壳聚糖衍生物掺杂羧甲基纤维素基薄膜的制备与性能研究：强机械性能与快速溶解特性的协同优化

本研究针对羧甲基纤维素(CMC)薄膜机械性能差、缺乏抗菌活性的问题，通过掺杂羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(HTCC)和月桂酸-O-羧甲基壳聚糖(LA-CMCh)，成功制备出兼具优异力学性能(拉伸强度6.38 MPa，断裂伸长率39.56%)和超快溶解时间(44.56秒)的CMC/HTCC2% /LA-CMCh10% 复合薄膜。该研究为开发满足口腔速溶膜剂(ODF)关键性能要求的新型药物递送系统提供了创新解决方案。

　　

在药物递送领域，口腔速溶膜剂(Orally Disintegrating Films, ODFs)因其无需饮水吞咽的特性，特别适合老年、儿科和精神疾病患者使用。然而，作为ODFs核心基质的羧甲基纤维素(CMC)存在机械强度不足、易脆裂且缺乏抗菌功能的固有缺陷。传统改性方法如添加纳米材料或植物精油往往导致性能失衡——纳米颗粒可能引发细胞毒性，而精油则易造成薄膜表面粗糙和透光率下降。如何在不牺牲安全性的前提下，同步提升CMC薄膜的力学性能和功能特性，成为制约ODFs发展的关键瓶颈。

针对这一挑战，来自齐鲁工业大学（山东省科学院）生物基材料与绿色造纸国家重点实验室的研究团队创新性地采用两种水溶性壳聚糖衍生物——带正电荷的羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(HTCC)和两亲性的月桂酸-O-羧甲基壳聚糖(LA-CMCh)对CMC进行复合改性。相关研究成果发表在《International Journal of Biological Macromolecules》，通过系统调控添加剂比例，成功实现了薄膜力学性能与溶解速率的协同优化，为开发新一代多功能ODFs提供了重要理论依据和技术方案。

研究团队采用溶液浇铸法制备系列复合薄膜，通过流变学测试分析成膜溶液行为，结合扫描电镜(SEM)、力学测试仪、热重分析仪等表征手段系统评估了薄膜的微观结构、机械性能、热稳定性等功能指标。以盐酸洛美沙星为模型药物，采用体外释放实验考察药物释放动力学，并通过抗菌实验和细胞毒性实验验证生物安全性。

【微观结构】SEM显示纯CMC薄膜截面致密均匀，添加HTCC后表面轻微粗糙化，而LA-CMCh的引入则形成明显相分离结构。这种微观结构变化与流变学测试结果相互印证，表明LA-CMCh通过疏水相互作用形成物理交联网络。

【机械性能】当HTCC和LA-CMCh添加量分别为2%和10%时，薄膜获得最优力学性能组合：拉伸强度(TS)达6.38 MPa，较纯CMC膜提升约200%；断裂伸长率(EB)达39.56%，展现出优异的柔韧性。这种增强效应源于HTCC的阳离子特性与CMC阴离子基团的静电相互作用，以及LA-CMCh长链烷基的疏水交联作用。

【溶解性能】CMC/HTCC_2%
/LA-CMCh_10%
薄膜表现出44.56秒的超快溶解时间，远低于ODFs的1分钟临界标准。快速溶解行为归因于HTCC增强的亲水性和LA-CMCh诱导的多孔结构协同促进水分渗透。

【药物释放】以盐酸洛美沙星为模型药物的释放实验显示，10分钟内释放率超过90%，符合ODFs对快速起效的要求。释放动力学分析表明该过程受异常传输机制(anomalous transport)控制，即药物扩散与聚合物松弛的协同作用。

【生物安全性】细胞毒性实验证实所有复合薄膜对L929成纤维细胞的存活率均高于90%，且对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌圈直径分别达7.8 mm和6.5 mm，实现了安全性与抗菌功能的统一。

该研究通过分子设计策略成功解决了CMC基ODFs机械强度与快速溶解特性的矛盾问题。CMC/HTCC_2%
/LA-CMCh_10%
薄膜的综合性能指标完全满足药用膜剂要求，其阳离子特性还能促进药物通过口腔黏膜吸收。特别值得注意的是，研究中建立的"流变性能-微观结构-宏观功能"关联模型，为理性设计聚合物基药物载体提供了新思路。这项工作不仅推动了ODFs材料体系的创新发展，其揭示的"静电相互作用-疏水交联"协同增强机制对功能性生物高分子材料的设计具有普适性指导意义。