柠檬酸淀粉改性水凝胶作为新型药物载体的缓释性能研究及其在黏膜给药中的应用

为解决亲水性凝胶中阳离子药物缓释效果不佳的问题，波兰弗罗茨瓦夫医科大学团队通过将柠檬酸酯化淀粉(Citrate Starch, CS)与甲基纤维素(MC)、聚丙烯酸(C980)和交联聚丙烯酸酯(AV)复合，系统研究了其对亚甲蓝(MB)的缓释动力学。研究发现CS/10/120（10%柠檬酸改性淀粉）显著延长MB释放时间达240分钟，其释放机制符合超案例II传输模型（β>1.0），FTIR证实CS与聚合物及MB存在羧基-胺基相互作用。该研究为黏膜给药系统设计提供了新型辅料选择策略。

　　

在药物递送领域，亲水性凝胶因其优异的生物相容性和载药能力成为研究热点，但其易被体液冲刷导致药物突释的问题始终未得到根本解决。特别是阳离子药物如抗菌剂亚甲蓝(MB)，由于与常规凝胶基质相互作用弱，难以实现理想的缓释效果。与此同时，天然淀粉虽具备可降解、低毒性等优势，但未经改性的淀粉缺乏功能性基团，无法有效调控药物释放动力学。这些瓶颈问题严重限制了水凝胶在创面敷料和黏膜给药等场景的应用。

为突破这一技术壁垒，波兰弗罗茨瓦夫医科大学物理化学与生物物理系的Justyna Kobryń和Witold Musia?团队创新性地将柠檬酸酯化淀粉(Citrate Starch, CS)引入凝胶体系。研究人员通过干法酯化工艺，用2.5%和10%(w/w)柠檬酸在120°C下对马铃薯淀粉进行交联改性，制备出具有不同羧基密度的CS/2.5/120和CS/10/120。随后将其分别掺入三种典型凝胶基质——非离子型的甲基纤维素(MC)、阴离子型的聚丙烯酸(Carbopol? 980 NF, C980)和交联聚丙烯酸酯(Aristoflex? Velvet, AV)中，系统考察了MB的释放行为。这项开创性研究近期发表在《Scientific Reports》期刊。

研究团队采用多学科交叉的研究方法：通过桨法溶出实验（ERWEKA DT 700）在pH 5.5磷酸盐缓冲液中模拟体内释放环境；采用UV-Vis光谱（Jasco V-530）定量MB释放量；运用零级、一级、二级动力学模型以及Higuchi、Korsmeyer-Peppas和Weibull模型解析释放机制；结合ATR-FTIR（Nicolet 380）和扫描电镜（ZEISS EVO LS15）揭示材料相互作用与形貌特征。

【释放动力学研究】
实验数据显示，CS的引入显著改变了MB释放曲线：在MC基凝胶中，CS/10/120使MB释放量降低40%，释放过程最符合Higuchi模型（r²=0.975），表明扩散主导机制；而在C980和AV基凝胶中，CS/10/120使释放半衰期延长至127分钟和112分钟，Korsmeyer-Peppas模型的释放指数n>1.0，Weibull形状参数β达1.478-1.761，证实存在聚合物溶胀和链松弛主导的超案例II传输。这种差异源于CS与不同聚合物的协同效应——MC缺乏活性基团，主要依赖物理包埋；而C980/AV的羧基与CS及MB形成多重相互作用网络。

【pH与分子相互作用】
pH测定发现CS/10/120使所有凝胶pH降低1.15个单位，这与羧基密度呈正相关。FTIR谱图中1718 cm^-1（C=O）和1545 cm^-1（C=N）特征峰位移证实了MB的胺基与CS羧基形成离子键，而C980/AV基凝胶中624 cm^-1（C-S）峰的消失则揭示了聚合物与淀粉的共价交联。特别值得注意的是，MB在MC基凝胶中主要与淀粉作用，而在C980/AV基凝胶中优先与聚合物结合，这种层级相互作用为精准调控释放提供了新思路。

【结构表征】
SEM图像显示改性显著改变淀粉形貌：CS/2.5/120呈现多孔结构（孔径~400 nm），而CS/10/120因高温酯化导致颗粒坍塌，形成非晶态占比97%的无规结构（PXRD验证）。这种结构差异直接影响药物负载——高取代CS的疏松网络更利于MB嵌入，其吸附量达38.7 mg/g（前期研究数据）。

该研究通过系统的制剂学与表征分析，确立了CS作为功能性辅料的三大优势：（1）羧基密度可精确调控释放速率；（2）与合成聚合物产生协同缓释效应；（3）适用于pH 3-8的黏膜环境。特别是AV-CS/10/120组合展现出最优性能，4小时累积释放率仅23.5%，较空白凝胶降低62%。这些发现不仅为设计新型黏膜给药系统提供了理论依据，更开辟了天然高分子改性在精准医疗中的应用前景。正如作者在讨论中指出，该方法可拓展至其他阳离子药物（如利多卡因、氯己定），通过调节CS取代度和聚合物类型实现"按需释药"，这对慢性创面治疗和口腔黏膜病变管理等场景具有重要转化价值。