Preparación de microesferas de hidrogel a partir de hidroxipropilmetilcelulosa

Resumen: Este experimento adopta el método de polimerización en suspensión de fase inversa, utilizando hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) como materia prima, solución de hidróxido de sodio como fase acuosa, ciclohexano como fase oleosa y divinil sulfona (DVS) como mezcla reticulante de Tween-20 y Span-60 como dispersante, agitando a una velocidad de 400-900r/min para preparar microesferas de hidrogel.

Palabras clave: hidroxipropilmetilcelulosa; hidrogel; microesferas; dispersante

1. Información general

1.1 Definición de hidrogel

El hidrogel (hidrogel) es un tipo de polímero de alto peso molecular que contiene una gran cantidad de agua en la estructura de la red y es insoluble en agua. Una parte de los grupos hidrofóbicos y los residuos hidrofílicos se introducen en el polímero soluble en agua con una estructura reticulada en red, y los residuos hidrofílicos se unen a las moléculas de agua, uniendo las moléculas de agua dentro de la red, mientras que los residuos hidrofóbicos se hinchan con agua para formar cruz -Polímeros enlazados. Las jaleas y lentes de contacto en la vida diaria son todos productos de hidrogel. Según el tamaño y la forma del hidrogel, se puede dividir en gel macroscópico y gel microscópico (microesfera), y el primero se puede dividir en columna, esponja porosa, fibrosa, membranosa, esférica, etc. Las microesferas preparadas actualmente y las microesferas a nanoescala tienen buena suavidad, elasticidad, capacidad de almacenamiento de líquidos y biocompatibilidad, y se utilizan en la investigación de fármacos atrapados.

1.2 Importancia de la selección de temas

En los últimos años, con el fin de cumplir con los requisitos de protección ambiental, los materiales de hidrogel polimérico han atraído gradualmente una atención generalizada debido a sus buenas propiedades hidrofílicas y biocompatibilidad. Se prepararon microesferas de hidrogel a partir de hidroxipropilmetilcelulosa como materia prima en este experimento. La hidroxipropilmetilcelulosa es un éter de celulosa no iónico, polvo blanco, inodoro e insípido, y tiene características insustituibles de otros materiales poliméricos sintéticos, por lo que tiene un alto valor de investigación en el campo de los polímeros.

1.3 Estado de desarrollo en el país y en el extranjero

El hidrogel es una forma de dosificación farmacéutica que ha atraído mucha atención en la comunidad médica internacional en los últimos años y se ha desarrollado rápidamente. Desde que Wichterle y Lim publicaron su trabajo pionero sobre hidrogeles reticulados HEMA en 1960, la investigación y exploración de hidrogeles ha continuado profundizándose. A mediados de la década de 1970, Tanaka descubrió hidrogeles sensibles al pH al medir la proporción de hinchamiento de geles de acrilamida envejecidos, lo que marcó un nuevo paso en el estudio de los hidrogeles. mi país está en la etapa de desarrollo de hidrogel. Debido al extenso proceso de preparación de la medicina tradicional china y los componentes complejos, es difícil extraer un solo producto puro cuando varios componentes trabajan juntos y la dosis es alta, por lo que el desarrollo del hidrogel de la medicina china puede ser relativamente lento.

1.4 Materiales y principios experimentales

1.4.1 Hidroxipropilmetilcelulosa

La hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC), un derivado de la metilcelulosa, es un éter mixto importante, que pertenece a los polímeros solubles en agua no iónicos, y es inodoro, insípido y no tóxico.

La HPMC industrial se presenta en forma de polvo blanco o fibra suelta blanca, y su solución acuosa tiene actividad superficial, alta transparencia y rendimiento estable. Debido a que HPMC tiene la propiedad de gelificación térmica, la solución acuosa del producto se calienta para formar un gel y precipita, y luego se disuelve después del enfriamiento, y la temperatura de gelificación de las diferentes especificaciones del producto es diferente. Las propiedades de las diferentes especificaciones de HPMC también son diferentes. La solubilidad cambia con la viscosidad y no se ve afectada por el valor del pH. Cuanto menor sea la viscosidad, mayor será la solubilidad. A medida que disminuye el contenido de grupo metoxilo, aumenta el punto de gel de HPMC, disminuye la solubilidad en agua y disminuye la actividad superficial. En la industria biomédica, se utiliza principalmente como material polimérico de control de velocidad para materiales de recubrimiento, materiales de película y preparaciones de liberación sostenida. También se puede usar como estabilizador, agente de suspensión, adhesivo para tabletas y potenciador de la viscosidad.

1.4.2 Principio

Usando el método de polimerización en suspensión de fase inversa, usando Tween-20, dispersante compuesto Span-60 y Tween-20 como dispersantes separados, determine el valor HLB (el surfactante es un anfífilo con grupo hidrofílico y grupo lipofílico Molécula, la cantidad del tamaño y la fuerza El equilibrio entre el grupo hidrofílico y el grupo lipofílico en la molécula de surfactante se define como el rango aproximado del valor del equilibrio hidrofílico-lipofílico del surfactante. El ciclohexano se usa como fase oleosa. El ciclohexano puede dispersar mejor la solución de monómero y disipar el calor generado. en el experimento continuamente.La dosis es 1-5 veces mayor que la de la solución acuosa de monómero.Con una concentración del 99% de divinilsulfona como agente de reticulación, y la cantidad del agente de reticulación se controla en aproximadamente el 10% de la masa de celulosa seca, de modo que múltiples moléculas lineales se unen entre sí y se entrecruzan en una estructura de red. Una sustancia que se une covalentemente o facili estados o formación de enlaces iónicos entre cadenas moleculares de polímeros.

La agitación es muy importante para este experimento, y la velocidad generalmente se controla en la tercera o cuarta marcha. Porque el tamaño de la velocidad de rotación afecta directamente el tamaño de las microesferas. Cuando la velocidad de rotación es superior a 980 r/min, se producirá un fenómeno grave de adherencia a la pared, lo que reducirá en gran medida el rendimiento del producto; El agente de reticulación tiende a producir geles a granel y no se pueden obtener productos esféricos.

2. Instrumentos y métodos experimentales

2.1 Instrumentos experimentales

Balanza electrónica, agitador eléctrico multifuncional, microscopio polarizador, analizador de tamaño de partículas Malvern.

Para preparar las microesferas de hidrogel de celulosa, los principales químicos utilizados son ciclohexano, Tween-20, Span-60, hidroxipropilmetilcelulosa, divinilsulfona, hidróxido de sodio, agua destilada, todos los cuales se utilizan monómeros y aditivos directamente sin tratamiento.

2.2 Pasos de preparación de microesferas de hidrogel de celulosa

2.2.1 Uso de Tween 20 como dispersante

Disolución de hidroxipropilmetilcelulosa. Pese con precisión 2 g de hidróxido de sodio y prepare una solución de hidróxido de sodio al 2 % con un matraz aforado de 100 ml. Tome 80 ml de la solución de hidróxido de sodio preparada y caliéntela en un baño de agua a aproximadamente 50 ° C, pese 0,2 g de celulosa y agréguela a la solución alcalina, revuélvala con una varilla de vidrio, colóquela en agua fría para un baño de hielo. , y utilícelo como la fase de agua después de que se aclare la solución. Utilice una probeta graduada para medir 120 ml de ciclohexano (fase oleosa) en un matraz de tres bocas, extraiga 5 ml de Tween-20 en la fase oleosa con una jeringa y agite a 700 r/min durante una hora. Tomar la mitad de la fase acuosa preparada y agregarla a un matraz de tres bocas y agitar durante tres horas. La concentración de divinilsulfona es del 99%, diluida al 1% con agua destilada. Use una pipeta para tomar 0,5 ml de DVS en un matraz volumétrico de 50 ml para preparar DVS al 1 %, 1 ml de DVS equivale a 0,01 g. Use una pipeta para tomar 1 ml en el matraz de tres bocas. Se agita a temperatura ambiente durante 22 horas.

2.2.2 Uso de span60 y Tween-20 como dispersantes

La otra mitad de la fase de agua que se acaba de preparar. Pese 0.01gspan60 y agréguelo al tubo de ensayo, caliéntelo en un baño de agua a 65 grados hasta que se derrita, luego deje caer unas gotas de ciclohexano en el baño de agua con un gotero de goma y caliéntelo hasta que la solución se vuelva blanca lechosa. Agréguelo a un matraz de tres bocas, luego agregue 120 ml de ciclohexano, enjuague el tubo de ensayo con ciclohexano varias veces, caliente durante 5 minutos, enfríe a temperatura ambiente y agregue 0,5 ml de Tween-20. Después de agitar durante tres horas, se añadió 1 ml de DVS diluido. Se agita a temperatura ambiente durante 22 horas.

2.2.3 Resultados experimentales

La muestra agitada se sumergió en una varilla de vidrio y se disolvió en 50 ml de etanol absoluto y se midió el tamaño de partícula con un calibrador de partículas Malvern. El uso de Tween-20 como microemulsión dispersante es más espesa y el tamaño de partícula medido del 87,1 % es 455,2 d.nm, y el tamaño de partícula del 12,9 % es 5026 d.nm. La microemulsión del dispersante mixto Tween-20 y Span-60 es similar a la de la leche, con un 81,7 % de tamaño de partícula de 5421 d.nm y un 18,3 % de tamaño de partícula de 180,1 d.nm.

3. Discusión de los resultados experimentales

Para el emulsionante para preparar microemulsión inversa, a menudo es mejor usar el compuesto de tensioactivo hidrófilo y tensioactivo lipófilo. Esto se debe a que la solubilidad de un único tensioactivo en el sistema es baja. Después de que los dos se combinan, los grupos hidrofílicos y lipofílicos de cada uno cooperan entre sí para tener un efecto solubilizante. El valor HLB también es un índice de uso común al seleccionar emulsionantes. Al ajustar el valor de HLB, se puede optimizar la proporción del emulsionante compuesto de dos componentes y se pueden preparar microesferas más uniformes. En este experimento, se usaron Span-60 débilmente lipófilo (HLB=4,7) y Tween-20 hidrofílico (HLB=16,7) como dispersante, y Span-20 se usó solo como dispersante. A partir de los resultados experimentales, se puede ver que el compuesto El efecto es mejor que un solo dispersante. La microemulsión del dispersante compuesto es relativamente uniforme y tiene una consistencia similar a la leche; la microemulsión que utiliza un solo dispersante tiene una viscosidad demasiado alta y partículas blancas. El pequeño pico aparece bajo el dispersante compuesto de Tween-20 y Span-60. La posible razón es que la tensión interfacial del sistema compuesto de Span-60 y Tween-20 es alta, y el propio dispersante se descompone bajo agitación de alta intensidad para formar partículas finas que afectarán los resultados experimentales. La desventaja del dispersante Tween-20 es que tiene una gran cantidad de cadenas de polioxietileno (n = 20 aproximadamente), lo que hace que el impedimento estérico entre las moléculas de tensioactivo sea más grande y que sea difícil que sea denso en la interfase. A juzgar por la combinación de diagramas de tamaño de partículas, las partículas blancas del interior pueden ser celulosa no dispersada. Por lo tanto, los resultados de este experimento sugieren que el efecto de usar un dispersante compuesto es mejor y que el experimento puede reducir aún más la cantidad de Tween-20 para que las microesferas preparadas sean más uniformes.

Además, se deben minimizar algunos errores en el proceso de operación experimental, como la preparación de hidróxido de sodio en el proceso de disolución de HPMC, la dilución de DVS, etc., se debe estandarizar tanto como sea posible para reducir los errores experimentales. Lo más importante es la cantidad de dispersante, la velocidad e intensidad de la agitación y la cantidad de agente reticulante. Solo cuando se controlan adecuadamente se pueden preparar microesferas de hidrogel con buena dispersión y tamaño de partícula uniforme.