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

（重慶科技學院 化學化工學院，重慶 401331）

1 引言

殼聚糖(CS)生物相容性好,無毒,可生物降解,經微凝膠化后,可改善其物理、化學特性,如增加藥物吸收、提高藥物穩定性、增強藥物的緩釋作用、增強藥物靶向性等[1,2].乳化交聯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,對物質分子的吸附能力增強,因此其不但可應用做藥物緩釋載體,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)為離子型交聯劑,乳液交聯法制備CS微凝膠,優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CS微凝膠溶脹性能的影響.

2 實驗部分

2.1 實驗試劑及儀器

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有限公司;三聚磷酸鈉(A.R.)重慶博藝化學試劑有限公司;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,攪拌形成穩定的w/o型的殼聚糖乳液.再加入TPP溶液室溫下反應2h,分離、洗滌得殼聚糖微凝膠.微凝膠真空干燥備用.

2.3 結構表征

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

2.4 性能檢測

稱取一定質量(m1)干燥的CS微凝膠裝入質量為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,稱其質量m3,計算微凝膠的溶脹比(SR)：

3 結果與討論

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,導致氨基中的電子云發生偏移,從而紅外吸收向低波數移動,這是三聚磷酸鈉與殼聚糖的-NH3+發生了離子交聯的結果[5].1082cm-1的振動峰明顯增強，為CS骨架C-O-C和TPP中P=O基團共同作用的結果.

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CHAc<0.13mol/l時,HAc濃度增大,CS的質子化程度越大,與三聚磷酸鈉的交聯程度增大,微凝膠網孔增多,SR增大；當CHAc>0.13mol/l時,醋酸濃度過大,盡管CS的質子化程度會增大,但體系酸度過大,三聚磷酸鈉的離子化程度降低,微凝膠交聯程度降低,網孔減少,SR降低.

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

3.3 三聚磷酸鈉用量對微凝膠溶脹性能的影響

從圖2中可知,隨交聯劑用量增大,殼聚糖微凝膠的溶脹比先增大后減小,其原因是交聯劑與殼聚糖的質量比(mTPP:CS)低于0.15時,隨交聯劑用量增大,微凝膠的交聯程度增大,凝膠網孔增多,對溶脹介質水的吸收固定程度較大,SR增加；當mTPP:CS>0.15時,交聯劑用量過大,使凝膠網孔過多,網絡密度過高,導致凝膠對水的吸收能力降低[6].

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

3.4 殼聚糖濃度對微凝膠溶脹性能的影響

從圖4可知,當殼聚糖濃度(CCS)從1%增至2.5%時,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程度增大,且與交聯劑的交聯程度也增大,微凝膠對溶脹劑水分子的束縛能力增強,SR增大；當CCS>2.5%時,殼聚糖分子鏈之間的強纏結作用及與交聯劑的強交聯程度使微凝膠網孔數增大但孔徑減小,對水分子的吸收能力減小,SR降低.

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

3.5 油水比對微凝膠溶脹性能的影響

從圖5可知,當油水比小于1.20:1時,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,微凝膠對水分子的吸水能力增強,SR增大；油水比大于1.20:1時,盡管此時微凝膠的比表面積增大了,但微凝膠吸水后的強度會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微凝膠溶脹性能的影響

從圖6中可知,pH=1.8時微凝膠溶脹比隨著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程度增大,使微凝膠網孔數增多但孔徑減小,進入凝膠網孔的水分子減少,SR降低.pH=7.4時微凝膠SR較低,在該pH介質中由于微凝膠骨架殼聚糖中氨基的質子化程度降低,骨架分子鏈內或鏈間的靜電斥力減小,凝膠網孔處于收縮狀態,微凝膠SR低.在NaCl濃度較高的介質中,微凝膠的SR也較低,原因是溶脹介質鹽濃度越大,微凝膠與介質的滲透壓差減小,水分子更難進入凝膠網絡,SR較低.在高pH和高鹽濃度介質中,由于此時低的溶脹程度使分子量對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中的溶脹比

4 結論

殼聚糖溶劑醋酸溶液的濃度、殼聚糖濃度、交聯劑用量及油水比均對殼聚糖微凝膠的溶脹性能有顯著的影響,在以上參數分別為0.13mol/l、2.5%、0.15和1.20:1時微凝膠的溶脹能力最大.pH=1.8的介質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現對殼聚糖微凝膠溶脹性能不同要求的應用.

〔1〕王薇薇,何鋼,王瓊.殼聚糖納米微粒制備條件的優化及其應用[J].中南林業科技大學學報，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].應用化學,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.山東醫藥,2011,5l(27):13-15.