不同分子量殼聚糖微凝膠的制備及溶脹性能研究

陳世蘭，夏培源，陳 勇，周小濤，遇 麗，王 月

（重慶科技學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，重慶 401331）

1 引言

殼聚糖(CS)生物相容性好,無毒,可生物降解,經(jīng)微凝膠化后,可改善其物理、化學(xué)特性,如增加藥物吸收、提高藥物穩(wěn)定性、增強(qiáng)藥物的緩釋作用、增強(qiáng)藥物靶向性等[1,2].乳化交聯(lián)法是制備殼聚糖微凝膠的一種重要方法,此方法是指在油相中乳化殼聚糖水溶液形成油包水(w/o)乳液,然后用交聯(lián)劑加固液滴形成殼聚糖微凝膠的方法.微凝膠比表面積較大,對(duì)物質(zhì)分子的吸附能力增強(qiáng),因此其不但可應(yīng)用做藥物緩釋載體,還可用做廢水處理劑、催化劑載體等[3,4].本文采用三聚磷酸鈉(TPP)為離子型交聯(lián)劑,乳液交聯(lián)法制備CS微凝膠,優(yōu)化微凝膠的制備條件,以制得不同分子量CS微凝膠,分析分子量對(duì)CS微凝膠溶脹性能的影響.

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

殼聚糖(粘均分子量約為10w、20w、30w,脫乙酰度約為86%)購于浙江金殼生物化學(xué)有限公司;三聚磷酸鈉(A.R.)重慶博藝化學(xué)試劑有限公司;其它試劑均為分析純.

2.2 殼聚糖微凝膠的制備

將殼聚糖溶解在醋酸水溶液中,加入含一定量乙酸乙酯的圓底燒瓶中,隨后加入一定量混勻的司班80與吐溫80,攪拌形成穩(wěn)定的w/o型的殼聚糖乳液.再加入TPP溶液室溫下反應(yīng)2h,分離、洗滌得殼聚糖微凝膠.微凝膠真空干燥備用.

2.3 結(jié)構(gòu)表征

將CS及干燥后的CS微凝膠經(jīng)KBr壓片,采用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)檢測CS和CS微凝膠的結(jié)構(gòu).

2.4 性能檢測

稱取一定質(zhì)量(m1)干燥的CS微凝膠裝入質(zhì)量為m2的濕布袋中,浸泡在一定pH值的緩沖溶液中至微凝膠溶脹平衡后,將布袋懸掛至無液體析出后,用濾紙吸干布袋表面水,稱其質(zhì)量m3,計(jì)算微凝膠的溶脹比(SR)：

3 結(jié)果與討論

3.1 FTIR光譜圖

圖1為CS和CS微凝膠的紅外光譜圖.從圖中可以看出,殼聚糖的酰胺I譜帶和II譜帶分別出現(xiàn)在1664cm-1和1582cm-1,此類峰在CS微凝膠分別遷移至1640cm-1和1541cm-1,是由于三聚磷酸鈉與殼聚糖的氨基相互作用,導(dǎo)致氨基中的電子云發(fā)生偏移,從而紅外吸收向低波數(shù)移動(dòng),這是三聚磷酸鈉與殼聚糖的-NH3+發(fā)生了離子交聯(lián)的結(jié)果[5].1082cm-1的振動(dòng)峰明顯增強(qiáng)，為CS骨架C-O-C和TPP中P=O基團(tuán)共同作用的結(jié)果.

圖1 殼聚糖(a)及殼聚糖微凝膠(b)紅外光譜圖

3.2 醋酸濃度對(duì)微凝膠溶脹性能的影響

從圖1中可知,隨著HAc濃度增大,CS微凝膠的溶脹比先增大后減小.當(dāng)CHAc<0.13mol/l時(shí),HAc濃度增大,CS的質(zhì)子化程度越大,與三聚磷酸鈉的交聯(lián)程度增大,微凝膠網(wǎng)孔增多,SR增大；當(dāng)CHAc>0.13mol/l時(shí),醋酸濃度過大,盡管CS的質(zhì)子化程度會(huì)增大,但體系酸度過大,三聚磷酸鈉的離子化程度降低,微凝膠交聯(lián)程度降低,網(wǎng)孔減少,SR降低.

圖2 醋酸濃度對(duì)殼聚糖微凝膠溶脹性能的影響(MCS=20w,pH=5.01)

3.3 三聚磷酸鈉用量對(duì)微凝膠溶脹性能的影響

從圖2中可知,隨交聯(lián)劑用量增大,殼聚糖微凝膠的溶脹比先增大后減小,其原因是交聯(lián)劑與殼聚糖的質(zhì)量比(mTPP:CS)低于0.15時(shí),隨交聯(lián)劑用量增大,微凝膠的交聯(lián)程度增大,凝膠網(wǎng)孔增多,對(duì)溶脹介質(zhì)水的吸收固定程度較大,SR增加；當(dāng)mTPP:CS>0.15時(shí),交聯(lián)劑用量過大,使凝膠網(wǎng)孔過多,網(wǎng)絡(luò)密度過高,導(dǎo)致凝膠對(duì)水的吸收能力降低[6].

圖3 交聯(lián)劑用量對(duì)CS微凝膠溶脹性能的影響(MCS=20w,pH=5.01)

3.4 殼聚糖濃度對(duì)微凝膠溶脹性能的影響

從圖4可知,當(dāng)殼聚糖濃度(CCS)從1%增至2.5%時(shí),微凝膠溶脹比逐漸增大,原因是增多的殼聚糖分子鏈之間的相互纏結(jié)程度增大,且與交聯(lián)劑的交聯(lián)程度也增大,微凝膠對(duì)溶脹劑水分子的束縛能力增強(qiáng),SR增大；當(dāng)CCS>2.5%時(shí),殼聚糖分子鏈之間的強(qiáng)纏結(jié)作用及與交聯(lián)劑的強(qiáng)交聯(lián)程度使微凝膠網(wǎng)孔數(shù)增大但孔徑減小,對(duì)水分子的吸收能力減小,SR降低.

圖4 殼聚糖濃度對(duì)殼聚糖微凝膠溶脹性能的影響(MCS=20w,pH= 5.01)

3.5 油水比對(duì)微凝膠溶脹性能的影響

從圖5可知,當(dāng)油水比小于1.20:1時(shí),隨油相體積的增大,可能使微凝膠的粒徑減小,微凝膠比表面積增大,微凝膠對(duì)水分子的吸水能力增強(qiáng),SR增大；油水比大于1.20:1時(shí),盡管此時(shí)微凝膠的比表面積增大了,但微凝膠吸水后的強(qiáng)度會(huì)因吸水量過多而減小,凝膠控水能力不足,SR下降.

圖5 油水比對(duì)殼聚糖微凝膠溶脹性能的影響(MCS=20w,pH=5.01)

3.6 不同分子量殼聚糖對(duì)微凝膠溶脹性能的影響

從圖6中可知,pH=1.8時(shí)微凝膠溶脹比隨著CS分子量增大減小.殼聚糖分子量增加即分子鏈長度增大,分子之間的相互纏結(jié)程度增大,使微凝膠網(wǎng)孔數(shù)增多但孔徑減小,進(jìn)入凝膠網(wǎng)孔的水分子減少,SR降低.pH=7.4時(shí)微凝膠SR較低,在該pH介質(zhì)中由于微凝膠骨架殼聚糖中氨基的質(zhì)子化程度降低,骨架分子鏈內(nèi)或鏈間的靜電斥力減小,凝膠網(wǎng)孔處于收縮狀態(tài),微凝膠SR低.在NaCl濃度較高的介質(zhì)中,微凝膠的SR也較低,原因是溶脹介質(zhì)鹽濃度越大,微凝膠與介質(zhì)的滲透壓差減小,水分子更難進(jìn)入凝膠網(wǎng)絡(luò),SR較低.在高pH和高鹽濃度介質(zhì)中,由于此時(shí)低的溶脹程度使分子量對(duì)凝膠溶脹性能的影響不明顯.

圖6 不同分子量殼聚糖在不同介質(zhì)中的溶脹比

4 結(jié)論

殼聚糖溶劑醋酸溶液的濃度、殼聚糖濃度、交聯(lián)劑用量及油水比均對(duì)殼聚糖微凝膠的溶脹性能有顯著的影響,在以上參數(shù)分別為0.13mol/l、2.5%、0.15和1.20:1時(shí)微凝膠的溶脹能力最大.pH=1.8的介質(zhì)中殼聚糖的分子量明顯影響著微凝膠的溶脹比,即隨分子量增大而溶脹比降低;微凝膠的溶脹還依賴于介質(zhì)的pH值和鹽濃度,因此,可通過選擇制備條件和殼聚糖分子量實(shí)現(xiàn)對(duì)殼聚糖微凝膠溶脹性能不同要求的應(yīng)用.

〔1〕王薇薇,何鋼,王瓊.殼聚糖納米微粒制備條件的優(yōu)化及其應(yīng)用[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，32(2)：95-99.

〔2〕李國明,葉俊生,鄭國紅,劉聰汪,朝陽.左旋多巴-殼聚糖微球的制備及其釋藥性能[J].應(yīng)用化學(xué),2007,24(9):1062-1065.

〔3〕M.A.Vitae,S.G.Vitae,A.B.Vitae,Frank Marken.Carbon nanoparticle–chitosan composite electrode with anion,cation,and neutral binding sites:Dihydroxybenzene selectivity.2012,162(1)：194-200.

〔4〕I.B.Tsvetkova,L.M.Bronstein,S.N.Sidorov,O.L.Lependina.Structure and behavior of nano-particulate catalysts based on ultrathin chitosan layers.Journal of Molecular Catalysis A:Chemical,2007,276(1–2)：116-129.

〔5〕權(quán)維燕,李思東,董靜靜,鄭彥麗.利巴韋林-殼聚糖微粒的制備及載藥特性.廣州化工,2010,38(4):84-86.

〔6〕王彥,賴克方,張巧,馬千里,王長征.離子凝膠法制備殼聚糖納米微粒的影響因素分析.山東醫(yī)藥,2011,5l(27):13-15.