Herstellung von Hydrogel-Mikrokügelchen aus Hydroxypropylmethylcellulose

Bei diesem Experiment wird die Umkehrphasen-Suspensionspolymerisationsmethode angewendet, bei der Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) als Rohmaterial, Natriumhydroxidlösung als Wasserphase, Cyclohexan als Ölphase und Divinylsulfon (DVS) als vernetzende Tween-Mischung verwendet werden. 20 und Span-60 als Dispergiermittel, Rühren mit einer Geschwindigkeit von 400–900 U/min, um Hydrogel-Mikrokügelchen herzustellen.

Schlüsselwörter: Hydroxypropylmethylcellulose; Hydrogel; Mikrokügelchen; Dispergiermittel

1.Überblick

1.1 Definition von Hydrogel

Hydrogel (Hydrogel) ist eine Art hochmolekulares Polymer, das eine große Menge Wasser in der Netzwerkstruktur enthält und in Wasser unlöslich ist. Ein Teil der hydrophoben Gruppen und hydrophilen Reste wird in das wasserlösliche Polymer mit einer vernetzten Netzwerkstruktur eingeführt, und die hydrophilen Reste binden an Wassermoleküle und verknüpfen die Wassermoleküle innerhalb des Netzwerks, während die hydrophoben Reste mit Wasser aufquellen und Kreuze bilden -verknüpfte Polymere. Gelees und Kontaktlinsen im täglichen Leben sind allesamt Hydrogel-Produkte. Je nach Größe und Form des Hydrogels kann es in makroskopisches Gel und mikroskopisches Gel (Mikrokügelchen) unterteilt werden, und ersteres kann in säulenförmige, poröse, schwammartige, faserige, membranöse, kugelförmige usw. unterteilt werden. Die derzeit hergestellten Mikrokügelchen und nanoskaligen Mikrokügelchen weisen eine gute Weichheit, Elastizität, Flüssigkeitsspeicherkapazität und Biokompatibilität auf und werden bei der Erforschung eingeschlossener Arzneimittel eingesetzt.

1.2 Bedeutung der Themenauswahl

Um den Anforderungen des Umweltschutzes gerecht zu werden, haben Polymer-Hydrogel-Materialien in den letzten Jahren aufgrund ihrer guten hydrophilen Eigenschaften und Biokompatibilität allmählich große Aufmerksamkeit erregt. In diesem Experiment wurden Hydrogel-Mikrokügelchen aus Hydroxypropylmethylcellulose als Rohmaterial hergestellt. Hydroxypropylmethylcellulose ist ein nichtionischer Celluloseether, ein weißes Pulver, geruchs- und geschmacksneutral und weist unersetzliche Eigenschaften anderer synthetischer Polymermaterialien auf, sodass es im Polymerbereich einen hohen Forschungswert hat.

1.3 Entwicklungsstand im In- und Ausland

Hydrogel ist eine pharmazeutische Darreichungsform, die in den letzten Jahren in der internationalen medizinischen Gemeinschaft große Aufmerksamkeit erregt und sich rasant weiterentwickelt hat. Seit Wichterle und Lim 1960 ihre bahnbrechende Arbeit zu HEMA-vernetzten Hydrogelen veröffentlichten, hat sich die Forschung und Erforschung von Hydrogelen weiter vertieft. Mitte der 1970er Jahre entdeckte Tanaka pH-empfindliche Hydrogele, als er das Quellverhältnis von gealterten Acrylamidgelen maß, was einen neuen Schritt in der Erforschung von Hydrogelen markierte. Mein Land befindet sich in der Phase der Hydrogel-Entwicklung. Aufgrund des umfangreichen Herstellungsprozesses der traditionellen chinesischen Medizin und der komplexen Komponenten ist es schwierig, ein einzelnes reines Produkt zu extrahieren, wenn mehrere Komponenten zusammenarbeiten, und die Dosierung ist hoch, sodass die Entwicklung des Hydrogels der chinesischen Medizin relativ langsam erfolgen kann.

1.4 Experimentelle Materialien und Prinzipien

1.4.1 Hydroxypropylmethylcellulose

Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), ein Derivat der Methylcellulose, ist ein wichtiger Mischether, der zu den nichtionischen wasserlöslichen Polymeren gehört und geruchlos, geschmacklos und ungiftig ist.

Industrielles HPMC liegt in Form von weißem Pulver oder weißen losen Fasern vor und seine wässrige Lösung weist Oberflächenaktivität, hohe Transparenz und stabile Leistung auf. Da HPMC die Eigenschaft der thermischen Gelierung besitzt, wird die wässrige Produktlösung erhitzt, um ein Gel zu bilden und auszufallen, und löst sich dann nach dem Abkühlen auf, und die Gelierungstemperatur verschiedener Spezifikationen des Produkts ist unterschiedlich. Auch die Eigenschaften verschiedener HPMC-Spezifikationen sind unterschiedlich. Die Löslichkeit ändert sich mit der Viskosität und wird nicht vom pH-Wert beeinflusst. Je niedriger die Viskosität, desto größer die Löslichkeit. Mit abnehmendem Gehalt an Methoxylgruppen steigt der Gelpunkt von HPMC, die Wasserlöslichkeit nimmt ab und die Oberflächenaktivität nimmt ab. In der biomedizinischen Industrie wird es hauptsächlich als geschwindigkeitskontrollierendes Polymermaterial für Beschichtungsmaterialien, Filmmaterialien und Präparate mit verzögerter Freisetzung verwendet. Es kann auch als Stabilisator, Suspensionsmittel, Tablettenkleber und Viskositätsverstärker verwendet werden.

1.4.2 Prinzip

Bestimmen Sie mithilfe der Umkehrphasen-Suspensionspolymerisationsmethode unter Verwendung von Tween-20, Span-60-Verbindungsdispergiermittel und Tween-20 als separate Dispergiermittel den HLB-Wert (Tensid ist ein amphiphiles Molekül mit hydrophiler Gruppe und lipophiler Gruppe), die Menge der Größe und die Kraft Das Gleichgewicht zwischen der hydrophilen Gruppe und der lipophilen Gruppe im Tensidmolekül ist definiert als der ungefähre Bereich des Hydrophil-Lipophil-Gleichgewichtswerts des Tensids, da Cyclohexan die Monomerlösung besser dispergieren und die erzeugte Wärme ableiten kann Im Experiment beträgt die Dosierung kontinuierlich das 1- bis 5-fache der wässrigen Monomerlösung mit einer Konzentration von 99 % Divinylsulfon als Vernetzungsmittel, und die Menge des Vernetzungsmittels wird auf etwa 10 % eingestellt die trockene Zellulosemasse, so dass mehrere lineare Moleküle miteinander verbunden und zu einer Netzwerkstruktur vernetzt werden. Eine Substanz, die kovalent bindet oder die Bildung ionischer Bindungen zwischen Polymermolekülketten erleichtert.

Das Rühren ist bei diesem Experiment sehr wichtig und die Geschwindigkeit wird im Allgemeinen im dritten oder vierten Gang gesteuert. Denn die Größe der Rotationsgeschwindigkeit wirkt sich direkt auf die Größe der Mikrokügelchen aus. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit mehr als 980 U/min beträgt, kommt es zu einem starken Wandanhaftungsphänomen, das die Produktausbeute erheblich verringert. Das Vernetzungsmittel neigt dazu, große Gele zu erzeugen, und es können keine kugelförmigen Produkte erhalten werden.

2. Experimentelle Instrumente und Methoden

2.1 Experimentelle Instrumente

Elektronische Waage, multifunktionaler elektrischer Rührer, Polarisationsmikroskop, Malvern-Partikelgrößenanalysator.

Zur Herstellung von Cellulose-Hydrogel-Mikrokügelchen werden hauptsächlich Cyclohexan, Tween-20, Span-60, Hydroxypropylmethylcellulose, Divinylsulfon, Natriumhydroxid und destilliertes Wasser verwendet. Alle Monomere und Zusatzstoffe werden ohne Behandlung direkt verwendet.

2.2 Vorbereitungsschritte von Cellulose-Hydrogel-Mikrokügelchen

2.2.1 Verwendung von Tween 20 als Dispergiermittel

Auflösung von Hydroxypropylmethylcellulose. Wiegen Sie 2 g Natriumhydroxid genau ab und stellen Sie mit einem 100-ml-Messkolben eine 2 %ige Natriumhydroxidlösung her. Nehmen Sie 80 ml der vorbereiteten Natronlauge und erhitzen Sie diese im Wasserbad auf etwa 50 °C°C, wiegen Sie 0,2 g Cellulose ab und geben Sie sie zur alkalischen Lösung, rühren Sie sie mit einem Glasstab um, legen Sie sie für ein Eisbad in kaltes Wasser und verwenden Sie sie nach der Klärung der Lösung als Wasserphase. Mit einem Messzylinder 120 ml Cyclohexan (Ölphase) in einen Dreihalskolben abmessen, mit einer Spritze 5 ml Tween-20 in die Ölphase aufziehen und eine Stunde lang bei 700 U/min rühren. Nehmen Sie die Hälfte der vorbereiteten wässrigen Phase, geben Sie sie in einen Dreihalskolben und rühren Sie drei Stunden lang. Die Konzentration von Divinylsulfon beträgt 99 %, mit destilliertem Wasser auf 1 % verdünnt. Geben Sie mit einer Pipette 0,5 ml DVS in einen 50-ml-Messkolben, um 1 % DVS herzustellen. 1 ml DVS entspricht 0,01 g. Mit einer Pipette 1 ml in den Dreihalskolben geben. 22 Stunden bei Raumtemperatur rühren.

2.2.2 Verwendung von span60 und Tween-20 als Dispergiermittel

Die andere Hälfte der gerade vorbereiteten Wasserphase. Wiegen Sie 0,01 g span60 ab und geben Sie es in das Reagenzglas. Erhitzen Sie es in einem 65-Grad-Wasserbad, bis es schmilzt. Geben Sie dann mit einem Gummitropfer ein paar Tropfen Cyclohexan in das Wasserbad und erhitzen Sie es, bis die Lösung milchig weiß wird. In einen Dreihalskolben geben, dann 120 ml Cyclohexan hinzufügen, das Reagenzglas mehrmals mit Cyclohexan spülen, 5 Minuten lang erhitzen, auf Raumtemperatur abkühlen lassen und 0,5 ml Tween-20 hinzufügen. Nach dreistündigem Rühren wurde 1 ml verdünntes DVS zugegeben. 22 Stunden bei Raumtemperatur rühren.

2.2.3 Experimentelle Ergebnisse

Die gerührte Probe wurde in einen Glasstab getaucht und in 50 ml absolutem Ethanol gelöst, und die Partikelgröße wurde mit einem Malvern-Partikelgrößenmessgerät gemessen. Bei Verwendung von Tween-20 als Dispergiermittel ist die Mikroemulsion dicker und die gemessene Partikelgröße von 87,1 % beträgt 455,2 d.nm und die Partikelgröße von 12,9 % beträgt 5026 d.nm. Die Mikroemulsion des gemischten Dispergiermittels Tween-20 und Span-60 ähnelt der von Milch, mit einer Partikelgröße von 81,7 % von 5421 d.nm und einer Partikelgröße von 18,3 % von 180,1 d.nm.

3. Diskussion der experimentellen Ergebnisse

Als Emulgator zur Herstellung einer inversen Mikroemulsion ist es oft besser, eine Verbindung aus hydrophilem Tensid und lipophilem Tensid zu verwenden. Dies liegt daran, dass die Löslichkeit eines einzelnen Tensids im System gering ist. Nachdem die beiden zusammengesetzt sind, kooperieren die hydrophilen und lipophilen Gruppen des jeweils anderen, um eine solubilisierende Wirkung zu erzielen. Der HLB-Wert ist auch ein häufig verwendeter Index bei der Auswahl von Emulgatoren. Durch Anpassen des HLB-Werts kann das Verhältnis des Zweikomponenten-Emulgators optimiert und einheitlichere Mikrokügelchen hergestellt werden. In diesem Experiment wurden schwach lipophiles Span-60 (HLB=4,7) und hydrophiles Tween-20 (HLB=16,7) als Dispergiermittel verwendet, und Span-20 wurde allein als Dispergiermittel verwendet. Aus den experimentellen Ergebnissen ist ersichtlich, dass die Wirkung der Verbindung besser ist als die eines einzelnen Dispergiermittels. Die Mikroemulsion des zusammengesetzten Dispergiermittels ist relativ gleichmäßig und hat eine milchartige Konsistenz; Die Mikroemulsion mit einem einzigen Dispergiermittel weist eine zu hohe Viskosität und weiße Partikel auf. Der kleine Peak erscheint unter dem zusammengesetzten Dispergiermittel aus Tween-20 und Span-60. Der mögliche Grund dafür ist, dass die Grenzflächenspannung des Verbundsystems aus Span-60 und Tween-20 hoch ist und das Dispergiermittel selbst unter starkem Rühren aufgebrochen wird, um feine Partikel zu bilden, die die Versuchsergebnisse beeinflussen. Der Nachteil des Dispergiermittels Tween-20 besteht darin, dass es eine große Anzahl von Polyoxyethylenketten aufweist (n=20 oder so), wodurch die sterische Hinderung zwischen den Tensidmolekülen größer wird und es schwierig ist, an der Grenzfläche dicht zu sein. Aus der Kombination der Partikelgrößendiagramme geht hervor, dass es sich bei den weißen Partikeln im Inneren möglicherweise um undispergierte Zellulose handelt. Daher deuten die Ergebnisse dieses Experiments darauf hin, dass die Wirkung der Verwendung eines zusammengesetzten Dispergiermittels besser ist und das Experiment die Menge an Tween-20 weiter reduzieren kann, um die vorbereiteten Mikrokügelchen gleichmäßiger zu machen.

Darüber hinaus sollten einige Fehler im experimentellen Betriebsprozess minimiert werden, wie z. B. die Herstellung von Natriumhydroxid im Auflösungsprozess von HPMC, die Verdünnung von DVS usw., und sollten so weit wie möglich standardisiert werden, um experimentelle Fehler zu reduzieren. Das Wichtigste ist die Menge des Dispergiermittels, die Geschwindigkeit und Intensität des Rührens sowie die Menge des Vernetzungsmittels. Nur bei richtiger Kontrolle können Hydrogel-Mikrokügelchen mit guter Dispersion und gleichmäßiger Partikelgröße hergestellt werden.