基于P(3HB-co-4HB)与乙缩醛修饰葡聚糖的pH响应型智能薄膜制备及其可控药物释放研究

　　本研究针对传统聚羟基丁酸酯(PHB)材料在药物控释应用中存在的脆性、高结晶度及缺乏环境响应性问题，开发了一种由P(3HB-co-4HB)共聚物与乙缩醛化葡聚糖(AcDex)通过溶剂浇铸法制备的pH响应型智能薄膜。研究表明AcDex可有效降低共聚物结晶度，在酸性条件(pH 5.0)下薄膜通过乙缩醛水解产生孔道结构，使罗丹明B(RhB)释放量在中性环境(pH 7.4)基础上提升6倍，实现了对膜厚度、AcDex含量、乙缩醛化程度及环状/非环状乙缩醛比例等多参数的精确调控，为智能伤口敷料和靶向给药系统提供了创新解决方案。

　　

在生物医学材料领域，开发能够对环境刺激作出智能响应的药物输送系统一直是研究热点。特别是针对慢性伤口治疗，创面pH值的变化（如细菌感染导致的酸性微环境）为设计智能响应材料提供了独特机遇。聚羟基丁酸酯(PHB)作为一种天然来源的聚酯，虽然具有良好的生物相容性和可降解性，但其高结晶度、脆性和疏水性严重限制了其在药物控释领域的应用。

为了突破这些限制，澳大利亚新南威尔士大学化学工程学院的Vinod Kumar Kannaujiya等研究人员在《European Polymer Journal》上发表了创新性研究成果。他们巧妙地将乙缩醛修饰的葡聚糖(AcDex)与P(3HB-co-4HB)共聚物结合，通过溶剂浇铸技术制备出具有pH响应特性的智能薄膜。这种设计充分利用了AcDex的酸敏感性——在酸性环境中乙缩醛基团水解，导致薄膜形成多孔结构，从而显著增强药物释放速率。

研究采用的主要技术方法包括：通过核磁共振氢谱(¹H NMR)和凝胶渗透色谱(GPC)表征共聚物组成与分子量；利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)验证葡聚糖的乙缩醛化修饰；采用溶剂浇铸法制备复合薄膜；通过扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜形貌；使用热重分析(TGA)和差示扫描量热法(DSC)评估热学性能；通过拉伸试验测试机械性能；最后利用紫外-可见光谱(UV-Vis)监测模型药物罗丹明B(RhB)的释放动力学。

研究结果揭示了多个重要发现：

3.1. P(3HB-co-4HB)共聚物表征

通过¹H NMR分析确定共聚物组成为12:88 mol%的4HB:3HB，GPC显示其分子量(M_n)为96.5 kDa，分散性(?)为1.53。

3.2. 乙缩醛化葡聚糖的合成

成功将葡聚糖的羟基通过乙缩醛化修饰，FTIR证实羟基峰(3287 cm^?1)消失，¹H NMR显示乙缩醛化程度达66%，其中15%为非环状结构，51%为环状结构。

3.3. 薄膜制备与表征

AcDex含量增加显著提高薄膜透明度，但纯AcDex无法成膜，表明需要P(3HB-co-4HB)提供机械支撑。SEM显示20% AcDex含量以下时薄膜表面均匀，40%时出现相分离。

3.4. 薄膜性能分析

TGA显示薄膜存在三阶段降解过程，分别对应乙缩醛基团分解(171°C)、共聚物降解(274°C)和葡聚糖骨架分解(487°C)。DSC表明AcDex加入降低了共聚物结晶度和熔点。力学测试显示AcDex含量增至20%时，杨氏模量从386 MPa升至660 MPa，但断裂伸长率从10.8%降至5.93%，表明材料刚性增强但韧性下降。

3.5. pH响应行为

酸性条件(pH 5.0)下AcDex水解导致薄膜形成多孔结构，SEM证实孔径随AcDex含量增加而增大。湿态薄膜在pH 5.0下的断裂伸长率显著高于pH 7.4环境(20% AcDex薄膜从5.93%增至74.3%)。

3.6-3.9. 药物释放研究

RhB释放研究表明：0.1 mm薄膜释放速率优于0.3 mm厚膜；40% AcDex含量薄膜在pH 5.0下48小时释放率达63%，为pH 7.4环境的3倍；高非环状乙缩醛含量(29%)的AcDex2薄膜释放速率比低含量(16%)的AcDex3快1.6倍。释放动力学符合Korsmeyer-Peppas模型，表明非Fickian扩散机制主导释放过程。

研究结论表明，通过将pH响应型多糖AcDex与生物可降解聚酯P(3HB-co-4HB)结合，成功开发了一种智能药物输送平台。该薄膜在酸性环境中通过乙缩醛水解产生多孔结构，显著增强药物释放能力，且释放速率可通过薄膜厚度、AcDex含量、乙缩醛化程度和环状/非环状乙缩醛比例等多参数精确调控。这种完全生物可降解的智能材料为伤口敷料和靶向给药系统提供了新思路，特别适用于皮肤癌治疗和抗菌治疗等需对酸性微环境响应的临床应用。

该研究的创新点在于首次将AcDex的pH响应特性与P(3HB-co-4HB)的机械性能优势相结合，通过系统的材料学表征和药物释放研究，证明了这种复合材料在智能药物输送领域的应用潜力。未来研究需重点关注乙缩醛降解副产物(丙酮、甲醇)的体内安全性，以及在实际伤口环境中的治疗效果验证。