原位聚合法制備cspaac水凝膠磁微球

原位聚合法制備cspaac水凝膠磁微球

1生物基因型n近年來，高含量納米硬水凝膠對藥物靶場的控制和釋放的應(yīng)用研究非常活躍。高分子磁性納米水凝膠具有順磁性,可以在外磁場引導下將藥物運輸?shù)街付ǖ牟课?達到靶向釋放的目的。包覆在磁微球表面的水凝膠具有良好的生物相容性和生物安全性,適合于藥物包埋和輸運[1~3]。殼聚糖(chitosan)系甲殼素脫乙?；蟮难苌?又名甲殼胺、聚氨葡糖、脫乙酰殼多糖等。由于其來源豐富,化學性質(zhì)穩(wěn)定,且具有多種生物活性、生物可降解性和生物相容性,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥制劑、醫(yī)用纖維和膜、人造皮膚、藥物載體、抗腫瘤等方面。迄今為止,高分子水凝膠納米磁微球的主要制備方法為乳液聚合法,本文采用原位聚合法制備了殼聚糖/聚丙烯酸水凝膠磁微球。整個制備過程完全在水溶液體系中進行,簡化了殼聚糖/聚丙烯酸水凝膠磁微球富集提純的工藝,提高了殼聚糖/聚丙烯酸水凝膠磁微球的純度,減少了乳化劑對水凝膠磁微球的污染,增強了生物安全性。2實驗材料和方法2.1實驗儀器和設(shè)備CR22GⅡ型高速離心機(日本Hitachi公司),FD-1型冷凍干燥機(北京德天佑科技發(fā)展有限公司),AVATAR370型傅立葉紅外光譜儀(美國Nicolet公司),STA409型熱重分析儀(德國耐馳公司),SXL-120D1程控箱式電爐(上海精宏實驗設(shè)備有限公司),2400Ⅱ型元素分析儀(美國Perkin-Elmer公司),S-2150掃描電子顯微鏡(日本Hitachi公司),155型振動樣品磁強計(美國ADE公司),3000HS型激光粒度儀(英國MALVERN公司)。殼聚糖(CS)(上海春露生物化學有限公司,平均分子量990kDa,脫乙酰度85%);丙烯酸(AAc)(分析純,上?；瘜W試劑公司);25%戊二醛溶液(GTA)(生化試劑,上海凌峰化學試劑有限公司);過硫酸鉀(上海試劑二廠);其他試劑都為分析純,使用前均未經(jīng)任何純化處理。2.2水浴溫度的確定將3.47gFeCl3溶解于150mL的水,倒入三口燒瓶中,并置于30℃水浴,在氮氣保護下,高速攪拌20min,然后緩慢加入60mL8.43g?L-1Na2SO3。數(shù)分鐘后快速加入60mL233.33g?L-1NaOH溶液,將水浴溫度升高到55℃,攪拌15min,然后再提高到80℃,攪拌30min。磁流體自然冷卻后洗至中性,定容至250mL待用。2.3去氣泡制約的治療將0.1g殼聚糖溶解于50mL1%的乙酸溶液,過濾除去不溶物,脫去氣泡待用;取20mL磁流體加入到100mL3%的NaOH溶液中,高速攪拌使其充分分散,然后滴加殼聚糖溶液,殼聚糖在堿性條件下可粘附并包覆在Fe3O4表面而形成CS磁微球,洗至中性后,定容至100mL待用。2.4抗靜電劑aac-paac的制備將上述CS磁微球溶液倒入三口燒瓶,并置于70℃水浴,在氮氣保護下,加入4mL20%的AAc溶液,隨后迅速加入4mL0.1mg?mL-1K2S2O8引發(fā)劑,反應(yīng)30min,然后加入0.3mL25%的GTA,交聯(lián)反應(yīng)45min后冷卻,采用高速離心機富集CS/PAAc水凝膠磁微球,經(jīng)多次清水洗滌后冷凍干燥待用。2.5結(jié)構(gòu)及性能表征CS/PAAc水凝膠磁微球的化學結(jié)構(gòu)采用紅外光譜儀(FT-IR)進行分析;高分子物質(zhì)含量由熱重分析儀(TGA)測定;其中C、H、N、O含量由元素分析儀進行分析;表面形態(tài)由掃描電子顯微鏡(SEM)觀察,磁性能用振動樣品磁強計(VSM)表征;粒度大小及粒度分布由激光粒度儀(LSD)測定。溶脹率采用重量法測定:稱取一定量的CS/PAAc水凝膠磁微球粉末,將pH緩沖溶液慢慢滴加到CS/PAAc水凝膠磁微球粉末上,直至水分不再被吸收,用濾紙小心吸去多余水分后稱重。溶脹率根據(jù)下式計算:式中:Ws-微球濕重(g)Wd-微球干重(g)3結(jié)果與討論3.1酰胺基-fe3o4的o2-相互作用圖1是對CS,Fe3O4,CS磁微球和CS/PAAc水凝膠磁微球的紅外光譜的分析比較。和純CS的1649cm-1(酰胺I),1593cm-1(酰胺II),1382cm-1(酰胺III)處的酰胺吸收峰相比,CS磁微球的酰胺吸收峰出現(xiàn)在1640cm-1,1564cm-1,1387cm-1,向低波方向略有偏移,而Fe2+-O2-吸收峰由562cm-1偏移至582cm-1,這有可能是CS上的酰胺基與Fe3O4的O2-相互作用所致。CS/PAAc水凝膠磁微球不僅在1640cm-1,1564cm-1,1387cm-1處有吸收峰,而且在1716cm-1處出現(xiàn)聚丙烯酸羧酸的羰基吸收峰。3.2磁微球的含量分析圖2是CS/PAAc水凝膠磁微球的TGA(熱重分析)曲線,圖中可見,隨著溫度的升高,高分子物質(zhì)逐漸開始分解,到600℃時高分子物質(zhì)基本分解完全,累計失重約27%,從中可以估算出CS/PAAc水凝膠磁微球的磁微球含量約為73%。由表1元素分析結(jié)果可知,C、H、O、N的含量分別為24.23%、3.57%、23.84%、1.47%。其中Fe的含量通過將定量的CS/PAAc水凝膠磁微球在程控箱式電爐600℃下完全灼燒后稱量計算而得,然后計算得出Fe3O4的含量為68%。兩種實驗方法測試結(jié)果相似。3.3微球球形和球內(nèi)部集中成網(wǎng)技術(shù)圖3是Fe3O4,CS磁微球和CS/PAAc水凝膠磁微球掃描電鏡圖,可以看出,三種粒子的大小分別在20nm、80nm、500nm左右,而且都呈較好的球形。CS磁微球和CS/PAAc水凝膠磁微球較Fe3O4容易分散,這是由于表層的有機高分子層不但減弱了微球的磁飽和強度(見3.5節(jié)),且對Fe3O4粒子團聚在一起具有阻礙作用。殼聚糖的球形表面相對比較粗糙,這可能是殼聚糖是在堿性條件下沉淀在Fe3O4表面上的,形成球形的約束力較小,因此有小的菱角。而在酸性的制備條件下,突出的殼聚糖更容易被溶解,且殼聚糖上的氨基和聚丙烯酸上的羧基相互作用,能夠形成更好的球形,所以CS/PAAc水凝膠磁微球球形更好。但由于在丙烯酸聚合的時候,可能同時包裹多個CS磁微球,或者兩個CS/PAAc水凝膠磁微球相互交聯(lián)交叉,且丙烯酸的吸水能力非常強,所以CS/PAAc水凝膠磁微球要比CS磁微球大得多。3.4酸量對cs/paac水凝膠磁微球粒徑的影響圖4為CS磁微球在包覆AAc過程中,不改變CS量的情況下,CS/PAAc水凝膠磁微球粒徑隨AAc濃度的變化。可以看出,隨著丙烯酸量的增加,CS/PAAc水凝膠磁微球的粒徑逐漸增加,當丙烯酸超過4%(v/v)時,微球粒徑增加速度變快,可能有以下兩點原因:1.丙烯酸量較少時,水凝膠磁微球表層的溶脹率較小,而當丙烯酸量增加時,表層的溶脹率增大;2.由于在制備過程中殼聚糖量是固定的,當丙烯酸量過多時,羧基的量就大大多于氨基的量,導致有大量的羧基無法與氨基形成相互作用,聚丙烯酸鏈就無法蜷縮形成緊密的球形結(jié)構(gòu)。3.5矯直劑與磁滯力圖5是Fe3O4和CS/PAAc水凝膠磁微球的室溫磁化曲線,磁化曲線顯示二者在外磁場為零的時候,剩余磁化強度(M)都為0emu?g-1,矯頑力(H)也均為0Oe,說明二者均無磁滯現(xiàn)象,且具有良好的順磁性質(zhì)。磁飽和強度分別為63emu?g-1和45emu?g-1,CS/PAAc水凝膠磁微球的磁飽和強度約為Fe3O4的71%,與水凝膠微球中磁微球的含量(~73%)基本吻合,這是外層水凝膠及結(jié)合水作為非磁性部分對于Ms產(chǎn)生的貢獻。此外,高分子層中極性基團與Fe3O4表面原子的相互作用會在Fe3O4表面產(chǎn)生無磁性表層,這也可能導致磁飽和強度下降。3.6ph對殼聚糖和聚丙烯酸的影響圖6是CS/PAAc水凝膠磁微球在不同pH條件下的溶脹特性。如圖所示,當pH<3時,CS/PAAc水凝膠磁微球溶脹率隨pH增加而降低,在pH=3時溶脹率達到最小,約為7倍,然后溶脹率隨pH的增加而增加,具有pH敏感性。當pH為1~2時,聚丙烯酸中的大部分羧基都以-COOH形式存在,-NH3+和-COO-的相互作用被酸破壞,從而導致殼聚糖和聚丙烯酸的鏈伸展,CS/PAAc水凝膠磁微球由于殼聚糖上銨根的水合作用而溶脹,而當pH值增加時,這種水合作用逐漸漸弱,溶脹性降低。在pH為2~5時,大部分的聚丙烯酸羧基和殼聚糖的銨根都以-NH3+和-COO-形式存在,-NH3+和-COO-的相互作用最強,所以溶脹率最低;另外,凝膠中疏水側(cè)鏈的團聚以及氫鍵作用比較弱都可能是造成此時出現(xiàn)最低溶脹率的原因。然而隨著pH的繼續(xù)上升(pH﹥4),殼聚糖幾乎停止溶脹,而聚丙烯酸的離子化程度不斷增加,因此CS/PAAc水凝膠磁微球的溶脹率增加,并且由于聚丙烯酸的吸水性能比殼聚糖好,所以增加的速率要比低pH范圍快。4磁微球分析結(jié)果(1)在水溶液體系中,采用原位聚合法成功制備了CS/PAAc水凝膠磁微球。元素分析得知CS/PAAc水凝膠磁微球的C、H、O、N含量分別為24.23%、3.57%、23.84%、1.47%;熱重分析得出其磁微球含量約為7