電噴法制備多功能殼聚糖微球

宋 健， 劉 威， 楊 文， 郝文濤

（合肥工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，安徽 合肥 230009）

同時(shí)帶有磁性和熒光性能的多功能殼聚糖微球很有希望應(yīng)用于藥物載體，因?yàn)橥ㄟ^在體外施加磁場時(shí)藥物可以被運(yùn)輸?shù)教囟ǖ慕M織或器官，與此同時(shí)，通過熒光顯微鏡可以觀察和監(jiān)控藥物的傳輸過程［1－3］。該類多功能微球也可用于雙模式檢測［4－5］、光學(xué)檢測與磁性分離［6］。

乳化法［7－8］、離子凝膠化法［9］、霧化干燥法［10］和電噴法［11］已經(jīng)被用于制備殼聚糖微球。其中，電噴法是十分引人注目的［12］，這是由于電噴法在藥物封裝時(shí)可以很好地保持生物活性，封裝的效率很高而且微球的尺寸可以非常精密地控制［13］。通過電噴法制備同時(shí)帶有磁性和熒光性能的殼聚糖微球是非常有價(jià)值的。然而，目前有關(guān)此類報(bào)道并不多，這是由于電噴嵌入超順磁性Fe3O4納米粒子的磁性殼聚糖微球很困難。為了使電噴殼聚糖微球或納米顆粒更加穩(wěn)定，乙酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總是高達(dá)90%［14］。然而，在如此強(qiáng)的酸性環(huán)境中磁性Fe3O4納米顆粒將會(huì)分解。

文獻(xiàn)［15］報(bào)道了添加乙醇可以降低溶液導(dǎo)電性和增加溶液黏度，從而使得殼聚糖電噴更加穩(wěn)定。因此，乙酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)被降低到30%。本文通過在包含殼聚糖和Fe3O4納米粒子的混合溶液中引入適量的乙醇能夠把乙酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降到最低，從而嵌入Fe3O4納米粒子的磁性殼聚糖微球能夠電噴出來。熒光殼聚糖微球通常通過添加量子點(diǎn)［16］或帶有共軛結(jié)構(gòu)的有機(jī)熒光素［17］獲得，這些過程是十分耗時(shí)的。文獻(xiàn)［18－19］通過引入戊二醛交聯(lián)賦予殼聚糖熒光性能。因此，多功能殼聚糖微球可以通過在乙醇輔助和戊二醛交聯(lián)條件下，采用電噴磁性殼聚糖微球的方法獲得。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品

殼聚糖（中黏度）購買于阿拉丁試劑公司。戊二醛（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%水溶液）、FeCl2·4H2O、乙醇、丙酮和乙酸購買于國藥試劑公司。豆油為市售產(chǎn)品。所有試劑使用前均未處理。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

H800型透射電子顯微鏡，日本日立公司；Inspect S50型掃描式電子顯微鏡，荷蘭FEI公司；LS13－320型激光粒度儀，美國貝克曼庫爾特公司；TG209F3型熱重分析儀，德國耐馳公司；F2700熒光分光光度計(jì)，日本日立；D／MAX2500V型X射線衍射儀，日本理學(xué)制造。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 超順磁性Fe3O4納米粒子的制備

本文采用共沉淀法合成超順磁性的Fe3O4納米粒子，將其分散在乙醇中，實(shí)驗(yàn)步驟參考文獻(xiàn)［20］。稱量2.705g（0.01mol）的FeCl3·6H2O和0.995g（0.005mol）的 FeCl2·4H2O 溶于100mL去離子水中，轉(zhuǎn)移到250mL三頸瓶中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下強(qiáng)力攪拌并逐步升溫到80℃，待恒溫5min后，用恒壓滴定管緩慢滴加5mL濃氨水（25%）。待滴定完2min后測定溶液pH值，調(diào)節(jié)pH值為8～9，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下繼續(xù)恒溫反應(yīng)20min。反應(yīng)結(jié)束磁性分離產(chǎn)品，水洗3次至溶液中性，換用乙醇清洗2次，最終產(chǎn)品分散于100mL乙醇溶液中備用。

1.3.2 電噴溶液的配制

首先0.300g殼聚糖粉末分散于9.7mL去離子水中。隨后加入10mL的Fe3O4納米粒子分散液，攪拌10min。滴加0.3mL的乙酸，攪拌24h使得殼聚糖充分地分散。混合溶液中乙酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)非常低，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的Fe3O4納米粒子分解現(xiàn)象。與此同時(shí)，乙醇引入到殼聚糖溶液中增加了混合溶液黏度并且減少了導(dǎo)電性，這對于穩(wěn)定電噴殼聚糖微球是很有利的［15］。

1.3.3 電噴制備殼聚糖微球

殼聚糖混合溶液在注射器中電噴成微球，電噴條件如下：電壓為28kV；針頭到對面電極的高度為13cm；大豆油為收集浴。電噴之后，10mL稀釋的戊二醛溶液（0.5%）緩慢地滴加到含有殼聚糖微球的大豆油中，用于交聯(lián)殼聚糖微球，從而賦予其熒光特性［18－19］。最終產(chǎn)品通過離心機(jī)離心，離心后微球利用5%聚乙二醇辛基苯基醚溶液清洗2次，再用去離子水清洗2次。再使用聚乙二醇辛基苯基醚溶液清洗1次后磁性分離。

2 結(jié)果與討論

2.1 殼聚糖微球電噴示意圖

電噴裝置的示意圖如圖1所示。將殼聚糖／Fe3O4納米粒子混合溶液加入到注射器后，在針頭上施加28kV的高壓。嵌入Fe3O4納米粒子的殼聚糖微球就會(huì)被電噴到接受浴中。電場強(qiáng)度1.5～2.5kV／cm范圍內(nèi)可以達(dá)到穩(wěn)定的電噴。一個(gè)獨(dú)立的銅環(huán)被放置在距離針頭2cm處，目的是阻止邊緣微球的電噴［21－22］。

圖1 殼聚糖微球電噴示意圖

2.2 殼聚糖微球結(jié)構(gòu)分析

Fe3O4納米粒子的透射電子顯微鏡照片如圖2a所示。由圖2a可見其尺寸均勻分布，約為15nm。電噴殼聚糖微球的掃描電子顯微鏡觀察的結(jié)果如圖2b所示，由圖2b可見殼聚糖微球尺寸較小，只有2～5μm。通過粒度分析儀進(jìn)一步測定了微球尺寸和分布如圖3所示，微球尺寸約為3μm，尺寸分布適宜。殼聚糖／Fe3O4微球的成分通過熱解質(zhì)量分析器測量，結(jié)果如圖4所示，由圖4可見嵌入Fe3O4殼聚糖微球的殘余質(zhì)量與包含殼聚糖和Fe3O4納米粒子混合溶液有效地封裝在殼聚糖微球內(nèi)。可以推測，一些潛在的藥物也可以有效地被封裝到電噴多功能殼聚糖微球中。

圖2 Fe3O4納米粒子的透射電子顯微鏡照片

圖3 粒度分析儀測得微球的尺寸分布

圖4 熱重分析曲線

2.3 殼聚糖微球的磁性能及XRD分析

多功能殼聚糖微球的強(qiáng)磁性如圖5所示。由圖5可見微球分散溶液的顏色由褐色變成透明，幾乎所有的微球都被磁鐵吸引了。這表明獲得的微球在分離和目標(biāo)藥物運(yùn)輸方面有很大的潛力。Fe3O4納米粒子的XRD圖譜如圖6所示，由圖6可知，根據(jù)粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合會(huì)標(biāo)準(zhǔn)［23］，2θ為30.29°、35.60°、42.98°、53.61°、57.30°、62.76°的寬峰 對 應(yīng) Fe3O4納 米 粒 子 的 （220）、（311）、（400）、（422）、（511）、（440）晶面。XRD譜圖同時(shí)也證實(shí)了殼聚糖微球優(yōu)異的磁性能［24］。

圖5 電噴殼聚糖微球的磁性

圖6Fe3O4納米粒子XRD圖譜

2.4 殼聚糖微球的熒光性能

文獻(xiàn)［25］報(bào)道了激發(fā)波長不變時(shí)，物質(zhì)熒光會(huì)發(fā)生變化。在不同激發(fā)波長下，殼聚糖微球的熒光發(fā)射譜如圖7所示，由圖7可以看出，在不同的激發(fā)波長處多功能殼聚糖微球都具有較強(qiáng)而且窄的熒光發(fā)射光譜，最大發(fā)射波長均在綠光區(qū)。隨著激發(fā)波長的增加，最大發(fā)射波長發(fā)生了明顯的紅移，最終導(dǎo)致多功能殼聚糖微球會(huì)在不同激發(fā)波長下發(fā)出不同顏色的光。

圖7 多功能殼聚糖微球在不同激發(fā)波長下的熒光發(fā)射譜

3 結(jié)束語

本文通過電噴含有殼聚糖和Fe3O4納米粒子混合溶液，與戊二醛反應(yīng)制備了同時(shí)帶有磁性和熒光性能的多功能殼聚糖微球。該微球除了具有強(qiáng)的熒光性能以外，還表現(xiàn)出了強(qiáng)磁性。微球具有較小的尺寸和窄的尺寸分布。本文為制備一種多功能殼聚糖微球提供了新穎的方法。

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