荧光壳聚糖-铕掺杂羟基磷灰石微球用于药物控释与生物成像的多功能研究

为解决羟基磷灰石(HAp)纳米颗粒药物突释问题，研究人员开发了荧光壳聚糖(CS)-铕(Eu3+)掺杂HAp微球体系。通过水热法合成HAp:xEu3+/CS复合微球（0≤x≤0.2），显著降低环丙沙星(CP)初始突释率至18%（30分钟），并实现65%药物的缓释。该体系兼具荧光示踪功能，为兼具治疗监测功能的药物递送系统提供了新策略。

　　

在生物医学领域，药物递送系统面临两大核心挑战：一是传统载体如羟基磷灰石(HAp)纳米颗粒因比表面积大导致的药物突释现象，二是缺乏实时监测药物分布的技术手段。羟基磷灰石虽具有优异的生物相容性和骨整合能力，但其纳米颗粒在10分钟内可释放65%的药物，严重影响治疗效果。与此同时，壳聚糖(CS)作为天然多糖虽能改善药物缓释性能，却无法提供治疗过程的可视化追踪。

针对这些关键问题，YachayTech大学的研究团队创新性地将稀土元素铕(Eu³⁺)掺杂技术与生物材料相结合，开发出具有荧光示踪功能的药物载体系统。研究成果表明，HAp:xEu³⁺/CS复合微球不仅将环丙沙星的初始突释率降低至18%，还通过荧光增强效应实现了载药过程的实时监测，相关成果发表在《Carbon Trends》期刊。

研究采用水热法合成Eu³⁺掺杂HAp纳米颗粒，通过静电相互作用与壳聚糖自组装形成微球，并采用冷冻干燥技术保持多孔结构。利用紫外可见光谱(UV-Vis)建立环丙沙星定量分析方法，结合荧光显微镜和光致发光光谱评估材料的荧光特性。扫描电镜(SEM)和能量色散X射线谱(EDX)证实了Eu³⁺在微球中的均匀分布。

【材料表征】
SEM显示冻干微球表面呈现多孔结构，孔径分布有利于药物负载。EDX元素图谱证实P、Ca和Eu的均匀分布，其中Eu³⁺掺杂浓度最高达0.2时仍保持晶体结构稳定性。FTIR光谱在961cm^-1处出现PO₄^3-特征峰，而1647cm^-1处的酰胺I带证明壳聚糖成功包覆。

【荧光性能】
荧光显微镜观察到HAp:0.2Eu³⁺/CS微球在蓝光激发下发出均匀红光，载药后荧光强度增强2.3倍。光致发光光谱显示405nm激发下，615nm处出现典型Eu³⁺发射峰，证实稀土离子的成功掺杂产生了荧光特性。

【药物释放】
释放动力学研究表明，纯HAp在30分钟内释放76%环丙沙星，而HAp:xEu³⁺/CS微球仅释放18-40%。释放数据符合伪二级动力学模型，表明药物通过化学键合作用固定在微球基质中。Eu³⁺掺杂浓度(x=0.05-0.2)对释放速率无显著影响，但显著提高了载药微球的荧光强度。

该研究成功构建了集药物控释与荧光示踪于一体的多功能递送系统。HAp:xEu³⁺/CS微球通过化学键合与孔隙吸附双重机制，将环丙沙星突释率降低至传统HAp载体的1/4，同时Eu³⁺掺杂产生的荧光特性使药物释放过程可视化成为可能。这种"治疗-诊断"一体化设计为感染性骨病等需长期给药的临床场景提供了新思路，其独特的荧光增强效应还可用于精准医疗中的给药定位监测。研究不仅解决了生物材料领域药物突释的技术瓶颈，还为实时监测治疗过程提供了创新方法，具有重要的转化医学价值。