纳米纤维素（NFC）以其良好的生物降解性、生物相容性及低毒性，以及高比表面积、高强度、易改性等特点，近几年在创伤修复以及药物缓释系统等领域成为研究热点。其中，NFC气凝胶因具有高孔隙率、高比表面积及可调控的孔结构等特性使其成为药物的优良载体，在达到较高载药量的同时还具良好的药物缓释效果。其重点研究方向在于提升载药量、调节药物释放及提高生物利用度。专家研究发现随着气凝胶比表面积的增加，药物负载能力提高，同时随着气凝胶孔径的减小，药物释放速度减缓。在药物可进入孔道的情况下，气凝胶载体的比表面积和孔隙率对药物的负载以及释放性能有着重要影响。因此，对NFC气凝胶的孔结构进行调控非常重要。

本文将NFC与庆大霉素（GM）共混，采用冷冻干燥法制备孔结构可调控和高孔隙率的GM/NFC气凝胶，以期为NFC药物缓释气凝胶的制备提供理论依据，推动NFC在药物缓释和创伤修复敷料中的应用。

仪器设备：

微射流高压均质机（NanoDeBEE，美国BEE公司 苏州微流纳米代理）  

冷冻干燥机（Modulyod-230，美国Thermal公司）

透射电子显微镜（TEM -H7650，日本HITACHI公司）

药品与试剂：

漂白硫酸盐蝴蝶桉木浆（a-纤维素含量86.8%，打浆度15°SR，水分64.65%）；2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基（TEMPO）；庆大霉素（GM，分析纯）；盐酸莫西沙星（MXF，分析纯）；NaClO（10%）、NaBr、无水乙醇、磷酸氢二钠，均为分析纯。

实验步骤：

1.  纳米纤维素（NFC）的制备

(1) 以漂白硫酸盐蝴蝶桉木浆为原料制备TEMPO氧化的NFC水悬浮液，其质量分数为1%。其中氧化体系中NaClO用量分别为4mmol/g 、6mmol/ g 、8mmol/ g和10mmol/g，得到羧基含量分别为1.13mmol / g 、1.30mmol / g 、1.48mmol/ g和1.70mmol / g的氧化浆，然后经过高压均质机用D4喷嘴均质8次，获得4组NFC，分别记作NFC-1.13-8、NFC-1.30-8、NFC-1.48-8和NFC-1.70-8；

(2) 另选羧基含量为1.70mmol/ g 的氧化浆，分别均质4次和6次得到2组NFC，分别记作NFC-1.70-4和NFC-1.70-6。

2. 将以上6组NFC悬浮液分别与GM按照25:1的质量比（绝干质量）充分搅拌混合12h后按一定量注入到24孔板内，之后将其置于-20℃的冰箱内冷冻24h，待混合液完全冷冻后放入-50℃真空冷冻干燥机内干燥24h得到圆柱状的气凝胶，并放入干燥器中保存。制备好的GM / NFC气凝胶直径为14mm ,高度为10mm。

3. 按2所述方法制备非离子药物MXF / NFC气凝胶，得到的4种样品分别记做MXF / NFC-1.13-8、MXF / NFC-1.30-8、 MXF / NFC-1.48-8和MXF / NFC-1.70-8。

4. 采用TEM观察NFC形貌；采用液体置换法测定GM / NFC气凝胶的孔隙率。

5. 采用琼脂平皿扩散国家标准法研究气凝胶样品对标准金黄色葡萄球菌的抗菌性能。

实验结果：

1. TEM分析

图1　6种NFC样品的TEM图

（a）NFC-1.13-8；（b）NFC-1.30-8；（c）NFC-1.48-8；

（d）NFC-1.70-4；（e）NFC-1.70-6；（f）NFC-1.70-8

图1为6种NFC样品的TEM图，用Nano Measurer软件对6种样品的长度和直径进行测量。由图可知，NFC-1.13-8、NFC-1.30-8、NFC-1.48-8和 NFC-1.70-8的纤维直径变化不大，主要分布在3~8nm之间；但其长度却有明显下降，由500nm减至100nm左右。而NFC-1.70-8与NFC-1.70-4和NFC-1.70-6相比，随高压均质次数从4次增至8次，NFC纤维直径由14~20nm减少至3~8nm。以上结果表明，通过对NFC制备过程中氧化程度和均质次数的控制，可得到长度和直径在一定范围内可调控的NFC。

2. 孔结构表征

由表可知，6种气凝胶的孔隙率均在96%以上，孔径范围则为150~450 μ m；此外，随着NFC中羧基含量的增加，NFC纤维间的氢键作用增强，使得相应GM / NFC气凝胶的平均孔径减小。NFC的宽度随均质次数增加而变小，但其比表面积增大，因而形成的气凝胶的孔径减小，孔隙分布变密。可见，改变NFC的制备条件可得到不同的NFC，使得制备的GM / NFC气凝胶的孔径大小在一定范围可调控，这将对GM的负载和缓释起到非常重要的调节作用。

3. 抗菌性能研究

将GM / NFC气凝胶和MXF / NFC气凝胶对标准金黄色葡萄球菌的抑菌效果进行比较，结果见图2。

由图2可知，纯NFC气凝胶周围未形成抑菌圈，而GM / NFC气凝胶周围出现了明显的抑菌圈，抑菌圈宽度在13.31~16.98mm之间，说明载药NFC气凝胶中是药物粒子起到抑菌作用。还可以发现，GM / NFC气凝胶形成的抑菌圈宽度随NFC羧基含量和均质次数的增加而增大。MXF/NFC气凝胶的抑菌圈宽度在6.32~8.8.mm之抑菌效果明显弱于GM / NFC气凝胶。

结论：

1. 通过改变NFC的制备条件如对均质次数的控制可使GM / NFC气凝胶的孔径大小在一定范围可调控；

2.与MXF / NFC气凝胶相比，GM / NFC气凝胶显示出更好的抗菌性能，且形成的抑菌圈宽度随NFC羧基含量和均质次数的增加而增大。

文章来源：

载药纳米纤维素气凝胶的制备及其药物可控释放.pdf

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