藥物研究和Development-Sci Forschen

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研究文章
藥物釋放研究殼聚糖碳點負載殼聚糖聚合物薄膜對傷口愈合和藥物輸送

燃具Kandra*蘇尼爾亞太區

化學、聚合物研究實驗室,賈巴爾普爾,印度政府。模型科學學院

*通訊作者:燃具Kandra、化學、聚合物研究實驗室,政府。模型科學大學,賈巴爾普爾,印度,電子郵件:kandraranju@gmail.com


文摘

在這項研究中,抗菌藥物氧四環素(OTC)在碳點加載(cnp) /殼聚糖(Ch)納米複合材料薄膜的控釋傷口愈合的管理。場外加載cd / Ch電影被紅外光譜特征,XRD, SEM和AFM分析。動能也進行藥物釋放實驗。發現樣品Ch / CD (0)800年Ch / CD (2)800年Ch / CD (4)800年和Ch / CD (7)800年釋放總量為645、488、359和187μmol / g電影分別在總持續時間8 h。冪函數模型和Schott模型,應用於動力學藥物釋放數據,Schott模型更好的安裝。“n”值,獲得了樣品Ch / CD (0)800年Ch / CD (2)800年Ch / CD (4)800年和Ch / CD (7)800年分別為0.35、0.45、0.47和0.49,因此指示Fickian類型藥物釋放機製。也發現M∞值獲得不同樣本Schott與預測模型基本一致。TS顯示一個有趣的趨勢,最大(11.7 MPa)或純殼聚糖膜樣品Ch / CD(0)。的TS CDs-loaded殼聚糖膜相對小得多。最後,對模型的電影顯示公平的抗菌活性細菌大腸杆菌和病毒staphylococcusas研究區抑製的方法。

關鍵字

碳點;殼聚糖;傷口愈合;藥物釋放


介紹

自2004年發現以來,碳點出現了作為一種新的材料與一些有吸引力的物理化學性質如公平水溶性熒光[1][2]可降解[3]生物相容性[4],化學穩定性[5]等。由於這些優良性能,碳點(CDs)有潛在的用於能[6 - 7]生物傳感(8 - 10),藥(第11 - 15)催化(16 - 19)等。最近,我們報道水吸收和水分滲透行為的殼聚糖/納米碳點電影(20日至21日)和觀察到碳點作為一個有效的交聯劑由於靜電相互作用表麵帶負電荷的羧酸鹽組之間的碳點和帶正電的nh3 +組沿著使質子化殼聚糖鏈。是觀察到的水吸收的殼聚糖/納米碳點電影減少許多折疊與純殼聚糖膜相比。這使我們相信,公司的碳點到藥物殼聚糖膜能帶來理想的釋放生物活性成分控製的方式。殼聚糖是一種半合成的聚合物,從控製獲得de-acetylation甲殼素[22]因為優秀的生物相容性;殼聚糖具有廣泛的生物醫學應用程序[23]。因為碳點也擁有公平的生物相容性,預計算量的殼聚糖和碳點可以作為一種有效的敷料材料提供藥物的控釋傷口愈合的管理。在目前的工作,我們準備好的碳點從1、2、3、4丁烷四羧酸通過微波合成的方法。cd,所以準備,表麵覆蓋著羧基組。然後我們裹入這些功能化cd以及模型抗菌藥物在殼聚糖膜氧四環素(OTC)解決方案鑄造方法。OTC藥物的釋放的電影矩陣可以由不同的電影內的cd濃度矩陣作為cd提供物理交聯殼聚糖網絡。因此,電影內的光盤內容的變化矩陣可以調節場外的釋放率。通過這種方式,不使用有毒的化學交聯劑、控釋場外的殼聚糖膜能實現。

土黴素(OTC)的新陳代謝的產物鏈黴菌屬rimosusandis四環素抗生素的種類之一。氧四環素是首先抑菌和解釋對其抗菌效果的預防蛋白質合成[24]。

材料和方法

殼聚糖粉、摩爾質量的375 k Da和程度的de-acetylation Sisco研究實驗室,獲得了98%的普納,作為收到。de-acetylated甲殼素的產物,自然bio-polymer,並給出其結構如下:

碳資源材料1、2、3,4-Butanetetracarboxylic酸(BTCA)的摩爾質量243.16從大腸默克公司購買,孟買,印度和R級。模型藥物氧四環素(OTC)從當地購買醫療商店(HS CODE30042042)。所有的解決方案都準備在蒸餾水和同樣被用來準備模擬傷口液(SWF)。冰醋酸和其他化學物質來自默克,孟買,印度。(圖1)

圖1:殼聚糖的結構。

從BTCA合成的碳點

CDs是由所述微波輔助合成在我們以前的報告[25]。總之,BTCA的預計算量是溶解在蒸餾水和被暴露在微波輻射(LG,模型沒有。美國CE1041DFB)明確的時間段。之後,集中解決方案是稀釋的總量25毫升,其次是輕微的攪拌和聲波降解法(紫外線技術超聲發生器、印度)。所以形成黑色碳粉的有機來源BTCA被冷卻到室溫和存儲在一個玻璃小瓶。兩個不同的分散介質,即,乙醇和0.1醋酸是從BTCA用於製備碳點的。Aquantity 300毫克的碳化BTCA分散在10毫升的分散介質和保存24小時。分散介質是離心機(0.5小時)在10000 rpm,上層的液體含有BTCA碳點收集和保存進行進一步的研究。整個方法示意圖如圖2所示。

圖2:合成有機源BTCA的CD。

製備chitosin /碳點(Ch / cd)納米複合材料薄膜

電影是由所述溶劑蒸發法。殼聚糖溶液2% (w / v)準備在1% (v / v)冰醋酸中輕微的攪拌下一段1小時,以確保完全溶解聚合物給一個半透明的淡黃色的解決方案。Chitosan-carbon納米納米複合膜處理殼聚糖複合材料相似的解決方案技術之後的電影。我們最好選擇碳點由分散在0.1 M乙酸合成chitosan-carbon電影記住點複合材料,殼聚糖溶於醋酸。由此產生的解決方案被機械在室溫下攪拌2小時之後,通過添加5 N氫氧化鈉中和係統的。然後複合材料膜微孔水清洗幾次除去未反應的單體和鑄型玻璃板塊緊隨其後幹燥60 o c .幹電影被用水潤濕他們剝落和存儲在室溫下真空。四個chitosanCDs納米複合材料的電影因此準備從wt % .BTCA cd被命名為如下。

製備OTC-loaded Ch / CD的電影

製備藥物微電影的過程幾乎是相同的,與一個加法,一個預計算量的藥物也增加了成膜溶液轉移到前中溶劑蒸發板。電影,從而準備被指定為Ch / CD (x)y數量,x和y表示光盤解決方案(ml)的體積和數量分別為藥物(毫克)。,5個樣本準備的名稱是Ch / CD (2)0,CD / Ch (0)800年CD / Ch (2)800年,CD / Ch (4)800年和CD / Ch (7)800年分別。也許注意到第一個樣本不包含任何藥物,而第二個樣本是800微克的純殼聚糖膜的藥物/ g的電影。剩下的四個樣品相同數量的藥物在電影矩陣但cd不同內容。

描述的Ch / CD的電影

這部電影樣本Ch / CD (2)0和Ch / CD (2)80年對紅外光譜特征,AFM、SEM和細胞cyotoxicity分析。進行紅外光譜分析,樣品磨細和它們的光譜記錄在日本島津公司,8201年個人電腦分光光度計采用溴化鉀壓片法。掃描記錄的平均100掃描和選定的光譜範圍之間,400 - 4000厘米1。x射線衍射(XRD)方法被用來測量樣品的結晶性質使用Rikagu衍射儀(銅輻射、λ= 0.1546海裏)40 kV和40 mA。掃描速度是20多歲1在2θ的範圍30 - 80o。掃描電子顯微鏡(SEM)圖像獲得使用日立場發射掃描電鏡(S4800、日本)5 kV。

藥物釋放研究

藥物釋放的研究進行了磷酸緩衝鹽的pH值7.4 37oc .總之,一塊預先稱量好的藥物加載影片是50毫升的PBS 37oc .補丁是在不同的時間間隔和吸光度的釋放介質記錄了紫外可見分光光度計(Genesys,香港)在360海裏。吸光度是轉化成濃度,使用Lambert-Beers法,獲得了一係列藥物TC的標準解決方案,準備在磷酸緩衝鹽的pH值7.4。

微生物滲透

微生物滲透測試進行訪問的電阻代表電影樣本CD / Ch (2)20.對微生物。為此,5毫升的腦心浸液肉湯培養基(BHI)放置在一個10毫升瓶(測試區域0.8厘米2)和瓶與樣本限製CD / Ch (2)20.並將其保持在環境溫度。我們測量細菌生長測量3理查德·道金斯和7th的一天。負控製瓶子滿了棉花球而開放的瓶作為積極的控製。濁度、微生物汙染的指示使用微板分光光度計測量在600海裏。

結果與討論
製備Ch / CD (x)y電影

在這項工作,Ch / CDs納米複合材料薄膜是由溶劑鑄造方法,這是一個行之有效的途徑製備納米複合材料材料[26]。當水溶液的CD在殼聚糖溶液混合在劇烈攪拌下,碳點是均勻地分布在殼聚糖溶液。隨著碳點具有帶負電荷的羧酸鹽組織表麵,其表麵帶有負電荷的澤塔潛在價值也證實了-12.6 mV。現在,這些帶負電荷的碳點是靜電吸引帶正電的氨基團體存在沿殼聚糖鏈。通過這種方式,這些使質子化氨基團體行動。as模板的碳點,因此它們是均勻分布在整個電影的矩陣。整個方案的生成Ch / CD複合膜是如圖3所示。

圖3:示意圖形成Ch / CD的電影。

描述的Ch / CD納米複合材料薄膜

的紅外光譜光譜純殼聚糖膜和CD負載殼聚糖膜分別如圖4 a和b。在圖4中可以看出(a)的拉伸振動-哦債券位於3635.94厘米1對碳氫鍵,觀察到2954.08厘米1。吸收峰在1652.09厘米1,1539.25厘米1,1458.23厘米1,1336.71厘米1與C = O的存在酰胺l波段的拉伸,彎曲振動- h (N乙酰化殘留酰胺II樂隊),碳氫鍵彎曲,哦分別彎曲。峰值為1167.94厘米1分配給反對稱拉伸(C-O-C)橋,1075.33厘米1預期到骨架振動涉及切斷伸展。

圖4:傅立葉變換紅外光譜的Ch / CD非處方藥加載影片。

圖4 b:紅外光譜譜藥物加載示例Ch / CD (2)800年。

OTC藥物分子的存在表明加載到殼聚糖聚合物紅外光譜譜圖4所示(b)。非處方藥的官能團顯示3578.07厘米的頂點1溶解場外,紅外光譜譜表明,形狀和相對強度的峰值為1699.34厘米1,1559.50厘米1,1458.23厘米1,1336.71厘米11280.52厘米1與C = O的存在有關酰胺l波段的拉伸,彎曲振動- h (N乙酰化殘留酰胺II樂隊),碳氫鍵彎曲,分別OH-1彎曲。峰值在1559 - 1699厘米1是歸因於酰胺的變形和半個1458 cm - 1歸因於酚組。

掃描電鏡表征

藥物的SEM圖像加載樣品Ch / CD (2)800年和普通電影Ch / CD (2)0(沒有藥物OTC)如圖5所示,分別是b和c。值得注意的是,前者示例包含OTC藥物而後來不包含場外。圖5中可以看出,和b,在2000年和4000年獲得x的放大,藥物裝載樣品的表麵紋理Ch / CD (2)800年相當粗糙和不均勻。這也許可能歸因於這樣一個事實:OTC藥物水溶性差,因此其分散成膜溶液的粗糙度的電影結構由於其降水在整部影片矩陣。此外,圖像,如圖5所示(b),用4000倍的放大,表明一些表麵裂縫也存在。看來電影可能是幹在相對較高的溫度。最後,樣品的掃描電鏡圖像Ch / CD (2)0,獲得1000倍的放大,顯示相對質地光滑的膜表麵,當然由於缺乏藥物場外影片中的矩陣。然而,一些城市群也可見,可能是由於一些未溶解的殼聚糖粒子的存在。

圖5:SEM圖像的藥物加載示例Ch / CD (2)800年在2000 x, (a) (b) 4000 x和示例Ch / CD (2)0在1000倍的放大。

抗拉強度(TS)的殼聚糖和chitosan-carbon點裝載納米複合材料薄膜

的電影的力學性能進行了研究後確定各自的抗拉強度(TS)標準ASTM d882 - 91程序。測試是萬能試驗機使用100公斤負載細胞10毫米/分鍾的速度。TS測量MPa單位表示的最大力量(N)單位橫截麵積(毫米2)需要打破樣本和E,這裏,是樣品的長度的百分比比電影原長度的最大力量。

純殼聚糖膜的機械強度研究Ch / CD(0)和CD加載樣品。我們準備在所有5膜樣品的名稱為Ch / CD (0), Ch / CD (4), Ch / CD(7)和Ch / CD(12)和Ch / CD (17)。抗拉強度(TS)的樣本Ch / CD(0)電影被發現11.7 MPa如圖6所示。高TS可以歸因於強烈的靜電相互作用在極地羥基在殼聚糖分子。這是以來,殼聚糖具有非常優良的成膜性能[27]。它也可能出現在圖6中,隨著電影矩陣內的cd濃度增加,減少的TS的電影。這樣樣品Ch / CD(7)達到0.40 MPa的TS。的原因可能是碳點的濃度的增加,聚合物的一些聚合相同的矩陣可能發生。這可能導致抗拉強度下降產生的電影。然而,最有趣的是,隨著碳點的濃度進一步增加樣本Ch / CD(12)和Ch / CD (17), TS開始上升。 It appears that at such a high concentrations of -COOH functionalized carbon dots within the film matrix, the electrostatic attractive forces between -COOH groups present on the surface of CDs and protonated amino groups -NH3 + along the chitosan chains become predominant and cause an increase in the TS of resulting films Therefore, a very interesting trends was observed within the CDs loaded chitosan films. (Table 1)

圖6:Ch / CD納米複合材料力學性能的電影。

美國沒有 樣品名稱 極限應力(MPa)
1 Ch / CD (0) 11.7
2 Ch / CD (4) 2.5
3 Ch / CD (7) 0.4
4 Ch / CD (12) 0.83
5 Ch / CD (17) 4.82

表1:Ch / CD複合材料的力學性能的電影。

AFM表征

原子力顯微鏡(AFM)是用於檢查自組裝膜的表麵結構得到水溶性殼聚糖前體豐富的解決方案。這部電影是支持到功能化玻片導致擁有結構。這個特性是由於實驗條件的結果,可能發生聚集的分子在溶液中。這部電影的高度不超過20 nm介質孔隙大小約12海裏。這個範圍內的孔隙度適合納濾應用程序。AFM圖像的比較描寫普通圖7 (b)和碳點加載影片圖7 (A)表明,平片表麵相對更為順暢一些裂紋,可能是因為電影的折疊在微米級別。然而,膜的表麵,含有碳點,展覽一個粗糙的紋理與微米大小的凹槽。看來,碳點一定是凝聚在表麵不均勻以下圖7 a和b顯示了AFM圖像的平原。

圖7 (A)和(B):AFM圖像的純殼聚糖負載殼聚糖膜和碳點。

藥物釋放研究

光盤內容對藥物釋放的影響:在我們以前的工作,討論碳點,現在電影中的矩陣,作為有效交聯劑由於電荷相反的交互。因此,CDs的存在造成了嚴重的納米複合材料的吸水能力下降的電影。因此我們預期幾乎類似的趨勢從OTC-loaded納米複合材料在藥物釋放的情況下電影。為了驗證這一點,Ch薄膜樣品/ CD (0)800年Ch / CD (2)800年Ch / CD (4)800年和Ch / CD (7)800年都沉浸在磷酸緩衝鹽的pH值7.4和釋放監測spectrophotometrically在不同的時間間隔(圖8)。結果如圖8所示。可能會注意到,(我)示例Ch / CD (0)800年不含碳點,展品最高釋放而樣本Ch / CD (2)800年Ch / CD (4)800年和Ch / CD (7)800年顯示一個下降的趨勢。發現樣品Ch / CD (0)800年Ch / CD (2)800年Ch / CD (4)20.和Ch / CD (7)800年釋放總量為645、488、359和187µ摩爾/ g電影分別在總持續時間8小時。

圖8:動態釋放藥物場外從各種薄膜樣品在釋放介質的Ph值7.4在37攝氏度。

結果可以解釋的條款中增加交聯膜矩陣提高cd的內容。首先,樣本Ch / CD (0)800年在矩陣(沒有cd)提供了一個最快的藥物釋放,因為沒有額外的靜電交叉鏈接出現在這部電影。

然而,其他三個樣本,即CD / Ch (2)800年,CD / Ch (4)800年和Ch / CD (7)800年顯示一個下降的趨勢。似乎使質子化氨基基團之間的靜電交聯殼聚糖鏈和帶負電荷的表麵的羧酸鹽組cd作為屏障的藥物分子,為住宿提供他們更少的空間。這些結果與我們之前的協議結果與吸水行為相同的樣本。

釋放動力學建模的數據:動態發布數據的解讀是“冪函數模型”[28]根據給出分數發布:

F = Mt/ M∞= ktn. . (4.1)

,F (Mt / M∞)的部分釋放時間的;“n”和“k”分別發布指數和凝膠特性常數。釋放指數的值“n”的性質決定釋放模式,是否Fickian non-Fickian [29]。使用對數形式的Eq。(1),即ln F = ln k t + n ln,情節之間得到ln F和ln t(圖9)下麵是直線與公平的回歸,從而表明對發布數據模型的適用性。仔細看就會發現,所有的四個樣品的回歸非常高。“n”值,從山坡上獲得樣本的線性情節Ch / CD (0)800年Ch / CD (2)800年Ch / CD (4)800年和Ch / CD (7)800年分別為0.35、0.45、0.47和0.49。這些所有的值低於0.5,這表明場外的釋放的薄膜樣品完全是擴散控製,因此Fickian後擴散機製。至於樣品Ch / CD (2)800年Ch / CD (4)800年和Ch / CD (7)800年而言,碳點的存在在電影通過靜電相互作用矩陣產生額外的交叉鏈接在前一節中討論。因此放鬆對高分子殼聚糖鏈完全限製和電影的藥物出來簡單擴散控製的方式。此外,樣本Ch / CD(0)也顯示Fickian釋放機製,盡管它不包含碳點在矩陣。這是由於這一事實釋放介質堿性,即pH值7.4,使質子化殼聚糖鏈進行de-protonation沿著他們的網絡和獲得中性的指控。因此,放鬆的大分子鏈不發生一個非常可觀的程度和藥物釋放以簡單擴散控製的方式。總藥物,釋放所有的四個樣品,即Ch / CD (0)800年Ch / CD (2)800年Ch / CD (4)800年和Ch / CD (7)800年645年被發現,488年、359年和187年µ摩爾每g電影分別在總時間8小時。

圖9:冪函數模型場外釋放各種Ch / CD介質薄膜樣品的Ph值7.4在37攝氏度。

冪函數模型隻適用於60%釋放數據,我們也應用上的動力學數據Schott模型基於假設的藥物釋放率在任何時候' t '二次成正比的藥物釋放量達到平衡之前,根據這一模型,

dMt/ dt= k2(Mt- m∞)2…(2)

在“k2是二階速率常數,Mt和M∞是大量的藥物釋放時間“t”,分別為平衡。情商的集成。(4.2)收益率:

噸/米t= 1 / (k2×M2∞)+ t / M∞. . (4.3)

每公噸t值策劃反對“t”如圖10和線性情節的山坡和攔截被用來計算速率常數k2和理論M∞(定理)即藥物的最大數量可以按Schott發布模型。也許注意到回歸值獲得相當高而同冪函數模型。

圖10:圖t / Mt和“t”之間的釋放場外從各種薄膜樣品介質的pH值7.4 37 o c (Schott模型)。

所有的參數與上述兩個模型,即冪函數模型和Schott模型給出了表2。值得注意的是,所有這四個樣品,M∞(定理)值非常接近實驗總釋放M∞(實驗)這個模型,從而提出更好的適應性比前一個。這也是支持更高的因Schott所得回歸模型。(表2)

樣本 冪函數模型 Schott模型
R2 n k x103 R2 k2x105
 ∞(定理)
µ摩爾/ g		 M∞(實驗)
µ摩爾/ g
Ch / CD (0)800年 0.9975 0.35 1.34 0.9965 5.67 769.3 772.7
Ch / CD (2)800年 0.9576 0.45 1.68 0.9987 3.28 588.2 592.5
Ch / CD (4)800年 0.9719 0.47 2.03 0.9972 2.58 434.7 430.1
Ch / CD (7)800年 0.9757 0.49 2.18 0.9971 2.28 227.2 223.7

表2:與不同的動力學模型相關參數。

微生物滲透:最理想的傷口敷料膜的要求是它必須能夠通過敷料材料抵抗微生物入侵,因此微生物屏障特性。微生物入侵的結果,如圖11所示,表明薄膜樣品的Ch / CD (0)800年和Ch / CD (4)800年,後來更有效預防細菌轉變表明了微不足道的殖民地文化媒體的增長而顯著增長在積極控製。3日理查德·道金斯和7th天,在積極控製殖民地的數量分別為84.68和289.41。然而,在這兩天,消極的控製和薄膜樣品Ch / CD(4) 800顯示發燒的殖民地,而樣本Ch / CD(4) 0顯示分別約為32.29和98.81的殖民地。原因是樣品沒有藥物,例如Ch / CD(4) 0包含殼聚糖作為一種基本的抗菌材料,因此它顯示更好的抗菌作用比積極的樣本,但不如藥物裝載有效樣本Ch / CD (4)800年由於高抗菌作用加載OTC藥物。此外,我們還評價了朦朧的營養肉湯spectrophotometrically 600海裏。結果,如圖12和13所,也支持我們發現樣品Ch / CD (4)800年證明公平微生物屏障屬性比示例Ch / CD (0)800年。用這種方法可能得出的結論是,樣本Ch / CD (4)800年有潛力用作傷口愈合的材料。

圖11:微生物入侵的Ch薄膜樣品/ CD (0)800年和Ch / CD (4)800年。

圖12:微生物入侵的Ch薄膜樣品/ CD (0)800年和Ch / CD (4)800年。

圖13:圖形抽象

結論

可能從以上研究得出結論,認為殼聚糖電影,含有抗菌藥物場外,可以用於控製藥物在生理環境下的交付。這項研究的最重要的方麵在於截留的功能化碳點在殼聚糖膜,可以交叉與身體控製的生物活性成分場外按要求。一般來說,殼聚糖用於傷口愈合應用和調節藥物釋放速率,殼聚糖是交叉與戊二醛、甲醛、乙二醛等。然而,這些交聯劑是有毒的。這項工作提供了一個替代的有毒化學物質。確實可以交叉與殼聚糖膜所需的程度用功能化碳點通過加載它。該CDs-loaded殼聚糖膜具有潛在的用於傷口愈合的管理。


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條信息

文章類型:研究文章

引用:Kandra R,亞太區年代(2020)藥物釋放研究殼聚糖碳點負載殼聚糖聚合物薄膜對傷口愈合和藥物輸送。J藥物Res Dev 6 (1): dx.doi.org/10.16966/2470 - 1009.152

版權:©2020 Kandra R, et al。這是一個開放的文章下分布式知識共享歸屬許可條款,允許無限製的使用、分配、和繁殖在任何媒介,被認為提供了原作者和來源。

出版的曆史:

  • 收到日期:2020年4月18日,

  • 接受日期:2020年5月15日,

  • 發表日期:5月22日,2020