类型a：学术研究报告

本研究由来自法国巴黎东大学（Université Paris Est）ICMPE实验室（UMR7182）的Véronique Wintgens、Cédric Lorthioir、Pierre Dubot、Bernard Sébille（已故）和Catherine Amiel（通讯作者）共同完成，发表于2015年的期刊 *Carbohydrate Polymers*（第132卷，第80–88页）。

学术背景

该研究属于高分子材料与药物递送交叉领域，聚焦于环糊精（cyclodextrin, CD）和葡聚糖（dextran）基水凝胶的开发。传统水凝胶在药物缓释中的应用受限于其对亲脂性药物的低负载能力，而环糊精因其疏水空腔可包合疏水性分子，但其水溶性差。研究团队提出了一种新型策略：利用无毒交联剂三偏磷酸钠（sodium trimetaphosphate, STMP）将环糊精与葡聚糖共价交联，形成兼具高吸水性和药物负载能力的水凝胶网络。研究目标是验证该水凝胶的合成可行性、表征其理化性质，并评估其对亲水性（亚甲蓝，MB）和疏水性（二苯甲酮，BZO）模型的负载与释放性能。

研究流程

研究分为四大阶段：

1. 水凝胶的合成与表征

方法与对象：
- 合成条件：将γ-环糊精（γ-CD）与葡聚糖（Mw 60–90 kDa）以不同重量比（0–40%）溶解于NaOH溶液（1或2.5 mol/L），加入STMP（交联剂占比9–28%），60℃反应45分钟形成凝胶。
- 样本分组：命名规则为HGX-Y（X为STMP比例，Y为γ-CD比例），例如HGA-9-0表示STMP 9%、无γ-CD。
- 表征技术：
- 溶胀比（Swelling Ratio, SR）：测定水凝胶在纯水和盐溶液中的吸水能力。
- X射线光电子能谱（XPS）：分析磷（P）含量及P/O、P/C原子比，验证交联密度。
- 固态31P NMR：检测磷酸酯键类型（如单磷酸酯交联pg、三聚磷酸酯tppg），揭示交联机制。

关键发现：
- 高STMP比例（28%）导致交联密度增加，SR降低（如HGA-28-0的SR仅为7.9）。
- γ-CD的引入显著提高SR（HGA-9-40的SR达345），因其作为“悬挂端”减少有效交联点。
- 高浓度NaOH（2.5 mol/L）促进磷酸酯键水解，增加SR（如HGB-9-0的SR为368，HGA-9-0仅39）。

2. 药物负载实验

方法与对象：
- 模型药物：亲水性MB（2×10⁻⁴ mol/L）和疏水性BZO（1.5×10⁻⁴ mol/L）。
- 负载效率（LE）与容量（LC）：通过紫外-可见光谱测定未负载药物浓度，计算吸附量。

关键发现：
- MB依赖静电相互作用（与磷酸基团结合），负载效率达95%。
- BZO依赖γ-CD包合作用，负载效率随γ-CD含量提升（HGA-28-40的LE为17.5%，LC为0.9%）。

3. 药物释放动力学

方法与条件：
- 释放介质：pH 7磷酸盐缓冲液（含0.15 M NaCl的MB实验，0.017 M的BZO实验）。
- 分析方法：采用Fick扩散模型（幂律方程mt/m∞=k·t⁰⁵）拟合初期释放曲线。

关键发现：
- MB释放迅速（HGB-9-0的k=0.274 min⁻⁰⁵），受溶胀和扩散控制，总释放率100%。
- BZO释放缓慢（HGA-28-40的k=0.112 min⁻⁰⁵），受分配平衡与扩散双重调控，需多次更换介质以实现完全释放。

4. 机理分析与关联常数测定

通过BZO释放平衡数据计算γ-CD空穴的结合常数（K），HGA-28-20的K=3600 L/mol，HGA-28-40的K=1600 L/mol，与天然γ-CD（2700 L/mol）接近，证实γ-CD在水凝胶中保留包合能力。

主要结论与价值

1. 科学价值：首次通过STMP一步交联实现γ-CD与葡聚糖的稳定整合，揭示了γ-CD作为“悬挂端”降低交联密度的新机制。
   
2. 应用价值：该水凝胶兼具高溶胀性（适应不同生理环境）和双模式药物负载能力（静电吸附与包合），适用于亲水/疏水药物的可控释放。
   
3. 方法创新：通过31P NMR精准解析磷酸酯交联类型，为多糖基材料表征提供了新思路。
   

研究亮点

• 双功能设计：磷酸基团（亲水药物负载）与γ-CD空腔（疏水药物包合）协同作用。
  
• 绿色合成：STMP为FDA批准的无毒交联剂，适合生物医药应用。
  
• 可控释放：通过调节STMP和γ-CD比例，可精确调控药物释放动力学。
  

其他价值

研究还发现盐浓度显著影响溶胀行为（0.1 M NaCl使SR降至纯水的1/4），为设计环境响应性载体提供了依据。