负载复方植物提取物混合物的电纺聚乙烯醇（PVA）纳米纤维贴片用于口腔黏膜应用：制备、结构表征与体外释放动力学

《Metabolites》：Fabrication, Structural Characterization, and In Vitro Release Kinetics of Electrospun PVA Nanofiber Patches Encapsulating a Polyherbal Extract Mixture for Oral Mucosal Applications

　　

背景/目的：局部药物递送平台为口腔黏膜疾病（包括复发性阿弗他口炎）提供了有前景的治疗途径。方法：本研究采用名义7%（w/v）聚合物浓度制备了负载四组分水性植物提取物混合物（Hypericum perforatum、Urtica dioica、Punica granatum果皮和Syzygium aromaticum）的电纺聚乙烯醇（PVA）纳米纤维基质，并系统评价其结构、抗菌和溶出性能。结果：扫描电子显微镜（SEM）证实形成由无珠、随机取向的亚微米纤维组成的互连三维网络，平均直径范围为270–300 nm。衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR–FTIR）识别出特征官能团，包括羟基、脂肪族C–H、羰基和C–O谱带；然而，液体参考提取物与固体纳米纤维基质之间的基线物理状态差异妨碍了对特定聚合物–提取物分子相互作用的明确解析。在三次独立抗菌试验中，纳米膜对革兰阴性病原体表现出明显生长抑制，Escherichia coli平均抑菌圈直径为21.85 ± 0.41 mm，Salmonella enterica为19.14 ± 1.95 mm（包括6 mm圆片试样），而对革兰阳性Staphylococcus aureus未观察到可检测抑制。在磷酸盐缓冲盐水（PBS，37 °C，48 h）中的体外释放曲线显示早期快速释放，12 h内接近平台，随后出现轻微非单调波动。动力学上，释放曲线与Higuchi模型吻合较差（R² = 0.406），而早期数据符合Korsmeyer–Peppas动力学（n ≈ 1.000），表明由基质水合和聚合物松弛耦合介导的反常非Fickian传输，而非纯Fickian扩散。结论：总体而言，这些体外发现支持负载提取物的PVA电纺纳米膜作为候选局部口腔基质；然而，严格的转化验证——包括定量释放测定、细胞相容性、黏膜生物黏附、动态唾液流下滞留和货架期稳定性——仍是确认临床适用性所必需的。

复发性阿弗他口炎（RAS）是口腔黏膜常见炎症性疾病，以反复疼痛性溃疡为特征，可影响进食、言语和日常活动，其病因多因素且尚未完全阐明，遗传易感性、免疫紊乱、局部创伤和营养因素均被提及。现有管理主要针对缓解症状和促进溃疡愈合。口腔局部递送面临唾液和口腔运动限制制剂与靶组织接触的问题；电纺贴片因此被研究作为局部递送载体，Colley et al. 证明合理设计的电纺双层贴片可在临床前模型中黏附口腔黏膜组织并递送clobetasol-17-propionate，但每种配方的滞留时间、组织相容性和释放性能仍需直接评估。PVA可在水性体系中加工并与提取物组分共混，是研究植物提取物纳米纤维的实用基质；既往含Lepidium sativum提取物的PVA纳米纤维研究显示该路径可行并报道了聚合物与植物来源组分的相互作用，但成纤仅是初始要求，形态、化学特征和生物学性能仍须实验检验。所选植物成分为Hypericum perforatum、Urtica dioica、Punica granatum果皮和Syzygium aromaticum；已有研究涉及H. perforatum电纺聚合物敷料、U. dioica叶酚类成分与抗氧化能力，以及Pandit and Vyas报道的P. granatum果皮水提物多成分和抗菌活性、Wadi报道的S. aromaticum水提物对多种受试菌株的抗菌活性，但这些不能推定混合配方的协同作用或各成分贡献。因此，本研究的问题是四种水性提取物混合物能否纳入电纺PVA贴片并形成具有可测体外抗菌活性的纤维材料，研究目的是制备载草本提取物PVA纳米纤维贴片，用SEM和FTIR考察形貌与官能团特征，评价对选定受试菌的抗菌活性，并研究其在PBS中的体外释放行为；该工作为候选口腔应用材料的实验室评价，抗菌筛选并非用于确立对RAS的疗效。

关键技术方法（≤250字）：植物材料中Hypericum perforatum、Urtica dioica和Punica granatum果皮采集自Rize省境内野生区域，Syzygium aromaticum购自私人公司；各植物材料干燥、粉碎后分别以5%（w/v）比例水提，等体积混合四份提取物，加入PVA配成名义7%（w/v）电纺液，以19 kV、32 μL/min、10 cm接收距离电纺成膜。采用SEM观察形貌并测量纤维直径，ATR–FTIR比较液体与固体样品光谱，盘扩散法评价Escherichia coli ATCC 25922、Salmonella enterica ATCC 13076和Staphylococcus aureus ATCC 25923的抗菌活性，PBS 37 °C静态释放并以UV–Vis 280 nm定量，采用Higuchi和Korsmeyer–Peppas模型拟合释放动力学。

研究结果如下：3.1 ATR–FTIR Spectral Characteristics：通过ATR–FTIR比较水性PVA对照、四种单一植物提取物、液体提取物–PVA配方和固体电纺纳米膜，液体样品在3300–3312 cm^?1和约1635 cm^?1呈宽吸收；固体纳米膜O–H伸缩最小在3313 cm^?1，脂肪族C–H在2939 cm^?1，羰基吸收近1734 cm^?1，并有1428、1375 cm^?1及约1250、1090 cm^?1的C–O特征和946、845 cm^?1低波数特征；液体与固体谱带强度比较仅为定性，水合和物理状态差异限制对特定聚合物–提取物相互作用的明确归属。3.2 SEM Morphology and Fiber Dimensions：通过不同放大倍数SEM观察，纳米膜呈连续、互连、随机取向的亚微米纤维网络，具有开放纤维间隙，低倍下视野总体均匀，无明显裂纹或显著相分离区域；高倍下纤维多光滑、细长、圆柱状，无广泛珠状形成或明显塌陷，直径约196–411 nm，估计平均直径0.27–0.30 μm，部分交叉处见小结节状增厚和局部不规则，但网络连续性保持。3.3 Antibacterial Activity：采用盘扩散法，三次独立实验显示对Escherichia coli ATCC 25922抑菌圈直径21.85 ± 0.41 mm、对Salmonella enterica ATCC 13076为19.14 ± 1.95 mm（包括6 mm膜片），对Staphylococcus aureus ATCC 25923在试验条件下未检测到超出膜片边缘的清晰抑菌圈；未载药PVA纳米纤维膜阴性对照无背景抗菌活性，未设抗生素阳性对照。3.4 In Vitro Release Profile and Kinetic Fitting：以2 cm²、平均重0.0251 g的纳米膜在20 mL PBS、37 °C静态条件下释放，按预定时间取样并以UV–Vis 280 nm测定；释放在前12 h快速增加，随后接近较慢的平台样区域，12 h后见轻微非单调波动；Higuchi拟合R² = 0.406，Korsmeyer–Peppas图示两点拟合标注n = 1.000，未拟合零级和一级模型；该分析提示早期释放快、Higuchi模型吻合差，Korsmeyer–Peppas结果仅为探索性。

讨论部分总结：ATR–FTIR宽O–H带与涉及PVA、提取物成分和残余水的氢键环境相容，2939 cm^?1C–H带与脂肪族聚合物结构一致，1734 cm^?1羰基可能包含含氧植物成分和部分水解PVA残余乙酰基贡献，1428、1375、1250和1090 cm^?1与基质变形和C–O振动一致，946和845 cm^?1可能含基质与提取物重叠贡献；1090 cm^?1不能解释为结晶度定量指标；光谱支持物理纳入和可能非共价相互作用，但不能独立证明包封效率、氢键强度或全部植物化学成分完全保留。SEM中光滑连续纤维占优且无广泛珠状形成，提示所选工艺支持混合提取物PVA配方成纤，开放纤维间隙为接触水性介质、水化和接近纳入成分提供结构基础，但干态SEM不能确立黏膜黏附、水合后力学完整性或特定释放机制。抗菌方面，对两种受试革兰阴性菌抑制且未载药PVA对照无活性，支持抗菌活性与含提取物配方相关；文献讨论的eugenol、Punica granatum果皮鞣质及Hypericum perforatum和Urtica dioica酚类化合物可能相关，但其个体浓度和贡献未由盘扩散法确定；膜破坏等为可能解释，抑菌圈大小同时反映细菌敏感性和测定介质中的传输；对Staphylococcus aureus无可见抑菌圈表明试验条件下菌株依赖性反应，未建立最低抑菌浓度，结果不能外推至所有革兰阳性或阴性菌，也不能证明各成分协同。释放方面，早期快速释放后平台样区域与易接近的表面或近表面成分释放相符，后期波动可能反映分析变异性或取样相关效应，其来源未确立；Higuchi拟合差提示释放与时间平方根关系未充分描述整个观察区间，但不能仅凭低R²证明其他机制占优；Korsmeyer–Peppas框架适用于初始释放数据解释，可靠归属需充分采样拟合、数值释放指数、合适几何解释和拟合质量评价，图示两点拟合不足，因此动力学分析应视为探索性；溶胀和侵蚀未独立定量。口腔递送方面，纤维基质、对受试菌的抗菌活性和早期提取物释放支持进一步研究局部口腔递送，但平台或释放曲线本身不能证明病灶处持续治疗浓度、即时症状缓解或临床疗效；后续需研究离体黏膜黏附强度、模拟唾液流下滞留、细胞相容性、释放重现性和配方稳定性。

研究结论部分翻译：本研究制备了负载多草本组合（Hypericum perforatum、Urtica dioica、Punica granatum果皮和Syzygium aromaticum提取物）的电纺PVA纳米膜，并评价其作为口腔黏膜应用（如复发性阿弗他口炎）候选局部递送系统。SEM分析证实形成无珠、三维多孔、互连纳米纤维结构，提供适合基质有效水化的高比表面积–体积比。FTIR分析证实生物活性组分物理包埋于PVA基质中而未改变核心化学骨架；无新峰生成验证未发生不利共价反应，从而保留敏感植物化学成分的结构完整性；羟基区观察到的峰位移和展宽提示PVA与多酚成分之间存在非共价分子间相互作用，主要为氢键，但由液体参考提取物向固体纳米膜状态的转变需要对绝对结合分数谨慎解释。生物学评价显示对革兰阴性菌（Escherichia coli和Salmonella enterica）明显抗菌活性，而革兰阳性Staphylococcus aureus仍耐药；这种局部抗菌保护可能由多组分植物复合物介导，对减少破损口腔病变中的继发微生物负荷具有功能价值。体外溶出曲线呈双相模式，特征为前12 h内初始快速释放，随后为控释平台；动力学建模显示与经典Higuchi模型相关性差（R²≈0.41），排除纯基质扩散机制；释放动力学更好由扩散与聚合物基质松弛耦合描述（非Fickian传输）。尽管这些体外曲线对提供快速初始局部可用性并持续释放成分具有鼓励意义，转化疗效仍取决于未来离体唾液流下黏膜黏附、细胞相容性测试和稳定性评价。