Preparazione di microsfere di idrogel da idrossipropilmetilcellulosa

Questo esperimento adotta il metodo di polimerizzazione in sospensione in fase inversa, utilizzando idrossipropilmetilcellulosa (HPMC) come materia prima, soluzione di idrossido di sodio come fase acquosa, cicloesano come fase oleosa e divinil solfone (DVS) come miscela di reticolazione di Tween- 20 e Span-60 come disperdente, agitando a una velocità di 400-900 giri/min per preparare microsfere di idrogel.

Parole chiave: idrossipropilmetilcellulosa; idrogel; microsfere; disperdente

1.Panoramica

1.1 Definizione di idrogel

L'idrogel (Hydrogel) è un tipo di polimero ad alto peso molecolare che contiene una grande quantità di acqua nella struttura della rete ed è insolubile in acqua. Una parte dei gruppi idrofobici e dei residui idrofili vengono introdotti nel polimero idrosolubile con una struttura reticolata e l'idrofilo. I residui si legano alle molecole d'acqua, collegando le molecole d'acqua all'interno della rete, mentre i residui idrofobici si rigonfiano con l'acqua per formare legami incrociati polimeri legati. Gelatine e lenti a contatto nella vita quotidiana sono tutti prodotti idrogel. Secondo la dimensione e la forma dell'idrogel, può essere diviso in gel macroscopico e gel microscopico (microsfera), e il primo può essere diviso in spugna colonnare, porosa, fibrosa, membranosa, sferica, ecc. Le microsfere attualmente preparate e le microsfere su scala nanometrica hanno buona morbidezza, elasticità, capacità di stoccaggio dei liquidi e biocompatibilità e vengono utilizzati nella ricerca di farmaci intrappolati.

1.2 Significato della scelta dell'argomento

Negli ultimi anni, al fine di soddisfare i requisiti di protezione ambientale, i materiali polimerici idrogel hanno gradualmente attirato l'attenzione diffusa a causa delle loro buone proprietà idrofile e biocompatibilità. Microsfere di idrogel sono state preparate da idrossipropilmetilcellulosa come materia prima in questo esperimento. L'idrossipropilmetilcellulosa è un etere di cellulosa non ionico, polvere bianca, inodore e insapore e ha caratteristiche insostituibili di altri materiali polimerici sintetici, quindi ha un alto valore di ricerca nel campo dei polimeri.

1.3 Stato di sviluppo in patria e all'estero

L'idrogel è una forma di dosaggio farmaceutica che negli ultimi anni ha attirato molta attenzione nella comunità medica internazionale e si è sviluppata rapidamente. Da quando Wichterle e Lim hanno pubblicato il loro lavoro pionieristico sugli idrogel reticolati HEMA nel 1960, la ricerca e l’esplorazione degli idrogel ha continuato ad approfondirsi. A metà degli anni '70, Tanaka scoprì gli idrogel sensibili al pH misurando il rapporto di rigonfiamento dei gel di acrilammide invecchiati, segnando un nuovo passo nello studio degli idrogel. il mio paese è nella fase di sviluppo dell’idrogel. A causa dell'ampio processo di preparazione della medicina tradizionale cinese e dei componenti complessi, è difficile estrarre un singolo prodotto puro quando più componenti lavorano insieme e il dosaggio è elevato, quindi lo sviluppo dell'idrogel della medicina cinese potrebbe essere relativamente lento.

1.4 Materiali e principi sperimentali

1.4.1 Idrossipropilmetilcellulosa

L'idrossipropilmetilcellulosa (HPMC), un derivato della metilcellulosa, è un importante etere misto, che appartiene ai polimeri idrosolubili non ionici, ed è inodore, insapore e non tossico.

L'HPMC industriale si presenta sotto forma di polvere bianca o fibra sciolta bianca e la sua soluzione acquosa ha attività superficiale, elevata trasparenza e prestazioni stabili. Poiché HPMC ha la proprietà della gelificazione termica, la soluzione acquosa del prodotto viene riscaldata per formare un gel e precipita, quindi si dissolve dopo il raffreddamento e la temperatura di gelificazione delle diverse specifiche del prodotto è diversa. Anche le proprietà delle diverse specifiche di HPMC sono diverse. La solubilità cambia con la viscosità e non è influenzata dal valore del pH. Minore è la viscosità, maggiore è la solubilità. Quando il contenuto del gruppo metossilico diminuisce, il punto di gelificazione dell'HPMC aumenta, la solubilità in acqua diminuisce e l'attività superficiale diminuisce. Nell'industria biomedica, viene utilizzato principalmente come materiale polimerico per il controllo della velocità per materiali di rivestimento, materiali in pellicola e preparazioni a rilascio prolungato. Può essere utilizzato anche come stabilizzante, agente di sospensione, adesivo per compresse e potenziatore della viscosità.

1.4.2 Principio

Utilizzando il metodo di polimerizzazione in sospensione in fase inversa, utilizzando il disperdente composto Tween-20, Span-60 e Tween-20 come disperdenti separati, determinare il valore HLB (il tensioattivo è un anfifilo con gruppo idrofilo e gruppo lipofilo Molecola, la quantità di dimensione e forza l'equilibrio tra il gruppo idrofilo e il gruppo lipofilo nella molecola del tensioattivo è definito come l'intervallo approssimativo del valore di equilibrio idrofilo-lipofilo del tensioattivo viene utilizzato poiché il cicloesano può disperdere meglio la soluzione monomerica e dissipare il calore generato nell'esperimento in modo continuo. Il dosaggio è 1-5 volte quello della soluzione acquosa del monomero con una concentrazione del 99% di divinil solfone come agente reticolante e la quantità dell'agente reticolante è controllata a circa il 10% di. la massa secca di cellulosa, in modo che più molecole lineari siano legate tra loro e reticolate in una struttura a rete. Una sostanza che lega covalentemente o facilita la formazione di legami ionici tra catene molecolari polimeriche.

L'agitazione è molto importante per questo esperimento e la velocità viene generalmente controllata in terza o quarta marcia. Perché la dimensione della velocità di rotazione influenza direttamente la dimensione delle microsfere. Quando la velocità di rotazione è superiore a 980 giri/min, si verificherà un grave fenomeno di adesione alla parete, che ridurrà notevolmente la resa del prodotto; L'agente reticolante tende a produrre gel sfusi e non è possibile ottenere prodotti sferici.

2. Strumenti e metodi sperimentali

2.1 Strumenti sperimentali

Bilancia elettronica, agitatore elettrico multifunzione, microscopio polarizzatore, analizzatore granulometrico Malvern.

Per preparare microsfere di idrogel di cellulosa, i principali prodotti chimici utilizzati sono cicloesano, Tween-20, Span-60, idrossipropilmetilcellulosa, divinil solfone, idrossido di sodio, acqua distillata, tutti monomeri e additivi utilizzati direttamente senza trattamento.

2.2 Fasi di preparazione delle microsfere di idrogel di cellulosa

2.2.1 Utilizzo di Tween 20 come disperdente

Dissoluzione dell'idrossipropilmetilcellulosa. Pesare accuratamente 2 g di idrossido di sodio e preparare una soluzione di idrossido di sodio al 2% con un matraccio tarato da 100 ml. Prendere 80 ml della soluzione di idrossido di sodio preparata e scaldarla a bagnomaria a circa 50°C, pesare 0,2 g di cellulosa e aggiungerla alla soluzione alcalina, mescolare con una bacchetta di vetro, metterla in acqua fredda per un bagno di ghiaccio e usarla come fase acquosa dopo che la soluzione è stata chiarificata. Utilizzare un cilindro graduato per misurare 120 ml di cicloesano (fase oleosa) in un pallone a tre colli, aspirare 5 ml di Tween-20 nella fase oleosa con una siringa e agitare a 700 giri/min per un'ora. Prendere metà della fase acquosa preparata e aggiungerla in un pallone a tre colli e agitare per tre ore. La concentrazione del divinil solfone è del 99%, diluito all'1% con acqua distillata. Utilizzare una pipetta per prelevare 0,5 ml di DVS in un matraccio tarato da 50 ml per preparare l'1% di DVS, 1 ml di DVS equivale a 0,01 g. Utilizzare una pipetta per prelevare 1 ml nel pallone a tre colli. Mescolare a temperatura ambiente per 22 ore.

2.2.2 Utilizzo di span60 e Tween-20 come disperdenti

L'altra metà della fase acquosa appena preparata. Pesare 0,01 gspan60 e aggiungerlo alla provetta, scaldarlo a bagnomaria a 65 gradi finché non si scioglie, quindi far cadere alcune gocce di cicloesano nel bagnomaria con un contagocce di gomma e riscaldarlo finché la soluzione diventa bianco latte. Aggiungerlo a un pallone a tre colli, quindi aggiungere 120 ml di cicloesano, sciacquare più volte la provetta con cicloesano, riscaldare per 5 minuti, raffreddare a temperatura ambiente e aggiungere 0,5 ml di Tween-20. Dopo aver agitato per tre ore, è stato aggiunto 1 ml di DVS diluito. Mescolare a temperatura ambiente per 22 ore.

2.2.3 Risultati sperimentali

Il campione agitato è stato immerso in una bacchetta di vetro e sciolto in 50 ml di etanolo assoluto, e la dimensione delle particelle è stata misurata con un misuratore di particelle Malvern. L'uso di Tween-20 come microemulsione disperdente è più spesso e la dimensione delle particelle misurata dell'87,1% è 455,2 d.nm e la dimensione delle particelle del 12,9% è 5026 d.nm. La microemulsione del disperdente misto Tween-20 e Span-60 è simile a quella del latte, con una dimensione delle particelle dell'81,7% di 5421 d.nm e una dimensione delle particelle del 18,3% di 180,1 d.nm.

3. Discussione dei risultati sperimentali

Per l'emulsionante per la preparazione della microemulsione inversa, spesso è meglio utilizzare il composto di tensioattivo idrofilo e tensioattivo lipofilo. Questo perché la solubilità di un singolo tensioattivo nel sistema è bassa. Dopo che i due sono stati composti, i rispettivi gruppi idrofili e lipofili cooperano tra loro per avere un effetto solubilizzante. Il valore HLB è anche un indice comunemente utilizzato quando si selezionano gli emulsionanti. Regolando il valore HLB, è possibile ottimizzare il rapporto dell'emulsionante composto a due componenti e preparare microsfere più uniformi. In questo esperimento, Span-60 debolmente lipofilo (HLB=4,7) e Tween-20 idrofilo (HLB=16,7) sono stati usati come disperdente, e Span-20 è stato usato da solo come disperdente. Dai risultati sperimentali si può vedere che il composto L'effetto è migliore di un singolo disperdente. La microemulsione del composto disperdente è relativamente uniforme ed ha consistenza lattiginosa; la microemulsione che utilizza un singolo disperdente ha una viscosità troppo elevata e particelle bianche. Il piccolo picco appare sotto il disperdente composto di Tween-20 e Span-60. La possibile ragione è che la tensione interfacciale del sistema composto di Span-60 e Tween-20 è elevata e il disperdente stesso viene frantumato sotto agitazione ad alta intensità per formare particelle fini che influenzeranno i risultati sperimentali. Lo svantaggio del disperdente Tween-20 è che ha un gran numero di catene di poliossietilene (n=20 circa), il che rende più grande l'ingombro sterico tra le molecole del tensioattivo ed è difficile che sia denso all'interfaccia. A giudicare dalla combinazione dei diagrammi delle dimensioni delle particelle, le particelle bianche all'interno potrebbero essere cellulosa non dispersa. Pertanto, i risultati di questo esperimento suggeriscono che l'effetto dell'uso di un composto disperdente è migliore e l'esperimento può ridurre ulteriormente la quantità di Tween-20 per rendere più uniformi le microsfere preparate.

Inoltre, alcuni errori nel processo operativo sperimentale dovrebbero essere ridotti al minimo, come la preparazione dell'idrossido di sodio nel processo di dissoluzione dell'HPMC, la diluizione del DVS, ecc., dovrebbero essere standardizzati il ​​più possibile per ridurre gli errori sperimentali. La cosa più importante è la quantità di disperdente, la velocità e l'intensità dell'agitazione e la quantità di agente reticolante. Solo quando adeguatamente controllate è possibile preparare microsfere di idrogel con buona dispersione e dimensione delle particelle uniforme.