基于光交联聚(2-烷基-2-氧唑啉)的胰岛素渗透性水凝胶膜的开发

《Macromolecular Materials and Engineering》：Development of an Insulin-Permeable Hydrogel Membrane Based on Photocrosslinkable Poly(2-Alkyl-2-Oxazoline)s

光交联聚氧杂啉啉水凝胶膜开发及胰岛素控释研究。通过微波辅助阴离子开环聚合合成含苯甲酰基团POxa共聚物，与PET网复合制备出具有10倍肿胀比的胰岛素渗透膜。实验证实该膜在1.77 cm2面积下实现25 μL h?1胰岛素渗透率，并保持蛋白结构完整性（CD光谱证实）。

　　本研究聚焦于开发一种基于光交联聚（2-烷基-2-噁唑啉）的复合膜材料，旨在实现对胰岛素等生物分子的可控渗透与释放。该材料在慢性伤口护理中具有重要的应用潜力，特别是在糖尿病足溃疡（DFUs）治疗领域。DFUs是一种严重的皮肤损伤类型，由于糖尿病导致的伤口愈合机制受损，使得传统治疗方法难以有效应对。本研究通过引入具有抗污染和生物相容性的聚（2-噁唑啉）材料，设计出一种既能控制液体流动，又能保持胰岛素结构完整性的新型复合膜。

聚（2-噁唑啉）（POxa）是一类在生物医学领域中应用广泛的高分子材料，其具有良好的生物相容性、生理稳定性、低毒性和抗污染特性。POxa的合成通常采用阳离子开环聚合（CROP）技术，通过调整侧链结构可以实现对材料性能的灵活调控。特别是聚（2-甲基-2-噁唑啉）（PMeOxa）和聚（2-乙基-2-噁唑啉）（PEtOxa）等变体，因其高亲水性，非常适合用于制备具有渗透性和结构稳定性的水凝胶网络。为了进一步提升材料的可控渗透能力，本研究将具有光交联基团的苯基苯甲酰苯氧基丙基-2-噁唑啉（BPOxa）与PMeOxa或PEtOxa进行共聚，从而合成出具有光交联特性的新型高分子材料。

这些光交联高分子材料随后被用于制备具有多层结构的水凝胶复合膜。通过将干燥的聚合物层覆盖在医用级PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）网格上，并在紫外光照射下进行交联处理，最终形成具有水渗透能力的水凝胶膜。实验表明，当水加入后，该膜的厚度可从约67微米显著增加至约695微米，表现出高达10倍的吸水膨胀能力。这一特性使得水凝胶膜在药物缓释方面具有良好的应用前景，尤其适合作为药物储库与伤口之间的流动控制屏障。

为了评估该复合膜的性能，研究人员进行了全面的表征实验，包括光学显微镜和环境扫描电子显微镜（ESEM）观察，以及渗透性测试。结果表明，该复合膜不仅能够形成均匀的聚合物层，而且在吸水后展现出良好的结构完整性与表面平滑性。此外，该膜在静态条件下能够控制胰岛素溶液的渗透速率，约为每小时25微升（每1.77平方厘米膜面积），这一渗透速率对于药物缓释系统而言是理想的。同时，通过动态光散射（DLS）、紫外-可见（UV–vis）和圆二色（CD）光谱分析，研究确认了胰岛素在渗透过程中保持了其原有的结构和功能，表明该膜能够有效维持胰岛素的活性。

胰岛素作为一种重要的治疗药物，具有促进伤口愈合的多种生物活性。它能够刺激血管生成、促进角质形成细胞迁移与再上皮化、增强胶原沉积，并调节炎症反应。因此，胰岛素是局部药物输送系统中的理想候选药物。然而，胰岛素在高分子系统中的输送面临诸多挑战，如如何在保证适当渗透性的同时，避免蛋白质的变性或吸附。聚（2-噁唑啉）材料因其抗污染特性，能够有效减少胰岛素在材料界面的吸附和变性，这为胰岛素的局部输送提供了良好的解决方案。

本研究通过实验验证了该水凝胶膜在模拟生理条件下的性能。在干燥状态下，膜展现出良好的机械稳定性，而在吸水后则具有显著的膨胀能力。这种结构变化不仅保证了膜的物理性能，也使其能够适应不同的渗透需求。在实际应用中，该膜可与液体储库结合，实现对胰岛素的持续、可控释放，从而在伤口护理中提供更有效的治疗方案。

为了进一步探究胰岛素与聚合物之间的相互作用，研究人员在不同浓度下对胰岛素溶液进行了CD光谱分析。结果表明，即使在高浓度下，胰岛素的二级结构（如α-螺旋和β-折叠）也未发生显著变化，这表明聚合物对胰岛素的结构保持具有积极影响。同时，近紫外CD光谱显示胰岛素的三级和四级结构在与聚合物接触后也未发生明显改变，这进一步支持了该膜在胰岛素输送中的稳定性。此外，DLS分析表明，胰岛素在与聚合物混合后，其分子大小和聚集状态保持稳定，进一步验证了该材料对胰岛素的保护作用。

在实际的渗透实验中，研究人员使用相同的实验装置，对胰岛素溶液的渗透进行了测试。结果表明，该膜在24小时内能够实现胰岛素的缓慢渗透，且其结构保持良好。在96小时后，虽然胰岛素的CD光谱略有变化，但这种变化属于轻微的结构调整，未影响其整体活性。这表明该膜在胰岛素输送过程中，能够在较长的时间内保持其结构的完整性，为慢性伤口的治疗提供了稳定的药物释放平台。

此外，研究人员还探讨了该膜在不同环境条件下的稳定性。实验表明，该膜在干燥状态下可以长期保存，并在需要时重新吸水，而不出现显著的降解现象。这一特性使得该膜在储存和运输过程中具有良好的实用性。同时，该膜在不同的温度和湿度条件下也表现出一定的适应性，为未来的临床应用提供了重要的参考。

本研究的成果表明，基于聚（2-噁唑啉）的水凝胶复合膜在药物输送领域具有广阔的应用前景。该膜不仅能够实现对胰岛素的缓慢释放，还能够有效维持其结构和功能，为慢性伤口的治疗提供了新的思路。未来的研究可以进一步探索该膜在体内环境中的稳定性和有效性，特别是在不同类型的慢性伤口模型中的应用潜力。此外，该膜的设计也为其他生物分子的输送提供了借鉴，具有广泛的应用价值。