第九章膠體分散系統(tǒng)1前言與表面化學(xué)密不可分：膠體具有巨大比表面積，具有高的表面能；實用性強(qiáng)；實驗性強(qiáng)；主要內(nèi)容§9.1溶膠的分類和基本特征§9.2溶膠的制備和凈化§9.3溶膠的動力性質(zhì)§9.4溶膠的光學(xué)性質(zhì)§9.5溶膠的電學(xué)性質(zhì)§9.6溶膠的穩(wěn)定性和聚沉§9.7乳狀液及微乳狀液3內(nèi)容要求掌握：溶膠的基本特征；掌握：動力性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)；掌握：膠束（膠團(tuán)）的結(jié)構(gòu)；掌握：乳狀液的基本性質(zhì)；掌握：電解質(zhì)聚沉作用和聚沉規(guī)律。4第一節(jié)

溶膠的分類和基本特征

5掌握：溶膠的基本特征。了解：膠體分散系統(tǒng)的分類。內(nèi)容要求6分散系統(tǒng)（dispersesystems）分散系統(tǒng)分散相半徑/nm均相系統(tǒng)分子分散系統(tǒng)<1多相系統(tǒng)膠體分散系統(tǒng)1~100粗分散系統(tǒng)>100

分散系統(tǒng)：將一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所構(gòu)成的體系。分散相：非連續(xù)形式存在的被分散的物質(zhì)分散介質(zhì)：連續(xù)相形式存在的物質(zhì)分類：7膠體(colloid)

膠體：分散相的粒徑為1-100nm之間的分散系統(tǒng)特點：擴(kuò)散慢，不能透過半透膜。親液膠體(lyophiliccolloid)：大分子物質(zhì)(例如明膠、蛋白質(zhì)等)溶解在水中成為均相系統(tǒng)，為大分子溶液。屬于熱力學(xué)穩(wěn)定體系溶膠(sol)：難溶物分散在分散介質(zhì)中所形成的憎液膠體(lyophobiccolloid)。如AgI或Fe(OH)3的超微分散系統(tǒng)，系統(tǒng)具很高的表面能，不穩(wěn)定，易被破壞而聚沉，為熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。締合膠體（associationcolloid）：表面活性物質(zhì)締合形成膠束。8親液膠體舉例--胃蛋白酶合劑

[處方]

胃蛋白酶2.0g

單糖漿10.0ml

稀鹽酸2.0ml5%羥苯乙酯乙醇液1.0ml橙皮酊2.0ml

純化水加至100.0ml[制法]稀鹽酸+單糖漿+80ml水；胃蛋白酶撒在液面上，待溶脹、溶解；緩慢加入橙皮酊；加5%羥苯乙酯乙醇液后加水至全量。9親液膠體舉例–血漿代用品

10締合膠體舉例表面活性劑膠束—增溶作用聚合物膠束---DDSEnhancedPermeabilityandRetention(EPR)effectLigandmediatedDDS11溶膠舉例–藥物納米晶產(chǎn)品描述技術(shù)平臺Rapamune(雷帕霉素)免疫抑制劑，納米晶，腎移植的免疫抑制（2000.8FDA批準(zhǔn)）NanoCrystaltechnology(Elan/Wyeth)

Emend（阿瑞吡坦）止吐藥，納米晶，

治療化療病人的惡心、嘔吐（2003.3FDA批準(zhǔn)）NanoCrystaltechnology(Elan/Merck)Tricor（非諾貝特

）降血脂，納米晶（2004.12FDA批準(zhǔn)）NanoCrystaltechnology(Elan/Abbot)Triglide（非諾貝特

降血脂，納米晶NanoCrystaltechnology(SkyePharma/減小粒徑，增大比表面積。提高溶出速率，提高生物利用度。12溶膠分類

按分散相與分散介質(zhì)聚集狀態(tài)分類（列舉）分散相的粒徑>100nm時，屬粗分散系統(tǒng)本章主要討論的是液溶膠，特別是液液溶膠和固液溶膠氣液固氣溶膠液溶膠固溶膠霧煙泡沫牛奶油漆沸石珍珠有色玻璃介質(zhì)：13溶膠基本特性

高度分散性：與粗分散系統(tǒng)比具有相對穩(wěn)定性，粒徑小，不易沉降，動力學(xué)穩(wěn)定。多相性：與溶液比不穩(wěn)定,為多相分散系統(tǒng)，存在相界面。熱力學(xué)不穩(wěn)定性：∵Ar巨大∴膠粒具有高表面能，有相互聚集而變成粗分散系統(tǒng)的傾向。14第二節(jié)

溶膠的制備和凈化

15了解：溶膠的制備方法。了解：納米粒子的基本性質(zhì)。內(nèi)容要求16制備溶膠的二種途徑：

溶膠1~100nm

小分子溶液<1nm粗分散系統(tǒng)>100nm

分散法

凝聚法溶膠的制備17分散法機(jī)械法：膠體磨、氣流粉碎機(jī)

超聲波法膠溶法凝聚法物理法：蒸汽狀態(tài)溶解狀態(tài)的物質(zhì)冷卻改變?nèi)軇┠z態(tài)化學(xué)法：

還原法（金屬溶膠）氧化法復(fù)分解反應(yīng)（鹽類溶膠）水解（金屬氧化物溶膠）溶膠的制備18膠體磨膠體磨的磨盤，相互以10,000～20,000r/min的轉(zhuǎn)速方向運(yùn)動，分散相在磨盤的間隙中受到強(qiáng)大的剪切力而粉碎，并達(dá)到膠體顆粒的粒徑范圍。膠體磨適用于脆性物料的粉碎，如活性炭對柔韌性的物料通常先做硬化處理（如液氮處理）后再粉碎一．分散法

19氣流粉碎機(jī)2020利用高壓流體使物料顆粒與顆粒之間或顆粒與室壁間相互強(qiáng)烈碰撞而產(chǎn)生粉碎作用。流體可以是空氣、蒸汽或惰性氣體，速度可達(dá)音速或超音速。由于粉碎過程中高壓氣流膨脹吸熱，產(chǎn)生明顯的冷卻效應(yīng)，可以抵消粉碎產(chǎn)生的熱量。20(3)超聲波分散法

這種方法目前只用來制備乳狀液。

如圖所示，將分散相和分散介質(zhì)兩種不混溶的液體放在樣品管4中。樣品管固定在變壓器油浴中。

在兩個電極上通入高頻電流，使電極中間的石英片發(fā)生機(jī)械振蕩，使管中的兩個液相均勻地混合成乳狀液。21二．凝聚法

1.物理凝聚法

如鈉的苯溶膠制備

接真空泵液態(tài)空氣鈉苯苯接受管點擊此處演示先將體系抽真空，然后適當(dāng)加熱管2(苯)和管4(金屬鈉)，使鈉和苯的蒸氣同時在管5外壁凝聚。在管3中獲得鈉的苯溶膠。2523422二．凝聚法

2.化學(xué)凝聚法

凡能有沉淀析出的化學(xué)反應(yīng)都可能用來制備相應(yīng)溶膠水解反應(yīng)制備Fe(OH)3溶膠

FeCl3+3H2O

Fe(OH)3

+3HCl通過各種化學(xué)反應(yīng)使生成物呈過飽和狀態(tài)，使初生成的難溶物微粒結(jié)合成膠粒，在少量穩(wěn)定劑存在下形成溶膠。例如：23二．凝聚法

3.改變?nèi)軇┓?/p>

使溶解度驟變，如松香在乙醇中：溶

水點擊此處演示水中：不溶溶膠

24三．均勻分散膠體

均勻分散膠體是粒子大小基本一致的膠體。制備需滿足的條件：

(1)暴發(fā)性成核，使速率v晶核形成>>v晶體長大

(2)同步長大應(yīng)用：

(1)驗證基本理論(2)理想的標(biāo)準(zhǔn)材料(3)新材料25溶膠凈化

溶膠溶膠化學(xué)法制備的溶膠，往往含有過多的電解質(zhì)一定量電解質(zhì)是溶膠穩(wěn)定的必要條件過量電解質(zhì)使溶膠不穩(wěn)定1滲析法

普通滲析半透膜電滲析水+–半透膜水水26溶膠凈化

2超慮法：小分子電解質(zhì)濾去，再用介質(zhì)重新分散

減壓過濾加壓過濾真空泵壓縮空氣半透膜半透膜27納米粒子和納米技術(shù)

納米粒子：尺度為1～100nm之間的粒子1.納米粒子的結(jié)構(gòu)和特性(1)小尺寸效應(yīng)(2)表面效應(yīng)(3)量子尺寸效應(yīng)(4)宏觀量子隧道效應(yīng)2．納米粒子的制備方法基本方法與制備憎液溶膠雷同納米組裝材料的制備技術(shù)自組織技術(shù)模板合成法28Nanoscalenm100-1000timessmaller1milliontimessmallernanoparticles10-100nm小尺寸效應(yīng)

由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。小尺寸效應(yīng)的主要影響：

1、寬頻帶強(qiáng)吸收性質(zhì)2、激光增強(qiáng)吸收現(xiàn)象3、磁有序態(tài)向磁無序態(tài)的轉(zhuǎn)變4、超導(dǎo)相向正常相的轉(zhuǎn)變5、金屬熔點明顯降低30(2)表面效應(yīng)

表面效應(yīng)是指納米粒子的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑的變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。化。

由于納米粒子表面原子數(shù)增多，表面原子配位數(shù)不足和高的表面能，使這些原子易與其它原子相結(jié)合而穩(wěn)定下來，故具有很高的化學(xué)活性。

31

量子尺寸效應(yīng)是指當(dāng)粒子尺寸下降到某一數(shù)值時，電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級或者能隙變寬的現(xiàn)象。(3)量子尺寸效應(yīng)量子尺寸效應(yīng)的主要影響：1、導(dǎo)體向絕緣體的轉(zhuǎn)變2、吸收光譜的蘭移現(xiàn)象3、納米材料的磁化率4、納米顆粒的發(fā)光現(xiàn)象32Feridex(菲立磁

)

宏觀量子隧道效應(yīng)是指當(dāng)微觀粒子的總能量小于勢壘高度時，該粒子仍能穿越這一勢壘。例如：金屬鎳納米粒在低溫下保持順磁性(4)宏觀量子隧道效應(yīng)產(chǎn)品描述技術(shù)平臺Gd-DTPADimeglumine（釓噴酸葡胺）MRI成像的順磁性造影劑，可能縮短組織中質(zhì)子的T1及T2馳豫時間，從而增強(qiáng)圖像的清晰度和對比度。超順磁顆粒FeridexI.V.

（菲立磁）MRI超順磁顆粒造影劑。IV給藥后,肝臟的枯否細(xì)胞可吞噬給藥量的80％。超順磁顆粒GadopentetateDimeglumine釓噴酸葡胺33納米技術(shù)在藥學(xué)中的應(yīng)用巨大的比表面積改善難溶性藥物的溶解度提高難溶性藥物的溶出速度細(xì)胞水平的藥物轉(zhuǎn)運(yùn)靶向制劑(治療)造影劑（診斷）34Itisestimatedthatapproximately40%ofAPIareinsoluble,manyofwhichsufferfrompoororalbioavailability*Forreadilypermeablecompounds(BCSClass2),areductioninparticlesizecantranslatetosubstantialimprovementintherateandextentoforalabsorption*Source:Merisko-Liversidgeetal.,“Nanosizing:AFormulationApproachforPoorly-Water-SolubleCompounds”,Eur.J.Pharm.Sci.,Vol.18,2003(113-120).

PERMEABILITY

High

Low

High

Class1

Class3

SOLUBILITY

Low

Class2

Class4

納米?？诜o藥的應(yīng)用--巨大的比表面積Redrawnfrom:Y.Wuetal.,“TheroleofbiopharmaceuticsinthedevelopmentofaclinicalnanoparticleformulationofMK-0869:aBeagledogmodelpredictsimprovedbioavailabilityanddiminishedfoodeffectonabsorptioninhumans.”,Int.J.Pharm,Vol.285Number1-2,2004(135-146).舉例:粒徑對吸收的影響TimePlasmaConcentrationWetmilled,0.12mmWetmilled,0.5mmJetmilled,1.9mmMicronized5.5mmMK-0869NanoparticleAlbumin-bound(nab)

platformtechnologyHydrophobicdrugs,e.g.,Paclitaxel,docetaxel,rapamycinetc.AlbuminMeansize=50-150nmcryo-TEMConcentrationdependentdissociationintoindividualdrug-boundalbuminmoleculesActivedruginnanoparticleisinnon-crystalline,amorphous,readily

bioavailablestate37Abraxane?Company:AbraxisBioScienceAnti-cancerdrugusedtotreatadvancedbreastcancer“Albumin-boundformofpaclitaxelwithameanparticlesizeofapproximately130nanometers”ApprovedbytheFDAinJanuary200538

白蛋白結(jié)合型紫杉醇利用了白蛋白的自然生物特性，通過gp-60介導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)和一種與白蛋白結(jié)合的蛋白SPARC(一種酸性的富含半胱氨酸的分泌蛋白)的相互作用而增加腫瘤組織對紫杉醇的攝取和蓄積

.Abraxane?39Nanoparticlesbasedonself-assembleofamphiphilicblockcopolymers40Doxil?

Company:ALZACorporation“Anti-cancerdrugforthetreatmentofrefractoryovariancancerandAIDS-relatedKaposi’ssarcoma”“FirstmarketedproducttoincorporateSTEALTH?technology”“STEALTH?technologyiscomposedoflipidnanoparticlesthatincorporateapolyethyleneglycol(PEG)coating.ThiscoatinghelpsevadethepotentialimpactoftheimmunesystemandenablesSTEALTH?technologytoprovidetheprecisedeliveryofdrugstodisease-specificareasofthebody.”ApprovedbytheFDAinFebruary200541----+++++DNALigandPolycationDNAComplex+納米粒核酸藥物傳遞的應(yīng)用NucleusDNAComplexEndocytosisEndosomeEndosomalReleaseNuclearTrafficking42第三節(jié)溶膠的動力性質(zhì)

43掌握：溶膠的動力性質(zhì)。熟悉：沉降的現(xiàn)象。內(nèi)容要求44熱運(yùn)動

布朗運(yùn)動，擴(kuò)散重力場

重力降沉和平衡離心力場

離心降沉和平衡電學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì)動力性質(zhì)溶膠性質(zhì)溶膠性質(zhì)45布朗運(yùn)動示意圖1827年，英國植物學(xué)家布朗在顯微鏡下看到懸浮在液面上得花粉不停地做不規(guī)則的折線運(yùn)動46布朗運(yùn)動（Brownianmotion）布朗運(yùn)動：溶膠粒子在介質(zhì)中無規(guī)則的運(yùn)動的現(xiàn)象原因：分散介質(zhì)分子以不同大小和不同方向的力對膠體粒子不斷撞擊而產(chǎn)生的，由于受到的力不平衡，所以連續(xù)以不同方向、不同速度作不規(guī)則運(yùn)動。

分散介質(zhì)分子熱運(yùn)動的宏觀表現(xiàn)。

47液體分子對膠體粒子的碰撞48布朗運(yùn)動與溶膠的穩(wěn)定性膠體體系動力不穩(wěn)定的因素之一

布朗運(yùn)動使粒子趨于均勻分布，阻止粒子因重力作用而下降膠體體系動力穩(wěn)定的因素之一使膠粒互相碰撞，促使它們聚結(jié)變大49布朗運(yùn)動與Einstein方程Einstein公式：布朗運(yùn)動平均位移的計算

x其關(guān)系：若在時間t內(nèi)觀察布朗運(yùn)動位移，很容易在顯微鏡下觀察，由此可求得溶膠粒子半徑

50擴(kuò)散（diffusion）

擴(kuò)散：溶膠從高濃度（

大）向低濃度（

?。┮苿拥默F(xiàn)象。結(jié)果Gibbs能G

，熵S

，是自發(fā)進(jìn)行的過程。

擴(kuò)散速度與濃梯關(guān)系

Fick第一定律

擴(kuò)散速度擴(kuò)散系數(shù)

面積

濃度梯度

濃度差是擴(kuò)散的驅(qū)動力，當(dāng)濃度差為零時，擴(kuò)散停止。51結(jié)合Einstein方程：擴(kuò)散系數(shù)與Brown運(yùn)動平均位移關(guān)系：擴(kuò)散系數(shù)：擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)(D)表征粒子在介質(zhì)中的擴(kuò)散能力。T,D。恒溫條件下，r,D;η,D。52滲透滲透壓：半透膜兩側(cè)的壓差

=p1

平衡時兩側(cè)化學(xué)勢相等 可導(dǎo)出稀溶液的

=cRT (c:mol/m3)滲透：溶劑通過半透膜（對溶質(zhì)不通透）向溶質(zhì)高濃度區(qū)移動的現(xiàn)象（對溶劑而言，濃度從高

低）溶劑溶液半透膜（只容許溶劑通過）滲透壓p1滲透壓

=p1范霍夫（Van’tHoff）公式53擴(kuò)散的應(yīng)用③求球形溶膠粒子的摩爾質(zhì)量②求溶膠的擴(kuò)散系數(shù)①求球形溶膠粒子的半徑D＝πr3ρL

M＝3/4④求溶膠的滲透壓

=cRT

=(W/VM)RT54擴(kuò)散的應(yīng)用例

金溶膠濃度為2g

dm

3,介質(zhì)粘度為0.00lPa

s。已知膠粒半徑為1.3nm，金的密度為19.3

103kg

m

3。計算金溶膠在25

C時(1)擴(kuò)散系數(shù),(2)布朗運(yùn)動移動0.5mm的時間,(3)滲透壓。解

(1)擴(kuò)散系數(shù)(2)55例

金溶膠濃度為2g

dm

3,介質(zhì)粘度為0.00lPa

s。已知膠粒半徑為1.3nm，金的密度為19.3

103kg

m

3。計算金溶膠在25

C時(1)擴(kuò)散系數(shù),(2)布朗運(yùn)動移動0.5mm的時間,(3)滲透壓。解

(1)(2)(3)將濃度2g

dm

3轉(zhuǎn)換為體積摩爾濃度，mol

m-3

=cRT=0.01870

8.314

298.16=46.34Pa56重力沉降與沉降平衡溶膠粒子在外力場定向移動稱沉降沉降

粒子濃集擴(kuò)散

粒子分散沉降與擴(kuò)散是兩個相