Preparación de microesferas de hidrogel a partir de hidroxipropilmetilcelulosa

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 divinilsulfona (DVS) como mezcla reticulante de Tween- 20 y Span-60 como dispersante, agitando a una velocidad de 400-900 r/min para preparar microesferas de hidrogel.

Palabras clave: hidroxipropilmetilcelulosa; hidrogel; microesferas; dispersante

1.Descripción 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 de red reticulada, 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 una red cruzada. -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 (microesferas), y el primero se puede dividir en columnar, esponja porosa, fibrosa, membranosa, esférica, etc. Las microesferas y microesferas a nanoescala preparadas actualmente. tienen buena suavidad, elasticidad, capacidad de almacenamiento de líquidos y biocompatibilidad, y se utilizan en la investigación de drogas atrapadas.

1.2 Importancia de la selección de temas

En los últimos años, para cumplir con los requisitos de protección ambiental, los materiales de hidrogel polimérico han atraído gradualmente una atención generalizada debido a sus buenas propiedades hidrófilas y biocompatibilidad. En este experimento se prepararon microesferas de hidrogel a partir de hidroxipropilmetilcelulosa como materia prima. La hidroxipropilmetilcelulosa es un éter de celulosa no iónico, polvo blanco, inodoro e insípido, y tiene características irreemplazables 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 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 con HEMA en 1960, la investigación y exploración de los hidrogeles ha seguido 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 se encuentra en la etapa de desarrollo del hidrogel. Debido al extenso proceso de preparación de la medicina tradicional china y a sus componentes complejos, es difícil extraer un solo producto puro cuando varios componentes trabajan juntos y la dosis es grande, por lo que el desarrollo del hidrogel de 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 importante éter mixto, que pertenece a polímeros no iónicos solubles en agua 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 de enfriar, y la temperatura de gelificación de diferentes especificaciones del producto es diferente. Las propiedades de 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 es la viscosidad, mayor es la solubilidad. A medida que disminuye el contenido del grupo metoxilo, aumenta el punto de gelificación de HPMC, disminuye la solubilidad en agua y disminuye la actividad superficial. En la industria biomédica, se utiliza principalmente como material polimérico que controla la velocidad para materiales de recubrimiento, materiales de películas y preparaciones de liberación sostenida. También se puede utilizar 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 un grupo hidrófilo y una molécula lipófila, la cantidad del tamaño y la fuerza El equilibrio entre el grupo hidrófilo y el grupo lipófilo en la molécula de tensioactivo se define como el rango aproximado del valor del equilibrio hidrófilo-lipófilo del tensioactivo. El ciclohexano se utiliza como fase oleosa y puede dispersar mejor la solución de monómero y disipar el calor generado. en el experimento de forma continua, la dosis es de 1 a 5 veces la de la solución acuosa de monómero con una concentración de 99% de divinilsulfona como agente reticulante, y la cantidad del agente reticulante se controla a aproximadamente el 10%. la masa de celulosa seca, de modo que múltiples moléculas lineales se unen entre sí y se entrecruzan en una estructura de red. Sustancia que une covalentemente o facilita la 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 velocidad. Porque el tamaño de la velocidad de rotación afecta directamente al tamaño de las microesferas. Cuando la velocidad de rotación es superior a 980 r/min, se producirá un grave fenómeno de adherencia a la pared, lo que reducirá en gran medida el rendimiento del producto; El agente reticulante tiende a producir geles voluminosos 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 monómeros y aditivos se utilizan 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. Pesar con precisión 2 g de hidróxido de sodio y preparar 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 al baño maría hasta 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 utilícela como fase acuosa después de clarificar 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. Tome la mitad de la fase acuosa preparada y agréguela a un matraz de tres bocas y revuelva durante tres horas. La concentración de divinilsulfona es del 99%, diluida al 1% con agua destilada. Utilice una pipeta para tomar 0,5 ml de DVS en un matraz aforado de 50 ml para preparar DVS al 1%; 1 ml de DVS equivale a 0,01 g. Utilice una pipeta para introducir 1 ml en el matraz de tres bocas. Revuelva a temperatura ambiente durante 22 horas.

2.2.2 Uso de span60 y Tween-20 como dispersantes

La otra mitad de la fase acuosa que se acaba de preparar. Pese 0,01 g de span60 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 adquiera un color blanco lechoso. 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. Revuelva 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 medidor de partículas Malvern. El uso de Tween-20 como microemulsión dispersante es más espeso 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 resultados experimentales.

Para el emulsionante para preparar la 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. Una vez que los dos se combinan, los grupos hidrofílicos y lipófilos de cada uno cooperan entre sí para tener un efecto solubilizante. El valor HLB también es un índice comúnmente utilizado al seleccionar emulsionantes. Al ajustar el valor 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 hidrófilo (HLB = 16,7) como dispersantes, y Span-20 se usó solo como dispersante. De los resultados experimentales se puede ver que el efecto del compuesto es mejor que el de 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 dispersante en sí se rompe 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 mayor y sea difícil que sea denso en la interfaz. A juzgar por la combinación de diagramas de tamaño de partículas, las partículas blancas del interior pueden ser celulosa no dispersa. Por lo tanto, los resultados de este experimento sugieren que el efecto del uso de un dispersante compuesto es mejor y el experimento puede reducir aún más la cantidad de Tween-20 para hacer 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 deben estandarizar tanto como sea posible para reducir los errores experimentales. Lo más importante es la cantidad de dispersante, la velocidad e intensidad de agitación y la cantidad de agente reticulante. Sólo cuando se controlan adecuadamente se pueden preparar microesferas de hidrogel con buena dispersión y tamaño de partícula uniforme.