Получение гидрогелевых микросфер из гидроксипропилметилцеллюлозы

Аннотация: В этом эксперименте используется метод суспензионной полимеризации с обращенной фазой с использованием гидроксипропилметилцеллюлозы (ГПМЦ) в качестве сырья, раствора гидроксида натрия в качестве водной фазы, циклогексана в качестве масляной фазы и дивинилсульфона (ДВС) в качестве сшивающей смеси. Tween-20 и Span-60 в качестве диспергатора, перемешивая со скоростью 400-900 об/мин до получения гидрогелевых микросфер.

Ключевые слова: гидроксипропилметилцеллюлоза; гидрогель; микросферы; диспергатор

1.Обзор

1.1 Определение гидрогеля

Гидрогель (Hydrogel) представляет собой разновидность высокомолекулярных полимеров, содержащих большое количество воды в сетчатой структуре и нерастворимых в воде. Часть гидрофобных групп и гидрофильные остатки внедряются в водорастворимый полимер с сетчатой сшитой структурой, а гидрофильные остатки связываются с молекулами воды, связывая молекулы воды внутри сети, при этом гидрофобные остатки набухают в воде с образованием перекрестных связей. -связанные полимеры. Желе и контактные линзы в повседневной жизни — это продукты из гидрогеля. В зависимости от размера и формы гидрогеля его можно разделить на макроскопический гель и микроскопический гель (микросферу), а первый можно разделить на столбчатый, пористую губку, волокнистый, мембранный, сферический и т. д. Готовые в настоящее время микросферы и наноразмерные микросферы обладают хорошей мягкостью, эластичностью, способностью накапливать жидкость и биосовместимостью и используются в исследованиях захваченных лекарств.

1.2 Значение выбора темы

В последние годы, чтобы соответствовать требованиям защиты окружающей среды, полимерные гидрогелевые материалы постепенно привлекают всеобщее внимание из-за их хороших гидрофильных свойств и биосовместимости. Гидрогелевые микросферы были приготовлены из гидроксипропилметилцеллюлозы в качестве исходного материала в этом эксперименте. Гидроксипропилметилцеллюлоза представляет собой неионогенный эфир целлюлозы, белый порошок, без запаха и вкуса, и обладает незаменимыми характеристиками других синтетических полимерных материалов, поэтому имеет большое исследовательское значение в области полимеров.

1.3 Статус развития в стране и за рубежом

Гидрогель представляет собой фармацевтическую лекарственную форму, которая в последние годы привлекла большое внимание международного медицинского сообщества и быстро развивается. С тех пор, как Вихтерле и Лим опубликовали свою новаторскую работу о сшитых гидрогелях HEMA в 1960 году, исследования и исследования гидрогелей продолжали углубляться. В середине 1970-х годов Танака обнаружил рН-чувствительные гидрогели при измерении степени набухания состаренных акриламидных гелей, что стало новым шагом в изучении гидрогелей. моя страна находится на стадии разработки гидрогеля. Из-за обширного процесса приготовления традиционной китайской медицины и сложных компонентов трудно извлечь один чистый продукт, когда несколько компонентов работают вместе, а дозировка велика, поэтому разработка гидрогеля китайской медицины может быть относительно медленным.

1.4 Экспериментальные материалы и принципы

1.4.1 Гидроксипропилметилцеллюлоза

Гидроксипропилметилцеллюлоза (ГПМЦ), производное метилцеллюлозы, представляет собой важный смешанный эфир, который относится к неионогенным водорастворимым полимерам, не имеет запаха, вкуса и нетоксичен.

Промышленная ГПМЦ находится в форме белого порошка или белого рыхлого волокна, а ее водный раствор обладает поверхностной активностью, высокой прозрачностью и стабильными характеристиками. Поскольку ГПМЦ обладает свойством термического гелеобразования, водный раствор продукта нагревают до образования геля и выпадают в осадок, а затем растворяют после охлаждения, а температура гелеобразования различных спецификаций продукта различна. Свойства различных спецификаций HPMC также различны. Растворимость изменяется в зависимости от вязкости и не зависит от значения pH. Чем ниже вязкость, тем больше растворимость. По мере уменьшения содержания метоксильных групп температура гелеобразования ГПМЦ увеличивается, растворимость в воде уменьшается, а поверхностная активность снижается. В биомедицинской промышленности он в основном используется в качестве полимерного материала, регулирующего скорость, для материалов для покрытий, пленочных материалов и препаратов с замедленным высвобождением. Его также можно использовать в качестве стабилизатора, суспендирующего агента, клея для таблеток и усилителя вязкости.

1.4.2 Принцип

Используя метод суспензионной полимеризации с обращенной фазой, используя Tween-20, составной диспергатор Span-60 и Tween-20 в качестве отдельных диспергаторов, определяют значение HLB (ПАВ представляет собой амфифил с гидрофильной группой и липофильной группой Молекула, количество размера и сила Баланс между гидрофильной группой и липофильной группой в молекуле ПАВ определяется как приблизительный диапазон значения гидрофильно-липофильного баланса ПАВ.В качестве масляной фазы используется циклогексан.Циклогексан может лучше диспергировать раствор мономера и рассеивать выделяющееся тепло в эксперименте непрерывно. Дозировка в 1-5 раз больше, чем у водного раствора мономера. С концентрацией 99% дивинилсульфона в качестве сшивающего агента, а количество сшивающего агента контролируется на уровне около 10% от сухая масса целлюлозы, так что несколько линейных молекул связаны друг с другом и сшиты в сетчатую структуру.Вещество, которое ковалентно связывается или легко образования или ионной связи между молекулярными цепями полимера.

Перемешивание очень важно для этого эксперимента, и скорость обычно регулируется на третьей или четвертой передаче. Потому что величина скорости вращения напрямую влияет на размер микросфер. Когда скорость вращения превышает 980 об/мин, возникает серьезное явление прилипания к стенке, что значительно снижает выход продукта; Сшивающий агент имеет тенденцию к образованию объемных гелей, и сферические продукты не могут быть получены.

2. Экспериментальные приборы и методы.

2.1 Экспериментальные инструменты

Электронные весы, многофункциональная электрическая мешалка, поляризационный микроскоп, анализатор размера частиц Malvern.

Для приготовления целлюлозных гидрогелевых микросфер основными химическими веществами являются циклогексан, твин-20, спан-60, гидроксипропилметилцеллюлоза, дивинилсульфон, гидроксид натрия, дистиллированная вода, причем все мономеры и добавки используются непосредственно без обработки.

2.2 Этапы приготовления микросфер целлюлозного гидрогеля

2.2.1 Использование Tween 20 в качестве диспергатора

Растворение гидроксипропилметилцеллюлозы. Точно взвесьте 2 г гидроксида натрия и приготовьте 2% раствор гидроксида натрия с помощью мерной колбы вместимостью 100 мл. Возьмите 80 мл приготовленного раствора гидроксида натрия и нагрейте его на водяной бане примерно до 50°С, взвесьте 0,2 г целлюлозы и добавьте к щелочному раствору, перемешайте стеклянной палочкой, поместите в холодную воду для ледяной бани. , и использовать его в качестве водной фазы после осветления раствора. С помощью мерного цилиндра отмерьте 120 мл циклогексана (масляная фаза) в трехгорлую колбу, наберите 5 мл Tween-20 в масляную фазу с помощью шприца и перемешайте со скоростью 700 об/мин в течение одного часа. Берут половину приготовленной водной фазы и добавляют ее в трехгорлую колбу и перемешивают в течение трех часов. Концентрация дивинилсульфона составляет 99%, разбавленного до 1% дистиллированной водой. Используйте пипетку, чтобы взять 0,5 мл DVS в мерную колбу на 50 мл, чтобы приготовить 1% DVS, 1 мл DVS эквивалентен 0,01 г. С помощью пипетки наберите 1 мл в трехгорлую колбу. Перемешивают при комнатной температуре в течение 22 часов.

2.2.2 Использование span60 и Tween-20 в качестве диспергаторов

Другая половина водной фазы, которая только что была приготовлена. Взвешивают 0,01 г спан60 и добавляют в пробирку, нагревают на водяной бане при 65° до расплавления, затем капают в водяную баню резиновой пипеткой несколько капель циклогексана и нагревают до молочно-белого цвета раствора. Переносят в трехгорлую колбу, затем добавляют 120 мл циклогексана, несколько раз промывают пробирку циклогексаном, нагревают 5 мин, охлаждают до комнатной температуры и добавляют 0,5 мл твина-20. После перемешивания в течение трех часов добавляли 1 мл разбавленного DVS. Перемешивают при комнатной температуре в течение 22 часов.

2.2.3 Экспериментальные результаты

Перемешанный образец погружали в стеклянную палочку и растворяли в 50 мл абсолютного этанола, и размер частиц измеряли с помощью анализатора частиц Malvern. При использовании Tween-20 в качестве диспергатора микроэмульсия более густая, и измеренный размер частиц 87,1% составляет 455,2 д.нм, а размер частиц 12,9% составляет 5026 д.нм. Микроэмульсия смешанного диспергатора Tween-20 и Span-60 подобна молочной, с 81,7% частиц размером 5421 д.нм и 18,3% частиц размером 180,1 д.нм.

3. Обсуждение экспериментальных результатов.

В качестве эмульгатора для приготовления обратной микроэмульсии часто лучше использовать соединение гидрофильного ПАВ и липофильного ПАВ. Это связано с низкой растворимостью одного поверхностно-активного вещества в системе. После того, как они смешаны, гидрофильные группы и липофильные группы друг друга взаимодействуют друг с другом, оказывая солюбилизирующий эффект. Значение HLB также является часто используемым показателем при выборе эмульгаторов. Регулируя значение HLB, можно оптимизировать соотношение двухкомпонентного составного эмульгатора и приготовить более однородные микросферы. В этом эксперименте в качестве диспергатора использовали слабо липофильный Span-60 (HLB=4,7) и гидрофильный Tween-20 (HLB=16,7), а в качестве диспергатора использовали только Span-20. Из экспериментальных результатов видно, что эффект соединения лучше, чем у одного диспергатора. Микроэмульсия составного диспергатора относительно однородна и имеет молочную консистенцию; микроэмульсия с использованием одного диспергатора имеет слишком высокую вязкость и белые частицы. Небольшой пик появляется под компаундным диспергатором Tween-20 и Span-60. Возможная причина заключается в том, что межфазное натяжение системы соединений Span-60 и Tween-20 велико, а сам диспергатор разрушается при высокоинтенсивном перемешивании с образованием мелких частиц, которые будут влиять на результаты эксперимента. Недостатком диспергатора Tween-20 является то, что он имеет большое количество полиоксиэтиленовых цепей (n=20 или около того), что увеличивает стерические затруднения между молекулами поверхностно-активного вещества и затрудняет плотность на границе раздела. Судя по сочетанию диаграмм размеров частиц, белые частицы внутри могут быть недисперсной целлюлозой. Следовательно, результаты этого эксперимента предполагают, что эффект от использования составного диспергатора лучше, и эксперимент может дополнительно уменьшить количество Tween-20, чтобы сделать приготовленные микросферы более однородными.

Кроме того, некоторые ошибки в процессе экспериментальной работы должны быть сведены к минимуму, например, приготовление гидроксида натрия в процессе растворения ГПМЦ, разбавление ДВС и т. д. должны быть максимально стандартизированы, чтобы уменьшить экспериментальные ошибки. Наиболее важным является количество диспергатора, скорость и интенсивность перемешивания, количество сшивающего агента. Только при правильном контроле можно приготовить гидрогелевые микросферы с хорошей дисперсией и однородным размером частиц.