一、研究背景

电纺丝作为电喷雾技术的同类技术，可在一步法过程中制造出具有不同结构特征的聚合物纳米纤维，因此在开发负载不同活性成分的新型聚合物基纳米纤维方面大有可为，包括用于治疗 2019 年冠状病毒病（COVID-19）的纳米纤维。1996 年，电纺丝（以前为静电纺丝）和纳米纤维由 Reneker 小组复兴。2002 年，首次发表了关于电纺无纺布纤维毡在提供药物缓释特性方面的应用。从那时起直到现在，用于制药的电纺药物纳米纤维一直在不断增加。以 “电纺丝或纳米纤维和药物输送 ”为主题，在 Web of Science 中进行简单搜索，就能找到 43,557 条信息（2020 年 8 月 8 日）。在这些出版物中，电纺纳米纤维和特殊纳米结构可提供几乎所有类型的药物控释特性。这些控释特征包括立即释放、脉冲释放、持续释放、多相释放、双阶段释放、延长释放、延迟释放、局部释放、靶向释放等。这些释放特性主要是由电纺丝聚合物的物理和化学特性以及多相释放特性共同作用实现的。

在临床应用中，非甾体抗炎药（NSAIDs）被广泛用于缓解 COVID-19 患者最常见的发热、疼痛和炎症症状。在所有非甾体抗炎药中，阿司匹林是通过口服治疗 COVID-19 感染者最常用的药物之一。然而，阿司匹林是一种弱酸。当 pH 值小于 3.5 时，阿司匹林会去离子并变成脂溶性。然后，阿司匹林能够扩散到粘膜细胞中，并转变为离子形式，造成粘膜细胞损伤。因此，阿司匹林肠溶衣是商业产品减少粘膜损伤的常用方法。

在此，我们假设一种新型核壳结构纳米纤维（CSF）可以通过结肠靶向的方式操纵阿司匹林的释放，并延长口服后的释放时间。研究人员利用对 pH 值敏感的商用共聚物 Eudragit S100（ES100）（其溶解度与 pH 值有关）作为聚合物载体和成丝基质。开发了一种改良的三轴电纺丝法来制造核壳 ES100 纳米纤维，即在阿司匹林-ES100 复合核上有意包覆一层不含药物的 ES100 壳层。采用传统的电纺丝仪器混合电纺丝法制备出了阿司匹林均匀分布在 ES100 基质上的整体复合纳米纤维 (MCF)，并将其作为阿司匹林-ES100 复合纳米纤维的核心。

二、摘要

本研究通过电纺丝仪器采用新型改良三轴电纺丝法生成了一种基于 Eudragit S100（ES100）的核壳结构纳米纤维（CSF），其中负载了阿司匹林。扫描电子显微镜和透射电子显微镜结果表明，CSF 具有表面光滑的直线形貌，估计平均直径为 740 ± 110 nm，核壳结构清晰，外壳厚度为 65 nm。与传统的混合单流体电纺丝法生产的整体复合纳米纤维（MCFs）相比，阿司匹林因其良好的相容性而友好地呈现在这两种纳米纤维中。CSFs 在提供所需的药物控释曲线方面比 MCFs 有相当大的优势，尽管两者都以侵蚀机制释放药物。前者提供了更长的延时释放时间，在头两小时的酸性条件下释放的部分较少，以保护胃膜，还显示了更长的阿司匹林延长释放时间，以避免可能出现的药物过量。本方案提供了一种基于聚合物的工艺-纳米结构-性能关系，可优化阿司匹林的合理给药。

三、 结论

以对 pH 值敏感的聚合物 ES100 为基础，开发了一种改进的三轴电纺丝方法，用于制备聚合物核壳结构纳米纤维（CSFs），并成功地将阿司匹林封装在其中。为了进行比较，采用单流体混合工艺制备了传统类型的整体复合纳米纤维（MCF）。MCF 和 CSF 具有相似的线性形态、光滑的表面，估计平均直径分别为 870 ± 110 纳米和 740 ± 110 纳米。CSF 具有清晰的核壳结构，壳厚度为 65 纳米。XRD 图谱和 ATR-FTIR 结果表明，阿司匹林与 ES100 具有良好的相容性。尽管 CSFs 和 MCFs 都能以侵蚀机制释放药物，但在提供所需的药物控释曲线方面，CSFs 比 MCFs 有相当大的优势。前者提供了更长的延时释放时间（3.03 小时对 2.01 小时）和更小的释放部分（9.6 ± 3.4% 对 1.3 ± 0.8%），在头两小时的酸性条件下可保护胃膜，还显示了更长的阿司匹林延长释放时间，以避免在循环系统中过量引起细胞毒性（6.09 小时对 3.91 小时）。本方案提供了一种基于聚合物的工艺-纳米结构-性能关系，以优化阿司匹林的合理递送。

图1.改良同轴电纺丝示意图。

 

图2.可拆卸的三层同心喷丝板：(a) 喷丝板的设计细节，三个入口分别用于三种工作流体和一个共用的三层同心出口；(b) 喷丝板全貌的数字图像；(c) 三层同心出口的数字图像。(d) 带有高弹性硅胶管的尖针，用于传输外层溶剂，其外径和壁厚分别为 0.3 毫米和 0.05 毫米。

 

图3.有关改良三轴电纺的观察结果：（a）三种工作液和高压与喷丝板连接的数字图像；（b）显示 CSF 典型制备过程的数字图像；（c）典型的复合三层泰勒锥。