تهیه میکروسفرهای هیدروژل از هیدروکسی پروپیل متیل سلولز

این آزمایش از روش پلیمریزاسیون سوسپانسیون فاز معکوس استفاده می کند که از هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC) به عنوان ماده خام، محلول هیدروکسید سدیم به عنوان فاز آب، سیکلوهگزان به عنوان فاز روغن و دی وینیل سولفون (DVS) به عنوان مخلوط اتصال متقابل Tween- استفاده می کند. 20 و Span-60 به عنوان پراکنده کننده، با سرعت 400-900r/min هم زدن برای تهیه میکروسفرهای هیدروژل.

کلمات کلیدی: هیدروکسی پروپیل متیل سلولز؛ هیدروژل؛ میکروکره ها؛ پراکنده کننده

1.نمای کلی

1.1 تعریف هیدروژل

هیدروژل (Hydrogel) نوعی پلیمر با مولکولی بالا است که در ساختار شبکه حاوی مقدار زیادی آب بوده و در آب نامحلول است. بخشی از گروه‌های آبگریز و بقایای آب‌دوست با ساختار شبکه‌ای شبکه‌ای به پلیمر محلول در آب وارد می‌شوند و باقیمانده‌های آب‌دوست به مولکول‌های آب متصل می‌شوند و مولکول‌های آب را در داخل شبکه به هم متصل می‌کنند، در حالی که باقی‌مانده‌های آبگریز با آب متورم می‌شوند تا متقاطع ایجاد کنند. -پلیمرهای مرتبط ژله ها و لنزهای تماسی در زندگی روزمره همه محصولات هیدروژل هستند. با توجه به اندازه و شکل هیدروژل می توان آن را به ژل ماکروسکوپی و ژل میکروسکوپی (میکروسفر) و اولی را می توان به ستونی، اسفنجی متخلخل، فیبری، غشایی، کروی و غیره تقسیم کرد. نرمی، کشش، ظرفیت ذخیره مایع و زیست سازگاری خوبی دارند و در تحقیقات داروهای به دام افتاده استفاده می شوند.

1.2 اهمیت انتخاب موضوع

در سال های اخیر، به منظور برآورده ساختن الزامات حفاظت از محیط زیست، مواد پلیمری هیدروژل به دلیل خواص آب دوست خوب و زیست سازگاری به تدریج توجه گسترده ای را به خود جلب کرده اند. میکروسفرهای هیدروژل از هیدروکسی پروپیل متیل سلولز به عنوان ماده اولیه در این آزمایش تهیه شد. هیدروکسی پروپیل متیل سلولز یک اتر سلولزی غیر یونی، پودر سفید، بی بو و بی مزه است و ویژگی های غیرقابل جایگزینی نسبت به سایر مواد پلیمری مصنوعی دارد، بنابراین ارزش تحقیقاتی بالایی در زمینه پلیمر دارد.

1.3 وضعیت توسعه در داخل و خارج از کشور

هیدروژل یک فرم دارویی است که در سال های اخیر توجه زیادی را در جامعه پزشکی بین المللی به خود جلب کرده و به سرعت توسعه یافته است. از زمانی که Wichterle و Lim کار پیشگامانه خود را در مورد هیدروژل های متقاطع HEMA در سال 1960 منتشر کردند، تحقیقات و اکتشاف هیدروژل ها به عمیق تر شدن ادامه داد. در اواسط دهه 1970، تاناکا هنگام اندازه‌گیری نسبت تورم ژل‌های آکریل آمید کهنه، هیدروژل‌های حساس به pH را کشف کرد که نشان‌دهنده گام جدیدی در مطالعه هیدروژل‌ها بود. کشور من در مرحله توسعه هیدروژل است. با توجه به فرآیند آماده سازی گسترده طب سنتی چینی و اجزای پیچیده، استخراج یک محصول خالص زمانی که چندین جزء با هم کار می کنند دشوار است، و دوز آن زیاد است، بنابراین توسعه هیدروژل طب چینی ممکن است نسبتا کند باشد.

1.4 مواد و اصول تجربی

1.4.1 هیدروکسی پروپیل متیل سلولز

هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC)، مشتق متیل سلولز، یک اتر مخلوط مهم است که متعلق به پلیمرهای غیر یونی محلول در آب است و بی بو، بی مزه و غیر سمی است.

HPMC صنعتی به صورت پودر سفید یا الیاف شل سفید است و محلول آبی آن دارای فعالیت سطحی، شفافیت بالا و عملکرد پایدار است. از آنجایی که HPMC دارای خاصیت ژل شدن حرارتی است، محلول آبی محصول برای تشکیل ژل حرارت داده شده و رسوب می کند و پس از سرد شدن حل می شود و دمای ژل شدن مشخصات مختلف محصول متفاوت است. خواص مشخصات مختلف HPMC نیز متفاوت است. حلالیت با ویسکوزیته تغییر می کند و تحت تأثیر مقدار pH قرار نمی گیرد. هرچه ویسکوزیته کمتر باشد، حلالیت بیشتر است. با کاهش محتوای گروه متوکسیل، نقطه ژل HPMC افزایش می یابد، حلالیت در آب کاهش می یابد و فعالیت سطحی کاهش می یابد. در صنعت زیست پزشکی، عمدتاً به عنوان یک ماده پلیمری کنترل کننده سرعت برای پوشش مواد، مواد فیلم و آماده سازی با رهش پایدار استفاده می شود. همچنین می توان از آن به عنوان تثبیت کننده، عامل تعلیق، چسب قرص و تقویت کننده ویسکوزیته استفاده کرد.

1.4.2 اصل

با استفاده از روش پلیمریزاسیون سوسپانسیون فاز معکوس، با استفاده از پراکنده کننده ترکیبی Tween-20، Span-60 و Tween-20 به عنوان پراکنده جداگانه، مقدار HLB (سورفکتانت یک آمفیفیل با گروه آبدوست و گروه چربی دوست است، مقدار اندازه و نیروی مولکول را تعیین کنید. تعادل بین گروه آبدوست و گروه چربی دوست در مولکول سورفکتانت به عنوان محدوده تقریبی مقدار تعادل آبدوست سیکلوهگزان به عنوان فاز روغنی استفاده می شود که می تواند محلول مونومر را بهتر پخش کند در آزمایش به طور مداوم دوز 1-5 برابر محلول آبی مونومر با غلظت 99٪ دیوینیل سولفون به عنوان عامل اتصال عرضی است، و مقدار عامل اتصال عرضی در حدود 10٪ کنترل می شود. توده سلولز خشک، به طوری که مولکول های خطی متعدد به یکدیگر متصل می شوند و در یک ساختار شبکه ای به هم متصل می شوند.

هم زدن برای این آزمایش بسیار مهم است و سرعت به طور کلی در دنده سوم یا چهارم کنترل می شود. زیرا اندازه سرعت چرخش مستقیماً بر اندازه ریزکره ها تأثیر می گذارد. هنگامی که سرعت چرخش بیشتر از 980r/min باشد، پدیده چسبندگی دیواره جدی وجود خواهد داشت که عملکرد محصول را تا حد زیادی کاهش می دهد. عامل اتصال متقابل تمایل به تولید ژل های حجیم دارد و محصولات کروی شکل را نمی توان به دست آورد.

2. ابزار و روش های آزمایشی

2.1 ابزارهای آزمایشی

تعادل الکترونیکی، همزن برقی چند منظوره، میکروسکوپ پلاریزه، آنالایزر اندازه ذرات Malvern.

برای تهیه میکروسفرهای هیدروژل سلولزی، مواد شیمیایی اصلی مورد استفاده سیکلوهگزان، توئین-20، اسپان-60، هیدروکسی پروپیل متیل سلولز، دی وینیل سولفون، هیدروکسید سدیم، آب مقطر هستند که همه آنها مونومرها و افزودنی ها مستقیماً بدون تصفیه استفاده می شوند.

2.2 مراحل آماده سازی میکروسفرهای هیدروژل سلولزی

2.2.1 استفاده از Tween 20 به عنوان پراکنده

انحلال هیدروکسی پروپیل متیل سلولز. 2 گرم هیدروکسید سدیم را با دقت وزن کرده و با یک فلاسک حجمی 100 میلی لیتر محلول هیدروکسید سدیم 2 درصد تهیه کنید. 80 میلی لیتر از محلول هیدروکسید سدیم آماده شده را بردارید و آن را در حمام آب تا حدود 50 گرم کنید°ج 0.2 گرم سلولز را وزن کرده و به محلول قلیایی اضافه کنید و با میله شیشه ای هم بزنید و در آب سرد برای حمام یخ قرار دهید و پس از شفاف شدن محلول از آن به عنوان فاز آب استفاده کنید. از یک سیلندر مدرج برای اندازه گیری 120 میلی لیتر سیکلوهگزان (فاز روغن) در یک فلاسک سه گردنی استفاده کنید، 5 میلی لیتر توئین-20 را با سرنگ به فاز روغن بکشید و با سرعت 700r/min به مدت یک ساعت هم بزنید. نیمی از فاز آبی آماده شده را بردارید و به یک فلاسک سه گردنی اضافه کنید و به مدت سه ساعت هم بزنید. غلظت دی وینیل سولفون 99 درصد است که با آب مقطر تا 1 درصد رقیق شده است. با استفاده از پیپت، 0.5 میلی لیتر DVS را در یک فلاسک حجمی 50 میلی لیتری قرار دهید تا 1٪ DVS تهیه کنید، 1 میلی لیتر DVS معادل 0.01 گرم است. با استفاده از یک پیپت، 1 میلی لیتر را در یک فلاسک سه گردنی بریزید. به مدت 22 ساعت در دمای اتاق هم بزنید.

2.2.2 استفاده از span60 و Tween-20 به عنوان پراکنده

نیمه دیگر فاز آبی که تازه آماده شده است. 0.01gspan60 وزن کنید و به لوله آزمایش اضافه کنید و در حمام آب 65 درجه حرارت دهید تا ذوب شود سپس چند قطره سیکلوهگزان را با قطره چکان لاستیکی داخل حمام بریزید و آن را حرارت دهید تا محلول سفید شیری شود. آن را به یک فلاسک سه گردنی اضافه کنید، سپس 120 میلی لیتر سیکلوهگزان اضافه کنید، لوله آزمایش را چندین بار با سیکلوهگزان بشویید، به مدت 5 دقیقه حرارت دهید، تا دمای اتاق خنک شود و 0.5 میلی لیتر Tween-20 اضافه کنید. پس از هم زدن به مدت سه ساعت، 1 میلی لیتر DVS رقیق شده اضافه شد. به مدت 22 ساعت در دمای اتاق هم بزنید.

2.2.3 نتایج تجربی

نمونه هم زده شده در یک میله شیشه ای غوطه ور شد و در 50 میلی لیتر اتانول مطلق حل شد و اندازه ذرات تحت دستگاه اندازه گیری ذرات Malvern اندازه گیری شد. استفاده از Tween-20 به عنوان یک میکروامولسیون پخش کننده ضخیم تر است و اندازه ذرات اندازه گیری شده 87.1٪ 455.2d.nm و اندازه ذرات 12.9٪ 5026d.nm است. میکروامولسیون پخش کننده مخلوط Tween-20 و Span-60 مشابه شیر است، با 81.7 درصد اندازه ذرات 5421d.nm و 18.3 درصد اندازه ذرات 180.1d.nm.

3. بحث در مورد نتایج تجربی

برای امولسیفایر تهیه میکروامولسیون معکوس، اغلب بهتر است از ترکیب سورفکتانت آبدوست و سورفکتانت چربی دوست استفاده شود. این به این دلیل است که حلالیت یک سورفکتانت واحد در سیستم کم است. پس از اینکه این دو ترکیب شدند، گروه های آبدوست و گروه های چربی دوست یکدیگر با یکدیگر همکاری می کنند تا اثر حل کنندگی داشته باشند. مقدار HLB همچنین یک شاخص رایج در هنگام انتخاب امولسیفایرها است. با تنظیم مقدار HLB می توان نسبت امولسیفایر ترکیبی دو جزئی را بهینه کرد و میکروسفرهای یکنواخت تری تهیه کرد. در این آزمایش اسپان-60 ضعیف چربی دوست (7/4=HLB) و توئین-20 آبدوست (7/16=HLB) به عنوان پراکنده کننده و اسپان-20 به تنهایی به عنوان پراکنده استفاده شد. از نتایج تجربی می توان دریافت که ترکیب اثر بهتر از یک پراکنده کننده است. میکروامولسیون پراکنده‌کننده ترکیب نسبتاً یکنواخت است و قوام شیر مانندی دارد. میکروامولسیون با استفاده از یک پراکنده دارای ویسکوزیته بسیار بالا و ذرات سفید است. قله کوچک در زیر پراکنده مرکب Tween-20 و Span-60 ظاهر می شود. دلیل احتمالی این است که کشش سطحی سیستم ترکیبی Span-60 و Tween-20 زیاد است و خود ماده پراکنده تحت هم زدن با شدت بالا شکسته می شود تا ذرات ریز بر نتایج تجربی تأثیر بگذارد. نقطه ضعف پراکنده کننده Tween-20 این است که تعداد زیادی زنجیره پلی اکسی اتیلن دارد (n=20 یا بیشتر)، که باعث می شود مانع فضایی بین مولکول های سورفکتانت بزرگتر شود و متراکم بودن در سطح مشترک دشوار است. با قضاوت از ترکیب نمودارهای اندازه ذرات، ذرات سفید داخل ممکن است سلولز پراکنده نشده باشند. بنابراین، نتایج این آزمایش حاکی از آن است که اثر استفاده از پراکنده‌کننده ترکیبی بهتر است و آزمایش می‌تواند مقدار Tween-20 را بیشتر کاهش دهد تا میکروسفرهای آماده‌شده یکنواخت‌تر شوند.

علاوه بر این، برخی از خطاها در فرآیند عملیات آزمایشی باید به حداقل برسد، مانند تهیه هیدروکسید سدیم در فرآیند انحلال HPMC، رقت کردن DVS و غیره، تا حد امکان استاندارد شود تا خطاهای آزمایشی کاهش یابد. مهمترین چیز میزان پخش کننده، سرعت و شدت هم زدن و مقدار عامل اتصال عرضی است. تنها زمانی که به درستی کنترل شود می توان میکروسفرهای هیدروژلی با پراکندگی خوب و اندازه ذرات یکنواخت تهیه کرد.