通过静电纺丝技术制备壳聚糖-甲基纤维素混合物基冬青油渗透透皮贴片

《Macromolecular Symposia》：Development of Chitosan-Methylcellulose Blends-Based Wintergreen Oil Infused Transdermal Patches via Electrospinning

本研究通过电纺技术制备了含有冬青油的壳聚糖-聚乙烯氧化物三元复合物（CPM）和二元复合物（CP）纤维贴片，发现CPM纤维结构更致密，油负载能力更强，且体外释放可持续至180分钟内累积释放70%，优于CP贴片的50%。FTIR和TGA分析证实了冬青油的负载及热稳定性差异，为透皮镇痛贴片开发提供了新思路。

　　本研究探讨了基于壳聚糖的静电纺丝纤维贴片在加入冬青精油后，其用于经皮止痛治疗的特性。通过扫描电子显微镜（SEM）分析，发现经过适当化学处理后的最终贴片呈现出更密集的纤维结构。进一步的吸收实验表明，三元壳聚糖-聚乙烯醇-甲基纤维素（CPM）纤维贴片相比二元壳聚糖-聚乙烯醇（CP）贴片具有更高的精油负载能力，这与前者更密集的形态结构相关。傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实了冬青精油成功地被纳入纤维基质中，而热重分析（TGA）则展示了聚合物基质在加入精油后的加速热降解趋势。体外释放实验结果显示，两种贴片均表现出持续释放冬青精油的特性，其中负载冬青精油的CPM贴片释放量更高，这归因于其增强的纤维结构和孔隙率。这些发现突显了静电纺丝纤维贴片在经皮止痛管理中的潜力。

在现代医学领域，经皮贴片作为非侵入式药物输送系统的一种重要形式，其主要目的是通过皮肤局部给药，从而让药物进入全身循环。近年来，随着技术的发展，出现了多种先进的经皮贴片，包括具有剂量监测功能和可通过可穿戴电子设备调节药物释放的贴片。静电纺丝技术是一种广泛使用的手段，用于制备纳米纤维，其通过施加电场，能够生成极细的纤维，具有极高的表面积与体积比，从而在药物输送中表现出独特的优势。静电纺丝纤维因其优异的物理和化学特性，常被用于药物输送、组织工程、纺织品、空气和水过滤、食品包装薄膜以及伤口愈合等领域。

壳聚糖（CH）作为一种源自甲壳素的天然多糖，经过部分脱乙酰化处理后，具有良好的生物相容性、可降解性和固有的抗菌特性。这些特性使其在生物医学领域受到广泛关注。此外，壳聚糖的功能化处理能够进一步提升其生物性能，使其在多种应用中更具优势。在静电纺丝过程中，壳聚糖通常需要在适当的溶剂中溶解，以形成稳定的溶液。与其他合成或天然聚合物混合后，壳聚糖能够展现出更优异的性能。聚乙烯醇（PEO）是一种常见的与壳聚糖混合使用的聚合物，因其良好的可纺性、适宜的粘度以及广泛存在的分子量和分布范围，能够生成均匀稳定的纤维。甲基纤维素（MC）则是一种从纤维素衍生而来的生物相容性非毒性聚合物，因其良好的物理化学性质和作为纤维素基纳米材料的潜力，也被用于静电纺丝。冬青精油以其高含量的水杨酸甲酯而著称，具有显著的抗炎和止痛特性，因此，将其纳入静电纺丝纤维中，为经皮止痛贴片的开发提供了新的思路。

本研究旨在探讨并优化由壳聚糖、聚乙烯醇和甲基纤维素组成的静电纺丝纤维贴片在经皮止痛治疗中的应用潜力。通过一系列实验，包括形态学分析、红外光谱分析、精油吸收能力测试、热重分析以及体外释放实验，对这些纤维贴片的性能进行了全面评估。研究结果表明，经过化学处理后的纤维贴片表现出更密集的结构，这不仅改变了其外观，还显著影响了其功能特性。通过SEM分析，可以观察到两种贴片在中和处理前后的形态变化，其中三元组分的贴片（CPM）在中和后形成了更加紧密的纤维网络，而二元组分的贴片（CP）则在中和后出现了一些纤维坍塌或融合的现象，导致其结构更加松散。这种结构的变化可能是由于中和过程中去除的溶剂（乙酸）所引起的。

红外光谱分析进一步验证了这些纤维贴片中不同聚合物成分的存在，以及冬青精油的成功负载。研究发现，无论是CP还是CPM纤维贴片，其红外光谱均表现出相似的特征，且在加入冬青精油后，其光谱中出现了与水杨酸甲酯相关的吸收峰，这表明精油确实被成功地引入到纤维基质中。此外，通过FTIR分析，还可以观察到壳聚糖、聚乙烯醇和甲基纤维素在纤维贴片中的协同作用，进一步确认了其在经皮止痛中的应用前景。

在精油吸收能力测试中，研究发现三元组分的CPM贴片相比二元组分的CP贴片表现出更强的油吸收能力。这种能力的增强可能与CPM贴片更密集的纤维结构和更大的孔隙率有关，使得其能够更有效地保留冬青精油。此外，通过热重分析（TGA），研究者发现不同组分的纤维贴片在加热过程中表现出不同的热降解行为。加入冬青精油后，其热降解过程出现了明显的改变，特别是在200°C左右的阶段，可能与精油本身的分解有关。而随着温度的进一步升高，壳聚糖和聚乙烯醇的热降解过程也有所改变，这表明精油的加入对纤维贴片的热稳定性产生了一定的影响。

体外释放实验的结果表明，两种贴片均表现出持续释放冬青精油的特性，其中CPM贴片的累积释放率显著高于CP贴片。CP-WG贴片在180分钟内释放了约50%的冬青精油，而CPM-WG贴片则达到了约70%的释放率。这种释放行为的差异可能与CPM贴片更紧密的纤维结构和更大的表面积有关，使得其能够更有效地促进精油的扩散和释放。同时，研究还发现，CPM贴片在释放过程中没有出现明显的释放平台，这表明其释放行为更加持续和可控，可能更适合用于需要长期释放止痛成分的应用场景。

通过本研究的实验结果，可以得出以下结论：静电纺丝纤维贴片在经皮止痛治疗中具有广阔的应用前景。其中，三元组分的CPM贴片在油负载能力和释放行为方面表现出更优的性能，这主要归因于其更紧密的纤维结构和更高效的精油扩散机制。此外，中和处理对纤维贴片的形态和性能产生了重要影响，使得其在实际应用中更加稳定和有效。因此，这种基于壳聚糖的静电纺丝纤维贴片有望成为一种高效的经皮止痛治疗平台，为未来的研究和开发提供了重要的理论和实践基础。

在实验方法部分，研究者详细描述了材料的准备、纤维贴片的制备、扫描电子显微镜（SEM）分析、傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析、精油吸收能力测试、热重分析（TGA）以及体外释放实验的具体步骤。其中，材料的准备包括壳聚糖、聚乙烯醇、甲基纤维素、磷酸盐缓冲液（PBS）、Triton X-100等，这些材料均来自可靠的供应商。纤维贴片的制备过程涉及将不同比例的聚合物溶解在乙酸溶液中，并通过静电纺丝技术生成纤维。随后，通过中和处理和清洗步骤，进一步优化了纤维贴片的性能。在进行SEM和FTIR分析时，研究者使用了高分辨率的仪器，以确保数据的准确性和可靠性。

为了评估精油的吸收能力，研究者采用了称重法，通过比较纤维贴片在负载前后的重量变化，计算其吸油率。实验结果显示，CPM-WG贴片的吸油能力显著高于CP-WG贴片，这与CPM贴片更紧密的纤维结构和更大的孔隙率密切相关。在热重分析中，研究者对不同组分的纤维贴片进行了温度梯度下的重量损失分析，以评估其热稳定性。实验结果表明，加入冬青精油后，纤维贴片的热降解过程出现了明显的变化，特别是在较低温度下，精油的挥发可能加速了整个系统的热分解。

在体外释放实验中，研究者采用了一种标准化的释放介质（1× PBS加0.5% Triton X-100），并在恒温条件下对贴片进行了释放测试。通过定期取样和分析，研究者获得了不同时间点下的释放数据，并计算了累积释放率。结果显示，CPM-WG贴片在释放过程中表现出更持久和更高效的释放特性，这可能是由于其更稳定的纤维结构和更大的表面积所致。相比之下，CP-WG贴片的释放曲线在125分钟后趋于稳定，表明其释放行为可能更加短暂和可控。

研究者还对实验数据进行了统计分析，以确保结果的可靠性和重复性。每组实验均进行了三次重复，结果以平均值和标准差的形式呈现，以反映数据的波动情况。此外，实验过程中还采用了多种仪器和方法，以确保不同实验条件下的数据一致性。例如，在进行SEM分析时，使用了导电碳胶固定样品，并通过溅射镀膜技术在样品表面覆盖了一层金膜，以防止静电干扰。而在进行FTIR分析时，样品被置于红外光谱仪中，并在特定条件下采集了32次光谱数据，以确保结果的准确性。

本研究的实验设计充分考虑了不同因素对纤维贴片性能的影响，包括纤维的组成、中和处理、以及精油的负载方式。通过这些实验，研究者不仅验证了纤维贴片的物理化学特性，还进一步探讨了其在实际应用中的表现。此外，研究还强调了不同处理步骤对纤维贴片结构和性能的重要性，例如中和处理对纤维形态的影响，以及清洗步骤对去除残留溶剂的作用。这些步骤共同作用，使得最终的纤维贴片在形态和功能上都得到了优化。

在实验过程中，研究者还注意到了一些值得注意的现象，例如在中和处理后，纤维贴片的颜色发生了变化，这可能是由于乙酸的去除导致了纤维结构的改变。此外，在热重分析中，不同组分的纤维贴片表现出不同的热降解行为，这表明其热稳定性存在差异。通过这些分析，研究者能够更深入地理解纤维贴片在不同条件下的行为，从而为其在经皮止痛中的应用提供理论依据。

综上所述，本研究通过系统的实验设计和分析，揭示了基于壳聚糖的静电纺丝纤维贴片在经皮止痛治疗中的潜力。研究结果表明，三元组分的CPM贴片在油负载能力和释放行为方面均优于二元组分的CP贴片，这为未来开发更高效的经皮止痛贴片提供了重要的参考。同时，研究还强调了中和处理和纤维结构优化对贴片性能的关键作用，表明这些因素在实际应用中具有不可忽视的影响。因此，本研究不仅为经皮止痛治疗领域提供了新的思路，也为静电纺丝技术在药物输送中的进一步应用奠定了基础。