安全可控的药物输送系统对人类健康至关重要，因为它有助于减少药物副作用并提高治疗效果。与其他药物载体相比，具有三维多孔结构的气凝胶能够快速负载小分子药物，并使生物环境更有效地与聚合物载体相互作用[1]。作为药物载体，气凝胶具有多个优点，包括可调节的孔径、连通的孔结构以及可控的比表面积[2]。当药物在体液中的溶解度较高时，载药气凝胶与生理介质之间的大面积接触可能导致药物快速且不受控制地释放[3]。幸运的是，通过调整交联程度、功能化以及气凝胶与药物之间的相互作用，可以有效调节气凝胶的药物释放曲线。
纤维素作为一种天然聚合物，含有大量羟基，能够与药物形成氢键、静电吸引力和范德华力，使其成为有效的药物负载材料[4][5]。纤维素气凝胶是通过纤维素链上的羟基之间的分子内氢键以及分子间的物理交联形成的。它们价格低廉、可生物降解、毒性低，被认为是优秀的药物输送系统材料[6]。为了提高纤维素气凝胶药物载体的性能，赵等人将硅藻土和壳聚糖掺入纤维素中制备了纤维素复合气凝胶；这种改性使载药量达到了3%，并且药物释放性能受硅藻土含量的影响[7]。Valo等人报告称，三种不同的纤维素气凝胶能够持续释放药物，载药量范围为3.5%至12%，释放时间为150分钟[8]。一些研究引入了响应刺激的功能基团或聚合物，以增强药物与载体之间的结合力，从而提高载药量并延长药物释放时间[6][9]。
聚丙烯酸（PAA）是一种在pH > 4时具有强亲水性的弱多羧酸。由于羧基的脱质子化，PAA的结构和性质得以调控，赋予药物载体pH响应性[10]。此外，氧化石墨烯（GO）是一种二维平面纳米材料，具有生物相容性、亲水性和表面官能团，使其在各种生物医学应用中极具吸引力[11][12][13]。研究表明，引入GO可以增强载体与药物分子之间的氢键、π-π堆叠和静电相互作用，从而提高载药性能和可控释放能力[14]。因此，可以使用丙烯酸（AA）和GO制备基于纤维素的气凝胶，以增加药物载药量和延长药物释放时间，但类似的气凝胶药物载体尚未有相关报道。
在本研究中，引入了具有羧基活性位的pH响应性单体AA，制备了pH响应性羧化纤维素纳米纤维（CNF）复合气凝胶作为药物载体（图1）。此外，由于GO独特的纳米结构和丰富的活性位点，将其引入羧化CNF气凝胶中，以增强其与药物的相互作用，从而提高载药能力。分析了载药前后羧化CNF复合气凝胶的结构和性质，并对其膨胀性能、载药速率和药物释放行为进行了研究，以揭示载药机制。在pH 7.4（模拟肠道环境）和pH 3（模拟胃环境）条件下，气凝胶的释放行为表明：在肠道中药物释放减少，在胃中药物浓度增加，主要用于治疗胃部疾病。本研究旨在评估羧化CNF复合气凝胶的缓释性能，并通过动力学模型阐明其缓释机制。AA和GO的引入有效调节了羧化CNF复合气凝胶的孔结构，从而增强了其pH响应性、提高了载药能力并延长了药物释放时间，显著扩展了其在药物输送系统中的应用前景。
