하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스로부터 하이드로겔 미소구체의 제조

본 실험은 역상 현탁 중합법을 채택하여 원료로 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스(HPMC), 수상으로 수산화나트륨 용액, 유상으로 사이클로헥산, 가교결합 혼합물로 디비닐 설폰(DVS)을 사용합니다. 20과 Span-60을 분산제로 넣고 400~900r/min의 속도로 교반하여 하이드로겔 미소구체를 제조하였다.

핵심 단어: 히드록시프로필 메틸셀룰로오스; 하이드로겔; 미소구체; 분산제

1.개요

1.1 하이드로겔의 정의

하이드로겔(Hydrogel)은 망상구조에 다량의 물을 함유하고 있으며 물에 녹지 않는 고분자 고분자의 일종이다. 소수성 기의 일부와 친수성 잔기가 네트워크 가교 구조를 갖는 수용성 고분자에 도입되고, 친수성 잔기는 물 분자와 결합하여 네트워크 내부의 물 분자를 연결하는 반면, 소수성 잔기는 물과 부풀어올라 십자가를 형성합니다. -연결된 폴리머. 일상생활에서 사용되는 젤리와 콘택트렌즈는 모두 하이드로겔 제품입니다. 하이드로겔의 크기와 형태에 따라 거시적 겔과 미세겔(미세구)로 구분할 수 있으며, 전자는 원주형, 다공성 스펀지형, 섬유형, 막형, 구형 등으로 나눌 수 있다. 현재 제조되는 미소구체와 나노크기 미소구체는 부드러움, 탄력성, 액체 저장 능력 및 생체 적합성이 우수하여 포획 약물 연구에 사용됩니다.

1.2 주제 선정의 의의

최근 몇 년 동안 환경 보호 요구 사항을 충족하기 위해 고분자 하이드로겔 소재는 우수한 친수성 및 생체 적합성으로 인해 점차 널리 주목을 받고 있습니다. 본 실험에서는 히드록시프로필 메틸셀룰로오스를 원료로 하여 하이드로겔 미세구를 제조했습니다. 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스는 비이온성 셀룰로오스 에테르, 백색 분말, 무취, 무미이며, 다른 합성 고분자 물질과 대체할 수 없는 특성을 갖고 있어 고분자 분야에서 연구 가치가 높습니다.

1.3 국내외 개발현황

하이드로겔은 최근 국제 의학계에서 많은 주목을 받으며 급속도로 발전하고 있는 약제학적 제형입니다. Wichterle과 Lim이 1960년에 HEMA 가교 하이드로겔에 대한 선구적인 연구를 발표한 이후 하이드로겔에 대한 연구와 탐구는 계속해서 심화되었습니다. 다나카 교수는 1970년대 중반, 노화된 아크릴아미드 겔의 팽윤율을 측정하던 중 pH 민감성 하이드로겔을 발견하여 하이드로겔 연구에 새로운 진전을 이루었습니다. 우리나라는 하이드로겔 개발 단계에 있습니다. 한약재와 복합성분의 광범위한 제조과정으로 인해 여러 성분이 함께 작용할 경우 하나의 순수한 제품을 추출하기 어렵고 복용량이 많아 한약용 하이드로겔의 개발이 상대적으로 느릴 수 있습니다.

1.4 실험 재료 및 원리

1.4.1 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스

메틸셀룰로오스의 유도체인 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC)는 중요한 혼합 에테르로 비이온성 수용성 고분자에 속하며 무취, 무미, 무독성입니다.

산업용 HPMC는 백색 분말 또는 백색의 느슨한 섬유 형태로 수용액은 표면 활성이 있고 투명성이 높으며 성능이 안정적입니다. HPMC는 열겔화 성질이 있기 때문에 제품 수용액을 가열하여 겔을 형성하고 침전시킨 후 냉각 후 용해시키며, 제품의 사양에 따라 겔화 온도가 다릅니다. HPMC의 다양한 사양의 속성도 다릅니다. 용해도는 점도에 따라 변하며 pH 값의 영향을 받지 않습니다. 점도가 낮을수록 용해도는 높아집니다. 메톡실기의 함량이 감소할수록 HPMC의 겔점은 증가하고 수용해도는 감소하며 표면활성이 감소한다. 바이오메디컬 산업에서는 코팅재, 필름재, 서방제제 등의 속도조절용 고분자 소재로 주로 사용됩니다. 또한 안정제, 현탁제, 정제 접착제 및 점도 강화제로 사용할 수도 있습니다.

1.4.2 원리

역상현탁중합법을 이용하여 Tween-20, Span-60 복합분산제, Tween-20을 별도의 분산제로 사용하여 HLB값을 구한다(계면활성제는 친수기와 친유기를 갖는 양친매성 분자, 크기와 힘의 양) 계면활성제 분자의 친수성 그룹과 친유성 그룹 사이의 균형은 계면활성제의 친수성-친유성 균형 값의 대략적인 범위로 정의됩니다. 사이클로헥산은 단량체 용액을 더 잘 분산시키고 생성된 열을 분산시킬 수 있습니다. 실험에서 복용량은 가교제로서 99% 농도의 디비닐 설폰을 사용하여 단량체 수용액의 1-5배이며, 가교제의 양은 약 10%로 조절됩니다. 여러 개의 선형 분자가 서로 결합되어 네트워크 구조로 가교되도록 하는 건조 셀룰로오스 덩어리. 고분자 분자 사슬 사이의 공유 결합 또는 이온 결합 형성을 촉진하는 물질.

이 실험에서는 교반이 매우 중요하며 속도는 일반적으로 3단 또는 4단에서 제어됩니다. 회전 속도의 크기가 미세구의 크기에 직접적인 영향을 미치기 때문입니다. 회전 속도가 980r/min보다 크면 심각한 벽 고착 현상이 발생하여 제품 수율이 크게 감소합니다. 가교제는 벌크 겔을 생성하는 경향이 있으며 구형 제품을 얻을 수 없습니다.

2. 실험장비 및 방법

2.1 실험 장비

전자 천칭, 다기능 전기 교반기, 편광 현미경, Malvern 입자 크기 분석기.

셀룰로오스 하이드로겔 마이크로스피어 제조에 사용되는 주요 화학물질은 시클로헥산, Tween-20, Span-60, 히드록시프로필 메틸셀룰로오스, 디비닐술폰, 수산화나트륨, 증류수이며, 이들 모두 단량체 및 첨가제를 처리하지 않고 직접 사용합니다.

2.2 셀룰로오스 하이드로겔 미소구체의 제조 단계

2.2.1 Tween 20을 분산제로 사용

하이드록시프로필메틸셀룰로오스의 용해. 수산화나트륨 2g을 정확하게 달아 100ml 메스플라스크에 2% 수산화나트륨 용액을 준비한다. 조제된 수산화나트륨용액 80ml를 취하여 수욕조에서 50℃ 정도까지 가열한다.°C, 셀룰로오스 0.2g을 달아 알칼리용액에 첨가하고 유리막대로 저어준 후 냉수에 넣어 얼음욕을 하고 용액을 맑게 한 후 수상으로 사용한다. 눈금실린더를 사용하여 시클로헥산(유상) 120ml를 3구 플라스크에 넣고 주사기로 유상에 Tween-20 5ml를 넣고 700r/min의 속도로 1시간 동안 교반한다. 준비된 수용액의 절반을 취해 3구 플라스크에 넣고 3시간 동안 저어준다. 디비닐설폰의 농도는 99%이며, 증류수로 1%로 희석됩니다. 피펫을 사용하여 DVS 0.5ml를 50ml 용량 플라스크에 넣어 1% DVS를 준비합니다. DVS 1ml는 0.01g에 해당합니다. 피펫을 사용하여 3구 플라스크에 1ml를 취합니다. 실온에서 22시간 동안 교반한다.

2.2.2 분산제로 span60 및 Tween-20 사용

방금 준비된 수상의 나머지 절반. 0.01gspan60을 달아 시험관에 넣고 65도 수욕에서 녹을 때까지 가열한 후 수욕에 시클로헥산 몇 방울을 고무 점적기로 떨어뜨려 용액이 유백색이 될 때까지 가열한다. 3구 플라스크에 넣고 시클로헥산 120ml를 넣고 시험관을 시클로헥산으로 여러 번 헹구고 5분간 가열한 후 상온으로 식힌 후 Tween-20 0.5ml를 첨가한다. 3시간 동안 교반한 후, 희석된 DVS 1ml를 첨가하였다. 실온에서 22시간 동안 교반한다.

2.2.3 실험 결과

교반된 시료를 유리막대에 담그고 50ml의 무수 에탄올에 용해시킨 후 Malvern 입도 측정기로 입도를 측정하였다. 분산제 마이크로에멀젼으로 Tween-20을 사용하면 더 두꺼워지며, 측정된 87.1%의 입자크기는 455.2d.nm이고, 12.9%의 입자크기는 5026d.nm입니다. Tween-20과 Span-60 혼합 분산제의 마이크로에멀젼은 입자크기가 81.7% 5421d.nm, 18.3% 입자크기가 180.1d.nm로 우유와 유사합니다.

3. 실험 결과에 대한 논의

역마이크로에멀젼을 제조하기 위한 유화제는 친수성 계면활성제와 친유성 계면활성제의 화합물을 사용하는 것이 더 나은 경우가 많다. 이는 시스템 내 단일 계면활성제의 용해도가 낮기 때문입니다. 두 가지가 합성된 후에는 서로의 친수성기와 친유성기가 서로 협력하여 가용화 효과를 나타냅니다. HLB 값은 유화제를 선택할 때 일반적으로 사용되는 지표이기도 합니다. HLB 값을 조절함으로써 2액형 복합유화제의 비율을 최적화할 수 있으며, 보다 균일한 미소구체를 제조할 수 있습니다. 본 실험에서는 분산제로 약친유성 Span-60(HLB=4.7)과 친수성 Tween-20(HLB=16.7)을 사용하였고, 분산제로 Span-20을 단독으로 사용하였다. 실험 결과를 보면 단일 분산제보다 화합물의 효과가 더 우수하다는 것을 알 수 있습니다. 복합 분산제의 마이크로에멀젼은 상대적으로 균일하고 우유 같은 농도를 갖습니다. 단일 분산제를 사용한 마이크로에멀젼은 점도가 너무 높고 입자가 흰색입니다. 작은 피크는 Tween-20과 Span-60의 복합 분산제 아래에 나타납니다. 가능한 이유는 Span-60과 Tween-20의 화합물 시스템의 계면 장력이 높고, 고강도 교반 하에서 분산제 자체가 분해되어 미세한 입자를 형성하기 때문입니다. 실험 결과에 영향을 미칠 것입니다. 분산제 Tween-20의 단점은 폴리옥시에틸렌 사슬의 수가 많아(n=20 정도) 계면활성제 분자 사이의 입체 장애가 커지고 계면에서 치밀화되기 어렵다는 점이다. 입자 크기 도표의 조합으로 판단하면 내부의 흰색 입자는 분산되지 않은 셀룰로오스일 수 있습니다. 따라서 본 실험의 결과는 복합분산제를 사용하는 것이 효과가 더 우수함을 시사하며, Tween-20의 양을 더욱 줄여 제조된 미소구체를 보다 균일하게 만들 수 있는 실험이다.

또한 실험오차를 줄이기 위해서는 HPMC의 용해과정에서 수산화나트륨의 제조, DVS의 희석 등 실험운영과정의 일부 오차를 최대한 표준화해야 한다. 가장 중요한 것은 분산제의 양, 교반의 속도와 강도, 가교제의 양입니다. 적절하게 제어해야만 분산이 잘되고 입자 크기가 균일한 하이드로겔 미소구체를 제조할 수 있습니다.