编辑推荐：
为解决 4 - 氨基苯乙酮（4-AAP）缓释难题，研究人员以甘蔗渣制备双醛纤维素（DAC），与壳聚糖（Ch）反应制备水凝胶用于 4-AAP 负载与缓释研究。结果显示该水凝胶能有效缓释 4-AAP，为药物递送及可持续材料开发提供新思路。
在药物研发的广阔领域中，持续稳定的药物释放一直是科研人员努力攻克的关键难题。传统药物释放方式，要么释放速度过快，导致药物在体内迅速代谢，无法维持有效的治疗浓度；要么难以精准控制释放量，容易造成药物浪费或剂量不足。对于像 4 - 氨基苯乙酮（4-AAP）这样的药物来说，其在医药领域有着重要应用，但由于高溶解度，实现其持续稳定释放更是难上加难。与此同时，随着环保意识的增强，可持续发展理念逐渐渗透到各个领域，在药物载体材料的选择上，人们也越来越倾向于使用可再生、环保的原料。然而，目前大多数药物载体材料要么生物相容性差，要么来源不可持续，这给药物研发带来了新的挑战。
为了应对这些挑战，来自埃及国家研究中心（National Research Centre, Egypt）的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们利用甘蔗渣这种常见且廉价的农业废弃物，制备出双醛纤维素（DAC），并将其与壳聚糖（Ch）通过席夫碱反应制备成水凝胶，用于 4-AAP 的负载和持续释放研究。该研究成果发表在《BMC Chemistry》杂志上，为药物递送系统的发展和可持续资源的利用开辟了新的道路。
研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。在材料制备方面，通过一系列化学处理从甘蔗渣中提取 α- 纤维素，再经微波辅助氧化制备 DAC；采用溶液混合法，将 DAC 与壳聚糖反应制备水凝胶，并负载 4-AAP。在材料表征和性能测试上，利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X 射线衍射（XRD）等技术对材料结构进行分析；通过溶胀实验、药物负载和释放实验，研究水凝胶的性能；运用密度泛函理论（DFT）计算，从理论层面探究水凝胶的稳定性和反应活性。
双醛纤维素 / 壳聚糖席夫碱水凝胶机制
研究发现，制备的 DAC 氧化度为 28.57%，其C=O与壳聚糖和 4-AAP 的NH2通过席夫碱反应形成亚胺键（C=N）。通过 DFT 计算可知，4-AAP@DAC/Ch 水凝胶相较于其单个组分和 DAC/Ch，具有更稳定的结构和更强的化学反应活性。其较低的 HOMO-LUMO 能隙（Eg）、更负的化学势（Pi）值等，都表明了 DAC、壳聚糖和 4-AAP 之间存在强相互作用，这为水凝胶的性能提供了理论支持。
XRD 研究
XRD 分析显示，DAC 的结晶度较高，这是由于氧化过程中形成的稳定组合所致。但与纤维素相比，其结晶度指数（Cr.I）从 43% 降至 34% ，这是因为氧化导致纤维素链降解和结构改变。这一结果表明，氧化过程对 DAC 的结构和性能产生了显著影响。
FTIR 光谱分析
FTIR 光谱表明，纤维素具有特定的吸收峰，而 DAC 在此基础上出现了对应醛基和半缩醛键的新吸收峰。在 DAC/Ch 水凝胶中，醛基峰消失，出现了亚胺键的特征峰，证明席夫碱反应成功发生。此外，4-AAP@DAC/Ch2 中 O-H 基团的位移，显示出 4-AAP 与 DAC/Ch 之间存在强氢键作用，这进一步影响了水凝胶的性能。
溶胀研究
溶胀实验结果显示，水凝胶的溶胀比随时间变化呈现先快速增加后缓慢达到平衡的趋势。4-AAP@DAC/Ch2 的溶胀比最大，这归因于 4-AAP 的亲水性和其与 DAC 之间的强静电相互作用。通过对不同动力学模型的分析发现，4-AAP@DAC/Ch2 符合准二级动力学模型，且表现出非菲克扩散，这揭示了水凝胶的溶胀和扩散机制。
药物负载和药物释放研究
药物负载研究表明，4-AAP@DAC/Ch1 和 4-AAP@DAC/Ch2 的药物负载量（DL4?AAP）分别为 94.40% 和 90.14%，过高的 4-AAP 浓度并不能提高负载量，存在饱和限制。药物释放实验显示，两种水凝胶均呈现初始突释后缓慢释放的特点。4-AAP@DAC/Ch1 的释放符合 Hixson-Crowell 模型，4-AAP@DAC/Ch2 符合零级模型，且二者均表现出菲克扩散。这说明不同水凝胶的药物释放机制存在差异，受多种因素影响。
SEM 分析
SEM 分析显示，纤维素氧化后从长杆状变为小杆状，DAC/Ch 水凝胶具有多孔结构，而 4-AAP 的加入使 4-AAP@DAC/Ch1 和 4-AAP@DAC/Ch2 的孔隙消失。EDX 分析则揭示了不同水凝胶中原子的百分比，为研究水凝胶的结构和组成提供了直观依据。
综合上述研究结果，研究人员成功制备了基于甘蔗渣的 DAC/Ch 水凝胶，并用于 4-AAP 的负载和缓释。该水凝胶具有良好的生物相容性和可持续性，为药物递送系统提供了新的选择。然而，目前的研究也发现了一些问题，如 4-AAP@DAC/Ch2 虽然药物负载量高，但释放效率较低，可能存在饱和效应和药物保留不佳的情况。未来需要进一步优化水凝胶的结构、药物负载和释放条件，以实现更高效、更稳定的药物递送。这项研究不仅在药物递送领域取得了重要进展，还为可持续资源的利用提供了新的思路，对推动医药领域的发展和促进循环经济具有重要意义。
