磁性殼聚糖微球的制備及其性能

1、第30卷第2期2011年3月大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報JournalofDalianPolytechnicUniversityVol.30No.2Mar.2011文章編號:1674-1404(2011)02-0105-04磁性殼聚糖微球的制備及其性能王紅英, 常 凱, 錢斯日古楞, 孫井輝(大連工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院,遼寧大連 116034)摘要:用共沉淀法制備納米級Fe3O4磁流體,并對其用油酸進(jìn)行表面改性。采用化學(xué)交聯(lián)法,在分散有磁流體的殼聚糖溶液中,加入適量的戊二醛交聯(lián)劑,制得內(nèi)核為磁性Fe3O4,外層包有殼聚糖的納米級的磁性殼聚糖復(fù)合微球?？疾炝藲ぞ厶琴|(zhì)量濃度、NaOH滴加量及攪拌速度等因素對磁性

2、殼聚糖微球粒徑、粒徑分布以及形貌等對復(fù)合過程的影響,確定了制備磁性殼聚糖微球的最佳條件,并用電鏡、紅外光譜圖、粒徑分析儀等方法對磁性殼聚糖微球的形態(tài)和組成特性進(jìn)行分析。最后得出平均粒徑為348.5nm,表面富含羥基、氨基和醇羥基等官能團(tuán),磁性明顯、分散性良好的磁性殼聚糖微球。關(guān)鍵詞:殼聚糖;磁性微球;油酸中圖分類號:TQ464.9文獻(xiàn)標(biāo)志碼:APreparationandcharacteristicsofmagneticchitosanmicrospheresWANG Hong-ying CHANG Kai, QIAN S-iriguleng, SUN Jing-hui(SchoolofBio

3、engineering,DalianPolytechnicUniversity,Dalian116034,China)Abstract:TheFe3O4nanoparticleswerepreparedbyco-precipitationandmodifiedbyoleicacidandthecompositechitosanmagneticmicrospherescontainingFe3O4nanoparticleswerepreparedusingtheemulsificationcross-linkingtechniquebyaddingproperamountofglutaralde

4、hydeintochitosansolution.Theresultsdemonstratedthatthechitosanconcentration,NaOHamountandstirringspeedofthesuspensionmediumwerethemosteffectiveparametersforthesize,sizedistribution,morphologyandmagnetismofmagneticchitosanmicrospheres.TheSEM,IRandDLSindicatedthatthediameterofthemicrosphereswasabout34

5、8.5nmandthemicrosphereswereuniformlydisperse.Themagnetictestshowedthatthemicrosphereshadgoodmagneticresponsivenessandthefunctionalgroupsonthesurface.Keywords:chitosan;magneticmicrospheres;oleicacid0 引 言天然高分子磁性微球的研究是現(xiàn)在較新穎的課題,由于微球表面天然高分子的分子結(jié)構(gòu)具有可設(shè)計性,磁性微球又具有靶向性,引起了世界科學(xué)工作者的極大興趣,已成為21世紀(jì)生命科學(xué)和材料學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近年

6、來,國外學(xué)者發(fā)表了許多有關(guān)天然高分子磁性微球的制備和應(yīng)用方面的研究論文,并申請了不少專利,已有相關(guān)技術(shù)在醫(yī)學(xué)、生物、環(huán)保等領(lǐng)域中得到了應(yīng)用1-3性微球這一領(lǐng)域的研究,并取得了一定的成果,但相比較而言,國內(nèi)在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究水平與國外仍有差距。天然高分子磁性微球的制備常以Fe3O4為內(nèi)核,外面包裹一層天然高分子材料。目前常用的天然高分子材料為淀粉、海藻酸鈉、葡聚糖等,用殼聚糖制備天然高分子磁性微球比較少見。但是由于殼聚糖是一種生物可降解的天然高分子材料,其分子結(jié)構(gòu)擁有的 OH和 NH2兩種活性官能團(tuán),它們可以與很多種有機(jī)物的分子相結(jié)合4-5。由于殼聚糖具有這些優(yōu)良的特性,它是制。我國也

7、有不少的科研人員開始了對天然高分子磁收稿日期:2010-01-24.基金項目:遼寧省教育廳科學(xué)研究計劃資助項目(2008063).:(,.106大 連 工 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報第30卷備載體微球的首選材料。目前,磁性高分子微球的研究已經(jīng)從最簡單的高分子包裹磁性材料發(fā)展到多類型的組合方式,其結(jié)構(gòu)一般為4種類型,即核-殼型、殼-核型、殼-核-殼型和鑲嵌型6-9。磁性微球的核殼兩部分構(gòu)成,核心部位的納米級磁流體使微球具有靶向性,外殼的天然高分子官能基團(tuán)使微球具有的載體性10。其中研究較多且具有廣泛應(yīng)用前景的主要是核-殼型磁性高分子微球,但是用殼聚糖包裹的磁性微球比較少見,因此本文設(shè)計了以Fe3O4為內(nèi)

8、核外面包裹了殼聚糖的核-殼型磁性高分子微球。在制備微球的時,首先用油酸對Fe3O4磁性納米粒子改性。然后以Span-80和吐溫80為乳化劑,采用戊二醛交聯(lián)法制備11納米級殼聚糖磁性微球。經(jīng)過實(shí)驗測定,殼聚糖磁性微球具備分散性良好、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。的磁流體干粉置入到燒杯中,加入40mL配置好的殼聚糖溶液,在功率1000W、間隙時間1s、超聲時間1s條件下,超聲波冰浴分散10min。將分散好的溶液置入250mL三口燒瓶內(nèi),加入100mL去離子水,37 恒溫水浴加熱并1000r/min攪拌。緩慢滴加100 L戊二醛(體積分?jǐn)?shù)為50%),攪拌1h,加入適量Span-80和吐溫80。繼續(xù)以1000r/m

9、in速度攪拌30min,開始滴加1mol/L的NaOH。在pH達(dá)到7之前,NaOH滴加速度每4s一滴。然后再以每8s一滴速度滴加到pH為9,停止滴加。緩慢加入100 L乙二胺,800r/min攪拌3h。停止攪拌,用無水乙醇和超純水反復(fù)清洗干凈,在4 的冰箱中保藏備用。1.3 測定方法1.3.1 掃描電鏡分析(SEM)磁性殼聚糖微球在載玻片固定烘干后,用XL30掃描電鏡(philips)掃描觀察其形貌。1.3.2 平均粒徑取少量的磁性殼聚糖微球,溶于重蒸餾水中,超聲分散。然后使用美國布魯克海文儀器公司的Zetasizer激光分析儀測定納米級磁性殼聚糖微球的粒徑分布。1.3.3 紅外光譜分析(FT

10、IR)取少量的2mg磁性殼聚糖微球干粉與干燥KBr粉末充分混合,用球磨機(jī)研磨2min,轉(zhuǎn)入模具中,使其分布均勻,壓成透明的薄片。然后用美國NicoletImpact410型紅外光譜分析儀對磁性殼聚糖微球進(jìn)行分析,測量的范圍為4000400cm-1。1 材料與方法1.1 材料與儀器殼聚糖,脫乙酰度為90%以上,上海緣聚生物科技有限公司;乙酸、乙二胺、戊二醛、氯化亞鐵、三氯化鐵均為國產(chǎn)分析純;Span-80、吐溫80、油酸為國產(chǎn)化學(xué)純。1.2 實(shí)驗方法1.2.1 改性磁流體的制備用共沉淀法制備12納米級磁流體。秤取5g2+FeCl2 4H2O,3.4gFeCl3 6H2O3,分別溶解40mL蒸餾水

11、中,配制成Fe濃度為0.2mol/L,Fe3+濃度為0.125mol/L的溶液。將溶液混合置入三口瓶中,加入150mL去離子水,在10000r/min條件下高速攪拌。在攪拌的同時,緩慢滴加3mol/L的NaOH,直至溶液變得黑亮,此時停止加入NaOH,繼續(xù)攪拌30min。然后加入0.5mL油酸,在10000r/min條件下高速攪拌1h。油酸被高速分散后吸附在納米級磁流體表面,不僅提高表面張力,使納米級磁流體更圓潤,還能夠防止磁流體氧化,提高其穩(wěn)定性。同時,大量的酸根粒子包圍,相互排斥,使其更具有分散性。然后用無水乙醇和超純水反復(fù)清洗干凈,去除磁粒表面吸附的油酸。最后加以磁場分離得到改性磁流體,

12、冷凍干燥后,密封低溫保藏備用。1.2.2 納米磁性殼聚糖微球的制備首先,用體積分?jǐn)?shù)為2%的乙酸溶液溶解殼,12 結(jié)果與討論2.1 磁性殼聚糖微球制備的影響因素2.1.1 殼聚糖的質(zhì)量濃度如表1所示,隨著殼聚糖質(zhì)量濃度的增加,磁性殼聚糖微球的粒徑隨之增大。但是,當(dāng)殼聚糖質(zhì)量濃度過大時,反應(yīng)液的黏度也越大,攪拌就越困難,容易產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象。而殼聚糖的質(zhì)量濃度過低,磁流體則會交聯(lián)很少的殼聚糖,不利于固定化活性物質(zhì)。所以殼聚糖的質(zhì)量濃度為20g/L時條件最佳。2.1.2 氫氧化鈉的滴加量在磁性殼聚糖微球的制備過程中,氫氧化鈉的滴加過量,會使微球粘連太多的殼聚糖,造成微第2期王紅英等:磁性殼聚糖微球的制備

13、及其性能2.2 磁性殼聚糖微球的結(jié)構(gòu)與形貌觀察107面很少或者沒有殼聚糖。經(jīng)實(shí)驗證明,滴加8.5mL濃度為3mol/L的NaOH時成球性最好,見圖1。表1 不同殼聚糖質(zhì)量濃度對微球制備的影響Tab.1 EffectofmagneticmicrospherespreparationwithdifferentchitosanConcentration(殼聚糖)/(g L-1)10微球粒徑/nm團(tuán)聚現(xiàn)象微球球形263無差15272無較差20348無佳25424部分較差30 完全差采用SEM對實(shí)驗部分得到的殼聚糖磁性復(fù)合微球結(jié)構(gòu)與形貌進(jìn)行觀察。由圖2可見,其粒徑達(dá)到300nm左右,成球性較好,尺寸均勻

14、,分散性好,沒有團(tuán)聚現(xiàn)象。圖2 磁性殼聚糖微球的SEM照片F(xiàn)ig.2 SEMofmagneticmicrospheres2.3 磁性殼聚糖微球粒徑的分布粒徑分布是評價磁性殼聚糖微球的分散性和均一行的重要指標(biāo),由圖3可見,納米級磁性殼聚糖微球的粒徑分布比較窄,95.4%的磁性殼聚糖微球集中在332.7nm左右,平均粒徑大約為348.5nm,分散系數(shù)為0.283,這與掃描電鏡分析所得出的結(jié)果一致。圖1 不同NaOH滴加量的殼聚糖磁性微球的SEM照片F(xiàn)ig.1 SEMimagesofmagneticmicrosphereswithdifferentNaOHamount圖3 磁性殼聚糖微球的粒徑分布F

15、ig.3 Diameterdistributingofmagneticmicrospheres2.1.3 攪拌速度如表2所示,在制備微球的過程中,攪拌速度越大,磁性殼聚糖微球粒徑越小。當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)超過1000r/min之后,即使攪拌速度增加,微球粒徑的變化也比較平緩。所以,最佳攪拌轉(zhuǎn)數(shù)為1000r/min。表2 不同攪拌速度對磁性殼聚糖微球粒徑的影響Tab.2 Effectofchitosanmicrosphereswithdifferentstirringrate攪拌速度/(r min-12.4 磁性殼聚糖微球的紅外分析圖4是紅外光譜分析儀得出的磁性殼聚糖微球紅外光譜。對紅外光譜圖進(jìn)行解析,584

16、cm-1的寬吸收峰是Fe O的特征峰,表明磁性微球中含有磁流體。1068cm是C O C伸縮振動峰,1635cm-1是 NH2彎曲振動吸收峰,3434cm-1的寬吸收峰是羥基 OH振動吸收峰,2925cm-1寬吸收峰是 NH的伸縮振動吸收峰,這些官能基團(tuán)均是表明磁性微球中含有殼聚糖。由紅外光譜解析得出,已成功制備出以磁流-1)80010001200108大 連 工 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報第30卷特征峰的波谷較深,表明磁性殼聚糖微球表面的活性基團(tuán)豐富。水性。最佳藥品加量為100 L戊二醛(體積分?jǐn)?shù)為50%),Span-80和吐溫80各300 L,100 L乙二胺,滴加3mol/L的NaOH為8.5m

17、L;最佳溫度為37 ;最佳攪拌速度為1000r/min。參考文獻(xiàn):1AL-DURIB,ROBINSONE,MCNERLANS,etal.Hydrolysisofedibleoilsbylipaseimmobilizedonhy-drophobicsupport:EffectofinternalstructureJ.JournaloftheAmericanOilChemistsSociety,1995,圖4 磁性殼聚糖微球的紅外圖譜Fig.4 IRspectrumofmagneticmicrospheres72:1351-1359.2CAOShugui,YANGHua,MALin.Enhanci

18、ngen-zymaticpropertiesbytheimmobilizationmethodJ.AppliedBiochemistryandBiotechnology,1996,59:7-14.3謝鋼,張秋禹.磁性高分子微球J.高分子通報,2001(12):38-45.4AGNIHOTRISA,MALLIKARJUNANN,AM-INABHAVITM.Recentadvancesonchitosan-basedmicroandnanoparticlesindrugdeliveryJ.JournalofControlledRelease,2004,100:5-28.5袁履冰,高占先,陳宏博,等

19、.有機(jī)化學(xué)M.北京:高等教育出版社,1999:459.6王麗娟,劉崢.磁性高分子微球的制備及在分析化學(xué)t/s20742.5 磁性殼聚糖微球的磁響應(yīng)性由表3中數(shù)據(jù)可以看出,磁性殼聚糖微球粒徑不同,磁響應(yīng)也不同,磁性殼聚糖微球粒徑越大,磁響應(yīng)就越強(qiáng)。但是在加以相同磁場下,磁性殼聚糖微球都能在74s吸附完畢,以達(dá)到快速分離。由此可以看出磁性殼聚糖微球的磁響應(yīng)顯著,具有磁分離的功能。表3 不同粒徑磁性殼聚糖微球磁響應(yīng)時間Tab.3 Theresponsivenesstimeofdifferentparticlesizechitosanmagneticmicrospheresm(微球)/g大粒徑磁性微球小粒徑磁性微球11V(水)/mL5050中的應(yīng)用進(jìn)展J.材料導(dǎo)報,2006,20(6):36-40.7馬秀玲,黃麗酶,鄭思寧,等.磁性微球的制備及研究進(jìn)展J.廣州化學(xué),2003,28(3):58-64.8魏衍超,楊連生.磁性生物高分子微球的制備方法和研究進(jìn)展J.功能材料,2000,31(5):464-465