Preparation and Properties of Chitosan Salicylaldehyde Hydrogel Loaded with Anthocyanins
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摘要: 在蓝莓花色苷（ACNs）存在下，以水杨醛为交联剂原位构筑了负载ACNs的壳聚糖水凝胶（ACNs/CS-SA），表征了其结构和形貌，研究了其稳定性、溶胀性能和缓释性能。FT-IR和XRD表征结果表明ACNs通过物理包埋均匀分散在水凝胶三维网络结构中；TG-DTG表征结果表明凝胶包埋显著提高了ACNs的热稳定性；ACNs/CS-SA的溶胀性能和缓释性能均展现出pH响应性；在pH2.7、4.6、6.7介质中，ACNs/CS-SA 24 h累计释药率分别为74.28%±4.58%、40.72%±4.04%和15.70%±1.71%；释放过程符合Weibull方程，R2分别为0.99405、0.95165和0.99712。鉴于ACNs/CS-SA的pH响应性能和对ACNs热稳定性的提高，本研究有望为新型药物包封材料的开发和ACNs的应用提供理论和实验基础。Abstract: In the presence of blueberry anthocyanins (ACNs), chitosan hydrogel crosslinking with salicylaldehyde (ACNs/CS-SA) was constructed. The structure and morphology of ACNs/CS-SA were characterized. The stability, swelling properties and ACNs controlled-release behaviors for the ACNs/CS-SA were investigated in the media of different pH. ACNs were uniformly dispersed in three-dimensional network structure of CS-SA hydrogel by physical embedding, which was confirmed by FT-IR and XRD characterization. The thermal stability of ACNs was significantly improved due to gelation, which was confirmed by TG-DTG characterization. Both the swelling properties and ACNs controlled-release behaviors for the ACNs/CS-SA exhibited pH response. In buffer media of pH2.7, 4.6 and 6.7, the cumulative release rates of ACNs for 24 h were 74.28%±4.58%, 40.72%±4.04% and 15.70%±1.71%, and the release process followed Weibull equation with the correlation coefficients R2 0.99405, 0.95165 and 0.99712, respectively. This study lays a theoretical and experimental foundation for the development of novel drug encapsulation materials and the application of ACNs owing to the ACNs/CS-SA pH responsiveness and ACNs thermal stability improvement.
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Key words:
- anthocyanins /
- chitosan hydrogel /
- stability /
- pH response /
- sustained release properties /
- dynamics
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花色苷（anthocyanins，ACNs）是一种广泛存在于自然界的类黄酮化合物，由花青素与葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖等，以糖苷键形式结合而成。ACNs具有颜色鲜艳、无毒、抗氧化活性、抑菌等特点，在食品、药品、保健品等领域应用广泛[1-3]。ACNs以C6（A环）-C3（C环）-C6（B环）为基本骨架，结构中多个酚羟基使其具有抗氧化活性，但也容易受温度、光照、氧气、pH等条件影响，使含量、颜色和活性等发生变化[4]，极大地限制了其应用。此外ACNs容易受到胃肠道pH和消化酶的影响，导致生物利用度较低[5-6]。
构筑包封体系实现ACNs的有效控释是提高其稳定性和生物利用度的有效方法。水凝胶与生物组织结构类似，具有独特的三维交联网状结构，能够吸收大量水和体液而不溶解[7]，是构筑药物包封体系的常见载体。Xie等[8]利用ACNs与硫酸软骨素的共色作用强化颜色，以卡拉胶构筑水凝胶载体，提高了ACNs在温度、pH和金属离子等多种条件下的稳定性。混合魔芋葡甘聚糖和黄原胶形成的协同水凝胶增强ACNs在多种pH（3.0、6.0和9.0）下的热稳定性[9]。明胶和低酰基结冷胶复合水凝胶（8/2，w/w）在模拟消化过程中可调节ACNs的释放，且对正常大鼠肠上皮细胞的增殖没有抑制作用，表明该复合水凝胶的安全性[10]。
壳聚糖是自然界中存在的唯一碱性多糖，具有良好的生物相容性、生物降解性、生物粘附特性和渗透增强效应，使壳聚糖逐渐成为理想的封装和输送材料[11]。壳聚糖分子链上含有大量氨基，易与醛基化合物发生缩合反应，基于动态亚胺键构筑pH响应型水凝胶[12]，其冻干后微观形貌通常为多孔海绵状，微米级孔径为药物的负载提供了大量空间[13]；良好的溶胀和pH响应性能使药物释放行为具有可控性[14]。以壳聚糖和醛为原料有望构筑出具有缓释性能的pH响应型水凝胶。水杨醛是天然存在于荞麦种子[15]、菊科植物[16]和食草叶甲虫防御分泌物[17]中的一元醛，具有更好的生物安全性。本文以水杨醛与壳聚糖构筑水凝胶（CS-SA）包埋蓝莓ACNs，得到花色苷/壳聚糖-水杨醛水凝胶（ACNs/CS-SA），并对其缓释性能、稳定性、溶胀性能进行评价，以期利用亚胺键的响应性实现ACNs的可控释放、提高ACNs的稳定性，并为壳聚糖基天然缓释材料的开发提供更多选择。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
壳聚糖（脱乙酰度95%，粘度100~200 mPa·s） 萨恩化学技术（上海）有限公司；水杨醛（98%，分析纯） 北京伊诺凯科技有限公司；蓝莓提取物冻干粉（花色苷含量25%） 西安隆择生物工程有限责任公司；矢车菊-3-O-葡萄糖苷标准品（>95%） 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；磷酸二氢钾、无水乙醇、冰醋酸、氯化钾、无水碳酸钠、醋酸钠均为分析纯 天津市永大化学试剂有限公司；磷酸氢二钠（分析纯） 天津市化学试剂六厂；浓盐酸（分析纯） 天津标准科技有限公司。
FA2004N型电子天平 上海精密科学仪器有限公司；PHSJ-3F型实验室pH计 上海雷磁仪器厂；RCT Basic型IKA磁力加热搅拌器 艾卡（广州）仪器设备有限公司；is5型傅里叶变换红外光谱仪 赛默飞世尔科技（中国）有限公司；UV-2600型紫外可见分光光度计 岛津企业管理（中国）有限公司；TM3030型台式扫描电镜 日本株式会社日立高新技术那珂事业所；TD3000型X-射线衍射仪 丹东通达科技有限公司；ZRY-2P高温综合热分析仪 上海精密科学仪器有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 CS-SA的制备
水杨醛溶液的制备：取146 μL水杨醛，用无水乙醇定容至10 mL，备用。
壳聚糖溶液的制备：称取2.0 g壳聚糖溶解于100 mL的1%（V/V）醋酸水溶液中，制得2%壳聚糖溶液，密封静置24 h，备用。
CS-SA的制备：量取2.0 mL的壳聚糖溶液于螺口玻璃瓶中，室温下磁力搅拌，转速700 r/min，缓慢滴加1.0 mL水杨醛溶液，得到CS-SA[14]。
1.2.2 ACNs/CS-SA的制备
ACNs溶液的制备：分别称取0.0080、0.0160、0.0320、0.0400、0.0600、0.1200 g蓝莓提取物冻干粉，溶解于1.0 mL去离子水中，超声匀质，得不同质量浓度的ACNs溶液，避光，4 ℃冷藏，备用。
不同负载量ACNs/CS-SA的制备：分别量取2.0 mL壳聚糖溶液于螺口玻璃瓶中，室温下磁力搅拌，转速700 r/min，迅速加入1.0 mL不同浓度的ACNs溶液，同时缓慢滴加1.0 mL水杨醛溶液，制得负载量（以水杨醛质量计）分别为20%、40%、80%、100%、150%和300%的ACNs/CS-SA，并采用倒管实验[14]考察不同负载量对凝胶行为的影响。
1.2.3 表征方法
采用红外光谱（FT-IR）、紫外-可见光谱（UV-Vis）、X-射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）进行结构和形貌表征，表征方法参考文献[14]，并稍作修改；采用热重分析（TG-DTG）进行热稳定性表征，表征方法参考文献[18]，并稍作修改。具体表征方法如下：
取适量水凝胶，加入少量无水乙醇，用磁力搅拌器打碎至形成均匀溶液，倒入模具，自然干燥后制得水凝胶薄膜，测绘FT-IR图谱。取少量蓝莓提取物冻干粉与适量KBr粉末混合，充分研磨，装入模具，15 MPa下压片1 min，测绘FT-IR图谱。采集参数：分辨率4 cm−1，扫描范围4000~500 cm−1，扫描次数16次。
取少量水凝胶于0.1 cm石英比色皿上涂抹均匀，测绘UV-Vis图谱。取2 mL以醋酸溶液调至pH4.2的ACNs溶液于1 cm石英比色皿中，测绘UV-Vis图谱。设置波长范围200~700 nm。
取适量水凝胶，加入少量无水乙醇，用磁力搅拌器打碎至形成均匀溶液，少量多次均匀涂于载玻片上，自然干燥，测绘XRD图谱。取适量蓝莓提取物冻干粉充分研磨、压片，测绘XRD图谱。XRD采用Cu-ka（λ=0.15406 nm）辐射，扫描速率0.01°/s，扫描范围3~50°，电压30 kV，电流20 mA。
分别将蓝莓提取物冻干粉、不同负载量的ACNs/CS-SA冷冻干燥至恒重，得ACNs/CS-SA冻干凝胶。用裁纸刀快速切割ACNs/CS-SA冻干凝胶，得到平整的横截面，粘贴到导电胶上，喷金60 s，观察水凝胶形貌。
分别称取少量蓝莓提取物冻干粉、CS-SA冻干凝胶粉末、负载量为100%的ACNs/CS-SA冻干凝胶粉末于坩埚中，记录40～640 ℃范围内加热过程中样品失重曲线（升温速率10 ℃/min）。
1.2.4 溶胀性能测定方法
分别将CS-SA和负载量100%的ACNs/CS-SA置于培养皿中，自然干燥48 h，制得干凝胶片。分别取pH2.7的醋酸溶液、pH4.6、6.7的NaAc-HAc缓冲溶液和pH11.7的Na2CO3溶液20 mL于50 mL小烧杯中，将称量后的干凝胶片置于其中，每隔一段时间取出凝胶片，用滤纸将表面擦干，称重，记录，重复以上操作。每个实验平行三次，计算平均值。溶胀率SR按（1）计算：
$$\rm SR({\text%}) = \frac{{{m_{t}} - {m_0}}}{{{m_0}}} \times 100 $$ 1 式中：m0为干凝胶片质量，g；mt为溶胀后凝胶片质量，g。
1.2.5 缓释性能测定方法
标准曲线的绘制：将5 mg矢车菊-3-O-葡萄糖苷标准品溶解于pH2.7的醋酸溶液中，转移至100 mL容量瓶定容，得储备液，避光备用。依次量取不同体积的储备液至10 mL容量瓶中，定容，得到浓度分别为0.004、0.008、0.012、0.016、0.020 mg/mL的溶液，在最大吸收波长512 nm处依次测定上述各浓度溶液的吸光度值，绘制标准曲线：y=2.921x+0.0321，R2=0.99982。参照以上步骤，分别在最大吸收波长521 nm处绘制pH4.6的NaAc-HAc缓冲溶液标准曲线：y=0.651x+0.00803，R2=0.99948；在最大吸收波长540 nm处绘制pH6.7的NaAc-HAc缓冲溶液标准曲线：y=0.696x+0.0115，R2=0.99911。
缓释性能测定方法：取一定质量的100% ACNs/CS-SA干凝胶片，称重，记录，浸于200 mL pH2.7的醋酸溶液中，每间隔一定时间，取2 mL溶液于石英比色皿中，测定吸光度值，利用标准曲线计算浓度，平行做三组实验，计算ACNs累计释放率。参照以上步骤，分别测定pH4.6、6.7的NaAc-HAc缓冲溶液中ACNs累计释放率。ACNs累计释放率Q按（2）计算：
$$\rm Q({\text%}) = \frac{{{c_{n}} \times V}}{m} \times 100 $$ 2 式中：cn为第n次溶液中ACNs的浓度，mg/mL；V为浸泡溶液的体积，mL；m为凝胶中负载的ACNs质量，mg。
释放动力学的拟合：分别利用准一级动力学方程、准二级动力学方程、Higuchi方程、Weibull方程和Pepaas方程拟合释放过程，见式（3）~（7），研究不同pH对ACNs/CS-SA中ACNs释放行为的影响。
$$\rm 准一级动力学方程： \ln\left(1-\frac{Q}{Q_e}\right)= - kt $$ 3 $$\rm 准二级动力学方程： \frac{t}{Q} = \frac{1}{{k{Q_e^2}}}+\frac{t}{{{Q_{e}}}} $$ 4 $$\rm Higuchi方程： Q = k{t^{1/2}}+b $$ 5 $$\rm Weibull方程： Q = A\{ 1 - {e^{{ - [k(t - \tau )}{{]}^{d}}}}\} $$ 6 $$\rm Pepaas方程： Q = k{t^n} $$ 7 式中：Q为t时刻ACNs的累计释放率；Qe为平衡时ACNs的释放率；t为释放时间，min；k为动力学常数；τ为位置参数；n为形状参数；kd为尺度参数；A、b为参数。
1.3 数据处理
溶胀和缓释性能测定实验重复3次，数据结果用“平均值±标准差”表示，Origin2018软件绘图。
2 结果与分析
2.1 负载量对凝胶行为的影响
制备了不同负载量的ACNs/CS-SA，结果如图1。负载量20%、40%、80%、100%、150%的ACNs/CS-SA均成胶；负载量150%的ACNs/CS-SA边缘有少量ACNs溶液渗出；负载量300%的ACNs/CS-SA质地较软，且成胶时间大于24 h。
2.2 ACNs/CS-SA的表征
2.2.1 FT-IR表征
由ACNs的FT-IR表征（图2a）可知：3360 cm−1处出现宽且强的羟基伸缩振动特征峰，是由于ACNs的多羟基结构形成分子内氢键，导致羟基特征吸收峰红移并加宽；1715 cm−1处为苯环上的α-羰基结构特征峰，说明花色苷中存在酚酸结构，1509 cm−1处的苯并吡喃芳香环振动特征峰为黄烊衍生物的典型特征峰[19]。由CS-SA的FT-IR表征（图2b）可知：3460 cm−1处出现O-H伸缩振动特征峰，CS-SA于1631 cm−1 处出现强的尖峰，归属于亚胺键基团伸缩振动峰，说明水杨醛的醛基与壳聚糖的氨基反应生成了亚胺键。由不同负载量ACNs/CS-SA的FT-IR表征（图2c~2e）可知：随着ACNs的增加，1715 cm−1处开始出现ACNs苯环上α-羰基结构特征峰，且该峰的强度随负载量的增加而增加。ACNs/CS-SA保留着CS-SA中1631 cm−1处亚胺键的特征峰，1152、1078、1018 cm−1（图2阴影区）分别属于糖环上C-O-C、仲羟基、伯羟基的C-O特征峰和1275 cm−1处对应酚羟基特征峰，未出现新的特征振动峰，说明ACNs通过物理作用锚定到水凝胶网络结构中。
2.2.2 UV-Vis表征
由图3a可知：ACNs水溶液分别在波长280 nm和521 nm处出现特征峰，与多羟基黄酮类化合物紫外特征吸收峰一致[20]。由图3b可知：CS-SA在410 nm吸收峰归属于SA-亚胺的酮胺。由图3c~3e可知：随负载量增加，ACNs/CS-SA保留410 nm处CS-SA的吸收峰，545 nm处ACNs特征吸收峰逐渐增强；CS-SA 318 nm处苯环吸收峰和ACNs 521 nm处吸收峰分别红移至325 nm和545 nm，说明CS-SA负载ACNs过程中，苯环和ACNs黄烊盐发色团（糖苷配基发色团）发生J-聚集[21]。
图 3 ACNs、CS-SA和不同负载量ACNs/CS-SA的UV-Vis表征Figure 3. UV-Vis spectra of ACNs, CS-SA and ACNs/CS-SA with different loads2.2.3 XRD表征
由ACNs的XRD表征（图4a）可知，ACNs的XRD图谱为无定型“馒头”峰，说明ACNs是无定形结构。由CS-SA的XRD表征（图4b）可知，CS-SA在2θ=6.5°、14.6°和20.6°处有较强衍射峰，依据布拉格方程2dsinθ=nλ计算出d=13.58 Å，6.06 Å，4.31 Å，分别对应相邻糖链（包含水杨醛和花色苷分子）、相邻苯环之间的距离和相邻糖链（不包含水杨醛和花色苷分子）之间的距离[12]。ACNs/CS-SA组装示意图如图5所示。由ACNs/CS-SA的XRD表征（图4c~4f）可知，负载量20%、100%、150%的ACNs/CS-SA与CS-SA的XRD谱图没有明显区别，说明ACNs进入凝胶层间，可能以微米级均匀分散于凝胶体系[13]。
图 4 ACNs、CS-SA和不同负载量ACNs/CS-SA的XRD表征Figure 4. X-ray diffraction patterns of ACNs, CS-SA and ACNs/CS-SA with different loads2.2.4 SEM表征及负载机理
由ACNs的SEM表征（图6a）可以看出：ACNs冻干粉表面呈不规则形貌。由CS-SA的SEM表征（图6b）可以看出：冷冻干燥的CS-SA呈孔状结构，为ACNs的包埋提供了空间。由不同负载量ACNs/CS-SA的SEM表征（图6c~6e）可以看出：随着ACNs负载量的增加，孔径越来越小，ACNs未出现分相现象。正如图5所示，ACNs均匀分散在CS-SA三维网络结构中。通过放大倍率SEM图可以发现，随着ACNs负载量的增加，负载量为20%、100%、150%的ACNs/CS-SA纤维结构逐渐明显，说明ACNs参与凝胶超分子自组装过程，正如紫外光谱表征（图3）发现，水杨醛的苯环和黄烊盐发色团之间发生J-聚集。
图 6 CS-SA和不同负载量ACNs/CS-SA的SEM表征Figure 6. Assembly mechanism of CS-SA and ACNs/CS-SA with different loads2.2.5 TG和DTG表征
结合2.1负载量对凝胶行为的影响，选择凝胶稳定、包埋完全的ACNs/CS-SA进行TG和DTG表征，结果如图7：ACNs、CS-SA和ACNs/CS-SA的热分解均经历了三个阶段，ACNs在40~260 ℃出现的缓慢失重现象，主要与水分挥发和糖苷键断裂有关；260~330 ℃出现的迅速失重，归因于开环反应使ACNs降解为酚酸和醛；330~530 ℃的失重与糖类热解有关[22-23]。CS-SA在40~250 ℃出现水分蒸发及初步热分解，此阶段失重较少；250~330 ℃，其经历氧化反应产生CO2、H2O和有机中间产物；继续加热至580 ℃，热解完全[24]。ACNs/CS-SA在40~250 ℃的缓慢失重现象主要与吸附在水凝胶中的结合水挥发和ACNs多糖的脱除有关；250~330 ℃迅速失重与CS-SA的热分解及ACNs的降解有关，DTG曲线显示失重速率为12.58%/min，小于ACNs在该温度段的失重速率25.03%/min；330~580 ℃范围内，CS-SA和ACNs/CS-SA的TG曲线斜率近似，二者的DTG曲线均出现宽峰，且DTG曲线显示失重速率小于ACNs，最大失重速率对应温度明显升高。由此可见，凝胶包埋可以显著提高ACNs的热稳定性。正如先前研究[9]，凝胶行为可以避免ACNs暴露于热辐射，提高其稳定性。
图 7 ACNs、CS-SA和100% ACNs/CS-SA的TG（A）、DTG（B）表征Figure 7. TG (A), DTG (B) curves of ACNs, CS-SA and 100% ACNs/CS-SA2.3 ACNs/CS-SA的溶胀性能
ACNs/CS-SA在不同pH介质中的溶胀性能见图8。由图8可以看出，ACNs/CS-SA、CS-SA溶胀性能展现出明显的pH响应性。在酸性介质中溶胀率均较大，pH2.7时，二者溶胀率最大，133 min时分别为1167.47%±92.57%和1145.18%±7.42%。在中性、碱性介质中二者溶胀率较小，这是由于CS氨基的去质子作用（CS pKa6.5）使氢键作用增强，溶胀率下降。ACNs/CS-SA在pH11.7介质中溶胀率高于pH6.7介质中的溶胀率，这可能由于ACNs结构中存在大量酚羟基，在碱性介质中去质子化。
图 8 不同pH条件下100% ACNs/CS-SA（A）和CS-SA（B）的溶胀性能Figure 8. Swelling performance of 100% ACNs/CS-SA (A) and CS-SA (B) with different pH2.4 ACNs/CS-SA的缓释性能
不同pH条件下，ACNs/CS-SA的缓释性能见图9。由图9可知，pH2.7时ACNs/CS-SA累计释药率较高，随pH增加，ACNs/CS-SA累计释药率减少。在pH2.7、4.6和6.7的缓冲溶液中，ACNs/CS-SA 24 h累计释药率分别为74.28%±4.58%、40.72%±4.04%和15.70%±1.71%。ACNs累计释药率呈现先增大后趋于平衡的规律，结合图8可以看出，ACNs/CS-SA缓释性能与溶胀性能曲线趋势一致，展现了pH响应性能。pH2.7时，ACNs/CS-SA 24 h累计释药率高，这是由于强酸性条件下，亚胺键部分断裂，CS氨基被质子化，高分子链伸展[25]，凝胶溶胀，有利于ACNs的释放；pH6.7时，ACNs累计释药率低，亚胺键在中性介质中稳定性较高，壳聚糖氨基部分去质子化，ACNs/CS-SA的疏水单元能够更有效地排序，凝胶溶胀性能差，阻止了ACNs的释放。
图 9 不同pH条件下100% ACNs/CS-SA的缓释性能Figure 9. Sustained release performance of 100% ACNs/CS-SA with different pH在pH2.7和4.6的缓冲溶液中，ACNs/CS-SA开始60 min ACNs释放速率均较快，累计释药率分别为28.31%±1.48%和20.98%±7.74%，这主要是由于开始阶段ACNs/CS-SA缓释溶胀速率快，凝胶表面的ACNs释放到缓冲溶液中。原位凝胶使ACNs分子和基质之间产生较强的物理作用力，克服了明显突发释放的缺点，使ACNs在前60 min的中度突发释放和随后1 d的延长释放之间达到了良好的平衡，适用于药物控释系统的设计[26]。
一般认为亲水性药物的释放主要受扩散过程控制，但其他因素，如基质的物理作用力和基质侵蚀也起着重要作用[27]。为了进一步探讨ACNs的释放行为，分别利用准一级动力学方程、准二级动力学方程、Higuchi方程、Pepaas方程和Weibull方程对不同pH条件下ACNs/CS-SA中ACNs释放行为进行拟合，结果见表1。由表1可见，不同pH条件下，Weibull方程均对ACNs/CS-SA释放过程有较好拟合，R2分别为0.99405、0.95165、0.99712。但Weibull方程为经验方程，无法充分描述药物的溶出动力学性质。准二级动力学方程、Higuchi方程、Pepaas方程对pH2.7时ACNs/CS-SA释放过程也有较高的相关系数（R2=0.91015~0.95904），说明pH2.7时ACNs/CS-SA释放机制复杂，受许多因素控制。Higuchi方程表明ACNs分子在凝胶中的扩散在其释放过程中起着重要作用。Pepaas方程中n<0.45，说明ACNs的扩散为Fick扩散[28]。
表 1 100% ACNs/CS-SA释放动力学模型分析Table 1. Release dynamics model analysis of 100% ACNs/CS-SA模型 方程 R2 pH2.7 准一级 $\rm Q = 64.22519 \times [1 - \exp ( - 0.00683t)] $ 0.89566 准二级 $\rm Q = 1/(0.01328+1.63956/x) $ 0.95617 Higuchi $\rm Q = 1.94371{t^{1/2}}+12.00928 $ 0.91015 Weibull $\rm Q = 77.49016 \times \{ 1 - {e^{ - {{[0.00362(t+15.10121)]}^{0.7096}}}}\} $ 0.99405 Pepaas $\rm Q = 6.90565{t^{0.33862}} $ 0.95904 pH4.6 准一级 $\rm Q = 34.54011 \times [1 - \exp ( - 0.01705t)] $ 0.81687 准二级 $\rm Q = 1/(0.02534+1.21956/x) $ 0.91344 Higuchi $\rm Q = 0.94346{t^{1/2}}+13.24074 $ 0.76389 Weibull $\rm Q = 46.15881 \times \{ 1 - {e^{ - {{[0.00613(t - 7.72996)]}^{0.40212}}}}\} $ 0.95165 Pepaas $\rm Q = 7.594{t^{0.24816}} $ 0.88208 pH6.7 准一级 $\rm Q = 16.46357 \times [1 - \exp ( - 0.00273t)] $ 0.96812 准二级 $\rm Q = 1/(0.0473+19.09845/x) $ 0.94464 Higuchi $\rm Q = 0.46828{t^{1/2}}+0.02852 $ 0.83522 Weibull $\rm Q = 15.6828 \times \{ 1 - {e^{ - {{[0.00289(t+29.80457)]}^{1.63029}}}}\} $ 0.99712 Pepaas $\rm Q = 0.61095{t^{0.45867}} $ 0.84236 Xie等[8]研究了卡拉胶构筑水凝胶包埋ACNs，结果表明，随着介质pH增加，ACNs累计释药率逐渐增大，在pH1.0介质中ACNs累计释药率为41.3%；在pH6.0介质时累计释药率为93.4%。如前所述，ACNs/CS-SA展现了相反的pH响应释药性能，随着pH增加ACNs累计释药率逐渐减小，酸性条件下ACNs累计释药率最大。也有研究表明，水杨醛及衍生物交联壳聚糖构筑的水凝胶对大鼠的免疫系统、血液生化指标和组织器官等没有不良影响[27]。ACNs/CS-SA不仅具有良好的pH响应性，并能提高ACNs的稳定性，而且可能具有复合水凝胶的安全性[10]，有望为ACNs应用提供新载体。
3 结论
在蓝莓ACNs存在下，以水杨醛为交联剂，原位构筑了载药水凝胶ACNs/CS-SA。ACNs/CS-SA不仅提高了ACNs的热稳定性，而且ACNs释放行为展现出控释性能和pH响应性。在pH2.7、4.6、6.7介质中，100% ACNs/CS-SA 24 h累计释药率分别为74.28%±4.58%、40.72%±4.04%和15.70%±1.71%，随着介质pH增加，ACNs累计释药率逐渐减小。ACNs/CS-SA溶胀性能和释放动力学研究表明，ACNs/CS-SA的控释性能与其溶胀性能展现相同的规律，溶胀率增加ACNs释放率增大；Higuchi方程表明ACNs分子在凝胶中的扩散行为是释放过程的重要影响因素，主要可能由于亚胺键和壳聚糖氨基的酸碱响应，在不同pH介质中ACNs/CS-SA结构发生变化，从而使ACNs的释放展现pH响应性。ACNs/CS-SA制备方法简单、绿色，具有良好的pH响应性，并能提高ACNs的稳定性，为新型药物包封材料的开发和ACNs的应用提供了理论和实验基础。
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图 3 ACNs、CS-SA和不同负载量ACNs/CS-SA的UV-Vis表征
Figure 3. UV-Vis spectra of ACNs, CS-SA and ACNs/CS-SA with different loads
图 4 ACNs、CS-SA和不同负载量ACNs/CS-SA的XRD表征
Figure 4. X-ray diffraction patterns of ACNs, CS-SA and ACNs/CS-SA with different loads
图 6 CS-SA和不同负载量ACNs/CS-SA的SEM表征
Figure 6. Assembly mechanism of CS-SA and ACNs/CS-SA with different loads
图 7 ACNs、CS-SA和100% ACNs/CS-SA的TG（A）、DTG（B）表征
Figure 7. TG (A), DTG (B) curves of ACNs, CS-SA and 100% ACNs/CS-SA
图 8 不同pH条件下100% ACNs/CS-SA（A）和CS-SA（B）的溶胀性能
Figure 8. Swelling performance of 100% ACNs/CS-SA (A) and CS-SA (B) with different pH
图 9 不同pH条件下100% ACNs/CS-SA的缓释性能
Figure 9. Sustained release performance of 100% ACNs/CS-SA with different pH
表 1 100% ACNs/CS-SA释放动力学模型分析
Table 1. Release dynamics model analysis of 100% ACNs/CS-SA
模型 方程 R2 pH2.7 准一级 $\rm Q = 64.22519 \times [1 - \exp ( - 0.00683t)] $ 0.89566 准二级 $\rm Q = 1/(0.01328+1.63956/x) $ 0.95617 Higuchi $\rm Q = 1.94371{t^{1/2}}+12.00928 $ 0.91015 Weibull $\rm Q = 77.49016 \times \{ 1 - {e^{ - {{[0.00362(t+15.10121)]}^{0.7096}}}}\} $ 0.99405 Pepaas $\rm Q = 6.90565{t^{0.33862}} $ 0.95904 pH4.6 准一级 $\rm Q = 34.54011 \times [1 - \exp ( - 0.01705t)] $ 0.81687 准二级 $\rm Q = 1/(0.02534+1.21956/x) $ 0.91344 Higuchi $\rm Q = 0.94346{t^{1/2}}+13.24074 $ 0.76389 Weibull $\rm Q = 46.15881 \times \{ 1 - {e^{ - {{[0.00613(t - 7.72996)]}^{0.40212}}}}\} $ 0.95165 Pepaas $\rm Q = 7.594{t^{0.24816}} $ 0.88208 pH6.7 准一级 $\rm Q = 16.46357 \times [1 - \exp ( - 0.00273t)] $ 0.96812 准二级 $\rm Q = 1/(0.0473+19.09845/x) $ 0.94464 Higuchi $\rm Q = 0.46828{t^{1/2}}+0.02852 $ 0.83522 Weibull $\rm Q = 15.6828 \times \{ 1 - {e^{ - {{[0.00289(t+29.80457)]}^{1.63029}}}}\} $ 0.99712 Pepaas $\rm Q = 0.61095{t^{0.45867}} $ 0.84236 
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