布洛芬包封于环糊精纳米海绵水凝胶中的传输特性：质子高分辨魔角旋转核磁共振波谱研究

本研究的总体目标是展示环糊精纳米海绵的合成方法，将其转化为载药水凝胶，并通过高分辨率魔角旋转核磁共振波谱技术研究药物在水凝胶内的扩散性。环糊精纳米海绵是通过环糊精（CDs）与EDTA二酐之间的逐步增长聚合反应制备而成。除非另有说明，我们的环糊精单元网络具有亲水性，能够吸收和释放有机及无机物质。

高分辨率魔角旋转核磁共振的主要优势在于能够监测被包裹药物在聚合物基质中的传递特性，这在药物递送领域具有潜在应用价值。该合成方法非常简单，且在室温下即可完成。逐步增长聚合反应约在10分钟内发生。

我们选择布洛芬作为药物的示例，该药物被包埋在聚合物氢键网络中，代表了一种真正的六倍递送系统。将β-环糊精在100摄氏度的烘箱中干燥至恒重。同时，在使用前，将250毫升二甲基亚砜（DMSO）和100毫升三乙胺通过4埃分子筛干燥24小时。

将25毫升DMSO加入50毫升单颈圆底烧瓶中。在磁力搅拌下，分批加入5.675克β-环糊精粉末，以减少结块的形成。

约30分钟后，使用10毫升刻度移液管向均相溶液中加入6毫升三乙胺。将烧瓶浸入维持在室温的水浴中，并持续搅拌混合物15分钟。制备环糊精纳米海绵一四时，需在剧烈搅拌下加入5.124克EDTA二酐。

制备环糊精纳米海绵一八时，在剧烈搅拌下加入10.248克EDTA二酸酐。反应三小时后，用刮勺从烧瓶中取出固体物质（即环糊精纳米海绵），并用研钵和研杵粗略研磨。将固体物质在丙酮浴中洗涤，随后在滤纸上进行洗涤并过滤。

将所有固体材料在室温下空气中干燥48小时后，使用研钵和研杵将干燥后的材料充分研磨成细粉。然后在45摄氏度下真空干燥两小时。进行高分辨率魔角旋转核磁共振（NMR）样品制备时，首先配制0.27摩尔的布洛芬钠盐氘代水溶液。

向2 mL玻璃小瓶中的150 µL溶液内加入20毫克环糊精纳米海绵一四和2毫克无水碳酸钠。用小刮勺混合瓶内内容物，使其均匀。对环糊精纳米海绵一八聚合物重复此操作。

获得均匀且充分溶胀的水凝胶是获取高质量高分辨魔角旋转核磁共振谱的第一步。将水凝胶小心地装入核磁共振转子中，避免产生气泡，以免导致转子旋转不稳。使用小刮勺将凝胶转移至适合高分辨魔角旋转实验的5毫米核磁共振转子中。

然后，将转子插入核磁共振波谱仪的磁体中。转子进入磁体后，通过气动装置使其旋转，最高转速可达4,000赫兹。进行高分辨率质子核磁共振实验时，在气动控制单元上设置转子转速为4千赫兹，并在变温单元中将样品温度设定为305开尔文。

采用一维谱，利用脉冲梯度自旋回波脉冲序列在质子共振条件下，测定布洛芬在环糊精纳米海绵一四和环糊精纳米海绵一八水凝胶中的扩散高分辨率质谱。扩散实验采用BP led脉冲序列进行。该实验为伪二维实验，其间接维的梯度强度呈线性增加，梯度斜坡从2%逐步增至100%。

信号强度会根据扩散时间和梯度脉冲P30而衰减。在正确开展实验之前，需要对这些参数进行优化。优化过程通过执行两次一维测量来完成，其中扩散时间保持恒定，而P30则进行变化。

通过将扩散时间在50至200毫秒范围内逐步增加，进行可变扩散时间测量。每次实验采集32组谱图，然后按照文本方案中所述方法处理数据。

基本的脉冲梯度自旋回波实验可用于测量布洛芬在水凝胶中的分子均方位移。随着梯度强度的增加，核磁共振信号强度逐渐衰减。通过对衰减曲线进行拟合，可得到分子均方位移，即Z平方。

反之，均方位移与扩散模式的类型相关。通过均方位移对扩散时间的对数-对数线性回归，可从实验上获得α指数。α指数的数值描述了布洛芬在水凝胶基质中所观察到的扩散模式。

当α等于1时，表现为各向同性的无限制扩散。当α值小于1时，表明处于亚扩散状态。而当α值大于1时，则代表处于超扩散状态。

根据聚合物制备方法的不同，包埋在水凝胶基质中的布洛芬表现出两种不同的扩散模式。纳米海绵一比四的水凝胶表现为亚扩散模式，而纳米海绵一比八的水凝胶则呈现出轻微的超扩散模式。

一旦掌握，若操作得当，该反应可在一小时内以高产率和高纯度完成。这些材料通过形成黏稠的水凝胶表现出显著的吸水能力，生物活性分子可轻易地被包载其中。利用HMS核磁共振技术，可对包封于此类聚合物基质中的生物活性分子的分子状态及其传递特性进行实验研究。

对由环糊精纳米海绵制备的水凝胶中布洛芬扩散的核磁共振（NMR）结果表明，通过合理设计聚合物的制备方法，可以调控布洛芬的扩散行为。布洛芬在环糊精纳米海绵水凝胶中表现出亚扩散和超扩散两种模式。该发现可用于环糊精纳米海绵水凝胶支架释放性能的创新设计。