环糊精复合物负载聚合物薄膜中生物活性物质释放建模：融合主客体热力学、分配与多机制传质的统一理论框架

《AAPS PharmSciTech》：Modeling Bioactive Release from Cyclodextrin Complex-Loaded Polymeric Films: A Unified Theoretical Framework Integrating Host–Guest Thermodynamics, Partitioning, and Multi-Mechanism Transport

　　

摘要

载有环糊精（CD）包合物的聚合物膜中生物活性物质的释放将主–客体平衡与多组分传质耦合在一起。本研究建立了环糊精–聚合物膜交互释放（CPFIR）模型，将络合热力学与扩散、溶胀及侵蚀过程相整合。其核心要素是热力学特征速率分解（TED），该方法将每种机制简化为以 s^?1 为单位的一级耗散速率。由于各速率具有相同的量纲，其归一化值即为权重，各权重之和为 1，且由构造本身保证非负，而非通过人为施加的归一化条件实现。由 Hansen 溶解度参数计算的 Flory–Huggins 参数直接进入速率表达式，并提供一个热力学门控机制，用以抑制疏水基质中的溶胀现象。结构可辨识性分析表明，各权重无法从释放数据中恢复，因为模型仅依赖于权重与传质速率常数的乘积；因此，先验确定权重是一种逻辑上的必然要求而非便捷选择，并且它提供了一个任何经验模型都不具备的可证伪性检验。对两个已发表的实验体系进行回溯性应用——一个 β-环糊精纳米海绵水凝胶和一个环糊精-柠檬酸涂层体系——在先验计算权重并保持其固定的条件下，重现了所报道的释放行为（R² = 0.9952）以及所报道的机制分类，且未调整任何权重。跨五个区间的合成案例研究验证了内部一致性（R² ≥ 0.9955），但检验的是自洽性而非预测精度。因此，该框架具有半预测性：在获得任何释放测量数据之前，即可预测机制之间的平衡关系及释放曲线的定性形态；而传质常数 D_eff,app、λ_relax 和 k_e 则需要独立测量或拟合确定。

图文摘要

载有环糊精（CD）包合物的聚合物膜中生物活性物质的释放将主–客体平衡与多组分传质耦合在一起。本研究建立了环糊精–聚合物膜交互释放（CPFIR）模型，将络合热力学与扩散、溶胀及侵蚀过程相整合。其核心要素是热力学特征速率分解（TED），该方法将每种机制简化为以 s^?1 为单位的一级耗散速率。由于各速率具有相同的量纲，其归一化值即为权重，各权重之和为 1，且由构造本身保证非负，而非通过人为施加的归一化条件实现。由 Hansen 溶解度参数计算的 Flory–Huggins 参数直接进入速率表达式，并提供一个热力学门控机制，用以抑制疏水基质中的溶胀现象。结构可辨识性分析表明，各权重无法从释放数据中恢复，因为模型仅依赖于权重与传质速率常数的乘积；因此，先验确定权重是一种逻辑上的必然要求而非便捷选择，并且它提供了一个任何经验模型都不具备的可证伪性检验。对两个已发表的实验体系进行回溯性应用——一个 β-环糊精纳米海绵水凝胶和一个环糊精-柠檬酸涂层体系——在先验计算权重并保持其固定的条件下，重现了所报道的释放行为（R² = 0.9952）以及所报道的机制分类，且未调整任何权重。跨五个区间的合成案例研究验证了内部一致性（R² ≥ 0.9955），但检验的是自洽性而非预测精度。因此，该框架具有半预测性：在获得任何释放测量数据之前，即可预测机制之间的平衡关系及释放曲线的定性形态；而传质常数 D_eff,app、λ_relax 和 k_e 则需要独立测量或拟合确定。

图文摘要