殼聚糖微球制備工藝優(yōu)化與分析

1、收稿日期:2006210218;修回日期:2007201215作者簡介:羅華麗(19782,女,四川達(dá)州人,講師,山東大學(xué)碩士研究生,研究方向:精細(xì)化工及醫(yī)用高分子材料.3通訊作者:魯在君,山東大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師,研究方向:聚合物合成與醫(yī)用高分子材料.第24卷第2期周口師范學(xué)院學(xué)報(bào)殼聚糖微球制備工藝優(yōu)化與分析羅華麗1,2,魯在君1,3(1.山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院,山東濟(jì)南250100;2.周口師范學(xué)院化學(xué)系,河南周口466000摘要:以殼聚糖為原料,通過乳化交聯(lián)工藝制備殼聚糖微球,應(yīng)用顯微鏡等考察其理化特性,利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)微球粒徑分布進(jìn)行表征.結(jié)果表明:殼聚糖微球的理化特性受工藝條件如醋酸

2、濃度、殼聚糖的脫乙酰度、殼聚糖醋酸溶液的濃度、交聯(lián)劑的用量等因素的影響,還受到體系溫度、攪拌速度和反應(yīng)時(shí)間等條件的影響;通過乳化交聯(lián)法可制備得到窄分布?xì)ぞ厶俏⑶?關(guān)鍵詞:殼聚糖;微球;窄分布;制備工藝中圖分類號(hào):TQ31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):167129476(2007022*均勻的微米級(jí)粒度聚合物微球作為功能高分子材料,在分析化學(xué)、生物化學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量等領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛.其中微米級(jí)窄分布聚合物微球用作藥物載體,可控制藥物釋放速率、釋放特性及載藥量,尤其用作藥物緩釋載體越來越引起人們的興趣.殼聚糖(Chitosan ,CS 是自然界唯一的堿性多糖,生物相容性好,無毒副作用1,2,被廣泛用于藥物

3、載體和醫(yī)用輔助材料3,4.CS 又稱可溶性甲殼質(zhì)、甲殼胺或幾丁聚糖,其化學(xué)名為(1,4222氨基222脫氧22D 2葡萄糖,結(jié)構(gòu)類似于纖維素.CS 的結(jié)構(gòu)式為本文以CS 為材料,采用反相懸浮2交聯(lián)法制備CS 微球,考察原材料(CS 濃度和脫乙酰度、醋酸濃度、制備工藝(乳化劑用量、油水比、交聯(lián)劑用量、反應(yīng)時(shí)間、攪拌強(qiáng)度等因素對(duì)微球粒徑分布的影響規(guī)律.1材料與方法1.1主要原料CS (脫乙酰度85%、90%和95%,濟(jì)南海得貝海洋生物工程有限公司;殼寡糖(A R ,濟(jì)南海得貝將適量的液體石蠟與Span80攪勻,然后按一定比例加入CS 醋酸溶液,在室溫下經(jīng)電磁攪拌使其成為穩(wěn)定的乳化體系.接著加入一定

4、量的戊二醛進(jìn)行交聯(lián)固化,反應(yīng)完全后,用異丙醇、石油醚洗滌,離心分離,最后用微孔過濾器過濾,即得淺黃色微球.1.4顯微鏡觀察取一定乳液中的微球和干燥后的微球,用熱式偏光顯微鏡,自然光路不加熱時(shí)觀察;利用顯微鏡自帶標(biāo)尺對(duì)微球直徑進(jìn)行測量,微球粒徑計(jì)算樣本至少200個(gè),參照下述公式(d i 為單個(gè)微球粒徑,n 為微球個(gè)數(shù)計(jì)算平均粒徑d ,分散度D P.d =n i =1d in;=ni =1(di-d 2n -112;D P =d.2結(jié)果與討論2.1醋酸濃度的優(yōu)化用體積分?jǐn)?shù)0.5%,1%,2%,3%和5%的醋酸溶液制得質(zhì)量濃度013g/L 的CS 醋酸溶液,其他條件不變,進(jìn)行未載藥微球的制備.經(jīng)顯微

5、鏡觀察發(fā)現(xiàn),2%醋酸溶液得到的微球粒徑分布更均勻(圖1 . 圖12%醋酸溶液的CS 未載藥微球表1不同醋酸濃度制備的CS 微球?qū)Ρ缺泶姿狍w積分?jǐn)?shù)/%微球平均粒徑/m分散度34.7±0.20.40由表1可見,2%醋酸溶液制備的CS 微球粒徑CS 分子鏈上眾多的游離氨基的氮原子具有一對(duì)未共用的電子(致使氨基呈現(xiàn)弱堿性,從溶液中結(jié)合一個(gè)氫離子后使CS 成為帶正電荷的聚電解質(zhì).這種聚電解質(zhì)的形成破壞了CS 分子間和分子內(nèi)的氫鍵,使之溶于水中.因此,CS 在醋酸中溶解實(shí)際上不是CS 溶于稀酸中,而是帶正電荷的CS 聚電解質(zhì)溶于水中.溶解性好的物質(zhì)形成的溶液的表面張力小,也就是說溶解性越好,形成

6、溶液的表面張力越小,從而在一定外力作功的情況下,形成的微球個(gè)數(shù)就多,粒徑小.不同體積分?jǐn)?shù)的醋酸CS 溶液的表面張力大小為:1%醋酸>2%醋酸>3%醋酸.因此,不同醋酸濃度制備的CS 微球粒徑隨著醋酸濃度的增大而變小.2.2CS 脫乙酰度的優(yōu)化對(duì)脫乙酰度85%,90%,95%的CS 分別進(jìn)行微球的制備,其他制備條件保持不變,經(jīng)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)脫乙酰度90%的CS 微球圓整,大小適中,粒徑分布較均勻(見圖2.殼寡糖和水溶性CS 制備的微球粒徑很小,是圖290%脫乙酰度CS 未載藥微球表2不同CS 制備的微球比較CS 種類平均粒徑/m分散度19.1±0.20.35因?yàn)樗芙庑院?

7、表面張力低,形成微球時(shí)需要克服表面張力所做的功小,因此當(dāng)輸入相同的攪拌功時(shí),微球個(gè)數(shù)多而且粒徑小.與脫乙酰度85%CS 相比,95%脫乙酰度CS 分子鏈上所帶氨基更多,在醋酸溶液中所形成聚電解質(zhì)分子主鏈上正電荷的銨離子較多,易于使CS 分子內(nèi)和分子間氫鍵解離,易溶于水.聚電解質(zhì)分子鏈上親水性的離子越多,乳液液滴和連續(xù)介質(zhì)之間界面張力就越小.按照界面張力大小排序:95%脫乙酰度CS 醋酸溶液<90%脫乙酰度CS 醋酸溶液<85%脫乙酰度CS 溶液.由此可以預(yù)測,同等條件下(相同攪拌轉(zhuǎn)速和體系粘度,體系表面張力越小,乳液液滴粒徑越小.如表2所示,95%脫乙酰度CS 微球平均粒徑50.1

8、m ,小于85%脫乙酰度CS 微球平均粒徑105.1m ;而分散度為0.40,均小于85%和90%CS 微球分散度0172和0156,可見95%脫乙酰度CS 微球較小且更均勻.考慮到95%脫乙酰度CS 和90%脫乙酰度CS 所制備的微球平均粒徑和分散度相差不大,從節(jié)約成本角度考慮,本研究選擇90%脫乙酰度CS 作為載藥基材.2.3CS 醋酸濃度的優(yōu)化使用體積分?jǐn)?shù)2%的醋酸水溶液來配制質(zhì)量濃度0.1,0.2,0.3,0.4g/L 脫乙酰度為90%的CS 醋酸溶液,其他條件不變,經(jīng)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)質(zhì)量濃度為013g/L 的CS 醋酸溶液制備的微球圓整,大小適中,粒徑分布較均勻(見圖3.如表3可見,鑒

9、于反應(yīng)速度、產(chǎn)量和粒徑大小以及分布均勻性等因素,為得到平均粒徑適中、粒徑分布較均勻且產(chǎn)量較多的CS 微球,確定CS 醋酸溶液的質(zhì)量濃度為013g/L.46周口師范學(xué)院學(xué)報(bào)2007年3月2.4Span80 乳化劑用量的優(yōu)化圖3013g/L CS 未載藥微球表3不同CS 質(zhì)量濃度制備的微球比較質(zhì)量濃度/g/L平均粒徑/m分散度 0.4110.2±0.20.59多固定液體石蠟的體積為20mL ,乳化劑用量分別按照液體石蠟體積的2%,4%,6%,8%和10%,保持其他條件不變,制備CS 微球.結(jié)果發(fā)現(xiàn)乳化劑用量為液體石蠟體積的8%時(shí),微球圓整,粒徑分布較窄(見圖4.圖4乳化劑用量為液體石蠟體

10、積的8%的微球表4不同Span80體積分?jǐn)?shù)制備的CS 微球的比較體積分?jǐn)?shù)/%平均粒徑/m分散度173.1±3.60.32由表4可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)Span80體積分?jǐn)?shù)為2%油相與水相比例及油相粘度,是影響乳液穩(wěn)定性的重要因素.根據(jù)經(jīng)驗(yàn),采用油水=13.液體石蠟為油相,013g/L CS 醋酸溶液為水相,其他條件保持不變,分別按油水比為11,21和31制備CS 微球,結(jié)果發(fā)現(xiàn)油水比31時(shí)制備的微球?yàn)榧?平均粒徑為(123.1±4.0m ,分散度0.50,如圖5.圖5油水比31時(shí)微球表5不同油水比制備在CS 微球的對(duì)比油水比微球平均粒徑/m分散度123.1±4.00.50由表

11、5可見,油水比越小,微球粒徑越小且粒徑分布越窄.這主要是因?yàn)橛退葹?時(shí),界面張力小,乳液體系穩(wěn)定,從而在一定外力作功下,微球的粒子數(shù)多,微球粒徑小.作為反相懸浮交聯(lián)反應(yīng),油相多于水相,主要是靠乳化劑的親油端在粒子界面形成空間位阻來穩(wěn)定乳液體系,其對(duì)界面張力的減少很有限.所以,油水比21和31時(shí),CS 微球粒徑和粒徑分布變化不大.但是考慮到最終微球需要脫水,水相越少,脫去水相越簡單,那么油水比為31是比較理想的,且有文獻(xiàn)報(bào)道5,此油水比下制備的載藥微球載藥量較大.2.6交聯(lián)密度的優(yōu)化用戊二醛(G L 與CS 之比表示交聯(lián)密度.設(shè)計(jì)CS 和G L 的不同比例進(jìn)行實(shí)驗(yàn),分別取0.25,0.5,1.

12、0,2mL G L ,0.3g/L CS 醋酸溶液10mL ,這樣交聯(lián)密度為56,53,103和203,依次制備CS 微球,優(yōu)化出交聯(lián)密度為56是適宜的(見表6.表6不同交聯(lián)密度的CS 微球?qū)Ρ缺斫宦?lián)密度微球平均粒徑/m分散度33.2±0.40.77由表6可見,交聯(lián)密度越大,即一定量的CS 所56第24卷第2期羅華麗,等:殼聚糖微球制備工藝優(yōu)化與分析消耗的G L就越多,微球粒徑逐漸增大,微球粒徑分布越寬.這是由于粒子間的聚并從而使微球粒徑變大.2.7交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間的影響表7不同交聯(lián)時(shí)間所得微球形狀時(shí)間/h0.5123微球形狀不均勻、粘連、結(jié)塊顆粒均勻顆粒均勻顆粒不均勻2.8交聯(lián)反應(yīng)溫度

13、的影響2.9攪拌轉(zhuǎn)速的影響攪拌轉(zhuǎn)速分為3種:低速、中速、高速.轉(zhuǎn)速過快,制備的微球粒徑小;轉(zhuǎn)速慢,則微球貼壁嚴(yán)重,成塊狀.因?yàn)檗D(zhuǎn)速高時(shí)產(chǎn)生的剪切力大,易使粒子分散,從而形成粒徑小的微球;而轉(zhuǎn)速低時(shí)產(chǎn)生的剪切力小,粒子不宜分散,有的粒子還會(huì)發(fā)生粘連使微球粒徑變大.因此,選用中速攪拌.實(shí)驗(yàn)操作時(shí),攪拌速度的選擇標(biāo)準(zhǔn)是磁子轉(zhuǎn)動(dòng)不但帶動(dòng)乳液中心轉(zhuǎn)動(dòng),而且使得貼近器壁處的乳液轉(zhuǎn)起來.3結(jié)論綜上所述,室溫25,中速攪拌,交聯(lián)反應(yīng)1h,制備未載藥微球工藝參數(shù)定為:脫乙酰度90%CS,醋酸體積分?jǐn)?shù)2%,CS醋酸質(zhì)量濃度013g/L,油水比31,交聯(lián)密度56.對(duì)CS微球制備工藝的優(yōu)化與分析有利于這一類型藥物載體

14、制劑的工業(yè)擴(kuò)大,同時(shí)為進(jìn)一步后續(xù)研究確定適宜的原料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn).對(duì)窄分散度CS微球的制備優(yōu)化后,用于研究藥物的包埋與釋放特性,具有重要的意義.CS及其衍生物,用于多肽、蛋白質(zhì)、核酸、疫苗一類生物活性大分子藥物的包埋和釋放,具有潛在的應(yīng)用前景.參考文獻(xiàn):1Lehr C,Bouwstra J A,Schacht E H,et al.In vitro evalution of mucoadhesive properties of chitosan and some other2Tobio M,G erf R,Sanchez A,et al.stealth PL A PEG nanoparticles a

15、s protein carriers for nasal administrationJ.Pharm.Res.,1998,15:27.3G iunchedi P,Genta I,Conti B,et al.Preparation and characterization of ampicillin loaded methylpyrrolidinone and chi2tosan microspheresJ.Biomaterials,1998,19:157.4Ramadas M,Paul W,Dileep K J,et al.Liposulin encapsulated alginate-chi

16、tosan capsules intestinal delivery in diabet2ic ratsJ.J.Microencapsulation,2000,17:405.5錢俊青,馬月珍.殼聚糖為基質(zhì)的鹽酸左氧氟沙星緩釋微球制備J.浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,32(1:20224.Optimizing and analyzing for the preparation of chitosan microsphereL UO Hua2li1,2,L U Zai2jun1(1.School of Chemistry and Chemical Engineering,Shandong Unive

17、rsity,Jinan250100;2.Depart ment of Chemist ry,Zhouko u Normal U niversity,Zhoukou466000,ChinaAbstract:Using crosslink emulsification process to prepare the Chitosan microsphere,examining the physical and chem2 ic property and utilizing the statistic equation and method to characterize the microsphere diameter distribution.This study shows the physical and chemic property of Chitosan microsphere depends on such factors as acetic acid concentration,the deacrtylazition of Chitosan,Chitoan concentration,crosslink reagent dos