聚己内酯/聚乙二醇/羟丙基甲基纤维素共混物：定制热机械性能和流变特性，用于结肠靶向递送应用的注塑胶囊

《ACS Applied Bio Materials》：Polycaprolactone/Polyethylene Glycol/Hydroxypropylmethylcellulose Blends: Tailoring Thermomechanical and Rheological Properties for Injection-Molded Capsules for Colon-Targeted Delivery Applications

靶向给药体系|聚合物混合物|pH响应材料|注射成型工艺|药物释放动力学|羟丙基甲基纤维素|结肠靶向递药|模型化合物|流变学分析|释放模型

　　
该研究聚焦于开发一种基于聚合物混合物的结肠靶向药物递送系统，通过结合聚己内酯（PCL）、聚乙二醇（PEG）和羟丙基甲基纤维素（HPMC）的三元共混体系，探索pH响应型药物释放机制。研究团队采用注射成型工艺制备聚合物胶囊，并利用甲苯胺蓝作为模型药物，系统评估了不同HPMC含量对药物释放特性的影响，同时结合流变学、热分析、红外光谱及扫描电镜等多维度表征手段验证材料性能。

在材料设计方面，HPMC的pH敏感性成为核心创新点。该聚合物在酸性环境（pH 2.5）中保持稳定，而在中性至碱性环境（pH 6.8）中显著溶胀，这种特性使其成为调控药物释放的关键材料。研究通过调整HPMC在共混物中的比例（22%、24%、34%），发现其含量与药物释放速率呈正相关。当HPMC含量达到34%时，甲苯胺蓝在24小时内即可释放73%，而低含量组别（22%和24%）的药物释放延迟超过12小时，表明HPMC的浓度直接影响聚合物基质的孔隙形成速度和溶胀程度。

工艺优化方面，采用熔融共混技术制备材料。通过调整PCL、PEG和HPMC的配比，研究团队成功获得兼具机械强度和可加工性的共混物。注射成型过程中，模具温度设定为80℃，熔融温度控制在120℃，注射压力为50 bar，这些参数的优化确保了胶囊壁的致密性和表面微孔结构的可控性。扫描电镜观察显示，高HPMC含量组（34%）的胶囊表面孔隙直径达到32.7微米，而低含量组（24%）的孔隙直径仅4.5微米，这解释了为何高HPMC组药物释放速率显著提升。

性能表征方面，流变学测试揭示了HPMC对材料粘弹性的影响。当HPMC含量从22%增至34%时，材料在80-140℃范围内的复数粘度增加约40%，且呈现非牛顿流体特性，尤其在低剪切频率下表现出屈服应力。热分析显示，共混物的热降解温度随HPMC比例增加而降低，与红外光谱中PCL特征峰强度减弱、HPMC特征峰增强的结论一致，表明材料体系中HPMC的占比直接影响其热稳定性。

药物释放机制研究揭示了双阶段释放过程：第一阶段（潜伏期）药物储存在致密的聚合物基质中，HPMC在酸性环境下保持稳定；当介质pH升至6.8时，HPMC溶胀形成贯通孔隙，触发药物释放。动态力学分析显示，随着HPMC含量增加，材料的玻璃化转变温度向低温移动，这可能增强其在胃部环境的稳定性，同时提升在肠道碱性环境中的溶胀效率。

研究创新性地建立了双参数释放模型，将药物释放过程分解为介质渗透和溶胀扩散两个阶段。第一阶段渗透速率受HPMC浓度和pH敏感性的双重影响，第二阶段扩散速率与孔隙结构密切相关。通过模拟不同pH条件下的释放行为，发现当HPMC含量达到34%时，系统在模拟结肠环境（pH 6.8）下展现出最佳药物释放性能，24小时释放率达73%，而对照组（不含HPMC）在相同条件下仅释放5%。该模型成功预测了药物释放曲线的潜伏期和平台期特征，验证了孔隙形成与药物扩散的关联性。

该成果为结肠靶向递送系统提供了新的技术路径，其注射成型工艺兼具高效性和可重复性。相较于传统乙基纤维素包衣技术，HPMC/PCL/PEG三元体系在维持胃部稳定性方面表现出更优性能，同时通过调节HPMC比例可精准控制药物释放速率。研究数据表明，当HPMC含量超过30%时，系统在24小时内可实现药物释放量的指数级增长，这对治疗需要快速起效的结肠疾病（如炎症性肠病急性发作）具有应用价值。

从产业化角度看，该研究解决了多项关键技术挑战：首先，通过熔融共混技术成功制备了相容性良好的三元共混物，避免了单一聚合物体系存在的机械强度不足问题；其次，注射成型工艺参数的优化（如模具温度、熔融时间、注射压力）确保了胶囊的尺寸均一性和表面孔隙的可控性；最后，建立的材料性能与药物释放行为的定量关系，为后续工业化放大提供了理论依据。

未来研究可进一步探索以下方向：1）开发多层结构胶囊，通过不同HPMC含量层实现阶梯式药物释放；2）结合生物可降解纳米载体技术，提升药物在肠道局部的富集效率；3）优化体外模拟系统，更精确地复现人体肠道环境的动态变化（如蠕动、混合液流变特性）。这些改进将推动该技术从实验室研究向临床应用转化。