pH敏感海藻酸钠/氧化石墨烯复合水凝胶球的制备及性能研究

采用物理共混的方法将氧化石墨烯(GO)均匀分散在海藻酸钠(SA)溶液中,通过Ca2+交联成功制备了SA及SA/GO凝胶球,采用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、热重(TG)等表征其结构与性能,研究了微球的溶胀性能与吸附性能。结果表明,微球在pH值=7.4的缓冲溶液中的溶胀比明显高于pH值=1.2的溶液,具有pH值敏感性;随GO含量增大,微球的溶胀比呈下降趋势,而吸附量明显增加,对亚甲基蓝(MB)的最大吸附量达153.8 mg/g,去除率可达96.78%,对亚甲基蓝的吸附过程符合Langmuir吸附等温模型。

CNFs/SA复合水凝胶球对IBU释放性能的影响

为了提高疏水性药物的缓释性能,采用离子交联的方法制备复合水凝胶球并进行改性研究。以海藻酸钠(Sodium alginate,SA)和纤维素纳米纤维(Cellulose nanofibers,CNFs)为原料,制备不同CNFs含量的CNFs/SA复合水凝胶球。通过形貌表征和吸水率测试,探讨了CNFs对凝胶球的结构、成型性和溶胀率的影响。以布洛芬(Ibuprofen,IBU)作为药物模型,研究水凝胶球载体对IBU释放性能的影响。实验表明,随着CNFs含量增加,复合水凝胶球的成型性及在生理盐水中的稳定性提高。水凝胶载体对疏水性药物IBU有明显缓释作用,加入CNFs后,IBU在相同时间内的释放量高于纯SA水凝胶球载体。当CNFs含量为21%时,所得复合水凝胶球网络结构规整,在生理盐水中的稳定性最好,IBU释放时间长。

羧甲基纤维素-壳聚糖水凝胶球的制备及性能

采用物理交联法制备了羧甲基纤维素(CMC)-壳聚糖(CS)共混水凝胶球;研究了共混球的耐酸碱性、溶胀性及对亚甲基蓝的吸附性能.结果表明,水凝胶球在弱酸和弱碱中具有一定的稳定性;随着羧甲基纤维素与壳聚糖质量比的增大,水凝胶的吸水溶胀率增加.在CMC与CS质量比为1∶4时制备的水凝胶呈规则球状.

利用天然核酸制备的多层水凝胶球及其性能研究

为了开发天然安全、结构稳定的细胞包埋载体,本研究初次选取天然鲑鱼精DNA作为材料,层层自组装构建DNA/壳聚糖/海藻酸钙多层水凝胶球。通过显微镜及扫描电镜观察水凝胶球结构,并表征其性能,透析法评价其在模拟消化液中的稳定性。结果显示水凝胶球形态圆整,膜层清晰,平均粒径为(2.7±0.1)mm,冻干脱水后球体内部呈大孔网格结构,外膜层致密无孔隙。该水凝胶球失水产生明显形变而复水后恢复原有形状;可固定吸附阳离子小分子及与DNA特异结合的分子。水凝胶球在模拟消化液中可稳定存在,其中pH=7.8条件下2h仅有0.5%DNA释放。包埋酵母菌的水凝胶球孵育24h后可发生局部形变,但结构仍保持完整,未见酵母菌逸出。研究结果表明此多层水凝胶球具有良好的生物相容性、形状记忆性、膜透性及结构稳定性,为细胞生长提供了良好的微环境,可包埋酵母细胞并使其在寡营养条件下增殖。

多重乳液-海藻酸钙水凝胶球的制备及对不同极性营养元素的传递

以β-胡萝卜素和维生素C为不同极性营养元素的模型,针对营养元素稳定性差、生物利用度低的问题,采用多重乳液-海藻酸钙水凝胶球提高其稳定性和生物利用度。采用改良的两步乳化法和注射-离子交联法制备多重乳液-海藻酸钙水凝胶球,制备的多重乳液平均粒径在6~7μm之间,水凝胶球平均粒径在1000μm左右,且水凝胶球中营养元素的包封率高于多重乳液。对多重乳液和水凝胶球进行了稳定性、体外溶出和体外模拟消化表征。结果表明水凝胶球对pH和钠离子的耐受范围更宽,将多重乳液包裹于水凝胶球中可以提高营养元素的化学稳定性。水凝胶球包裹后,多重乳液中营养元素的溶出及脂肪的消化变得更加缓慢。海藻酸钠浓度越高,营养元素的溶出及脂肪的消化越缓慢。脂肪结晶会阻碍多重乳液中脂肪的消化降解,水凝胶球中营养元素的生物可给率低于多重乳液。研究表明水凝胶球二次包裹可以提高不同极性营养元素的化学稳定性,控制营养元素的释放,提高生物利用度。

骨组织工程中研究水凝胶微球的特征

背景:水凝胶微球由于其多孔性和可注射性等在递送细胞和生物活性因子/药物、构建组织修复支架等生物医学领域展现独特优势,具有广阔的应用前景。目的:综述基于水凝胶微球的骨组织工程最新研究进展,讨论基于水凝胶微球的骨组织工程研究面临的关键问题和挑战。方法:应用计算机检索PubMed和中国知网数据库收录的相关文献。英文检索词为“hydrogels,microparticles,microspheres,microcarriers,bone,bone defect,bone repair,bone healing,bone tissue engineering”,中文检索词为“水凝胶,微球,微粒,骨组织工程,骨缺损,骨修复,骨再生”。检索文献时限为2002-2022年,最终纳入127篇文献进行综述。结果与结论:①目前,不同的水凝胶微球材料已被开发用于骨组织工程策略并取得了较好的效果,如搭载细胞或生物活性因子/药物的水凝胶微球、作为生物支架的水凝胶微球、刺激响应性水凝胶微球、生物矿化水凝胶微球、与其他生物材料结合的水凝胶微球等。②基于水凝胶微球的骨组织工程修复策略主要通过促进干细胞的招募与成骨分化、调节损伤局部炎症微环境以及促进损伤部位血管生成等机制来调控骨修复。但目前的研究没有深入探索基于水凝胶微球的骨组织工程诱导内源性干细胞招募与分化,以及水凝胶微球的理化性质对炎症微环境的调控,且水凝胶微球的体内长期不良反应尚未探明,批量生产存在困难,因此,未来的研究需要在机制探索和技术路线上加强深入,从而为开发能够用于临床转化的水凝胶微球材料提供合理参考。

一种口服骨靶向微/纳水凝胶微球制备及对雌性去势小鼠骨质量影响的研究

目的制备新型口服骨靶向微/纳水凝胶微球,并了解其对雌性去势小鼠骨质量的影响。方法以多面体低聚倍半硅氧烷作为纳米平台,通过点击化学合成具有骨靶向性能的纳米颗粒,然后基于气体微流控和离子交联技术制备新型口服骨靶向微/纳水凝胶微球。采用活/死细胞染色评估微/纳水凝胶微球的生物相容性。选用18只8周龄雌性C57BL/6小鼠,随机分为去卵巢组(A组)、空白水凝胶微球组(B组)和微/纳水凝胶微球组(C组),每组6只。各组连续干预8周后收集小鼠股骨标本,采用微型计算机断层扫描(Micro-CT)分析骨小梁参数,利用三点弯曲测试评估股骨生物力学性能。结果骨靶向纳米颗粒具有均匀的球形形貌,平均粒径为40.6 nm;微/纳水凝胶微球呈球形形貌,表面粗糙,平均粒径为250.8μm;活/死细胞染色结果提示微/纳水凝胶微球具有良好的生物相容性。Micro-CT显示,C组小鼠的骨密度、骨体积分数、骨小梁数目均显著高于A组和B组小鼠,差异有统计学意义(P<0.05),C组小鼠的骨小梁间隙显著低于A组和B组小鼠,差异有统计学意义(P<0.05)。三点弯曲测试显示,C组小鼠的最大载荷和断裂能显著高于A组和B组小鼠,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论新型口服骨靶向微/纳水凝胶微球具有良好的生物相容性,其负载的骨靶向纳米颗粒显著提高雌性去势小鼠骨质量,为绝经后骨质疏松症治疗提供了新的策略。

基于水凝胶微球建立胰腺癌原代细胞的3D培养模型

目的·利用水凝胶微球和新鲜胰腺癌组织原代细胞构建模拟肿瘤微环境的体外培养新模型。方法·记录水凝胶微球的形态分布情况,倒置荧光显微镜下观察并拍照,通过Image J软件计算微球的直径,统计得到粒径分布图。肾上皮细胞(293T)、胰腺癌细胞(8988)、正常胰腺上皮细胞HPNE均在DMEM完全培养基中生长,当细胞长满到80%~90%时传代。DMEM培养基和微球浸提液培养293T细胞,通过CCK-8法检测2种培养基培养的293T细胞的增殖曲线,探究水凝胶微球的生物相容性。在超净工作台中剪碎新鲜胰腺肿瘤组织,用透明质酸酶和胶原蛋白酶Ⅰ裂解胰腺癌肿瘤组织,在37℃水浴锅中间隔振荡消化为单细胞。水凝胶微球与胰腺细胞在DMEM完全培养基中共培养3 d,半数细胞用4%多聚甲醛固定,鬼笔环肽和DAPI染色,普通荧光显微镜下观察微球的形态和细胞分布;剩余一半细胞用于悬浮细胞和黏附细胞计数。水凝胶微球与原代细胞在培养基中共培养7 d,用免疫荧光法观察基于水凝胶微球建立的胰腺癌原代细胞体外培养模型中的细胞组成。用石蜡包埋胰腺癌组织,随后进行石蜡组织切片,苏木精-伊红染色组织切片,用显微镜观察胰腺癌组织结构。结果·水凝胶微球大小均一,微球粒径约200μm,293T细胞的增殖曲线表明水凝胶微球具有良好的生物相容性。水凝胶微球与胰腺细胞系共培养结果表明水凝胶微球表面具有较强的细胞亲和力,能够为胰腺细胞提供支撑点,使其黏附在微球表面正常生长。水凝胶微球与消化后的胰腺癌新鲜组织单细胞共培养成功建立胰腺癌体外3D培养模型。该模型具有与胰腺肿瘤组织相似的细胞组成,包含胰腺导管上皮细胞、相似比例的肿瘤干细胞、内皮细胞、成纤维细胞等。结论·基于水凝胶微球建立的胰腺癌原代细胞3D培养模型具有胰腺癌肿瘤微环境的重要特征。

以水凝胶微球装载罗哌卡因改善切口痛的有效性及安全性

目的:评价以微流控法制备的明胶水凝胶微球用于装载罗哌卡因治疗切口痛的有效性及安全性。方法:通过微流控技术制备水凝胶微球,利用共轴剪切作用获取甲基丙烯酰化明胶(GelMA)液滴,待循环冷冻后经紫外光固化得到水凝胶微球。通过共孵育将罗哌卡因装载入水凝胶微球,用光学显微镜及扫描电子显微镜观察微球表面特征,以透析法检测其体外释放速率。将L-929和SH-SY5Y细胞分别分为0.9%氯化钠溶液对照组(Ctr组)、水凝胶微球组(GelMA组)、罗哌卡因组(R组)、水凝胶微球罗哌卡因组(Gel-R组),用CCK8法和Calcein/PI活/死染色法分别检测细胞的增殖和存活情况。将SD大鼠随机分为空白对照2组(Ctr 2组)、微球2组(GelMA 2组)、罗哌卡因2组(R 2组)、水凝胶微球罗哌卡因2组(Gel-R 2组),行为学采用切口痛模型,以vonfrey法测定大鼠机械痛阈值。取大鼠足底切口处及心、肝、肾组织,以HE染色法检测组织相容性。结果:以微流控技术制备的水凝胶微球有形状圆润、粒径分布集中的特点,且具有疏松多孔的结构,具备装载并缓慢释放罗哌卡因的功能。细胞实验中,CCK8法结果提示Gel-R 2组毒性低于R组(P<0.05)。活/死染色结果显示,在培养的5 d时间里,R组较其他组出现更多死亡细胞。行为学结果提示,Gel-R组在整个切口愈合过程中均表现出镇痛作用。HE染色法显示,各切口处组织没有明显组织损伤及炎症反应,脏器未见明显病理表现。结论:以微流控法制备的明胶水凝胶微球具有形貌整齐、结构完整的属性,并在动物模型和细胞实验中验证了其可以延长罗哌卡因作用时间,且具有良好的生物相容性。

双网络微球水凝胶对Cu^(2+)的吸附行为研究

工业的迅速发展导致水体环境污染问题也愈加严重,针对重金属废水的处理极为迫切。以海藻酸钠微球为基质,合成出海藻酸钙和聚丙烯酰胺双网络结构的NH2-SA/PAM微球水凝胶。通过扫描电镜、红外光谱、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征可知,该凝胶具有多孔网络结构,具有大量的羟基、氨基等活性位点,能实现离子在凝胶内部的快速扩散。通过对Cu^(2+)的吸附实验可知,NH2-SA/PAM微球水凝胶具有较好的吸附性能,基于Langmuir模型,在30℃下qmax为265.31mg/g,在100min内便达到吸附平衡的80%,通过均相表面扩散模型(HSDM)其凝胶内部的扩散系数Ds为2.83×10^(-11)m/s。该NH2-SA/PAM对Pb^(2+)、Cd^(2+)、Zn^(2+)、Mn^(2+)、Ni^(2+)和Cu^(2+)均有较好的吸附性能,其分配系数与离子电负性具有较大关系。此外,通过XPS对NH2-SA/PAM吸附Cd^(2+)前后样品进行分析,发现凝胶主要通过氨基和羟基对Cd^(2+)进行配位吸附。以上实验说明NH2-SA/PAM微球水凝胶在处理水体中重金属污染方面有着巨大的潜力。

口服双氯芬酸钠pH敏感性水凝胶球研究

目的:以N-琥珀酰壳聚糖、海藻酸钠为载体,制备口服双氯芬酸钠pH敏感性水凝胶小球,并考察该水凝胶小球在不同pH环境中的释放行为。方法:通过正交试验优选口服双氯芬酸钠pH敏感性水凝胶小球最佳制备工艺。采用红外光谱和电子显微镜扫描对其进行结构表征,并考察该水凝胶小球在体外不同pH环境、人工胃液及人工肠液中的释放行为,揭示其在体外不同环境中的pH敏感性释放机制。结果:该水凝胶小球最佳处方组成为:N-琥珀酰壳聚糖浓度为1%(w/v),海藻酸钠浓度为1%(w/v),氯化钙浓度为1.5%(w/v),药物与海藻酸钠质量比为3∶5(g/g);口服双氯芬酸钠pH敏感性水凝胶小球具有明显的pH敏感性,在人工胃液中3 h的累积释放度小于22%,在人工肠液中11 h的累积释放度可达98%。结论:口服双氯芬酸钠pH敏感性水凝胶小球可望成为具有时辰药理学特性的pH敏感性肠道释药系统。

反相微乳液聚合制备聚丙烯酰胺水凝胶微球研究

以油酸/Span20/OP10为复合乳化剂,柴油为连续相,采用反相微乳液聚合制备了聚丙烯酰胺水凝胶微球.通过微乳面积等值图、拟三元图确定出体系中乳化剂最佳比例为w(油酸)∶w(Span)∶w(OP10)=41∶31∶28;在最佳聚合点处,油相、乳化剂相、水相分别占体系质量的34.62%,15.38%,50.00%.应用冷冻蚀刻透射电子显微镜、扫描电子显微镜及动态光散射分别对聚合前后的微乳液体系进行表征,可以看出聚合前微乳液中存在大量反胶束(团)(10nm以下)及溶胀胶团(约50nm)结构,聚合后得纳米级水凝胶微球,前后尺寸相差不大.同时测定油酸/Span20/OP10复合乳化剂水溶液与桩西原油之间的界面张力并与反相微乳聚合常规乳化剂的结果进行对比,发现前者界面张力较低,能够起到驱油用表面活性剂的作用.

高强度聚乙烯醇水凝胶微球的制备

以三氯甲烷/丙酮为凝固液,用高压静电技术制备了高强度、物理交联的聚乙烯醇(PVA)水凝胶微球.研究了凝固液组成、PVA溶液浓度、温度和湿度、电场强度、进样速度及微球冷冻次数等对PVA微球的形貌、粒径和强度的影响.结果表明,采用常压水蒸气控制PVA溶液温度与湿度的高压静电技术,可克服高浓度PVA溶液在强电场下出现微丝现象,形成的水凝胶微球具有强度高、粒径在一定范围内可控的特点.

尼莫地平缓释水凝胶微球的制备

目的:研究瓜尔胶-丙烯酰胺接枝聚合物水凝胶微球的制备工艺,并以尼莫地平为模型药物考察其体外释放特性。方法:选择搅拌速度、交联剂用量、聚合物浓度、乳化剂用量、油/水比5个因素作为考察对象,通过L16(45)正交设计实验优化制备工艺,并在电镜下观察微球形态,用HPLC法测定微球的载药量及累计释药量。结果:5因素对微球制备工艺的影响依次为交联剂用量>乳化剂用量>聚合物浓度>搅拌速度>水/油比。经过优选制得的尼莫地平水凝胶微球,球形度较好,表面较光滑。载药量为(1.40±0.27)％。体外释药结果表明,一级动力学方程及Higuchi方程均能较好地对其进行拟合。结论:本法工艺稳定可行,所得尼莫地平水凝胶微球具有良好的缓释效果。

葡聚糖水凝胶微球的制备与表征

采用反相微乳液交联法,以葡聚糖天然高分子为原料,制备了一系列基于葡聚糖的水凝胶微球。葡聚糖通过高碘酸钠氧化进行醛基化修饰,进一步与乙二胺发生还原胺化反应进行交联;交联反应在以失水山梨酸酯类(Span 80/Tween 80)表面活性剂复配体系作为乳化剂、环己烷为油相构成的油包水型反相微乳液中进行。表面活性剂复配体系的组分配比是影响该葡聚糖水凝胶微球的粒径及形貌的重要因素,研究结果表明,随着表面活性剂复配体系的亲水亲油平衡值(HLB value)增加,微球粒径呈现先减小而后增大并基本保持不变的趋势;当该复配表面活性剂的HLB=5.27(即,m(Tween 80)/m(Span 80)=10)时,获得的葡聚糖凝胶微球粒径最小且平均粒径为(21.6±1.65)μm,粒径分布在15~28μm之间。

双氯灭痛壳聚糖水凝胶微球的制备及其性能研究

在Span80与植物油形成的反相胶束体系中,通过戊二醛交联制备出壳聚糖水凝胶微球(CHM)。采用红外光谱和透射电镜等方法对CHM结构及粒子形态进行了研究。同时对CHM的溶胀度及其对模型药物双氯灭痛的体外释放行为进行了考察。结果表明,CHM具有较好的控制药物释放的作用。交联程度对微球粒径、溶胀度及药物释放性能影响较大。

蛋白质复合水凝胶微球的制备及其药物缓释行为

以大豆分离蛋白(SPI)的氢氧化钠溶液为水相,石油醚为油相,丙烯酸为单体,采用反相微悬浮聚合制备蛋白质/高分子复合水凝胶微球.通过扫描电子显微镜进行复合凝胶微球表征.探讨了大豆分离蛋白与丙烯酸的不同配比对复合水凝胶微球制备的影响,并以苯扎氯铵为模拟药物,考察了复合水凝胶微球对苯扎氯铵的缓释行为.研究表明:调整单体加入量可使微球直径控制在1~5mm范围;微球表面粗糙,内部孔洞结构明显;微球的苯扎氯铵吸附效果较高,单体投入量1.2mL时吸附效果最好,达到26.92mg/g,总计释放率可达约75%.结果表明,水凝胶微球的直径可控,在药物缓释领域具有一定的应用价值.

不同条件对SA/GT/CS三元复合水凝胶微球溶胀性能的影响

将海藻酸钠／明胶共混液滴入含有CaC12的壳聚糖醋酸溶液中，制备出SA／CS／GT三元复合水凝胶微球。改变SA／GT的质量配比、盐离子浓度、温度，考察不同条件下对复合微球溶胀度的影响。结果表明：当SA：GT质量比为10：0．6、10：0．8，CaC12浓度为3％～4％，所成微球的溶胀性能较好；随温度的升高，溶胀度不断增大。

反相微乳液交联法制备葡聚糖水凝胶微球的粒径调控

基于天然高分子的水凝胶微球因具有良好的生物相容性,作为生物材料得到了广泛应用。本文采用反相微乳液交联技术制备了一系列葡聚糖水凝胶微球,并探讨了反相微乳液体系中表面活性剂的亲水亲油平衡值(HLB值)、乳化方式、水油相体积比(φ)、水相与表面活性剂的摩尔比(R0)等因素对该葡聚糖水凝胶微球形貌及粒径的影响情况。结果表明:采用环己烷(CYH)/Span 80-Tween 80/醛基化葡聚糖(Dex-CHO)乳液体系制备所得葡聚糖水凝胶微球的粒径在400nm^70μm之间可调;相对于机械搅拌乳化,超声波乳化条件下获得的凝胶微球具有更小的粒径,且当复配乳化剂m(Tween 80)/m(Span 80)=0.10、HLB值=5.27、φ=1/6时,获得的凝胶微球粒径最小(约422nm);葡聚糖凝胶微球的粒径随着R0值的增加呈现增大趋势。该葡聚糖水凝胶微球粒径可控,是一类天然高分子水凝胶,有望作为载体材料应用于生物医学领域。

石杉碱甲水凝胶微球的制备及体外释放评价

以羟丙基甲基纤维素为原料,二乙烯基砜为交联剂,采用反相悬浮聚合法制备水凝胶微球。采用透射电子显微镜、纳米粒度仪对微球的粒径、形态进行表征。采用超滤离心法收集载药微球,透析袋法考察体外释放度。研究表明,制备的水凝胶微球粒径分布均匀,分散性好,载药量达到3. 8%以上。石杉碱甲水凝胶微球能够缓释石杉碱甲约400 min,所制备的水凝胶微球对石杉碱甲具有一定的缓释作用。