离子凝胶法制备水杨酸壳聚糖纳米粒

1、第24卷第10期2007年10月沈阳药科大学学报Journal of Shenyang Pharmaceutical University Vol 124No 110Oct 12007p 1593收稿日期:2007201229作者简介:王宇(19812 , 女(汉族 , 天津人, 硕士研究生, E 2m ail dlwy -81163. com ; 陈大为(19592 , 男(汉族 , 辽宁海城人, 教授, 主要从事药物新剂型设计与评价研究, T el . 024223986308, E 2m ail cdw2002yd 。文章编号:100622858(2007 1020607204离子凝胶法

2、制备水杨酸壳聚糖纳米粒王宇, 陈大为, 乔明曦, 王薇, 胡海洋, 赵秀丽(沈阳药科大学药学院, 沈阳摘要:目的, , 采用离子凝结果壳聚糖; 体系的pH 值可显著提高壳聚糖纳米结论药物与壳聚糖之间的离子相互作用较弱, 并不是纳米粒载药的主要机制。关键词:水杨酸; 壳聚糖; 离子凝胶法; 纳米粒; 包封率中图分类号:R 944文献标志码:A壳聚糖(chitosan 是甲壳素的脱乙酰衍生物,是一类由22氨基222脱氧葡萄糖通过21,4糖苷键连接而成的带正电荷直链多糖。壳聚糖来源广泛, 廉价易得, 且具有很好的生物相容性和生物可降解性, 因此, 壳聚糖作为药物载体材料的研究受到了极大的关注, 壳聚

3、糖纳米粒被认为是一类极具应用前景的药物载体。壳聚糖载药纳米粒的主要制备方法包括共价交联、沉淀析出、大分子复合、自组装构筑和离子凝胶法等1。与其他方法相比, 离子凝胶法能在温和条件下迅速生成粒径几十至数百纳米的壳聚糖纳米粒, 不需使用有机溶剂和醛类交联固化剂, 反应过程简便迅速, 所以很有实用价值2-3。水杨酸为一元有机弱酸, 其电离平衡对溶液的p H 值很敏感, 而且解离程度明确, 便于研究药物与离子间的相互作用。因此作者选用水杨酸为模型药物, 采用离子凝胶法制备水杨酸壳聚糖纳米粒, 考察处方因素对纳米粒制备的影响, 通过研究溶液p H 值对药物包封率的影响, 初步探讨离子凝胶法制备壳聚糖纳米

4、粒的载药机制。1仪器与材料FA1104电子天平(上海民桥精密科学仪器有限公司 ,UV 29100紫外分光光度计(北京瑞利分析仪器有限公司 ,7821A 磁力加热搅拌器(杭州仪表电机厂 , L S230激光粒度仪(美国Beckman 2Coulter 公司 , H 2600透射电子显微镜(日本Hitachi 公司 , 精密数显酸度计(浙江象山石浦海天电子仪器厂 ,FD 21冷冻干燥机(北京博医康技术公司 。水杨酸(纯度质量分数为99. 8%, 中国药品生物制品检定所 , 壳聚糖(分子质量10000u , 脱乙酰度>95%, 国药集团化学试剂有限公司 , 海藻糖、乳糖、甘露醇(药用级, 上海

5、浦力膜制剂辅料科技合作公司 , 氢氧化钠(分析纯, 沈阳正信高科技研究所 , 三聚磷酸钠(分析纯, 沈阳东兴试剂厂 , 冰乙酸(分析纯, 天津百世化工有限公司 , 甲醇(色谱纯, 天津康科德科技有限公司 。2方法2. 1壳聚糖纳米粒的制备按文献报道方法4-9, 在室温搅拌(1000r min -1 下, 将3g L -1水杨酸溶液6mL 缓慢滴入含质量分数为0. 5%壳聚糖的乙酸溶液20mL 中, 调节溶液至p H 3。加入2. 5g L -1三聚磷酸钠溶液8mL , 继续搅拌30min 。将制得的胶体溶液在4下高速离心(10000r min -1 30min , 收集沉淀物, 加入相同体积的

6、冻干保护剂溶液, 对照样品中加入相同体积的蒸馏水。混合均匀后, 置冷冻干燥机中, 在-70冷冻5h 、-25干燥 3h 后, 再在室温真空干燥12h 即得水杨酸壳聚糖纳米粒冻干粉末。2. 2包封率与载药量的测定将水杨酸壳聚糖纳米粒混悬液于4下高速离心(1000r min -1 30min , 取上清液, 用紫外2可见分光光度计测定游离水杨酸含量, 检测波长295nm 。纳米粒分离洗涤后, 冷冻干燥称质量。包封率与载药量按式(1 (2 计算10-11。包封率(E E =投药量; 载药量(C =%2. 3室温条件下, 取水杨酸壳聚糖纳米粒适量, 加蒸馏水稀释, 滴加在铜网上。用体积分数为2. 0%

7、的铜钨酸钠染色, 在透射电镜下观察粒子形态。精密称取水杨酸壳聚糖纳米粒冻干粉末, 用蒸馏水稀释至适当的浓度, 超声分散, 激光粒度仪测定粒径大小及分布。3结果与讨论离子凝胶法制备载药纳米粒过程中影响其粒径分布和包封率的因素很多12。作者研究了壳聚糖质量浓度、壳聚糖和三聚磷酸钠的配比、溶液的p H 值、药物加入量、冻干保护剂种类对包封率和粒径分布有明显影响的因素。3. 1壳聚糖质量浓度对纳米粒粒径的影响如图1所示, 随着壳聚糖质量浓度的增加, 纳米粒粒径增大。当壳聚糖溶液质量浓度在15g L -1内,1000r min -1高速搅拌且采用注射器缓慢滴加三聚磷酸钠溶液, 纳米粒粒径可以控制在150

8、nm 以下。但壳聚糖质量浓度高于5g L -1, 溶液黏度过大, 在滴入三聚磷酸钠过程中提高搅拌速度, 降低滴加三聚磷酸钠溶液的速度, 壳聚糖仍然发生絮凝, 生成较大的聚集体, 粒径急剧增大。综合考虑粒径和载药能力, 壳聚糖的质量浓度以5g L -1为最佳。3. 2壳聚糖与三聚磷酸钠配比的选择根据文献13报道, 壳聚糖和三聚磷酸钠的质量比介于3161之间可以得到坚固并且稳定性较好的纳米粒, 故本试验选择壳聚糖与三聚磷酸钠的质量比为51。3. 3体系pH 值对粒径与包封率的影响将壳聚糖溶液(p H 4 和水杨酸溶液(p H 4Fig. 1E ffects of chitosan concentr

9、ation on particle size混合, 调节体系p H 值在25之间, 使壳聚糖分子(p K a =6. 5 带正电荷, 水杨酸分子(p K a =2. 8 带负电荷。尽管此时体系中存在相反电荷的水杨酸离子, 并没有形成壳聚糖纳米粒, 加入三聚磷酸钠后, 形成带有淡蓝色乳光的水杨酸壳聚糖纳米粒溶液。溶液的p H 值可显著影响粒径和包封率, 结果如图2所示。溶液的p H 值在2. 53. 5内, 粒径随溶液p H 值的增加逐渐增大; 溶液p H 值大于4. 5时, 随溶液p H 值的增加, 粒径出现下降趋势。这是由于壳聚糖在酸性水溶液中存在溶胀行为, 故粒径较大; 而p H 值在47

10、之间溶液的酸性逐渐降低, 壳聚糖在中性溶液中溶解度降低, 发生去溶胀, 导致粒径减小。Fig. 2P article size of salicylic acid 2chitosan nanoparticles with the increasie of the pH of chitosan solution由图3可知, 水杨酸壳聚糖纳米粒的包封率在溶液的pH 值为3时达到最大值(70. 5% , 此后随pH 值的升高, 包封率降低。根据Henders on 2Hassel 2balch 方程, 如果体系pH 值高于药物的p K a 两个单位,99%的药物分子以离子形式存在。水杨酸在806沈阳

11、药科大学学报第24卷 pH 5的溶液中主要以阴离子形式存在, 如果离子间相互作用是药物包裹进入壳聚糖的主要机制,pH 5时水杨酸的包封率应该最高。然而在溶液pH 值为5的条件下, 水杨酸包封率仅有2516%。当溶液pH 值为3时(接近水杨酸的p K a , 水杨酸的分子形式和离子形式各占50%, 与溶液pH 值为5时比较, 药物与壳聚糖的离子间相互作用较弱, 然而药物的包封 率达到最大值。Fig. 3E ntrapm ent efficiency o f s alicylic acid 2chitos an nanop ar 2ticles w ith th e increase o f th

12、 e pH o f chitos an solution一般认为, 壳聚糖纳米粒带正电荷, 由于离子间的相互作用, 对于荷负电的药物包封率较高。然而作者的实验结果表明, 在离子化程度最高的p H 条件下, 药物包封率最低。在壳聚糖溶液中, 壳聚糖分子长链上质子化的氨基基团与药物离子周围存在水化层, 由于水化层的屏蔽作用, 离子间静电相互作用可能减弱, 并且当结合一定量的带负电荷的药物离子后, 有可能对带有相同电荷的药物离子产生静电排斥作用, 导致药物包封率较低。溶液的p H 值接近药物的p K a 值时, 以分子形式和离子形式存在的药物均可通过物理作用被壳聚糖纳米粒包裹, 包封率达到最大值。J

13、anes 等14应用离子凝胶法制备阿霉素壳聚糖纳米粒,在壳聚糖乙酸溶液(p H 5. 5 中, 阿霉素(p K a 8. 2 带有正电荷, 与壳聚糖存在静电斥力, 包封率仅达到10%。结合本实验结果可以推论, 药物与壳聚糖之间存在离子间相互作用确实有利于提高药物的包封率, 但这种相互作用较弱, 并不是离子凝胶法制备壳聚糖纳米粒载药的主要机制。3. 4, 70%以mL , 水杨酸包封率急剧下降。增大药物加入量, 由于过多的药物吸附在纳米粒的表面, 也会造成壳聚糖纳米粒粒径增大 。Fig. 4E ntrapment eff iciency of chitosan particles m ade f

14、rom chitosan solution of pH 3with the increase of the vol 2ume of drug solution3. 5冻干保护剂种类对纳米粒粒径与包封率的影响由表1结果可知, 冻干后纳米粒的粒径有所增大, 包封率不同程度降低。但添加冻干保护剂试样的包封率均远远大于不添加保护剂的对照样品, 因此冻干保护剂对样品在冷冻干燥中的保护作用是比较显著的。其中以质量分数为5%的甘露醇的保护作用最好。T able 1E ffect of different cryoprotectant on chitosan nanoparticlesSimpleAppear

15、anceMean particle size /nmE E /%No cryoprotectant Well stacked +186455%TrehaloseShrink 147565%LactoseWell stacked 167635%MannitolShrink143633. 6纳米粒外观形态观察与粒径测定结果分析水杨酸纳米粒混悬液透射电镜照片见图5, 水杨酸壳聚糖纳米粒多呈球形, 且大小较均一。激光粒度仪测定水杨酸壳聚糖纳米粒的平均粒906第10期王宇等:离子凝胶法制备水杨酸壳聚糖纳米粒 径为127nm (图6 , 纳米粒粒径大小较均匀, 分布范围较窄, 这与电镜观察结果吻合。Fig

16、. 5TEM of chitosan nanoarticles Fig. 6Diameter distribution of chitosan nanoparticles4结论水杨酸壳聚糖纳米粒制备过程中, 通过控制体系的p H 值、加入药量、壳聚糖质量浓度可制得具有较高药物包封率的壳聚糖纳米粒。药物的最大包封率出现在体系的p H 值接近药物的p K a 值时, 并不是药物解离程度最大时, 说明离子间相互作用并不是离子凝胶法制备壳聚糖纳米粒的主要机制。参考文献:1黄小龙, 张黎明. 壳聚糖基载药纳米微粒制备研究进展J.功能高分子学报,2003,16(4 :593-598.2POL K A ,A

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24、on quality of cephalosporin CTAN G Dun 2wu , CHEN (School of University , Shenyang 110016, China Abstract :To investigate the effects of different methods of elution on the extraction quality of cephalosporin C. Methods Cephalosporin C was absorbed when the fermentation filtrate of cephalosporin C w

25、as passed through a resin column of macro 2porous adsorption resin XAD 216,and eluted by uniformity elu 2tion method and gradient elution method respectively. R esults When gradient elution method was adopted , the purity of cephalosporin C in the eluent was 3. 23%higher and the recovery rate of cep

26、halosporin C in the eluent was 2. 3%higher than that of uniformity elution method. Conclusions Gradient elution method is worthy of widely use in cephalosporin C production for its advantages compared with uniformity elution method.K ey w ords :cephalosporin C ; elution ; separation ; extraction ; m

27、acro 2porous adsorption resin (上接第610页Preparation of chitosan nanoparticles based on an ionic gelation processWAN G Yu , CHEN Da 2wei , Q IAO Ming 2xi , WAN G Wei , HU Hai 2yang , ZHAO Xiu 2li(School of Pharm acy , S henyang Pharm aceutical U niversity , S henyang 110016, Chi na Abstract :Objective To prepare