1、收稿日期:2006210218;修回日期:2007201215作者簡(jiǎn)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)2007年3月Vol.24No.2Journal of Zhoukou Normal University Mar.2007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

2、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

3、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

4、海洋生物工程有限公司;液體石蠟、異丙醇、石油醚(AR ,天津天大化工實(shí)驗(yàn)廠;戊二醛(50%溶液,天津科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心;Span80(AR ,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司.1.2主要儀器熱式偏光顯微鏡(BX51,Olymp us ;示差掃描熱分析儀(DSC ,822e ,Mettler Toledo ;紅外光譜儀(IR ,20SX ,Nicolet ;恒溫電磁攪拌器(DF 2101S ,鞏義英峪予華儀器廠.1.3微球的制備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

5、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(cè)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)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn),2%醋酸溶液得到的微球粒徑分布更均勻(

6、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1437.6±87.40.592198.1±4.70.44324.1±0.20.97534.7±0.20.40由表1可見,2%醋酸溶液制備的CS 微球粒徑分散度為0.44.雖然5%醋酸溶液制備的微球粒徑分布最窄(分散度為0.4,但是,考慮到醋酸濃度高會(huì)導(dǎo)致CS 分子鏈降解5,所以選2%醋酸是適宜的.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

7、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

8、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95%脫乙酰度50.1±0.20.4090%脫乙酰度57.5±2.00.5685%脫乙酰度105.1±0.30.72水溶性CS 15.2±0.20.82殼寡糖19.1±0.20.35因?yàn)樗芙庑院?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

9、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(cè),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50.1m ,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

10、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2.4

11、Span80 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分散度產(chǎn)量0.110.5±0.20.37太少0.238.2±0.2 1.1少0.357.5±2.00.56多 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積的8%的微球表4不同Span80體積分?jǐn)?shù)制備的CS 微球

12、的比較體積分?jǐn)?shù)/%平均粒徑/m分散度2210.0±4.00.284436.4±12.90.436225.3±8.00.518173.1±3.60.32由表4可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)Span80體積分?jǐn)?shù)為2%時(shí),主要對(duì)乳液液滴的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,而對(duì)微球粒徑變化影響不明顯;當(dāng)Span80體積分?jǐn)?shù)大于2%時(shí),乳化劑對(duì)乳液液滴能夠進(jìn)行充分包覆,乳化劑用量對(duì)微球粒徑影響變得很有規(guī)律,即隨著Span80加入量的增加,微球粒徑逐漸減小.這主要是因?yàn)镾pan80的加入會(huì)降低體系的表面張力,從而在一定外力作功下,表面張力越小其形成的微球數(shù)越多,這樣微球粒徑就越小.2.5油水比的優(yōu)化油

13、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1128.8±0.60.4121122.1±3.60.5031123.1±4.00.50由表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

14、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(jiǎn)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0.25,0.5,1.0,2mL G L ,0.3g/L CS 醋酸溶液10mL ,這樣交聯(lián)密度為56,53,103

15、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5619.8±0.50.525325.6±0.90.6010331.8±1.50.5920333.2±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)間的影響交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間定為0.5,1.0,2.0和3.0h,其他條件保持一致,分別制備未載藥微球.由

16、表7可見,交聯(lián)時(shí)間短,微球成球性變差;而時(shí)間過長(zhǎng),粒徑分布也會(huì)變大.這是由于CS的氨基與G L的醛基交聯(lián)需一定的時(shí)間,交聯(lián)反應(yīng)發(fā)生完畢后,再延長(zhǎng)時(shí)間,會(huì)有粒子聚并使得微球粒徑分散度變大.所以,選交聯(lián)時(shí)間為1.0h.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)溫度的影響交聯(lián)溫度定為25,40,60,觀察微球的形狀.25時(shí)反應(yīng)3h體系生成大量微球;40反應(yīng)1h體系已有大量微球;60反應(yīng)0.5h體系就產(chǎn)生大量微球.所以,溫度升高使得反應(yīng)速率變快,從而使得交聯(lián)時(shí)間變短.對(duì)于乳液膠粒來說,溫度的增加會(huì)使表面活性劑活性降低,在一定攪拌剪

17、切力作用下形成的粒子數(shù)將減少,所以微球粒徑變大且穩(wěn)定性變差.綜上所述,體系溫度確定在室溫,交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間為1h.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

18、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 othernatural polym

19、ersJ.Int.J.Pharm.,1992,78:43.2Tobio M,G erf R,Sanchez A,et al.stealth PL A PEG nanoparticles as 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.B

20、iomaterials,1998,19:157.4Ramadas M,Paul W,Dileep K J,et al.Liposulin encapsulated alginate-chitosan 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 University,Jinan250100;2.Depart ment of Chemist ry,Zhouko u Normal U niversity,Zhoukou466000,ChinaAbstract:Using crosslin