs的红外光谱图，对比图3红外光谱图中曲线a，c及 d的光谱数据，2 922 cm-1处及 2846 cm-1处为-CH2-伸缩振动吸收峰，1217 cm-1处为磺酸基的不对称伸缩振动峰；结合XRD及IR结果分析表明SDS已插入到LDHs层间。谱线d和e是离子交换法得到的大黄素/LDHs的XRD图，其(003)衍射峰所对应的 2θ=3.0°，d003分别为 3.01 nm 和 3.35 nm，层间距进一步增加；对比图3中曲线b，e及f的光谱数据，762 cm-1处出现了邻二取代芳烃的不对称伸缩振动吸收峰，1 623 cm-1出现了羰基的伸缩振动吸收峰，3 387 cm-1处为大黄素分子缔合羟基伸缩振动峰；结合XRD及IR结果分析表明大黄素已插入到LDHs层间,且随载药量的增加,层间距增大。

图2 LDHs及大黄素/LDHs的XRD图(a)Mg-Al-LDHs;(b)大黄素/LDHs(共沉淀法，载药量7%);(c)Mg-Al-SDS-LDHs,(d)大黄素/LDHs(二次组装法，载药量 15.25%);(e)大黄素/LDHs(二次组装法，载药量 20.12%)Fig.2 XRD patterns for LDHs and emodin/LDH(a)Mg-Al-LDHs;(b)emodin/LDHs((co-precipitation method);(c)Mg-Al-SDS-LDHs;(d)emodin/LDHs(re-assemble method，15.25%);(e)emodin/LDHs(re-assemble method，20.12%)

图3 大黄素/LDHs的FTIR谱图(a)SDS;(b)大黄素;(c)Mg-Al-LDHs;(d)SDS-LDHs;(e)大黄素/LDHs(15.25%);(f)大黄素/LDHs(20.12%)Fig.3 FTIR spectra of emodin/LDHs(a)SDS;(b)pure emodin;(c)Mg-Al-LDHs;(d)SDS-LDHs;(e)emodin/LDHs(15.25%);(f)emodin/LDHs(20.12%)

2.2 差热分析

图4为TG(A，热重曲线)和DTA(B)测定结果，SDS为基准样品。由TG结果可知,在温度190～280℃区间内，SDS重量损失为70%左右。DTA曲线在121℃，203℃，230℃和275℃各出现一个吸热峰，314℃出现一个比较宽的放热峰，这是由于SDS的分解造成的。

图4 大黄素/LDHs的TG(A)和DTA(B)曲线(a)SDS;(b)大黄素;(c)Mg-Al-LDHs;(d)SDS-LDHs;(e)大黄素/LDHsFig.4 TG(A)and DTA(B)curves of(a)SDS;(b)emodin;(c)Mg-Al-LDHs;(d)SDS-LDHs;(e)emodin/LDHs

与SDS的热分解曲线相比，SDS-LDHs在温度为89℃左右时质量略有下降，这是由于LDHs层间水分子的失去引起的，在200～400℃范围内有一个明显质量下降过程，质量损失为40%左右。当温度高于400℃时，SDS-LDHs的质量趋于稳定，这是因为SDS分解完全，LDHs在此温度下比较稳定。由上可知，SDS-LDHs将大黄素的稳定性提高很多。

大黄素TG结果如图4(A)中曲线b，DTA结果如图4(B)中曲线b，质量损失的温度区间为260～340℃，在256℃和356℃分别有2个吸热峰，第一个在熔化过程中出现，第二个发生在热分解过程中并伴随着明显的失重现象，由以上可知大黄素的热分解温度为356℃[15]。

一般认为，煅烧类水滑石的第一阶段(低于200℃)先失去水滑石层间水，此时仍保持层状结构；第二阶段(250～450 ℃)层板上的 OH-脱水，CO32-分解放出CO2，层状结构开始破坏，形成混合金属氧化物的固态溶液[16]。

大黄素插入到SDS-LDHs层间形成大黄素/LDHs时，由热重曲线(TG曲线)知，当温度高于450℃时，大黄素/LDHs仍然有一个显著的失重过程，由DTA曲线知，在温度为410℃时，有一个强吸热峰，可判断是由于大黄素分解造成的。由以上可以判断，大黄素插层进入LDHs后其热稳定性提高。

2.3 大黄素/LDHs的缓释性能和释放机理

图5 大黄素/LDHs在不同pH缓冲溶液的释放曲线Fig.5 Release properties of emodin from LDHs hosts,the physical mixture an pristine emodin at pH 4.8 and pH 7.5

图5为大黄素和LDHs的物理混合物以及大黄素/LDHs在pH 4.8和7.5缓冲溶液中的释放曲线。图5结果显示大黄素和LDHs物理混合物在5 min内就完全释放完毕，而大黄素/LDHs在100 min后才基本释放完毕。此结果表明，大黄素/LDHs明显提了大黄素的缓释性能。对比大黄素/LDHs在pH 4.8和pH 7.5磷酸盐缓冲溶液中的释放行为，发现其释放率受介质pH影响显著。大黄素/LDHs在pH 7.5缓冲溶液中的释放速率明显低于在pH 4.8的缓冲溶液中的释放速率。在pH 4.8和pH 7.5缓冲溶液中其缓释效果的不同，是由于释放机理不同所造成的。在酸性环境中，LDHs无机层板会发生溶解，层间药物主要通过载体的溶解释放出来；在pH高于7的环境下，LDHs载体很稳定，因此药物的释放主要通过层板与溶液间的扩散来实现[17]。

狗日的牛皮糖，你还敢奚落我。看我不把你那几根排骨卸下来煮汤喝。村长笑，牛皮糖终于咧开嘴笑了。是你先奚落我。

仔细观察pH 7.5时大黄素/Mg-Al-LDHs的释放曲线，可知大黄素的释放过程包括两个阶段。第一阶段为短暂的快速释放过程(0～10 min)，可能是LDHs层片边缘处弱结合的大黄素分子及表面吸附的大黄素分子的释放。第二阶段为持续的缓慢释放过程，释放的是大黄素/LDHs层间的药物分子。基于上述大黄素/LDHs的释放历程，可推测缓冲溶液中H2PO4-和HPO42-依次交换其层片边缘部位及中心部位的药物分子。释放过程的起始阶段H2PO4-和HPO42-与LDHs层板边缘的大黄素分子发生交换，形成H2PO4-/LDHs相和HPO42-/LDHs相，随着释放过程进行，H2PO4-/LDHs相(HPO42-/LDHs相)与大黄素/LDHs相之间形成一中间界面相过渡区的变形结构[18]，此中间界面相的形成对于被交换的药物分子向层外的扩散及更多的H2PO4-和HPO42-向层内的扩散均造成阻碍，因而大黄素的释放在起始的短暂速释后转为一个持续的释放过程。Ambrogi[19]等在研究布洛芬插层的Mg-Al-LDHs在磷酸溶液中的释放时亦有类似的报道。

Bhaskar方程[20]多用于描述以离子交换树脂为基体的药物缓释过程，反应机理为离子交换过程，粒子层间内扩散为释放过程的控制步骤，其表达式为：

其中x为释放百分量，d为纳米杂化物的平均粒径，D为药物在离子交换树脂中的扩散系数，t为释放时间。 斜率 1.59(6/d)1.3D0.65，对于给定的物质，粒径是固定的，斜率与扩散系数成正比关系。

采用Bhaskar方程对大黄素/LDHs在不同pH值缓冲溶液中的释放曲线进行拟合，结果见图6及图 7。 当 pH=4.8 时，以-lg(1-x)对 t0.65作图没有得到良好曲线(图6)，说明在酸性环境中，LDHs无机层板发生溶解，层间药物主要通过载体的溶解释放出来。由图7可知，当pH 7.5时，-lg(1-x)与t0.65之间有良好的线性关系，线性回归曲线为0.996 7，说明其释放曲线较好的符合这一模型，释放行为受扩散过程控制。

图6 pH 4.8缓冲溶液中大黄素/LDHs缓释Bhaskar模型Fig.6 Release of emodin from the emodin/LDHs as a function LDHs as a function of time 0.65 at pH 4.8

图7 pH 7.5缓冲溶液中大黄素/LDHs缓释Bhaskar模型Fig.7 Release of emodin from the emodin/function of time 0.65 at pH 7.5

3 结 论

(1)采用二次组装法可将大黄素插入到LDHs层间，且随载药量的增加，层间距增大。

(3)大黄素/LDHs超分子结构医药缓释剂，能控制药物的释放速率，具有缓释作用，在pH=7.5缓冲溶液中的释放规律能较好的符合Bhaskar方程。

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Synthesis and Release Behavior of Emodin Intercalated Mg-Al Hydrotalcite-Like Compounds

DAI Xiao-Nan＊WANG Qi-Peng
(Department of Chemical Engineering,Shandong Polytechnic University,Jinan 250353,China)

In this paper,emodins were successfully intercalated into the gallery of Mg-Al hydrotalcite-like compounds (LDHs),to obtain nanohybrids.The results of X-ray powder diffraction (XRD)showed that the interlayer distance of Mg-Al-LDHs was increased from 0.48 nm to 3.35 nm.The DTA results suggested that the discomposition temperature of the nanohybrids increased by 50 ℃ in comparison with that of emodin.The determination results of the drug release indicated that the drug release rate from the emodin/LDHs nanohybrids was much slower than that from the corresponding physical mixture at either pH 4.8 or pH 7.5.The release mechanism was discussed.

layered double hydroxides(LDHs);emodin;intercalation;controlled release

O648.1

A

1001-4861(2012)03-0560-05

2011-08-27。收修改稿日期：2011-12-13。

山东省中青年科学家科研奖励基金(No.2007BS04026)资助项目。＊

。 E-mail：sddxn@163.com