乳化交联法制备壳聚糖微球粘连原因分析

1、王怀玉等:乳化交联法制备壳聚糖微球粘连原因分析1923乳化交联法制备壳聚糖微球粘连原因分析*王怀玉,董利民,昝青峰,王晨 (清华大学精细陶瓷北京市重点实验室,清华大学核能与新能源技术研究院精细陶瓷研究室,北京100084*基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划资助项目(2005CB623905 收到稿件日期:2007-05-08通讯作者:董利民作者简介:王怀玉,在读硕士研究生。摘要:乳化交联法是制备壳聚糖微球常用的工艺,但在制备过程中,常出现微球产物粘连的现象。分析了搅拌速度、油水体积比、表面活性剂添加量和交联剂用量等影响微球粘连的因素,优化出了分散性好,粒度均匀的壳聚糖微球制备工艺参

2、数。结果表明,搅拌速度350r/min ,油水体积比2.5,表面活性剂span 80用量为水相的20%时,可获得分散性好的壳聚糖微球,微球的粒径可以控制在15m 之间。关键词:乳化交联;壳聚糖;微球;粘连中图分类号:R313.08文献标识码:A文章编号:1001-9731(2007增刊-1923-031引言壳聚糖是地球含量非常丰富的甲壳素脱乙酰基的产物,它具有良好的生物降解性和生物相容性,有抗酸,抗菌、加速伤口愈合等作用13。丰富的OH 、NHR功能基团使其具备独特的物理化学及生理性能。因此,壳聚糖作为药物载体得到了研究者的持续广泛关注。用壳聚糖微球作为药物载体是常用的载药方法4。乳化交联制备

3、壳聚糖微球具有制备工艺流程简单,原料使用后易分离,可继续循环利用等特点。但这种方法制备出的微球产物容易出现粘连,控制合适的工艺参数可以较好地改善产物的分散性能。本文分析了影响产物分散性能的因素,以便获得较好的分散性能,为壳聚糖微球作为更好的药物载体提供实验依据。2实验2.1试剂和仪器壳聚糖粉料为青岛海生生物工程有限公司产,粘均分子量为5105,脱乙酰度91.7%,医用级;25%戊二醛,北京试剂公司产,分析纯;司班80(span80、CP ,北京试剂公司产,分析纯。实验用仪器主要有,不锈钢电热恒温水浴锅,电动搅拌器,光学显微镜,激光粒度分析仪(Mastersizer2000,Malvern In

4、struments ,America ,扫描电子显微镜(S-450,Hitachi,Japan 。2.2实验过程称量0.30g 壳聚糖粉料溶解于30ml 2%(质量分数醋酸溶液中,然后将之缓慢倒入含有表面活性剂span80的液体石蜡中,搅拌乳化,加入交联剂戊二醛,在60水浴交联。反应完成后,洗涤干燥即得微球产物。通过光学显微镜可以初步观察微球产物的分散性,扫描电镜可进一步观察到详细的微球产物分散情况,图1和2分别是分散较好的微球和存在粘连微球的扫描电镜照片。图1分散较好的壳聚糖微球Fig1Chitosan microspheres with good dispersing图2存在粘连的壳聚糖微

5、球Fig 2Chitosan microspheres withadhesion 为了定性的检测微球产物的分散程度,使用粒度分析仪对微球产物作了粒度分析。分散较好的微球产物,粒度分布曲线一般在较小的粒径范围内只有一个峰,如图3所示。对于粘连的产物,因粘连而造成粒径的增加,则会在较大的粒径处出现第二个峰(d2区域,如图4所示。19242007年增刊(38卷功能材料图3分散较好的壳聚糖微球粒径分布图Fig3Size distribution of chitosan microspheres with good dispersing图4相互粘连的壳聚糖微球粒径分布图Fig4Size distribu

6、tion of chitosan microspheres with adhesion为表征本研究中微球产物的粘连程度,本文引入粘连度概念。假设所制备的微球粒径均匀,且粒径分布图中较大粒径处的峰(图4中d2区域仅由微球粘连产生,则粘连度定义为粒径分布图中因粘连而产生的峰的面积占所有峰的面积的比。对于图4,用s1和s2分别表示d1区域和d2区域的峰面积,则该产物的粘连度等于s2/(s1+s2。对于图3,该产物的粘连度为零。3结果与讨论3.1搅拌速度对微球产物粘连的影响在乳化过程中,搅拌速度分别为200、250、300、350、400r/m。通过扫描电镜观察,结合激光粒度分析仪分析,粘连度如表1所

7、示。表1乳化过程中搅拌速度对微球产物粘连度的影响Table1The influence of stirring speed on the adhesion of the chitosan microspheres搅拌速度(r/m平均粒径(m粘连度20031520.82250917,28510.37300916,27510.0935081504008120较低的搅拌速度不能提供足够的动能以满足油水液相表面能的增加,同时不易阻碍被分散的水相在碰撞过程中的粘连结合。而较高的搅拌速度能使水相在体积含量较多的油相中被快速打散而分离,在表面活性剂的作用下稳定存在,从而减少了粘连的几率。3.2油水体积比对微

8、球产物粘连的影响固定水相体积为30ml,改变油相液体石蜡的体积,使油相与水相体积比分别为5.0、4.5、4.0、3.0、2.5、2.0。实验结果如表2所示。表2乳化过程中油水体积比对微球产物粘连度的影响Table2The influence of volume ratio of oil and water on the adhesion of the chtiosan microspheres 油水体积比平均粒径(m粘连度5.01304.03603.05802.591302.0913,17230.21对于油包水型的乳剂,提高油相水相体积比,使得水相的微球能够被较厚的油相膜隔离开来,并且降低了在

9、搅拌过程中水相微球碰撞粘连的几率。而降低体积比,则增加了水相微球碰撞,进而增加微球粘连的几率,交联剂可能会使粘连液体微球交联,交联固化后,出现微球粘连情况。3.3表面活性剂span80用量对微球产物粘连的影响乳化过程中,为了获得稳定的乳液,需要加入乳化剂。对于油包水乳液体系,乳化剂的HLB最佳值通常大约为365,span80的HLB为4.3。选择油相液体石蜡的体积为150ml,添加span80的量依次为2.0、4.0、6.0、8.0ml。实验结果如表3所示。表3乳化过程中表面活性剂span80用量对微球产物粘连度的影响Table3The influence of the volume of s

10、pan80on the adhesion of the chitosan microspheresSpan80(ml平均粒径(m粘连度8.01 306.01304.0250.082.07110.34乳化剂分子会在油水的界面上形成界面膜,界面上的作用力越大,界面越厚,膜强度就越大,乳液体系就越稳定,反之,就不稳定,微球相互粘连的可能性增加。乳化剂的存在降低了油水液面间的表面能,从能量的角度维持了这个体系的稳定。同时由于较强的界面作用力,使得水相液滴有收缩的趋势,进而减小了微球的粒径。结果表明,控制span80的用量为水相体积的20%可以取得较好的产物,继续增加span80的用量会导致后续的洗涤变

11、得困难6。4结论将0.3g壳聚糖溶解在30ml醋酸溶液中,优化制球工艺参数,可以获得分散性较好的壳聚糖微球产物。王怀玉等:乳化交联法制备壳聚糖微球粘连原因分析1925(1搅拌速度350r/min时,可将壳聚糖醋酸水性溶液较好地分散在液体石蜡油相中。(2控制油水相体积比2.5,在保证微球产物分散较好的同时,还能获得粒径较小的壳聚糖微球。(3表面活性剂span80用量为水相的20%时,较为合适,用量增加,对提高微球的分散性和减小微球粒径作用不大。致谢:感谢北京市教育委员会共建项目建设计划基金的资助。参考文献:1蒋挺大.甲壳素M.北京:中国环境科学出版社,1996.2Molinaroa G,Lero

12、uxa J C,Damas J.J.Biomaterials,2002,23:2717-2722.3Schwarz C,Mehnert W.J.J Microencapsul,1999,162:205-213.4张祖菲,周建平,霍美蓉.J.药学进展,2006,30(6:261-265.5刘程,表面活性剂应用大全M.北京:化学工业出版社,1992.50-51.6蒋新宇,周春山,邓晔.J.常德师范学院学报(自然科学版,2003,15(1:36-40.Reasons of adhesion in chitosan microspheres prepared by emulsion-crosslink

13、WANG Huai-yu,DONG Li-min,ZAN Qing-feng,W ANG Chen(Beijing Key Laboratory of Fine Ceramics,Division of Fine Ceramics,Institute of Nuclear and New Energy Technology,Tsinghua University,Beijing100084,ChinaAbstract:Emulsion-crosslink technique is commonly used to prepare chitosan microspheres,however,ad

14、hesion may appear among microspheres if technological parameters can not be controlled properly.Experiments indicated that stirring speed,volume ratio of oil and water,volume of surface active agent and cross linker influence the dispersing of the product.Chitosan microspheres with good dispersing were obtained through using the following parameters:a stirring speed of more than350rpm,a volume ratio of