ヒドロキシプロピルメチルセルロースからのヒドロゲルマイクロスフェアの調製

この実験では、原料としてヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）、水相として水酸化ナトリウム溶液、油相としてシクロヘキサン、架橋混合物としてジビニルスルホン（DVS）を使用した逆相懸濁重合法を採用しています。 ２０および分散剤としてＳｐａｎ−６０を使用し、４００〜９００ｒ／分の速度で撹拌してヒドロゲルミクロスフェアを調製した。

キーワード: ヒドロキシプロピルメチルセルロース;ヒドロゲル;ミクロスフェア;分散剤

1.概要

1.1 ハイドロゲルの定義

ハイドロゲル（Hydrogel）は、網目構造の中に多量の水を含み、水に不溶な高分子ポリマーの一種です。網目状架橋構造を持った水溶性高分子に疎水基と親水性残基の一部を導入し、親水性残基が水分子と結合してネットワーク内で水分子を結び、疎水性残基が水で膨潤して架橋構造を形成します。 -結合ポリマー。日常生活で使用されているゼリーやコンタクトレンズはすべてハイドロゲル製品です。ハイドロゲルの大きさと形状により、巨視的ゲルと微視的ゲル（マイクロスフェア）に分けることができ、前者は柱状、多孔質スポンジ、繊維状、膜状、球状などに分けることができます。 現在調製されているマイクロスフェアとナノスケールのマイクロスフェア柔軟性、弾力性、液体貯蔵能力、生体適合性に優れており、閉じ込められた薬物の研究に使用されます。

1.2 テーマ選定の意義

近年、環境保護の要求を満たすために、その優れた親水性と生体適合性により、高分子ハイドロゲル材料が徐々に注目を集めています。この実験では、ヒドロゲルミクロスフェアを原料としてヒドロキシプロピルメチルセルロースから調製しました。ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、非イオン性のセルロースエーテルであり、白色の粉末で、無臭、無味であり、他の合成高分子材料に代えられない特徴を有しており、高分子分野において高い研究価値を持っています。

1.3 国内外の開発状況

ハイドロゲルは、近年国際医学界で大きな注目を集めており、急速に発展している医薬品剤形です。 Wichterle と Lim が 1960 年に HEMA 架橋ヒドロゲルに関する先駆的な研究を発表して以来、ヒドロゲルの研究と探索は深まり続けています。 1970 年代半ば、田中は、老化したアクリルアミドゲルの膨潤率を測定する際に pH 感受性ヒドロゲルを発見し、ヒドロゲルの研究に新たな一歩を踏み出しました。私の国はヒドロゲルの開発段階にあります。伝統的な漢方薬の調製プロセスと複雑な成分のため、複数の成分が一緒に作用すると単一の純粋な製品を抽出することが難しく、投与量が多いため、漢方薬ハイドロゲルの開発は比較的遅い可能性があります。

1.4 実験材料と原理

1.4.1 ヒドロキシプロピルメチルセルロース

メチルセルロースの誘導体であるヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）は、非イオン性水溶性ポリマーに属する重要な混合エーテルであり、無臭、無味、無毒です。

工業用HPMCは白色の粉末または白色のゆるい繊維状であり、その水溶液は界面活性があり、透明性が高く、安定した性能を示します。 HPMCは熱によりゲル化する性質があるため、製品の水溶液を加熱するとゲルが析出し、冷却後に溶解します。製品の仕様によりゲル化温度が異なります。 HPMC の仕様が異なると特性も異なります。溶解度は粘度によって変化し、pH 値には影響されません。粘度が低いほど、溶解度は高くなります。メトキシル基の含有量が減少すると、HPMC のゲル点が上昇し、水溶性が低下し、界面活性が低下します。バイオメディカル産業においては、主にコーティング材料、フィルム材料、徐放性製剤などの律速ポリマー材料として使用されています。安定剤、懸濁剤、錠剤接着剤、増粘剤としても使用できます。

1.4.2 原則

逆相懸濁重合法を用い、Tween-20、Span-60化合物分散剤とTween-20を別々の分散剤として使用し、HLB値（界面活性剤は親水基と親油基を持つ両親媒性物質）の分子の大きさと力の量を測定します。界面活性剤分子内の親水基と親油基のバランスは、油相としてシクロヘキサンが使用されると、モノマー溶液をよりよく分散させ、発生する熱を放散させることができます。実験では、添加量は架橋剤としてジビニルスルホンの濃度が９９％のモノマー水溶液の１〜５倍であり、架橋剤の量は約１０％に制御される。乾燥したセルロースの塊。複数の線状分子が互いに結合し、架橋してネットワーク構造を形成します。ポリマー分子鎖間の共有結合、またはイオン結合の形成を促進する物質。

この実験では撹拌が非常に重要で、速度は通常 3 速または 4 速で制御されます。回転速度の大きさが微小球のサイズに直接影響するためです。回転速度が980r/minを超えると、深刻な壁固着現象が発生し、製品の歩留まりが大幅に低下します。架橋剤はバルクゲルを生成しやすく、球状の製品が得られません。

2. 実験器具および実験方法

2.1 実験器具

電子天秤、多機能電動スターラー、偏光顕微鏡、マルバーン粒度分析装置。

セルロースヒドロゲルミクロスフェアを調製するために使用される主な化学薬品は、シクロヘキサン、Tween-20、Span-60、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ジビニルスルホン、水酸化ナトリウム、蒸留水であり、これらすべてのモノマーと添加剤は処理せずに直接使用されます。

2.2 セルロースヒドロゲルマイクロスフェアの調製手順

2.2.1 分散剤として Tween 20 を使用する

ヒドロキシプロピルメチルセルロースの溶解。水酸化ナトリウム2gを正確に量り、100mlメスフラスコで2%水酸化ナトリウム溶液を調製します。調製した水酸化ナトリウム溶液 80ml を水浴中で約 50 ℃に加熱します。°C、セルロース0.2gを量り、アルカリ溶液に加え、ガラス棒でかき混ぜ、冷水に入れて氷浴し、溶液が清澄になった後、水相として使用します。シクロヘキサン（油相）１２０ｍｌをメスシリンダーを用いて三口フラスコに量り、油相中にＴｗｅｅｎ－２０を５ｍｌシリンジで吸引し、７００ｒ／ｍｉｎで１時間撹拌する。調製した水相の半分を三口フラスコに加え、３時間撹拌する。ジビニルスルホンの濃度は 99% であり、蒸留水で 1% に希釈されます。ピペットを使用して 0.5ml の DVS を 50ml メスフラスコに取り、1% DVS を調製します。1ml の DVS は 0.01g に相当します。ピペットを用いて三口フラスコに1mlを取ります。室温で２２時間撹拌する。

2.2.2 分散剤としてのspan60およびTween-20の使用

準備したばかりの水相の残りの半分。 0.01gspan60を量り、試験管に加え、65度の水槽で溶けるまで加熱し、ゴム製スポイトでシクロヘキサンを数滴滴下し、溶液が乳白色になるまで加熱します。これを三口フラスコに加え、シクロヘキサン 120ml を加え、試験管をシクロヘキサンで数回洗浄し、5 分間加熱し、室温まで冷却し、Tween-20 0.5ml を加えます。 ３時間撹拌した後、１ｍｌの希釈ＤＶＳを加えた。室温で２２時間撹拌する。

2.2.3 実験結果

撹拌したサンプルをガラス棒に浸し、50mlの無水エタノールに溶解し、Malvern粒度測定器で粒径を測定した。分散剤マイクロエマルジョンとして Tween-20 を使用すると、より濃厚になり、87.1% の測定粒子サイズは 455.2d.nm、12.9% の粒子サイズは 5026d.nm になります。 Tween-20 と Span-60 混合分散剤のマイクロエマルションは牛乳のマイクロエマルションに似ており、81.7% の粒径が 5421d.nm、18.3% の粒径が 180.1d.nm です。

3. 実験結果の考察

逆マイクロエマルションを調製するための乳化剤としては、親水性界面活性剤と親油性界面活性剤の複合物を使用することがより良い場合が多い。これは、単一の界面活性剤の系内での溶解度が低いためです。両者を配合すると、互いの親水基と親油基が協力して可溶化効果を発揮します。 HLB値も乳化剤を選ぶ際によく使われる指標です。 HLB値を調整することにより、二液性複合乳化剤の配合比率を最適化し、より均一な微小球を調製することができます。この実験では、分散剤として弱親油性のSpan-60（HLB=4.7）と親水性のTween-20（HLB=16.7）を使用し、分散剤としてはSpan-20を単独で使用しました。実験結果から、化合物の効果は単一の分散剤よりも優れていることがわかります。複合分散剤のマイクロエマルションは比較的均一で、ミルクのような粘稠度を持っています。単一の分散剤を使用したマイクロエマルションは、粘度が高すぎて粒子が白くなります。 Tween-20 と Span-60 の複合分散剤の下に小さなピークが現れます。この理由としては、Span-60 と Tween-20 の複合系の界面張力が高く、強力な撹拌により分散剤自体が破壊されて微粒子が形成され、実験結果に影響を及ぼすことが考えられます。分散剤Tween-20は、ポリオキシエチレン鎖を多く持つ(n=20程度)ため、界面活性剤分子間の立体障害が大きくなり、界面が緻密になりにくいという欠点があります。粒度図の組み合わせから判断すると、中の白い粒子は未分散のセルロースである可能性があります。したがって、この実験の結果は、複合分散剤を使用する効果がより優れており、この実験により、Tween-20の量をさらに減らして、調製された微小球をより均一にすることができることを示唆している。

また、HPMC の溶解過程における水酸化ナトリウムの調製や DVS の希釈など、実験操作プロセスにおけるいくつかの誤差を最小限に抑える必要があるため、実験誤差を減らすために可能な限り標準化する必要があります。最も重要なことは、分散剤の量、撹拌の速度と強さ、架橋剤の量です。適切に制御された場合にのみ、良好な分散性と均一な粒子サイズを備えたヒドロゲル微小球を調製できます。