层状复合氢氧化物对乙酰苯甲酸的负载与体外释放

时间：2023-03-13 百科知识版权反馈

【摘要】：综上所述，LDH适宜负载众多药物分子，有望成为新型无机缓控释载体。LDH的载药功能基于正电层板对药物客体的立体化学与静电控制，LDH对药物的插层负载与控制释放跟LDH柱撑模型动态转换密切相关，药物负载与

层状复合氢氧化物对乙酰苯甲酸的负载与体外释放_责任与使命——宁夏博士研究成果集萃

层状复合氢氧化物对乙酰苯甲酸的负载与体外释放⁽¹⁾

苟国敬⁽²⁾　许红平　刘建平

宁夏医科大学基础学院

摘　要:共沉淀-微波晶化法合成层状复合氢氧化物（LDH）后,用不同方式将乙酰苯甲酸（ASP）组装到LDH层间制成载药体LDH-ASP,通过对合成及药物释放前后的液相分析与固相表征研究了LDH对ASP的负载及载药体LDH-ASP在磷酸盐介质的溶释现象。结果表明: LDH层间通道是负载、贮存及控制药物释放的微观基础;载体选择、药物配比、反应能量供给方式及搅拌强度是决定并影响LDH-ASP载药效率的基本因素, LDH-ASP结构参数可以反映药物负载情况，并与其释放性能明确相关; LDH对ASP的负载与释放均致晶胞参数改变、结晶度下降;载药体与前体的晶态属性、热力学行为及表面特性相似,而释放药物后固相的晶态性征减弱、无定形性增强、通道吸附活性降低,有利于使命后载体在体内降解消除。

关键词:LDH　载药体系　结晶度　负载效率　药物释放

Abstract:Layered double hydroxide LDH, obtained by a co-precipitation-microwave crystallization process, has been used as precursors to intercalate a model drug, antipyretic agent acetylsalicylic acid（ASP） to prepare a modified release formulation via different reaction patterns. The loading capacity and drug release process in phosphates have been investigated via analyzing both liquid phase and solid phase samples taken early or late respectively from intercalation and release reaction systems. The result showed that the interlayer region of LDH was the structural basis for this laminar compound to load, shield and control-release drugs; the loading efficiency was influenced by carrier style （mole ratio of LDH） , drug proportion, reaction pattern and power of agitator. The characteristic parameter of this complex substance

LDH-ASP reflected finely its loading efficiency and correlated definitely with its release property. Both the intercalation and release of drug caused alteration of lattice parameters and degradation of crystallinity. The crystalline property, thermodynamic change, and specific surface property of LDH-ASP were similar to those of the precursor LDH. However, when the offload product LDH-phosphate was compared with LDH-ASP and LDH, its crystalline state property was weakened, amorphous property intensified, and interlayer absorbability reduced, which all would be easy for off-carrier catabolism.

Keywords:LDH; loading drug system; crystallinity; loading efficiency; drug release

层状复合氢氧化物（LDH）是一种多功能无机非金属材料，在催化、吸附、阻燃、功能材料制备领域得到广泛研究和应用^{[1, 2]}。由于LDH能在层间插载药物，具有独特的生物可降解性^[3]和有利于细胞内化及药物释放的条件^[4]，近年已受到生物医学材料界的特别关注。Ambrogi等^[5]组装布洛芬-MgAl-LDH复合体，体外释放研究证明LDH作载体可获得较好的缓释效果。Aamir等^[6]研究吉非罗齐、布洛芬、萘普生、2-丙基戊酸对LDH的插层行为，证明这类层状化合物可用作抗炎药物的控释载体。Hussein等^[7]用α-萘乙酸（NNA）对ZnAl-LDH插层组装制成纳米复合物，发现客体NNA的释放有突释与控制释放两个阶段。国内学者也对LDH载药性能作了探讨，邢颖等^[8]研究了水杨酸插层水滑石组装及性能，孙辉等^[9]将镁铁氧体与ZnAlLDH-drug混合制成复合载药体，杨亲正等^[10]通过离子交换将虫草素组装到MgAl-LDH层间制成控释复合物，杨贞等^[11]研究了顺铂-DNA模型对ZnAl-LDH和LiAl- LDH的复合组装。

综上所述，LDH适宜负载众多药物分子，有望成为新型无机缓控释载体。LDH的载药功能基于正电层板对药物客体的立体化学与静电控制，LDH对药物的插层负载与控制释放跟LDH柱撑模型动态转换密切相关，药物负载与释放必然会引起LDH晶胞结构及性质方面的变化，LDH的载药效率与载体组成、LDH-drug合成方法，LDH-drug的控释性能与复合物的晶体结构必然有内在联系。探讨这些基本问题可为LDH型缓控释体系的研发提供必要的化学基础；研究解热镇痛类药物对LDH的插层组装及释放行为，对降低这类传统药物的胃肠道毒副作用、开发更有用的新药剂型有一定的理论指导意义。

1　实验部分

1.1　LDH前体合成

用MgCl₂· 6H₂O和AlCl₃· 6H₂O配制1.40和0.47 mol · L^-1原料溶液,按摩尔比Mg / Al = 4∶1，3∶1，2∶1混合，N₂保护下加2 mol · L^-1NaOH反应1.5 h，控制60℃恒温沉淀条件、终点pH≥11.20；延时陈化45 min后将浆料转至N₂保护微波反应器（MZ-2070EGZ型Haier微波炉改装），用600W火力晶化10 ～ 15 min。晶化浆离心后用二次水在N₂气氛洗涤、离心三次,乙醇淋洗一次后加乙醚处理；所得样品在80℃N₂气氛烘箱放置12 h，真空干燥后转入干燥器封存。试剂均为分析纯，N₂纯度99.999%.

1.2　LDH-ASP载药体组装

称取1.00 g LDH，以100.0 mL水分散后室温胶溶68 h；称取10.00 g ASP（2-乙酰苯甲酸, B.R.，SCRC国药集团化学试剂） ,以无水乙醇溶解、定容至100.00 mL，取10.00 mL与每100 mL LDH溶胶混均，制成组装前初始体系；分别用超声振荡（S.V）、室温磁搅拌（M.S.R.T）、常压水热（N.P.H.S）和微波水热（M.W）等不同方法进行离子交换反应；载药复合物样品的处理方法与LDH相同。

1.3　LDH-ASP在pH 5.71混合磷酸盐介质的药物释放实验

称取LDH-ASP样品0.06 g置于有封盖的离心管中，加50.0 ml，0.065 mol · L^-1，pH 5.71的磷酸盐缓冲溶液（PBS），振荡混均后密封；在超声浴37℃条件下释放反应8 h，分别于反应中、末期摇摆振动一次；反应结束后离心分离，取上清液作液相分析，取固相样品洗涤、干燥后作物相表征。

1.4　固相样品结构、形貌及性质表征

用Rigaku D/max-rB型X射线粉末衍射仪（日本理学，Cu Kα，λ= 0.1542 nm）表征XRD，扫描速度1°/min，5°～70°。用Nicolet-380型FT-IR红外光谱仪（美国Thermo Nicolet公司）测红外光谱, KBr压片，4000～400 cm^-1。法国SETARAM TG/DSC热分析仪作热分析，N₂气氛，升温速率2.5℃/min，20℃～800℃。将样品用乙醇分散滴载于Formvar膜架，用JEM-1200EX透射电镜表征粒子形貌与电子衍射图谱，加速电压100 kV，放大100～120 K。样品在120℃，2.7 Pa真空度预处理8 h后，用ASAP 2010比表面积/孔隙分析仪（美国Micromeritics公司）在≤0.4 Pa真空度下测比表面数据。

1.5　化学分析方法

碱解法测ASP溶出度，取定量离心液，加NaOH溶液沸煮分解；冷却、酸化，303 nm处测吸光度。二甲酚橙法测Al³⁺溶出度，取定量离心液加HAc-NaAc缓冲后，用5%二甲酚橙显色，浴热平衡后冷却，550 nm处测吸光度。EDTA法^[12]滴Mg²⁺及Al³⁺，取定量离心液加三乙醇胺掩蔽Al³⁺后滴Mg²⁺；以氟化铵置换EDTA用Zn²⁺滴Al³⁺，Hg （NO₃）₂法滴定Cl^-离子。

2　结果与讨论

2.1　载药体LDH-ASP的组装合成与药物负载

2.1.1　LDH-ASP载药体的物相分析

在化学分析确定载体LDH组成的基础上，分别用超声振荡（S.V）、室温磁搅拌（M.S.R.T）、常压水热（N.P.H.S）和微波水热（M.W）方式将药物ASP通过离子交换组装到LDH层间制成载药体LDH-ASP，通过反应前后液、固相分析，研究组装条件及组装体结构对LDH载药性能的影响。合成条件及载药率测定结果列于表1。图1和2给出前体与载药体LDH-ASP的XRD及FT-IR图谱； XRD测试数据及运算结果列于表2、3，IR定量数据列于表4。LDH有7个特征衍射峰，图1-A标出了其中（003），（006），（009），（0018）和（110）衍射，其2θ角及d值的平均值依次为（11.15°, 0.7933nm），（22.37°, 0.3970nm），（34.42°, 0.2604nm）和（60.37°, 0.1532nm），这些衍射位置及强度分布与JCPDS （国际粉末衍射标准联合会）收录卡片14-0191天然水滑石、Jade 5.0 （XRD模型处理软件）检索记录PDF 35-0965镁铝复合氢氧化物及文献^[5～12]结果相符，证明所制LDH属R-3m （166）型六方晶系；主衍射d₀₀₃值与d₀₀₆，d₀₀₉有规则的整倍数关系，衍射强度与2θ₀₀₆，2θ₀₀₉对比悬殊，证明LDH晶胞（003）晶面与微晶宏观表面平行、晶粒有显著的层积特征，因此非常适宜作缓控释药物载体。图1-B是以LDH为前体合成载药体的XRD衍射模型，与图1-A对应（003），（006），（009），（0018）和（110）等2θ角及d值的统计平均值依次为（11.13°，0.7947nm），（22.36°，0.3973nm），（34.42°，0.2603nm）和（60.37°，0.1532nm）；载药体具有与前体非常相近的XRD特征，表明药物对LDH的插层组装没有引起晶型改变，晶胞a轴向（110）晶面衍射d₁₁₀值与前体相同，晶胞c轴向（003）晶面衍射d₀₀₃和d₀₀₆值相对前体略有增加，这与尺寸较大的药物分子取代氯离子、氢氧根离子等小尺寸客体导致LDH通道高度增加，而插层反应基本不影响LDH板层构造的事实相符，验证了LDH与药物通过离子交换进行插层组装的微观机制。图1样品均按结晶度降低序排列给出，结晶度数值以文献［12］为基础考虑主峰（2θ₀₀₃和2θ₁₁₀）面积强度ISR、特征峰（2θ₀₀₃，2θ₀₀₆，2θ₁₁₀）相对参考样品的强度（I_iR，I_R）和样品本体主峰（2θ₀₀₃）对各次级衍射（2θ₀₀₆，2θ₀₀₉，2θ₀₀₁₈） d值整倍关系的偏离度（SDR）运算给出，这些因素对结晶度的加权满足CRT= （7.21×I_iR+0.5064×I_R+5.125×ISR–SDR×493） /10。载药体LDH-ASP的结晶度与前体相比整体下降，XRD表现为主峰（2θ₀₀₃）衍射强度降低，衍射峰形及规整度变化与结晶度数值变化趋势吻合，说明从LDH到载药体的变化是一种结构参数的量变过程。

图1　前体（A）及LDH- ASP （B）的XRD衍射模型

图2　前体（A）及LDH- ASP （B）的IR谱图

LDH通常有5个特征IR吸收，图2-A给出并标注了合成LDH的4个主要吸收，1～4各吸收波数的平均值分别为3484.3，1633.4，1380.1，610.2cm^-1，按文献［12］依次归属为层间水分子及层板羟基的伸缩振动ν_O-H、弯曲振动δ_O-H，层间无机离子通过层板H-O氢键与Mg原子远程配位骨架的振动δ_X-HO-Mg，及LDH层板晶格氧的伸缩振动ν_M-O。吸光谱定量结果表明，随LDH结晶度增大（图2-A按No.1，3，4，2排序） ν_O-H和δ_O-H吸收红移，峰面积增大，δ_X-HO-Mg吸收除LDH-2外表现了相似变化，这说明LDH结晶度较高时LDH层板-OH及层间无机离子OH^-，Cl^-受限程度低、振动所需能量相对较低。图2-B给出LDH-ASP的IR谱图，所标吸收峰1、2、4、9分别与图2-A峰1、2、3、4对应，标志载药体保持载体的IR吸收本征；所表现的新吸收（图2-B中3，5，6，7，8）标志载药体中有新的客体介入，其中1473 cm^-1吸收（图2-B峰3）归属为乙酰苯甲酸的苯环共轭振动；1148和1266 cm^-1处吸收（图2-B中6和5）为酚乙酸酯C-O键伸缩振动；847 cm^-1弱吸收（图2-B中7）归属为苯环C=C双键弯曲振动，764 cm^-1弱吸收（图2-B中8）为邻二取代苯环上C-H键的面外弯曲振动；乙酸酯C=O键伸缩振动（1687 cm^-1）、C=O与芳环的共轭振动（1600 cm^-1）等理论吸收则与LDH载体原有δ_O-H吸收叠加，造成载药体在这一波段（1612 cm^-1，图2-B峰2）的吸收相对LDH （图2-A峰2）而言峰位红移、强度及面积增大；同时由于有机客体-OH伸缩振动的叠加引起LDH-ASP在3600-2500 cm^-1范围吸收峰位及面积变化。

图3　LDH- ASP结晶度与C- O键吸收峰面积的关系

图4　LDH药物负载比随反应配比的变化

图3给出LDH-ASP结晶度与负载ASP的ν_C-O吸收（1148cm^-1，图2-B峰6）面积的相关性分析结果，随ν_C-O吸收面积增大LDH-ASP结晶度呈现降低趋势、表现非线性关系CRT=20.22+129.4S-684.0S²+1190.8S³-681.8S⁴，说明ASP对LDH插层在一定程度上降低了载体的结晶规整性；ASP负载量越多，LDH结晶度降低程度越大。另对Mg/Al摩尔比分别为3.4和1.8的LDH-ASP吸光谱定量表明，载药体中其他基团的IR吸收，如苯环共轭振动（1473cm^-1，图2-B峰3）强度随合成反应能量供给强度的升高而增大；反应方式相同时Mg_1.8AlLDH-ASP中苯环共轭振动吸收强度大于Mg_3.4AlLDH-ASP。以上分析表明LDH-ASP中药物成分的IR定量结果与LDH对ASP的负载量、微晶结构及复合物的制备条件等因素有一定联系。

表1　LDH- ASP的组装条件与反应结果

^aPi-microwave heating at i grade power （p5-120W，p2-600W）；bS.V.-Supersonic vibration；cM.S.R.T.-magnetic stirring at room temperature with a low gear；dLoad capacity- The load ratio of LDH with ASP，calculated with the formula: m_ASP/m_LDH= ［m_ASP- （CV）_ASP］ /m_LDH；eDuty ratio，calculated with the formula:m_ASP（loaded） /m_ASP（theoretical）= ［m_ASP- （CV）_ASP］ /［（m_LDH/G_LDH） ×180.16］；fF （Al³⁺） Thefractional number of dissolution of Al³⁺，calculated with the formula:F （Al³⁺）= （CV） Al/ ［（m_LDH/G_LDH） ×26.9815］

表2　LDH前体及载药体LDH- ASP的XRD测试数据

^aN.P.H.S - hydrothermal synthesis at normal pressure.

表3　LDH前体及载药体LDH- ASP的XRD运算结果

^aC.I. - Crystallinity index

2.1.2　LDH-ASP的药物负载率分析

2.1.2.1　表观载药率

参照药典与有关文献选取LDH对药物ASP的负载比（Load capacity=m_ASP（loaded） /m_LDH）和负载率［Duty ratio=m_ASP（Loaded） /m_ASP（theoretical）］作为评价组装效果的基本指标，研究药物与载体的反应配比（m_ASP/m_LDH）、层板电荷密度及反应条件对LDH载药效率的影响。图4显示，随反应配比按No.3、7、6、2、4、8、1样序增大，LDH对ASP的负载比（Load capacity）总体呈弱线性增长趋势；表1显示沿No.7、6、2、4、1、5样序随反应配比增大，LDH的药物负载率（Duty ratio）显著升高，当ASP按理论量的2.5倍（表1 No.10）配料时负载率可达到100%，这些数值变化说明适度提高反应混合物中插载客体的浓度配比有利于提高LDH的载药效率。

LDH层板正电密度随LDH层板Mg/Al摩尔比减小而增大，对比搅拌充分、反应方式相同的合成反应（No. 3、5、10），LDH对ASP的负载比随Mg/Al摩尔比减小而增大，证明较高的层板正电密度有利于大体积负电性药物粒子的插层组装、实现较高的药物负载效率。但LDH层板电荷密度对药物负载的影响远不及反应配比和反应条件显著，如反应方式相同的合成实验No.1、6 （微波低热及瞬间高热处理）与No.2、7 （超声振荡）对比，药物负载比并没有随Mg/Al摩尔比减小而增大，而是服从ASP过量程度越大LDH负载比越高的规律。实验No.1与9对比，No.1的反应配比及LDH层板电荷密度均低于No.9，但No.1负载比及负载率大于No.9；体系No.1受到微波加热的时间和强度高于No.9，pH值改变量及m_product/m_LDH值对比显示No.1的反应程度也明显高于No.9，这说明能量强度及反应程度对ASP与LDH的组装效果也有重要影响。对比Mg/Al摩尔比3.4和1.8两组LDH的药物负载比（m_ASP/m_LDH）及反应条件，超声振荡没有获得理想的载药效率，因其能量传递效果不及微波辐射、振荡分散也不及机械和磁搅拌直接有效；室温磁搅拌反应效果优于超声振荡，甚至可获得比常压水热反应更高的负载比。可见，在无机层状载体LDH与有机药物的离子交换中，充分搅拌以促进反应物有效接触、维持LDH表面插层客体的较高浓度并及时转移无机阴离子，对提高ASP-LDH的组装效率有突出重要的意义；微波加热除具有分子级能量同步辐射、供热效率高等优势外，须借助机械搅拌实现反应物的均匀接触，但较长时间持续加热、瞬时高功率处理和辅助搅拌（No.1）也可获得理想的载药效果。从No.3、5、10结果看，磁搅拌常压水热反应是相对理想的组装方式，能量供给持续稳定、搅拌充分，提高搅拌速度能提升LDH的药物负载比。

表4　不同结晶度LDH- ASP的红外光谱数据

表5　浓盐酸分解LDH- ASP的实验数据

^aS_HCl（ASP） =10C_ASP/m_sample；bS_HCl（Al³⁺） =10C_Al/m_sample；cS_HCl（Mg²⁺） = （10C （Mg²⁺）） ×24.305/m_sample.

2.1.2.2　现实负载量

表1数据显示随体系pH值改变量按No.8、4、2、3序增大，载体中Al³⁺离子的溶出分数F （Al³⁺）相应增大，提示酸性药物ASP对LDH插层组装的同时对载体也有一定程度的化学溶蚀，这可能导致表观数据偏离实际负载情况。为分析LDH-ASP的真实载药量、计算载药体在磷酸盐缓冲介质（PBS）中药物溶出度，将所有LDH-ASP样品用浓盐酸分解、进行液相分析，结果由表5给出。表中S_HCl（ASP）（mg · g^-1）代表每克LDH-ASP全部分解所释放ASP的毫克数，是LDH-ASP中药物的实际含量，反映复合物中LDH对ASP的现实负载量。图5显示用微波加热和超声振荡方式合成No.7、2、6、1的实际载药量S_HCl大小与表观负载比（m_ASP/m_LDH）对应一致；这些样品合成过程pH改变量及m_product/m_LDH比值相对较低，与微波加热和超声振荡搅拌不充分、LDH溶蚀程度较低等情况相符。因此只有在载体LDH未受到显著溶蚀损耗时，表观负载率相对次序才能与实际载药量吻合；部分样品的现实载药量偏离表观负载比次序，这与LDH/ ASP反应配比、载体的有效反应程度及溶损程度不同等多方面原因有关；分析现实载药量与质量比m_LDH-ASP/m_LDH的关系，能间接了解主反应程度与载体溶损副反应程度的相关性。图6显示按No.5、10、6、3、1、4、2序，随质量比m_product/ m_LDH增加LDH实际载药量S_HCl降低，因为m_product随LDH有效反应质量的增加而增大，则比值m_product/m_LDH越大标志有效负载药物的LDH质量越大、而LDH的损耗程度越低；而实际载药量S_HCl降低反映插层主反应程度的降低，因此LDH损耗程度降低与主反应程度降低的负线性关系表明，在ASP对LDH的组装反应中载体被酸性介质部分溶蚀的副反应客观存在，并对LDH-ASP的组装及负载效果产生平行影响。

图5　LDH- ASP表观负载比与实际载药量的关系

图6　载药量随m_LDH-ASP/m_LDH的变化

2.1.3　LDH-ASP结构参数与载药性能的关系

图7　载药体的结晶度（A）、IR峰面积（B）与载药性能的关系

LDH-ASP的药物负载效率与制备条件有关，因此必然与制备条件所决定的微晶结构有关，据XRD运算数据及IR的定量结果可分析微晶结构与其载药性能的关系，结果分别由图7、8给出。图7显示ASP负载比随微晶结晶度升高而减小（图7-A），随微晶ν_C-O吸收峰面积增加而增大（图7-B），证明LDH对药物的水相负载以载体的结晶度降低为前提，负载程度越高、结晶度下降幅度越大。图8-E为LDH-ASP载药率随微晶通道高度h递增而增大的趋势，所选8组数据满足有一定相关度的线性关系D.R =-1.8375 +7.1838h（R= 0.8790，SD=0.0399，n=8），证明层间通道是LDH插载药物客体的主要场所，药物负载量越大则载体LDH层间膨胀程度越大；LDH对药物的负载与控制释放主要依赖层间离子交换、而层表物理吸附仅为辅助因素，这是LDH用作药物载体的独特优势。图8-D给出负载比随微晶直径Da增加而增大的趋势，一方面随横向尺寸增大，载体LDH的载药空间πDa²×h增大、客体插载量上升；另一方面LDH层板外表面积增大也会使药物的物理吸附量增加，较高的非线性级数表明LDH载药性能随Da变化的关系复杂，只有当影响客体负载的有利因素同时起作用或相互叠加时才会使负载比显著升高。图8-C给出载药率随LDH-ASP微晶纵向尺寸Dc增大而降低的线性趋势，直线方程D.R =1.9142 – 0.1162Dc （R = 0.9593；SD=0.0205；n=7），为研究其微观机制对Dc增大时微晶的通道高度h及结晶度变化作对应分析，结果表明随载药体粒径Dc增大微晶通道高度h呈非线性下降趋势（图8-B），结晶度随产物粒径Dc增大而增加（图8-A），说明组装体LDH-ASP的纵向尺寸越大标志层间负载程度越低、载体LDH原有堆积层的剥落程度越小，而由水及药物吸附所造成的纵向团聚越严重，载药体粒径Dc大小与载药率高低因此呈负线性关系；换言之，产物粒径Dc越大标志插层反应程度越小，药物负载率越低。

图8　LDH- ASP晶胞参数、粒子尺寸与载药性能的关系

2.2　LDH-ASP的体外药物释放

为考查合成LDH-ASP在类消化道环境对药物的控释性能，选择弱酸性混合磷酸盐缓冲溶液（PBS）为溶出介质进行LDH-ASP的体外释放实验，结果在表6中给出。以溶解分数（Fractional number of dissolution，F.D.）标志ASP的溶出度，表示溶解平衡时已释放ASP量占LDH-ASP最大载药量（S_HCl）的分数；溶出量（Sw）表示达到溶解平衡时每克LDH-ASP样品所能释放ASP的毫克数。数据分析显示主体样品间ASP溶出量Sw随LDH-ASP负载比增大呈现非线性增长趋势；No.9、7、8、4、1、5、10之间ASP溶出度也随LDH载药率升高而增大，说明ASP释放度与LDH负载比及负载率之间有一定对应关系。

表6　LDH- ASP在pH 5.71 PBS介质溶出实验结果

^aF.D-The fractional number of dissolution，F.D=C_ASP/S_max（ASP），S_max（ASP）=m_sample×S_HCl（ASP） / V_PBS；bSw （ASP） =C_ASPV/m_sample.

2.2.1　载体组成与LDH-ASP合成条件及结构因素对药物释放性能的影响

图9给出载药体LDH-ASP的ASP溶出度随载体LDH组成（Mg/Al摩尔比）改变而变化的趋势，当Mg/Al摩尔比为1.8时，溶出度按No.6、7、8、10次序增大，Mg/Al摩尔比为3.4时ASP溶出度按No.4、1、3、2序增大，与合成条件及LDH-ASP结构参数均无简单明确的对应关系；合成反应方式相近（超声振荡）的3个样品间ASP溶出度按No.7、9、2样序增大，这与Mg/Al摩尔比按1.8、2.7、3.4增加的次序吻合，因此只有当制备条件相近时ASP溶出度才能表现随LDH层板正电密度降低（Mg/Al摩尔比增大）而增大的趋势。

图10反映合成条件对LDH-ASP药物溶出度的影响，按合成反应能量供给强度和搅拌强度依次升高的方式排列，ASP溶出度依次递增、线性相关度高；ASP释放量Sw渐次增大的趋势明显、但线性相关度低。溶出度和溶出量随合成反应能量供给强度和搅拌强度升高而增大，提示LDH-ASP的释药性能与制备条件所决定的微晶结构有一定内在联系。

图9　LDH- ASP溶出度与LDH层板镁铝摩尔比的关系

图10　LDH- ASP合成条件与ASP溶出度及溶出量的关系

图11　LDH- ASP的微晶结构与ASP溶出度的关系

根据LDH-ASP结构参数与溶出实验结果，图11给出ASP溶出度与载药体通道高度h （图11-A）、粒子横向直径Da （图11-B）、微晶结晶度（图11-C）等结构因素的对应关系。由于影响药物溶出因素的复杂性，各单一因素对溶出度没有明显的简单线性关系，但结合数值分布趋势与理论分析看，如图11-A所示微晶通道高度h越大、药物溶出度应越大，因为载体LDH层间距越大意味着所载客体受正电层板的静电束缚相对越弱，在PBS溶液发生离子交换时所载ASP置换移出的通道越宽敞，溶出度越高；如图11-B所示粒子横向尺寸Da越大ASP溶出度越小，这符合离子交换规律，因为Da越大意味着ASP从LDHASP微晶层间沿晶胞a、b轴向被磷酸根置换移出所需克服静电束缚的路途越长，溶出度因此越小；根据文献［12］结晶度对微晶性能应有积极影响，即LDHASP结晶度越高ASP溶出度应越大，但图11-C显示，所分析8个样品中只有6、7、4、3、2呈现溶出度随结晶度升高而显著增大的趋势，而样品10、9、1、6正好相反，从表3查得它们的通道高度排序为h₉>h₁>h₆，可见这组样品的反常是由于通道高度对ASP静电及空间束缚的负面影响超过结晶度的积极影响所造成的。基于以上分析将两个正向因素（Crystallinity，h）与一个负向因素（Da）组合为结构因子（Structure factor=Crstallinity×h/Da），分析结构属性对溶出度的影响规律，结果如图11-D所示，所涉样品的药物溶出度随结构因子增大呈现非线性上升趋势，数值方程为F.D=-5.380+39.17S_F-80.55S_F²+54.82S_F³（R²=0.9473；SD=0.0169；n=7）。可见，LDH-ASP的药物释放性能与层状微晶结晶度、晶胞参数及晶粒尺寸等结构参数有明确的对应关系。

2.2.2　PBS释放介质对载体LDH的溶损现象

为了解LDH-ASP在药物释放过程中载体的变化，分析释放平衡液相的镁铝离子浓度、对比固相质量变化，结果列于表7。图12-A、B分别显示载药体释药前后的质量变化率随ASP溶出度增大而上升的非线性趋势，以及伴随质量变化率增大体系pH改变量升高的非线性关系。一方面LDH-ASP在PBS中释放药物后生成LDH-H_nPO₄^（3-n） -，LDH层间客体分子量减小必然引起固相质量下降；另一方面液相浓度分析表明，固相质量下降次序与LDH层板金属离子溶出浓度增大的次序对应，可见，载药体释放药物后质量下降是由LDH-ASP与PBS的离子交换和载体受弱酸性环境溶蚀两方面原因造成的。图13具体反映了不同样品区间，ASP溶出度与固相质量变化率及体系pH值改变量的关系，其中图13-A No.6、7、8、4、1样品区，伴随ASP溶出度增大体系pH值改变量增大的趋势与图13-B中固相质量变化率上升趋势吻合，同时也与表7中镁离子溶出度（F.D_Mg）增大的趋势基本重合，证明离子交换与LDH层板溶蚀都是造成这组LDH-ASP样品释放药物后质量下降的原因；图13-C中固相质量变化率随ASP溶出度升高而增大的趋势，与表7中镁离子溶出度变化次序相反，说明ASPPBS的离子交换反应是造成这组样品固相质量下降的主要原因。以上分析说明，伴随LDH-ASP对药物的控制释放弱酸性PBS介质对载体LDH有不同程度的溶蚀作用，这是促进ASP释放溶出的有利因素，同时也是造成载体层板破损、微晶结晶度下降的原因之一。

图12　ASP溶出度（A）及体系pH改变量（B）与固相质量变化率的关系

图13　ASP溶出度与pH变化（A）及固相质量变化（B,C）的关系

表7　PBS释放介质对LDH层板的溶蚀作用

^aS_max（Al³⁺） -The maximum consistence of Al³⁺after complete dissolution of LDH，Smax （Al³⁺） =m_sample×S_HCl/ V_PBS；bS_max（Mg²⁺） -The maximum consistence of Mg²⁺after complete dissolution of LDH，S_max（Mg²⁺） =［m_sample×S_HCl/24.305］ /V_PBS；cF.D-The fractional number of dissolution，F.D=C_cation/S_max。

表8　释放药物后固相LDH- PBS的XRD运算结果

^aAV-averagevalue.

2.3　LDH对药物ASP负载及释放前后的物相变化

2.3.1　释药后固相产物的XRD模型与红外吸收

将平衡后的LDH-ASP/PBS体系进行液固相分离，研究LDH-PBS相对前体LDH及载药体LDH-ASP微晶结构的变化。图14，15分别为载体LDH （No.02）、载药体LDH-ASP （No.7）及释放药物后固相样品（以结晶度降低序排列）的XRD及FT-IR表征图谱(释药后固相按3号峰面积递增序排列）。图14显示，释药后固相保留了LDH原（003），（006），（009）和（110）等衍射特征，2θ衍射角及d值的平均值依次为（11.29°，0.7835nm），（22.75°，0.3906nm），（34.47°，0.2599nm）和（60.57°，0.1527nm），这些衍射仍符合JCPDS卡片14-0191天然水滑石的XRD特征，表明载药体释放药物后仍在一定程度上保留了载体LDH的六方晶系特征；但主衍射2θ₀₀₃的峰强度与其高级衍射2θ₀₀₆，2θ₀₀₉的对比优势消失，（003）衍射沿前体LDH、载药体LDH-ASP到释药后LDH-PBS(结晶度降低序）显著减弱，表明载体的LDH层状特征消减；另一方面，产物LDH-PBS的（003），（006）和（009）衍射d值与前体及LDH-ASP载药体的平均值相比均明显降低，证明载药体释放药物后晶胞c轴向LDH晶面间距减小，与小尺寸磷酸根取代大尺寸客体ASP导致LDH通道高度降低的事实相符；但d₀₀₃小于前体LDH则与层间客体大小不符，这提示释药过程对LDH-gust的原有柱层模型可能产生破坏作用、晶胞中部分柱撑结构塌陷导致LDH层间距平均值下降；另外，d₁₁₀值在前体与载药体之间保持不变，但在释放药物后下降约0.005nm，说明释药过程不仅显著影响LDH晶胞c轴向的层间距，而且使a，b轴向金属离子的间距轻度收缩，这可能与弱酸性介质对LDH层板中部分金属离子的选择性溶蚀及磷酸根对层板金属离子的作用方式已发生改变等原因有关。表8显示，释药产物的晶胞参数、粒子尺寸及微晶结晶度等也有显著改变，参数c，h与载药体及前体相比明显降低，晶粒纵向尺寸Dc减小、结晶度下降，证明药物释放过程对LDH-ASP载药晶粒c轴向的有序堆积层剥离严重、结晶性降低；LDH在经历两次弱酸性环境的离子交换与溶蚀后其微晶结构与晶态属性已发生明显变化，而晶体强度下降、溶蚀性增强将有利于使命后载体粒子在体内的降解与消除。

图14　LDH、LDH- ASP及释药产物LDH- PBS的XRD衍射模型

图15　LDH、LDH- ASP及释药产物LDH- PBS的IR光谱

图15为产物LDH-PBS的IR谱，1、2、3、4标注峰吸收波数的平均值分别为3444，1647.9，1087.1，564.6cm^-1，与载药体及前体相比，保留了羟基伸缩振动ν_O-H（图15-1，3444cm^-1）和弯曲振动δ_O-H（图15-2，1647.9cm^-1）及LDH层板晶格氧的伸缩振动ν_M-O（图15-4，564.6cm^-1），但羟基和LDH层板晶格氧的伸缩振动吸收红移、羟基弯曲振动吸收蓝移，表明层架羟基O-H及LDH晶格MO键结构强度降低、原子间伸缩松散度增加；层间有序性降低、O-H面外弯曲振动受限。产物LDH-PBS的特征吸收出现在约1087cm^-1处（图15峰3），这与IR谱库无机黏土材料在1100cm^-1附近的吸收相近，而大多数无机非金属含氧酸根的X-O键伸缩振动也出现在这一区间，因此该吸收可归属为磷酸根H_nPO₄^（3-n） -离子P-O键的伸缩振动ν_P-O；按定量结果随ν_P-O（1087cm^-1）吸收峰面积增大，与载药体中ASP相关的吸收（如1266cm^-1处ν_C-O）消失、样品结晶度降低，证明ν_P-O确为释放产物LDH-PBS的特征IR吸收，该峰面积能定量反映LDH-ASP与PBS的交换程度。

图16　LDH- P结晶度与ASP溶出度(A)及P- O键IR吸收面积(B)的关系

图17　LDH-P结晶度与固相质量变化(A)及体系pH变化(B)的关系

图18　ASP溶出度与P- O键IR吸收面积的关系

图19　P-O键吸收与固相质量变化（A）、体系pH变化（B）的关系

2.3.2　固相TEM形貌及电子衍射谱征变化

图20分别为前体（a，d-01，g-04）与载药体（b-No.2，e-No.3，h-No.10）及释药产物LDH-PBS （c-No.2，f-No.3，i-No.10）的TEM形貌与电子衍射图谱。图20-a，d皆为前体LDH-01的TEM与电子衍射模型，样品粒度均匀、层片轮廓清晰、纵向堆积团聚程度高、晶片分散性差；与此前体相比超声法组装的载药体（图20-b，No.2）粒度均一性降低，晶片的分界模糊、团聚加重、外围溶解性增强，用常压水热法合成的LDH-ASP （图20-e，No.3）层片特征鲜明、但晶片横向粘结作用加强；两个载药复合物的电子衍射模型与前体相比，衍射轮征增强、轮径增大，表明ASP对LDH的插层组装没有引起载体LDH晶型的本质变化，衍射轮径增大与大分子ASP取代小尺寸离子Cl^-，OH^-造成晶胞通道高度h增加的变化相符；衍射圈规则完整表明复合产物纯度高、晶态性征强。图20-c显示LDH-ASP （No.2）在PBS介质释放药物后固相的TEM形貌与载药体相比溶散性增强、团聚减轻、粒度下降、厚度与横向直径变小；电子衍射特征与载体及载药体相比无本质变化、但相对载药体而言轮径收缩，与取代ASP^-后微晶的通道高度降低的情况相符，LDH-PBS的LDH型晶体特征仍被保留、并具有较高的单晶纯度；联系载药体LDH-ASP （No.2）的合成实验（表1-2）、药物释放数据（表6-2）及溶损分析数据（表7-2）看，载药率及ASP释放度均与样本平均值相近，而LDH层板Mg/Al溶蚀的摩尔比（3.6）与前体LDH的组成（3.4）相近，说明PBS介质对该复合物中载体的溶蚀有一定对称性，这是产物LDH-PBS保持较高晶相纯度的原因之一。图20-f为LDH-ASP（No.3）释放ASP后产物LDH-PBS （No.3）的TEM形貌，与LDH-ASP （No.3）及LDH前体相比，溶解性增强、层片界线模糊、粒度降低；电子衍射轮征消褪，反映释放药物后载体的结构变化大、晶态性征减弱；联系LDH-ASP （No.3）的药物负载与释放数据看，其载药量及ASP溶出量均大于载药体No.2，且PBS弱酸性介质对Al3+的溶出选择性偏高，可见当PBS对载体的不对称溶蚀作用加强时产物LDH-PBS的晶态性征将会明显减弱。图20-g，h，i分别为LDH（04）、常压水热合成LDH-ASP （No.10）及释药产物LDH-PBS （No.10）的TEM形貌，LDH-PBS与LDH-ASP相比仍保持菱形层片特征，但粒径变小、团聚减弱、溶散性增强；载药体的电子衍射谱与载体LDH相比轮征突出、层次对比增强，表明载药体合成过程LDH的晶形更趋完善、层状特征加强，载药体晶相纯度高；释药产物LDH-PBS的电子衍射与载药体相比，衍射周期性变弱、出现明显断点，表明该复合物释放药物后载体的晶态性征变化较大，产物的晶相纯度降低；联系相关的液相分析结果看，LDH-ASP （No.10）具有最好的载药性能与最高的药物溶出度、同时存在显著的不对称溶蚀现象，这说明PBS环境对载体层板内外的选择性溶蚀加剧会导致固相的晶态性征明显弱化、纯度显著降低。

图20　LDH （a,d,g）与LDH- ASP （b,e,h）及释药后固相（c,f,）i的TEM形貌及电子衍射图谱

2.3.3　固相比表面积与孔道特征的变化

层状载体LDH对药物ASP的负载与释放，除引起LDH晶胞参数、微晶结晶度、晶态分布与粒子形貌变化外，必然引起微晶孔道与比表面行为的相应改变。表9给出LDH、LDH-ASP及LDH-PBS的N₂吸解实验结果。微孔比表面积S （Micropore）按LDH、LDH-ASP、LDH-PBS依次减小，说明随LDH经历离子交换次数的增加载体层间通道的吸附活性降低；相对前体而言，载药体结晶度下降、但下降程度远不及释药产物显著，通道高度h大于前体LDH、而LDHPBS的h小于LDH，因此LDH-ASP的微孔比表面活性降低主要与大尺寸药物分子对LDH层间通道的占位及微晶团聚有关，而产物LDH-PBS的微孔吸附活性降低除与通道高度降低有关外，则主要与载体结晶度下降及层柱结构塌陷造成孔道构造有序性降低有关。与前体相比LDH-ASP微孔体积增大，与通道高度增加和微晶横向尺寸增大对应，而LDH-PBS的微孔体积值提示二次交换后LDH的层间吸附行为已发生显著改变，证明载体结晶度的下降不仅与LDH层状特征弱化有关、而且还与LDH柱撑环境变化有关。对比S_BET及外比表面积值，LDHPBS反大于前体LDH，说明药物释放虽然显著弱化了载体层间构造的有序性及微孔的吸附活性，但H_nPO₄^（3-n） -对LDH-ASP的离子交换和PBS对载体的溶蚀造成LDH结构局域性崩裂、团聚减弱、粒径减小、总表面积增大；脱附孔径值的对比也表明释药产物的比表面行为与前体LDH相比有较大改变，通道孔吸附活性降低而粒子外表活性增强；载药体相对前体总表面积增加显著，但孔体积大于、而孔径小于LDH，说明LDH-ASP中载体的层间通道微孔对总表面积的贡献仍占较大比重，粒子尺寸对比（Da_LDH-ASP>Da_LDH）说明载药体总表面积的增加主要源自横向直径Da增大造成粒子外表面增加，另外团聚作用也造成晶间空隙增多。

表9　LDH与LDH- ASP及LDH- PBS的N₂吸附-解吸测试结果

图21给出LDH （图21-a）、LDH-ASP （图21-b）及释药产物LDH-PBS（图21-c）的吸解等温线，所有吸附线在中比压区均无明显上凸，贴近III型吸附、与平板孔吸附特征相符；但LDH和LDH-ASP的高比压等温线微显V型特征，说明三种样品在高比压区的吸附行为有细微差别，其中LDH的吸附线急剧上升、吸附量大，证明通道微孔小、毛细管凝聚显著，LDH-ASP等温线相对平缓，高比压毛细管凝聚程度不及前体明显，与通道高度h_LDH-ASP>h_LDH情况相符，但二者均在最高比压呈V型特征说明二者均易达到吸附饱和、有明确的孔径限制；产物LDH-PBS的等温线属纯III型吸附、斜率较小、未出现二次平缓，表明其吸附行为主要以较大的平板型粒子间隙实现，而这类间隙的孔径分布宽泛，不易达到吸附饱和或发生毛细管凝聚。所有样品的脱附线在中高压区均有明显的滞后环线、并能与吸附线闭合，说明LDH型固相富含高活性微孔，吸附与脱附的总量守恒、可逆性强。

图21　LDH(a)、LDH- ASP(b)及LDH- PBS(c)的吸解等温线

图22　LDH(a)、LDH- ASP(b)及LDH- PBS(c)的孔径分布

图22根据脱附数据给出前体（图22-a）、载药体（图22-b）及释药产物LDH-PBS （图22-c）的孔径微分分布趋势。孔径均值最可几位置按LDH、LDH-ASP、LDH-PBS依次向大孔径区偏移，标志吸附行为以LDH层间通道孔吸附为主，向微粒表面吸附和微粒间隙吸附方式偏移；对微孔区孔径分布的局部分析表明LDH及LDH-ASP在10nm以下仍有相对最大分布，分别出现在6.3nm和3.5nm处，LDH-PBS单调延伸至极微孔区，表明LDH及载药体能明显表现层间通道及紧密堆积型微晶平板空隙等小孔吸附的特征，但释药产物LDHPBS的吸附行为与前体及载药体相比显著改变，通道吸附特征明显削弱。

2.3.4　固相热分解行为的变化

为全面了解LDH-ASP的组装与药物释放前后固相性质的变化，对前体、载药体及释药产物LDH-PBS进行差示扫描量热（DSC）与热重（TG）分析，结果由图23给出。从这些样品的TG线转折及DSC典型吸热区间判断，以250℃为界可将分解过程区分为水脱除与LDH层板羟基脱除两个阶段；不同样品的差别表现在物理吸附水与层间结构水的脱除量、脱水DSC峰征及层板分解的DSC峰形等方面，热分解行为的差异反映了药物插载与释放前后LDH晶态性质的变化。图23-a显示LDH在80℃～194.5℃区间失重9.14%，由物理吸附水和层间结构水脱除两方面引起，其中层间水脱除（179.1℃～194.5℃，峰温185.7℃）失重仅1.07%；第二阶段的分解在297.9℃～800℃区间进行，总失重24.4%，由层间无机阴离子（Cl^-，OH^-）对LDH层板羟基氢取代、层板解体及深度分解等多个微观过程合并构成^[12]，特征吸热区间297.9℃～341.8℃，失重14.4%，峰温321.5℃，峰面积882.4J · g^-1，与LDH柱撑结构塌陷、层板解体等变化相对应。图23-b给出载药体的热分析结果，在80℃～203.8℃区间共失重10.3%，其中结构水脱除（138.9℃～203.8℃，峰面积127.3J· g^-1）失重6.6%，与前体相比层间水含量较高，这与ASP大分子插层引起LDH层间通道升高、ASP亲水性强等原因有关，且峰温（196.3℃）相对前体升高说明组装药物后LDH层间结构水的稳定性提高、与大分子的协同柱撑强度提高；在310.5℃～800℃范围失重26.7%，归结为层间药物分解、LDH解体及深度分解等微观过程，特征吸热区间为310.5℃～ 408.5℃，峰温350.4℃，峰面积1044J· g^-1，失重16.6%，与前体相比峰温升高、峰面积显著增大，这说明LDH-ASP载药体的分解焓及稳定性均高于前体LDH，药物的分子量大于前体层间无机阴离子造成失重量增加。图23-c显示，LDH-PBS的第一次失重发生在80℃～196.4℃区间，失重量12.5%，与前体及载药体相比明显升高，物理吸附水脱除表现特征吸热（图23-c-A，峰温82.3℃，80℃～174.3℃），结构水脱除（峰温184.6℃，174.3℃～196.4℃，峰面积20.49J · g^-1）与LDH-ASP相比，峰温相近但峰面积显著减小、失重量（1.31%）明显降低，表明释放药物

图23　LDH(a)、LDH- ASP(b)及LDH- PBS(c)的热分析曲线

后LDH-PBS含水总量增加但层间结构水含量降低、且热焓值及稳定性下降；LDH-PBS的第二次分解发生在196.4℃～800℃区间，总失重13.07%，可看作H_n－与LDH层板羟基氢的中和及LDH解体等微观过程构成，但总失重量明显小于前体及载药体，且吸热范围宽泛、无特征DSC吸热峰形，证明释放药物后LDH-PBS的无定形性征增强而晶态属性明显减弱，这与XRD、TEM结论吻合。

热分析结果表明LDH-ASP的热分解特征明显，TG曲线与DSC吸热峰界线分明，与前体相比层间结构水含量增加、体系热焓值增加、层板热分解温度提高；释放药物后LDH-PBS的物理吸附水含量显著升高、无定形性征增强、载体LDH晶态性征明显减弱。

3　结论

（1） LDH的层间通道是药物负载、贮存及控制释放的主要场所，LDH层表的吸附与脱释仅起辅助作用，这是LDH用作药物载体的特殊性。

（2）适度增加药物配比、提高反应能量、加强搅拌、选用正电密度较高的LDH对提高ASP-LDH负载率有积极意义；LDH-ASP的载药性能随微晶通道高度增加、横向尺寸增大及纵向尺寸减小而升高。

（3） PBS环境下LDH-ASP的药物释放是离子交换、PBS-LDH化学溶蚀的复合过程；药物释放后载体的晶胞结构受损、结晶度显著降低。

（4） LDH-ASP药物释放性能与层状微晶的结晶度、晶胞参数及晶粒尺寸等因素有关，ASP释放度随载药体的结晶度升高、通道高度增加、横向尺寸减小、层板正电密度降低而增大。

（5） LDH对ASP的负载与释放引起载体在晶胞结构和晶态属性方面的不同变化，LDH对ASP的负载率和LDH-ASP的药物释放度随产物结晶度降低而增大；LDH-ASP载药体与前体LDH的晶态属性、热力学行为及吸附行为相似，但释放药物后LDH-PBS的晶态性征显著减弱、无定形性增强、通道吸附活性降低；而释药体的晶态性征减弱、溶解性增强有利于使命后载体LDH的体内消除。

References

［1］ Zang，Y.B.；Hou，W.G.；Wang，W.X. Acta Chem. Sinica. 2007，65，773（in Chinese）

（臧运波，侯万国，王文兴，化学学报，2007，65，773.）

［2］ Zheng，J.H.；Tian，X.K；Yu，K.C. Acta Chem. Sinica. 2006，64，2331（in Chinese）

（郑建华，田熙科，俞开潮，化学学报，2006，64，2331.）

［3］ Kwak， S.Y.； Kriven， W.M.； Wallig， M.A.； Choy， J.H. Biomaterials. 2004，25，5995

［4］Azzam，T.；Domb，A.J. Current Drug Delivery. 2004，1，165

［5］Ambrogi，V.；Fardella，G.；Grandolini，G.；Perioli，L. International Journal of Pharmaceutics. 2001，220，23

［6］AamirI.K.；Lixuei，A.J.；Dermot，O.H. Chem. Commun. 2001，22，2342

［7］ Hussein， M.Z.； Zainal， Z.； Yahaya， A.H.J. Control. Release.2002， 82， 417

［6］ Xing，Y.；Evans，D.G.；Duan，X. Acta Chem. Sinica 2003，61，267（in Chinese）

（邢颖，Evans D.G.，段雪，化学学报，2003，61，267.）