Préparation de microsphères d'hydrogel à partir d'hydroxypropylméthylcellulose

Cette expérience adopte la méthode de polymérisation en suspension en phase inverse, en utilisant l'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC) comme matière première, une solution d'hydroxyde de sodium comme phase aqueuse, le cyclohexane comme phase huileuse et la divinylsulfone (DVS) comme mélange de réticulation de Tween- 20 et Span-60 comme dispersant, en remuant à une vitesse de 400 à 900 tr/min pour préparer des microsphères d'hydrogel.

Mots clés : l'hydroxypropylméthylcellulose; hydrogel; microsphères; dispersant

1.Aperçu

1.1 Définition de l'hydrogel

L'hydrogel (Hydrogel) est une sorte de polymère de haut poids moléculaire qui contient une grande quantité d'eau dans la structure du réseau et est insoluble dans l'eau. Une partie des groupes hydrophobes et des résidus hydrophiles sont introduits dans le polymère soluble dans l'eau avec une structure réticulée en réseau, et les résidus hydrophiles se lient aux molécules d'eau, reliant les molécules d'eau à l'intérieur du réseau, tandis que les résidus hydrophobes gonflent avec l'eau pour former une croix. -polymères liés. Les gelées et les lentilles de contact de la vie quotidienne sont toutes des produits hydrogels. Selon la taille et la forme de l'hydrogel, il peut être divisé en gel macroscopique et gel microscopique (microsphère), et le premier peut être divisé en éponge colonnaire, poreuse, fibreuse, membraneuse, sphérique, etc. Les microsphères et microsphères nanométriques actuellement préparées ont une bonne douceur, élasticité, capacité de stockage des liquides et biocompatibilité, et sont utilisés dans la recherche de médicaments piégés.

1.2 Importance du choix du sujet

Ces dernières années, afin de répondre aux exigences de protection de l'environnement, les matériaux polymères hydrogels ont progressivement attiré l'attention en raison de leurs bonnes propriétés hydrophiles et de leur biocompatibilité. Des microsphères d'hydrogel ont été préparées à partir d'hydroxypropylméthylcellulose comme matière première dans cette expérience. L'hydroxypropylméthylcellulose est un éther de cellulose non ionique, une poudre blanche, inodore et insipide, et possède des caractéristiques irremplaçables d'autres matériaux polymères synthétiques, elle a donc une valeur de recherche élevée dans le domaine des polymères.

1.3 État de développement au pays et à l'étranger

L’hydrogel est une forme pharmaceutique qui a suscité beaucoup d’attention au sein de la communauté médicale internationale ces dernières années et qui s’est développée rapidement. Depuis que Wichterle et Lim ont publié leurs travaux pionniers sur les hydrogels réticulés HEMA en 1960, la recherche et l'exploration des hydrogels ont continué à s'approfondir. Au milieu des années 1970, Tanaka a découvert des hydrogels sensibles au pH en mesurant le taux de gonflement de gels d'acrylamide vieillis, marquant ainsi une nouvelle étape dans l'étude des hydrogels. mon pays est au stade du développement de l'hydrogel. En raison du processus de préparation approfondi de la médecine traditionnelle chinoise et des composants complexes, il est difficile d'extraire un seul produit pur lorsque plusieurs composants travaillent ensemble, et le dosage est important, de sorte que le développement de l'hydrogel de médecine chinoise peut être relativement lent.

1.4 Matériels et principes expérimentaux

1.4.1 Hydroxypropylméthylcellulose

L'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC), un dérivé de la méthylcellulose, est un éther mixte important, qui appartient aux polymères hydrosolubles non ioniques, et est inodore, insipide et non toxique.

La HPMC industrielle se présente sous forme de poudre blanche ou de fibre blanche en vrac, et sa solution aqueuse présente une activité de surface, une transparence élevée et des performances stables. Parce que HPMC a la propriété de gélification thermique, la solution aqueuse du produit est chauffée pour former un gel et précipite, puis se dissout après refroidissement, et la température de gélification des différentes spécifications du produit est différente. Les propriétés des différentes spécifications de HPMC sont également différentes. La solubilité change avec la viscosité et n'est pas affectée par la valeur du pH. Plus la viscosité est faible, plus la solubilité est grande. À mesure que la teneur en groupe méthoxyle diminue, le point de gel de HPMC augmente, la solubilité dans l'eau diminue et l'activité de surface diminue. Dans l'industrie biomédicale, il est principalement utilisé comme matériau polymère contrôlant le débit pour les matériaux de revêtement, les matériaux de film et les préparations à libération prolongée. Il peut également être utilisé comme stabilisant, agent de suspension, adhésif pour comprimés et rehausseur de viscosité.

1.4.2 Principe

En utilisant la méthode de polymérisation en suspension en phase inverse, en utilisant le dispersant composé Tween-20, Span-60 et le Tween-20 comme dispersants séparés, déterminez la valeur HLB (le tensioactif est un amphiphile avec un groupe hydrophile et un groupe lipophile Molécule, la quantité de taille et de force L'équilibre entre le groupe hydrophile et le groupe lipophile dans la molécule de tensioactif est défini comme la plage approximative de la valeur d'équilibre hydrophile-lipophile du tensioactif. Le cyclohexane est utilisé car la phase huileuse peut mieux disperser la solution monomère et dissiper la chaleur générée. dans l'expérience en continu. Le dosage est de 1 à 5 fois celui de la solution aqueuse de monomère avec une concentration de 99 % de divinyl sulfone comme agent de réticulation, et la quantité d'agent de réticulation est contrôlée à environ 10 % de. la masse de cellulose sèche, de sorte que plusieurs molécules linéaires soient liées les unes aux autres et réticulées en une structure de réseau. Une substance qui lie de manière covalente ou facilite la formation de liaisons ioniques entre les chaînes moléculaires du polymère.

L'agitation est très importante dans cette expérience et la vitesse est généralement contrôlée en troisième ou en quatrième vitesse. Parce que la taille de la vitesse de rotation affecte directement la taille des microsphères. Lorsque la vitesse de rotation est supérieure à 980 tr/min, il y aura un grave phénomène de collage des murs, ce qui réduira considérablement le rendement du produit ; L'agent de réticulation a tendance à produire des gels volumineux et des produits sphériques ne peuvent pas être obtenus.

2. Instruments et méthodes expérimentaux

2.1 Instruments expérimentaux

Balance électronique, agitateur électrique multifonctionnel, microscope polarisant, granulomètre Malvern.

Pour préparer les microsphères d'hydrogel de cellulose, les principaux produits chimiques utilisés sont le cyclohexane, le Tween-20, le Span-60, l'hydroxypropylméthylcellulose, la divinylsulfone, l'hydroxyde de sodium, l'eau distillée, tous monomères et additifs étant utilisés directement sans traitement.

2.2 Étapes de préparation des microsphères d'hydrogel de cellulose

2.2.1 Utilisation du Tween 20 comme dispersant

Dissolution de l'hydroxypropylméthylcellulose. Pesez avec précision 2 g d'hydroxyde de sodium et préparez une solution d'hydroxyde de sodium à 2 % avec une fiole jaugée de 100 ml. Prendre 80 ml de la solution d'hydroxyde de sodium préparée et chauffer au bain-marie à environ 50 °C.°C, pesez 0,2 g de cellulose et ajoutez-la à la solution alcaline, remuez-la avec une tige de verre, placez-la dans de l'eau froide pour un bain de glace et utilisez-la comme phase aqueuse une fois la solution clarifiée. Utilisez une éprouvette graduée pour mesurer 120 ml de cyclohexane (phase huileuse) dans une fiole à trois cols, aspirez 5 ml de Tween-20 dans la phase huileuse avec une seringue et remuez à 700 tr/min pendant une heure. Prélever la moitié de la phase aqueuse préparée, l'ajouter dans un tricol et agiter pendant trois heures. La concentration en divinylsulfone est de 99%, diluée à 1% avec de l'eau distillée. Utilisez une pipette pour prélever 0,5 ml de DVS dans une fiole jaugée de 50 ml pour préparer 1% de DVS, 1 ml de DVS équivaut à 0,01 g. Utilisez une pipette pour prélever 1 ml dans le flacon à trois cols. Remuer à température ambiante pendant 22 heures.

2.2.2 Utilisation du span60 et du Tween-20 comme dispersants

L'autre moitié de la phase aqueuse qui vient d'être préparée. Pesez 0,01 gspan60 et ajoutez-le au tube à essai, chauffez-le dans un bain-marie à 65 degrés jusqu'à ce qu'il fonde, puis déposez quelques gouttes de cyclohexane dans le bain-marie avec un compte-gouttes en caoutchouc et chauffez-le jusqu'à ce que la solution devienne blanc laiteux. Ajoutez-le dans un ballon à trois cols, puis ajoutez 120 ml de cyclohexane, rincez plusieurs fois le tube à essai avec du cyclohexane, chauffez pendant 5 minutes, laissez refroidir à température ambiante et ajoutez 0,5 ml de Tween-20. Après agitation pendant trois heures, 1 ml de DVS dilué a été ajouté. Remuer à température ambiante pendant 22 heures.

2.2.3 Résultats expérimentaux

L'échantillon agité a été plongé dans une tige de verre et dissous dans 50 ml d'éthanol absolu, et la taille des particules a été mesurée avec un granulomètre Malvern. L'utilisation du Tween-20 comme microémulsion dispersante est plus épaisse, et la taille de particule mesurée de 87,1 % est de 455,2 d.nm, et la taille de particule de 12,9 % est de 5 026 d.nm. La microémulsion du dispersant mixte Tween-20 et Span-60 est similaire à celle du lait, avec 81,7 % de granulométrie de 5421d.nm et 18,3 % de granulométrie de 180,1d.nm.

3. Discussion des résultats expérimentaux

Pour l'émulsifiant destiné à préparer une microémulsion inverse, il est souvent préférable d'utiliser le composé d'un tensioactif hydrophile et d'un tensioactif lipophile. Cela est dû au fait que la solubilité d’un seul tensioactif dans le système est faible. Une fois les deux composés, les groupes hydrophiles et lipophiles de chacun coopèrent les uns avec les autres pour avoir un effet solubilisant. La valeur HLB est également un indice couramment utilisé lors de la sélection des émulsifiants. En ajustant la valeur HLB, le rapport de l'émulsifiant composé à deux composants peut être optimisé et des microsphères plus uniformes peuvent être préparées. Dans cette expérience, du Span-60 faiblement lipophile (HLB = 4,7) et du Tween-20 hydrophile (HLB = 16,7) ont été utilisés comme dispersant, et le Span-20 a été utilisé seul comme dispersant. D'après les résultats expérimentaux, on peut voir que le composé L'effet est meilleur qu'un seul dispersant. La microémulsion du composé dispersant est relativement uniforme et a une consistance semblable à celle du lait ; la microémulsion utilisant un seul dispersant présente une viscosité trop élevée et des particules blanches. Le petit pic apparaît sous le composé dispersant du Tween-20 et du Span-60. La raison possible est que la tension interfaciale du système composé de Span-60 et Tween-20 est élevée et que le dispersant lui-même est brisé sous une agitation de haute intensité pour former des particules fines qui affecteront les résultats expérimentaux. L'inconvénient du dispersant Tween-20 est qu'il possède un grand nombre de chaînes polyoxyéthylène (n = 20 environ), ce qui rend l'encombrement stérique entre les molécules de tensioactif plus important et il est difficile d'être dense à l'interface. À en juger par la combinaison des diagrammes granulométriques, les particules blanches à l’intérieur peuvent être de la cellulose non dispersée. Par conséquent, les résultats de cette expérience suggèrent que l’effet de l’utilisation d’un composé dispersant est meilleur et que l’expérience peut réduire davantage la quantité de Tween-20 pour rendre les microsphères préparées plus uniformes.

De plus, certaines erreurs dans le processus d'opération expérimentale doivent être minimisées, telles que la préparation d'hydroxyde de sodium dans le processus de dissolution de HPMC, la dilution de DVS, etc., doivent être standardisées autant que possible pour réduire les erreurs expérimentales. Le plus important est la quantité de dispersant, la vitesse et l’intensité de l’agitation ainsi que la quantité d’agent de réticulation. Ce n’est que lorsqu’elles sont correctement contrôlées que des microsphères d’hydrogel présentant une bonne dispersion et une taille de particule uniforme peuvent être préparées.