تحضير كريات هيدروجيل المجهرية من هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز

تعتمد هذه التجربة طريقة بلمرة تعليق الطور العكسي، باستخدام هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز (HPMC) كمادة خام، ومحلول هيدروكسيد الصوديوم كمرحلة مائية، وسيكلوهكسان كمرحلة زيت، وثنائي فينيل سلفون (DVS) كخليط متشابك من توين- 20 وSpan-60 كمشتت، مع التحريك بسرعة 400-900r/min لتحضير الكرات المائية الدقيقة.

الكلمات الرئيسية: هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز. هيدروجيل. المجهرية. مشتت

1.ملخص

1.1 تعريف الهيدروجيل

هيدروجيل (هيدروجيل) هو نوع من البوليمر الجزيئي العالي الذي يحتوي على كمية كبيرة من الماء في بنية الشبكة وغير قابل للذوبان في الماء. يتم إدخال جزء من المجموعات الكارهة للماء والبقايا المحبة للماء في البوليمر القابل للذوبان في الماء ببنية شبكية متشابكة، وترتبط البقايا المحبة للماء بجزيئات الماء، فتربط جزيئات الماء داخل الشبكة، بينما تنتفخ البقايا الكارهة للماء مع الماء لتشكل جزيئات متصالبة. - البوليمرات المرتبطة . الهلام والعدسات اللاصقة في الحياة اليومية كلها منتجات هيدروجيل. وفقًا لحجم وشكل الهيدروجيل، يمكن تقسيمه إلى هلام مجهري وهلام مجهري (غلاف مجهري)، ويمكن تقسيم الأول إلى هلام عمودي، وإسفنج مسامي، وليفي، وغشائي، وكروي، وما إلى ذلك. تتمتع بنعومة ومرونة جيدة وقدرة تخزين سائلة وتوافق حيوي، وتستخدم في أبحاث الأدوية المحتبسة.

1.2 أهمية اختيار الموضوع

في السنوات الأخيرة، من أجل تلبية متطلبات حماية البيئة، اجتذبت مواد البوليمر هيدروجيل اهتمامًا واسع النطاق تدريجيًا بسبب خصائصها المحبة للماء الجيدة وتوافقها الحيوي. تم تحضير كريات هيدروجيل مجهرية من الهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز كمادة خام في هذه التجربة. هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز هو إيثر سليلوز غير أيوني، مسحوق أبيض، عديم الرائحة والمذاق، وله خصائص لا يمكن الاستغناء عنها عن مواد البوليمر الاصطناعية الأخرى، لذلك له قيمة بحثية عالية في مجال البوليمر.

1.3 حالة التنمية في الداخل والخارج

الهيدروجيل هو شكل صيدلاني صيدلاني جذب الكثير من الاهتمام في المجتمع الطبي الدولي في السنوات الأخيرة وتطور بسرعة. منذ أن نشر Wichterle وLim عملهما الرائد على الهلاميات المائية المترابطة HEMA في عام 1960، استمرت الأبحاث واستكشاف الهلاميات المائية في التعمق. في منتصف السبعينيات، اكتشف تاناكا الهلاميات المائية الحساسة للأس الهيدروجيني عند قياس نسبة التورم في المواد الهلامية الأكريلاميد القديمة، مما يمثل خطوة جديدة في دراسة الهلاميات المائية. بلدي في مرحلة تطوير الهيدروجيل. نظرًا لعملية التحضير المكثفة للطب الصيني التقليدي والمكونات المعقدة، فمن الصعب استخلاص منتج نقي واحد عندما تعمل مكونات متعددة معًا، وتكون الجرعة كبيرة، لذلك قد يكون تطوير هيدروجيل الطب الصيني بطيئًا نسبيًا.

1.4 المواد والمبادئ التجريبية

1.4.1 هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز

هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC)، وهو مشتق من ميثيل السليلوز، هو الأثير المختلط المهم، الذي ينتمي إلى البوليمرات غير الأيونية القابلة للذوبان في الماء، وهو عديم الرائحة والمذاق وغير سام.

HPMC الصناعي يكون على شكل مسحوق أبيض أو ألياف بيضاء سائبة، ومحلوله المائي له نشاط سطحي، وشفافية عالية وأداء مستقر. لأن HPMC لديه خاصية التبلور الحراري، يتم تسخين المحلول المائي للمنتج لتشكيل هلام وترسب، ثم يذوب بعد التبريد، وتختلف درجة حرارة التبلور بمواصفات مختلفة للمنتج. تختلف أيضًا خصائص المواصفات المختلفة لـ HPMC. تتغير قابلية الذوبان مع اللزوجة ولا تتأثر بقيمة الرقم الهيدروجيني. كلما انخفضت اللزوجة، زادت قابلية الذوبان. مع انخفاض محتوى مجموعة الميثوكسيل، تزداد نقطة الهلام لـ HPMC، وتقل قابلية الذوبان في الماء، وينخفض ​​النشاط السطحي. في صناعة الطب الحيوي، يتم استخدامه بشكل أساسي كمواد بوليمر تتحكم في المعدل لمواد الطلاء، ومواد الأفلام، ومستحضرات الإطلاق المستدام. ويمكن استخدامه أيضًا كمثبت، وعامل تعليق، ولاصق للأقراص، ومحسن للزوجة.

1.4.2 المبدأ

باستخدام طريقة بلمرة تعليق الطور العكسي، باستخدام مشتت مركب Tween-20 وSpan-60 وTween-20 كمشتتات منفصلة، ​​حدد قيمة HLB (الفاعل بالسطح هو أمفيفيل مع مجموعة محبة للماء وجزيء مجموعة محبة للدهون، مقدار الحجم والقوة يتم تعريف التوازن بين المجموعة المحبة للماء والمجموعة المحبة للدهون في جزيء الفاعل بالسطح على أنه النطاق التقريبي لقيمة التوازن المحبة للماء للدهون في الفاعل بالسطح. يتم استخدام الهكسان الحلقي كمرحلة زيتية يمكنها تشتيت محلول المونومر بشكل أفضل وتبديد الحرارة المتولدة في التجربة بشكل مستمر، تكون الجرعة 1-5 مرات من المحلول المائي المونومر مع تركيز 99% ديفينيل سلفون كعامل ربط متقاطع، ويتم التحكم في كمية عامل الربط المتقاطع بحوالي 10%. كتلة السليلوز الجافة، بحيث ترتبط جزيئات خطية متعددة ببعضها البعض وتترابط في بنية شبكية، وهي مادة ترتبط تساهميًا أو تسهل تكوين الروابط الأيونية بين سلاسل البوليمر الجزيئية.

يعد التحريك مهمًا جدًا لهذه التجربة، ويتم التحكم في السرعة بشكل عام عند الترس الثالث أو الرابع. لأن حجم سرعة الدوران يؤثر بشكل مباشر على حجم الكرات المجهرية. عندما تكون سرعة الدوران أكبر من 980 دورة/دقيقة، ستكون هناك ظاهرة التصاق خطيرة بالجدار، مما يقلل بشكل كبير من إنتاجية المنتج؛ يميل عامل الارتباط المتقاطع إلى إنتاج المواد الهلامية السائبة، ولا يمكن الحصول على منتجات كروية.

2. الأدوات والأساليب التجريبية

2.1 الأدوات التجريبية

ميزان إلكتروني، محرك كهربائي متعدد الوظائف، مجهر مستقطب، محلل حجم الجسيمات مالفيرن.

لتحضير كريات هيدروجيل السليلوز الدقيقة، المواد الكيميائية الرئيسية المستخدمة هي الهكسان الحلقي، توين-20، سبان-60، هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز، ديفينيل سلفون، هيدروكسيد الصوديوم، الماء المقطر، وجميعها يتم استخدام المونومرات والمواد المضافة مباشرة دون علاج.

2.2 خطوات تحضير كريات السليلوز هيدروجيل المجهرية

2.2.1 استخدام توين 20 كمشتت

حل هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز. قم بوزن 2 جرام من هيدروكسيد الصوديوم بدقة، وقم بتحضير محلول هيدروكسيد الصوديوم 2% باستخدام دورق حجمي سعة 100 مل. خذ 80 مل من محلول هيدروكسيد الصوديوم المحضر وقم بتسخينه في حمام مائي إلى حوالي 50 درجة°C، وزن 0.2 جرام من السليلوز وأضفه إلى المحلول القلوي، وحركه بقضيب زجاجي، ثم ضعه في ماء بارد لحمام جليدي، واستخدمه كمرحلة مائية بعد تصفية المحلول. استخدم أسطوانة مدرجة لقياس 120 مل من الهكسان الحلقي (مرحلة الزيت) في دورق ثلاثي الرقاب، واسحب 5 مل من توين-20 إلى مرحلة الزيت باستخدام حقنة، وحركه عند 700 دورة / دقيقة لمدة ساعة واحدة. خذ نصف الطور المائي المحضر وأضفه إلى دورق ثلاثي الرقاب وحركه لمدة ثلاث ساعات. تركيز ديفينيل سلفون هو 99%، مخفف إلى 1% بالماء المقطر. استخدام ماصة لاتخاذ 0.5 مل من DVS في دورق حجمي 50 مل لإعداد 1٪ DVS، 1 مل من DVS يعادل 0.01 جرام. استخدم ماصة لأخذ 1 مل إلى القارورة ثلاثية الرقاب. يقلب في درجة حرارة الغرفة لمدة 22 ساعة.

2.2.2 استخدامspan60 وTween-20 كمشتتات

النصف الآخر من مرحلة الماء الذي تم تحضيره للتو. زن 0.01gspan60 وأضفه إلى أنبوب الاختبار، وقم بتسخينه في حمام مائي بدرجة حرارة 65 درجة حتى يذوب، ثم قم بإسقاط بضع قطرات من الهكسان الحلقي في الحمام المائي بقطارة مطاطية، وقم بتسخينه حتى يتحول المحلول إلى اللون الأبيض الحليبي. أضفه إلى دورق ثلاثي الرقاب، ثم أضف 120 مل من الهكسان الحلقي، واشطف أنبوب الاختبار باستخدام الهكسان الحلقي عدة مرات، وسخنه لمدة 5 دقائق، ثم برده إلى درجة حرارة الغرفة، وأضف 0.5 مل من توين-20. بعد التحريك لمدة ثلاث ساعات، تمت إضافة 1 مل من DVS المخفف. يقلب في درجة حرارة الغرفة لمدة 22 ساعة.

2.2.3 النتائج التجريبية

تم غمس العينة التي تم تقليبها في قضيب زجاجي وتم إذابتها في 50 مل من الإيثانول المطلق، وتم قياس حجم الجسيم باستخدام جهاز قياس الجسيمات Malvern. يعد استخدام Tween-20 كمستحلب دقيق مشتت أكثر سمكًا، وحجم الجسيمات المقاسة بنسبة 87.1% هو 455.2d.nm، وحجم الجسيمات 12.9% هو 5026d.nm. يشبه المستحلب الدقيق للمشتت المختلط Tween-20 وSpan-60 مستحلب الحليب، حيث يبلغ حجم الجسيمات 81.7% 5421d.nm و18.3% حجم الجسيمات 180.1d.nm.

3. مناقشة النتائج التجريبية

بالنسبة للمستحلب لتحضير المستحلب الصغير العكسي، غالبًا ما يكون من الأفضل استخدام مركب الفاعل بالسطح المحبب للماء والفاعل بالسطح المحب للدهون. وذلك لأن قابلية ذوبان مادة خافضة للتوتر السطحي واحدة في النظام منخفضة. بعد أن يتم مضاعفة الاثنين، تتعاون المجموعات المحبة للماء والمجموعات المحبة للدهون مع بعضها البعض للحصول على تأثير مذيب. تعد قيمة HLB أيضًا فهرسًا شائع الاستخدام عند اختيار المستحلبات. من خلال ضبط قيمة HLB، يمكن تحسين نسبة المستحلب المركب المكون من عنصرين، ويمكن إعداد كرات مجهرية أكثر اتساقًا. في هذه التجربة، تم استخدام Span-60 المحب للدهون بشكل ضعيف (HLB=4.7) وTween-20 المحب للماء (HLB=16.7) كمشتت، وتم استخدام Span-20 بمفرده كمشتت. من النتائج التجريبية يمكن ملاحظة أن تأثير المركب أفضل من المشتت الواحد. المستحلب الصغير للمركب المشتت موحد نسبيًا وله قوام يشبه الحليب. يحتوي المستحلب الدقيق الذي يستخدم مشتتًا واحدًا على لزوجة عالية جدًا وجزيئات بيضاء. تظهر الذروة الصغيرة تحت المركب المشتت Tween-20 وSpan-60. السبب المحتمل هو أن التوتر السطحي للنظام المركب لـ Span-60 وTween-20 مرتفع، ويتم تفتيت المشتت نفسه تحت التحريك عالي الكثافة لتكوين الجسيمات الدقيقة التي ستؤثر على النتائج التجريبية. عيب المشتت Tween-20 هو أنه يحتوي على عدد كبير من سلاسل البولي أوكسي إيثيلين (n = 20 أو نحو ذلك)، مما يجعل العائق الاستاتيكي بين جزيئات الفاعل بالسطح أكبر ومن الصعب أن يكون كثيفًا عند الواجهة. انطلاقًا من مجموعة الرسوم البيانية لحجم الجسيمات، قد تكون الجسيمات البيضاء الموجودة بالداخل عبارة عن سليلوز غير مشتت. لذلك، تشير نتائج هذه التجربة إلى أن تأثير استخدام المشتت المركب أفضل، ويمكن للتجربة تقليل كمية Tween-20 بشكل أكبر لجعل الكرات المجهرية المحضرة أكثر تجانسًا.

وبالإضافة إلى ذلك، ينبغي التقليل من بعض الأخطاء في عملية التشغيل التجريبي، مثل إعداد هيدروكسيد الصوديوم في عملية حل HPMC، وتخفيف DVS، وما إلى ذلك، ينبغي أن تكون موحدة قدر الإمكان للحد من الأخطاء التجريبية. أهم شيء هو كمية المشتت، وسرعة وشدة التحريك، وكمية عامل الربط المتقاطع. فقط عندما يتم التحكم فيها بشكل صحيح، يمكن تحضير كريات هلامية مجهرية ذات تشتت جيد وحجم جسيمات موحد.