硅烷交联氧化石墨烯增强壳聚糖/海藻酸钠水凝胶用于胰岛素控释研究

本研究针对糖尿病患者需频繁注射胰岛素导致的依从性低和低血糖风险问题，开发了一种基于壳聚糖(CS)/海藻酸钠(SA)/氧化石墨烯(GO)的pH响应型水凝胶(CSGI)。通过TEOS交联技术，该水凝胶展现出94%的胰岛素包封率和pH依赖性释放特性，在pH 6.8时释放率达98%。SEM证实其多孔球形结构，TGA/DSC显示优异热稳定性，抗菌实验表明其对金黄色葡萄球菌等病原体有显著抑制效果。这项研究为开发非注射型胰岛素递送系统提供了新思路。

　　

糖尿病是全球增长最快的慢性疾病之一，传统胰岛素注射疗法存在患者依从性差、低血糖风险高等痛点。生物聚合物水凝胶因其三维网络结构和生物相容性，成为口服胰岛素递送的理想载体。然而，现有水凝胶面临机械强度不足、药物突释等问题。针对这些挑战，来自巴基斯坦的研究团队在《RSC Advances》发表创新成果，通过硅烷交联技术构建了具有pH响应特性的复合水凝胶系统。

研究采用溶剂浇铸法合成CS/SA/GO/TEOS复合水凝胶(CSGI)，通过FTIR、XRD验证化学结构，SEM观察形貌，TGA/DSC分析热稳定性。采用溶胀实验、凝胶分数测定评估物理性能，并通过体外释放实验模拟胃肠环境。微生物实验使用琼脂扩散法检测抗菌活性。

3.1 水凝胶交联机制
TEOS水解生成的硅醇(Si-OH)与CS的氨基(-NH₂)、SA的羧基(-COOH)形成共价交联，GO通过氢键增强网络稳定性，胰岛素通过静电作用负载于基质中。

3.2 FTIR分析
3400-3300 cm^-1处的宽峰证实CS的-OH/-NH存在，1720 cm^-1特征峰显示GO的羧基，1100-950 cm^-1的Si-O-Si振动验证了TEOS交联成功。

3.4-3.5 热分析
DSC显示CS的玻璃化转变温度(T_g)为165°C，TGA四阶段失重表明材料在600°C仍保持10.1%残留量，证明GO的加入显著提升热稳定性。

3.6 形貌特征
SEM显示600 nm的多孔球形结构，孔隙率随GO含量增加而提升，为胰岛素扩散创造理想通道。

3.8 抗菌性能
CSGI对金黄色葡萄球菌(21.0±0.4 mm)和白色念珠菌(13.0±0.3 mm)的抑制效果显著，而未载药CSG无抑菌活性，证实胰岛素具有广谱抗菌作用。

3.9-3.11 溶胀与释放
pH 7时溶胀率达100%，pH 6.8释放动力学符合Korsmeyer-Peppas模型(n=0.49)，表明扩散控释机制。1.0 g CSGI在pH 6.8的缓释效果最佳(R²=0.99)。

3.13 稳定性
28天储存后仍保留89%胰岛素活性，证明水凝胶对蛋白质的保护作用。

该研究创新性地将硅烷交联技术应用于胰岛素载体构建，通过精确调控CS/SA/GO比例，实现了pH依赖的智能释放。其突破性在于：1) 96-100%的凝胶分数确保结构完整性；2) 模拟胃肠环境的差异化释放特性；3) 兼具抗菌功能的多效性设计。这种"一箭三雕"的策略为开发口服胰岛素制剂提供了重要参考，未来通过动物实验验证其降糖效果后，有望改变糖尿病患者的治疗模式。