医用聚丙烯酰胺水凝胶理化性能测试

医用聚丙烯酰胺(PAM)是以丙烯酰胺(AM)为原料合成的，具有广泛用途的水溶性高分子，PAM水凝胶主要用于人体软组织填充[1，2]，也可用于医药软膏、药膜和药物载体。医用PAM水凝胶的主要理化性能包括外观、pH值、折射率、重金属含量、红外光谱、化学热稳定性和丙烯酰胺单体残留量。这些理化性质直接影响水凝胶的使用。特别是残留AM单体可导致神经肌肉功能失调，并对皮肤有一定毒性。医用PAM水凝胶产品在中国的生产和临床应用起步较晚，产品中AM单体残留量测定方法的报道很少，由于该类产品中AM单体残留量很低，适用于其他PAM产品中残留AM单体分析的分光光度法等方法的灵敏度太低。国内企业标准(吉林富华医用高分子材料有限公司企业标准Q FH01 2001)虽采用了高效液相色谱法(HPLC)，但未见详细的方法学研究资料及相关报道。因此，本文在分析医用PAM水凝胶主要理化性能的同时，重点对产品中残留AM的HPLC分析方法进行了详细研究。
1 实验部分
1.1 丙烯酰胺残留量的HPLC分析试剂：分析纯丙烯酰胺经重结晶提纯并干燥后用作丙烯酰胺标准品。标准品用体积分数80%甲醇配制成含丙烯酰胺1000mg L的储备液，使用时适当稀释，并使溶液中甲醇体积分数与流动相一致。甲醇(色谱纯)为FisherChemicals(美国)产品。样品处理：质量分数3%医用PAM水凝胶产品由吉林富华医用高分子材料有限公司提供。该产品10g用约40mL甲醇溶解，搅拌后，将凝结成团的聚合物剪碎至2～3mm小颗粒。将烧杯用塑料膜封口后浸泡一昼夜，然后超声萃取1h，滤液定容至50mL容量瓶中，必要时应将此溶液中的甲醇体积分数调整到与流动相基本相同，以消除溶剂峰的影响。色谱条件：HP1100高效液相色谱仪(美国HewlettPackard)；TechsphereODS(4.6mmi.d.×250mm，5μm)柱；流动相为体积分数40%甲醇水溶液，流速0.6mL min；柱温为室温；进样量20μL；检测波长为210nm。
1.2 其他理化性能测定方法pH值：取适量水凝胶加3倍水，搅拌5min后用酸度计测定。折射率：质量分数3%水凝胶样品直接在折射仪(WZS 1，上海)上测定。红外光谱分析：水凝胶60℃干燥至恒量，取适量研磨压片后在红外光谱仪(2000FT IR，美国PERKINELMER)上测定。重金属质量分数(以铅计)：准确称量干燥后的水凝胶1g，在电炉上炭化，放冷后滴加数滴浓H2SO4使之湿润，低温除尽H2SO4，放冷后加浓HNO30.5mL，蒸干以除尽氮的氮化物。置500～600℃马弗炉中灼烧2h，冷后用1mLHAc(0.2mol L)溶解残渣，滤液及洗涤液均转移至25mL容量瓶中，加pH3.5HAc缓冲液和4%硫代乙酰胺显色剂各2mL，用水稀释至刻度。取此溶液稀释50倍后在分光光度计(2100S，日本岛津)上测定。在相同操作条件下测定铅的标准曲线，定量样品中的重金属(以铅计)。热稳定性：水凝胶35℃干燥后，在差示扫描量热仪(DSC821e，瑞士，mettler Toledo)上测定。从热图谱上即可获得开始分解的温度。
2 结果与讨论
2.1 HPLC分析丙烯酰胺残留量
2.1.1 样品处理 PAM水凝胶产品不能直接溶解于水中进行HPLC分析，因为PAM在色谱柱上保留，部分或完全掩盖AM的色谱峰，所以需预先将PAM分离除去。质量分数3%医用PAM水凝胶产品(凝胶状)加入甲醇后会溶解，其中的PAM会沉淀出来并凝结成团(块)，需将其剪碎才能充分地将其中包裹的AM单体萃取出来。另外，如果加入的甲醇量太少，即使放置一昼夜，溶液仍不澄清，加入的甲醇质量应为水凝胶的3倍以上。为保证所制备的样品溶液中AM浓度足够定量检测，加入的甲醇应尽可能少。尽管PAM沉淀会对AM产生包裹，但由于AM单体浓度很低，加上样品处理时长时间浸取和超声萃取，所以AM的回收率能达到95%以上，满足微量成分分析的要求。
2.1.2 色谱条件的选择 经处理后的水凝胶萃取液样品中仍然会有少量溶解的PAM，必须将它们与被测物AM分离。在TechsphereODS柱上，流动相中甲醇的体积比大于50%时，AM与其邻近峰(溶剂峰)的分离不完全。甲醇的体积比小于30%时，AM的峰的对称性较差，本实验选择体积分数40%甲醇水溶液作流动相。另外，如果样品溶液和流动相组成不同，则无论是标准品，还是实际样品，在AM峰之前都有一个溶剂峰。这是由于注入的样品溶液与流动相中甲醇的浓度不同，而在210nm处，甲醇仍有一定紫外吸收所引起。用流动相配制样品可消除溶剂峰。
2.1.3 检测下限与标准曲线 医用PAM水凝胶产品质量标准(企业标准Q FH01 2001)要求残留AM单体质量分数不超过0.5mg kg(5.0×10-7g g)。AM在其最大吸收波长210nm处的检测下限为0.01mg L(S N=3)。也就是说，按本文的样品处理方法计算，可以检测出水凝胶样品中低至5.0×10-8g g的残留AM单体。AM的标准曲线在0.032～100mg L范围内具有良好的线性关系，线性相关系数为0.9998，线性范围也很宽，超过了3个数量级。线性方程为Y=-82.49+5.45×10-3X，其中X为峰面积，Y为AM质量浓度(mg L)。
2.1.4 实际样品分析 按前述方法处理PAM水凝胶产品，对于残留AM不超标的产品，得到的样品溶液中AM的质量浓度应不超过0.1mg L(相当于PAM水凝胶中含5.0×10-7g g)。对于如此低含量的样品，必须消除溶剂峰的干扰才能准确定量。在样品处理过程中，为了有效分离PAM，处理后的样品溶液中甲醇体积分数约为80%，此溶液需进一步调整甲醇浓度，使之与流动相基本一致。图1是水凝胶样品(1#)的色谱图。3个样品的测定结果如表1所示。1#和2#样品是实验阶段的产品，AM残留量尚不合格，分别超过标准值(5.0×10-7g g)约15倍和28倍。3#样品是上市产品，其中残留AM不超标。由此可见，本方法灵敏度高，完全满足医用PAM水凝胶产品中残留AM单体的分析要求。
2.2 其他性能测试对上市产品(3#)的主要理化性能进行了测试，测试值与标准值列于表2。可见该产品的各项理化性能指标都符合企业标准的要求。