«——【·前言·】——»离子交换纤维与传统离子交换树脂的不同之处在于其非交联结构。
交换位于框架表面，传输阻力显著降低，这可能意味着交换是由离子反应而不是扩散控制的。
本工作旨在研究强阳离子离子交换纤维对五种模型药物的负载和释放特性，采用批量工艺装载药物，并在美国药典溶出仪中释放。
开发了适合纤维特殊结构的相反交换动力学，用于借助热力学来描述交换过程，这说明负载是由离子反应控制的，分子量是影响载药量和释放速率的最重要因素，药物-纤维复合物表现出持续释放。
释放介质中不同种类和浓度的抗衡离子或不同量的药物纤维复合物影响释放行为，而pH值与其无关。
为离子交换纤维的深入探索和进一步应用奠定了基础。
«——【·简介·】——»人们越来越关注以受控方式输送活性化合物，例如化学品、肽或蛋白质，每种新型高性能材料都引导研究人员进入一个全新的领域，其中包括离子交换材料。
自1935年首次合成离子交换剂——离子交换树脂以来，离子交换材料表现出特定的功能，例如基于离子环境的药物释放、生物或粘膜粘附和掩味，为通过调节和维持药物的释放和渗透来实现新型药物输送的方法。
离子交换纤维作为离子交换材料的典型类型，包含两种成分：由聚乙烯、聚丙烯或粘胶等聚合物链组成的水不溶性结构成分和由聚合物链组成的功能成分，固定负电荷或正电荷由相反电荷的离子补偿。
纤维与传统树脂的区别在于前者的非交联结构，与药物和树脂之间发生在树脂颗粒的孔隙和通道中的交换不同，药物和纤维之间的交换位于无孔框架的表面，并且传输阻力显着降低，这意味着交换倾向于通过离子反应过程而不是扩散过程来控制。
因此，由于缺乏孔和通道，更快的加载速率和更大的加载量是可能的。
这些特性有利于药物纤维复合物的制备，并通过显著减少材料剂量来提高患者的依从性。
已经针对离子交换树脂开发了一些基于扩散的动力学理论，它们不适用于纤维。
很少有研究关注离子交换纤维载药动力学，药物扩散到内膜中的行为与它们穿过树脂孔隙时的行为相同。
纤维壳中离子交换过程的数学处理与传统球形树脂中的类似，即扩散是速率决定过程。
此外，使用离子反应机制来解释离子交换树脂的交换过程，特别是离子交换柱中发生的交换过程。
在这项研究中，开发了一种基于离子反应机制的新型动力学，称为“相反交换动力学”，以借助热力学来了解药物和纤维之间相互作用的性质和强度，研究了五种模型药物在强阳离子离子交换纤维中的负载和释放行为，以了解分子量、药物结构和其他一些参数的变化外部条件影响加载和释放过程。
«——【·材料和方法·】——»本研究中使用的强阳离子离子交换纤维强阳离子离子交换纤维购自桂林正瀚股份有限公司，最大离子交换容量约为3.03 mmol，直径为30 –50微米，该纤维的非交联骨架为苯乙烯侧链接枝的聚丙烯链，强阳离子交换基团为磺酸基。
将短纤形式的纤维连续用95%乙醇和去离子水洗涤以除去杂质，直到洗涤溶液变成无色，然后分别用NaOH和HCl溶液在碱性和酸性形式之间循环活化，直至洗涤液的pH值稳定在12或2左右。
用去离子水洗涤至中性后，将纤维浸入NaCl溶液中数次，以预载钠离子，当纤维浆料的pH值接近中性时，将纤维浸入NaCl溶液中数次，以预加载钠离子，直到纤维浆料的pH值接近中性，即氢离子结合在纤维上被钠离子彻底取代。
使用分批工艺将药物加载到纤维中，其中将先前纯化的纤维粉末浸入 3.5 mM 药物溶液中，预先将等摩尔HCl加入到阿替洛尔溶液中以确保药物保持其阳离子形式。
所有实验均在预定温度下进行将合适体积的玻璃容器放入恒温水浴中，使用磁力搅拌器连续搅拌。
在指定时间点通过400目滤网从药物纤维系统中收集样品，然后将相同体积的水添加回系统中以保持恒定体积。
加载到纤维上的药物量被确定为初始加载溶液和样品中的药物量之间的差异，每个实验至少进行三次。
«——【·离子交换纤维的形态·】——»通过扫描电子显微镜评估离子交换纤维的表面特性。
在成像之前，使用双面胶带对样品进行镀金。
将药物纤维复合物转移至 900 mL pH 1.2溶出介质中HCl 溶液和pH 6.8磷酸盐缓冲液，美国药典溶出度仪，介质温度保持在37.0℃±0.5 ℃ ，以50 rpm的速度旋转。
采用单因素方差分析确定组间显着性，然后采用差异最小的事后检验进行各组间比较。
已开发出相反的交换动力学来描述离子交换纤维与离子溶液接触时发生的可逆离子反应，加载和释放是同时进行的，当正负反应速率相等时达到平衡。
氯化钠也被认为是一种产物，因为它在阴性反应中发挥着重要作用，而这一点通常被忽视，对于离子交换反应，正反应速率和负反应速率通常都与其反应物浓度的一次方成正比。
离子交换在可逆性上与单分子层吸附非常相似，这导致负载曲线与朗缪尔吸附等温线的形状相似，通过拟合从实验中获得的点，使用吸附等温方程来获得。
离子交换纤维中模型药物负载的两种类型，一型的加载速率非常快，30分钟就足以达到平衡，而加载量较小，药物包括阿替洛尔、曲马多和文拉法辛，第二种加载速度较慢，需要数天才能达到平衡，但加载量较大，药物包括青藤碱和地尔硫卓。
相反的交换动力学非常成功地捕捉到了阿替洛尔和青藤碱在三种不同温度下的加载曲线特征，说明模型可以解释加载行为。
阿替洛尔在不同温度下的实验结果和理论预测之间的比较，离子交换速率和离子反应速率之间的残余变化很小，表明离子反应是离子交换纤维负载过程的速率决定步骤，对于低温下的二类药物，计算值略高于观测值，说明在某些条件下还有其他因素影响汇率。
理论考虑表明，速率常数应取决于反应物的浓度，离子之间的反应除外，到目前为止，对速率常数最显着的影响是由温度变化引起的。
结果可以提供一些关于离子交换机制的信息，在离子反应中该值应该是正值，因为界面的随机性增加，归因于钠离子和氯离子的释放，其半径较小，同时，由于颗粒数的减少，吸附过程的值应为负值。
而其他四种盐酸盐为正，这可能表明阿替洛尔在离子交换纤维中的交换更容易发生物理吸附，而其他盐酸盐更容易发生离子反应。
低活化能是物理吸附的特征，而较高的活化能表明化学吸附，阿替洛尔的正中心为仲胺，其余为叔胺，仲胺在溶液中比叔胺更难电离，因此它与盐酸之间可能形成配位络合物而不是离子化合物，导致阿替洛尔以分子形式被吸收。
阿替洛尔和曲马多的交换是放热的，这使得它们的负载更容易，随温度升高而下降，高温有利于负反应的进行，获得的量较少，对于其他吸热反应，随温度升高而增加，高温有利于正反应获得较大的负载量，但温度对阿替洛尔、青藤碱装药量的影响差异不显着。
在相同的反应物初始摩尔浓度下，研究了模型药物加载到离子交换纤维中的效果。
从分子量、和药物结构框架四个因素来测试五种药物之间的差异。
随着分子量的增加，活化能增加，负载率降低。
良好的线性充分证明分子量是对载药量最重要的影响，与均相反应不同，发生离子反应的纤维表面是有限的，空间位阻似乎是影响加载过程的一个显着因素。
虽然药物离子的某些部分与离子交换基团快速结合，但其他部分需要更多时间才能重新排列到适当的交换位置，通常对于分子量较大的药物离子来说，其移动速度较慢，这就是为什么在较低温度下观察到的汇率值略低于青藤碱的预测汇率的原因。
当负载发生在较高的温度升高，由于分子热运动加速，时间变短；加载曲线与类型一相似。
«——【·药物结构框架·】——»作为自然界中的离子反应，由于交换基团的负电荷是确定的，模型药物的电荷密度可能会影响负载行为，药物碱度，曲马多和阿替洛尔的分子量几乎相同，但前者的pKa较大，增强了药物与纤维的亲和力，使加载速度更快。
离子交换纤维的扫描电子显微照片显示，强阳离子离子交换纤维的表面由无数蚀刻凸起组成，负载后，首先药物晶体消失，即纤维中的药物呈无定形状态，由于药物膜的覆盖，纤维表面变得更加光滑。
通过在溶出仪中进行溶出，研究了离子交换纤维中五种药物的体外释放，药物-纤维复合物最初由于其疏水性而漂浮在水表面，并在超过10分钟后逐渐下沉，漂浮能力可延长复合物胃内滞留时间，从理化性质和外界条件两个方面考察对药物释放的影响。
分子量和每种药物在pH 1.2 HCl溶液和pH 6.8磷酸盐缓冲液中从药物-纤维复合物中的释放曲线显示，通过外推纤维中50%和80%的药物释放到溶出介质中的时间来确定药物从纤维的释放速率。
在纤维中的高度分散状态加速了释放，其他药物-纤维复合物表现出持续释放，并且释放程度随着分子量的增加而增加。
位阻使得萃取离子难以接近小离子交换基团和大得多的药物之间的离子键。
同时，曲马多的释放速率比阿替洛尔慢，说明曲马多与纤维之间较高的电荷密度和环状结构导致更强的亲和力，使其更难释放，在口服给药中，离子交换树脂需要通过另一种方法进行额外的释放控制。
释放介质中不同种类和浓度的反离子会影响释放行为，而一旦用NaCl调节溶液中反离子的浓度，pH值就与释放行为无关，虽然每种离子对离子交换纤维都有其特殊的亲和力，但二价离子的能力比一价离子的能力大一倍左右，说明离子交换是化学计量反应。
当钠离子的摩尔量与纤维中药物离子的摩尔量相等、十倍或一百倍时，药物从纤维中的释放百分比分别为17％、46％和81％。
其原因是抗衡离子摩尔量的增加使平衡向药物释放方向移动。
同样，随着溶液体积的增加，释放程度也可能变得更高，在同一装置中，pH 1.2溶液中，树脂酸盐中盐酸地尔硫卓的释放量约为40%，相比之下，在我们的工作中，药物从复合物中的释放率超过80%。
两个实验中使用的药物剂量不同，显示三种剂量的地尔硫卓-纤维复合物的溶出测试，药物释放与结构无关；药物释放由离子反应决定。
药物的释放也不是由于药物粉末的溶解而产生的。
一旦纤维中的药物与释放介质中的药物之间建立离子反应平衡，尽管释放介质中保持了良好的下沉条件，但释放不再继续。
随着剂量的减少，提取液的相对浓度增加，使反应向药物释放方向转变，释放程度更高。
因此，这种溶解方法更适合离子交换纤维中小剂量药物的释放。
«——【·笔者认为·】——»本研究对离子交换纤维模型药物的负载和释放特性进行了研究，为离子交换纤维的应用奠定了基础。
通过相反交换动力学的发展，离子反应被证明是加载过程的决定速率的步骤。
分子量是对载药量和释放速率最重要的影响因素，这两者都随着分子量的增加而降低，即快速装载的药物也快速释放。
药物和环状结构增强了药物与纤维之间的亲和力，没有造成任何深刻的差异，溶出介质中不同类型和浓度的抗衡离子或不同量的络合物会影响释放行为，而pH值与其无关。
«——【·参考文献·】——»赫尔费里奇，《从涂层浮动离子交换树脂珠中控制药物释放》，生物科技杂志，2012年。
丽红静，《酮康唑离子交换纤维复合物：一种降低胃酸缺乏引起的口服生物利用度个体差异的新方法》，生物研究杂志，2012年。
车汪洋，《布洛芬离子交换纤维复合物：基于离子交换改善溶出度和胃耐受性》，生物科学杂志，2013年。
姚旭寒，《一种基于离子交换纤维的新型核黄素胃粘膜粘附递送系统》，生物研究杂志， 2008年。