Bereiding van hydrogelmicrosferen uit hydroxypropylmethylcellulose

Dit experiment maakt gebruik van de omgekeerde fase suspensiepolymerisatiemethode, waarbij hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) als grondstof, natriumhydroxideoplossing als de waterfase, cyclohexaan als de oliefase en divinylsulfon (DVS) als het verknopende mengsel van Tween- 20 en Span-60 als dispergeermiddel, roer met een snelheid van 400-900 omw/min om hydrogelmicrosferen te bereiden.

Trefwoorden: hydroxypropylmethylcellulose; hydrogel; microsferen; dispergeermiddel

1.Overzicht

1.1 Definitie van hydrogel

Hydrogel (Hydrogel) is een soort hoogmoleculair polymeer dat een grote hoeveelheid water in de netwerkstructuur bevat en onoplosbaar is in water. Een deel van de hydrofobe groepen en hydrofiele residuen wordt in het wateroplosbare polymeer geïntroduceerd met een netwerkverknoopte structuur, en de hydrofiele groepen binden zich aan watermoleculen en verbinden de watermoleculen binnen het netwerk, terwijl de hydrofobe residuen met water opzwellen om kruisverbindingen te vormen. -gekoppelde polymeren. Jellies en contactlenzen zijn in het dagelijks leven allemaal hydrogelproducten. Afhankelijk van de grootte en vorm van hydrogel, kan deze worden onderverdeeld in macroscopische gel en microscopische gel (microsfeer), en de eerste kan worden onderverdeeld in kolomvormige, poreuze spons, vezelig, vliezig, bolvormig, enz. De momenteel bereide microsferen en microsferen op nanoschaal hebben een goede zachtheid, elasticiteit, vloeistofopslagcapaciteit en biocompatibiliteit, en worden gebruikt bij het onderzoek naar ingesloten medicijnen.

1.2 Betekenis van onderwerpkeuze

Om aan de eisen van milieubescherming te voldoen, hebben polymere hydrogelmaterialen de afgelopen jaren geleidelijk brede aandacht getrokken vanwege hun goede hydrofiele eigenschappen en biocompatibiliteit. In dit experiment werden hydrogelmicrosferen bereid uit hydroxypropylmethylcellulose als grondstof. Hydroxypropylmethylcellulose is een niet-ionische cellulose-ether, wit poeder, geurloos en smaakloos, en heeft onvervangbare eigenschappen van andere synthetische polymeermaterialen, dus het heeft een hoge onderzoekswaarde op polymeergebied.

1.3 Ontwikkelingsstatus in binnen- en buitenland

Hydrogel is een farmaceutische doseringsvorm die de afgelopen jaren veel aandacht heeft getrokken in de internationale medische gemeenschap en zich snel heeft ontwikkeld. Sinds Wichterle en Lim in 1960 hun baanbrekende werk over verknoopte hydrogels van HEMA publiceerden, heeft het onderzoek naar en de verkenning van hydrogels zich steeds verder verdiept. Halverwege de jaren zeventig ontdekte Tanaka pH-gevoelige hydrogels bij het meten van de zwelverhouding van verouderde acrylamidegels, wat een nieuwe stap markeerde in de studie van hydrogels. mijn land bevindt zich in de fase van hydrogelontwikkeling. Vanwege het uitgebreide bereidingsproces van de traditionele Chinese geneeskunde en de complexe componenten, is het moeilijk om één puur product te extraheren wanneer meerdere componenten samenwerken, en de dosering groot is, dus de ontwikkeling van hydrogel uit de Chinese geneeskunde kan relatief traag zijn.

1.4 Experimentele materialen en principes

1.4.1 Hydroxypropylmethylcellulose

Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), een derivaat van methylcellulose, is een belangrijke gemengde ether, die behoort tot niet-ionische, in water oplosbare polymeren, en is geurloos, smaakloos en niet-giftig.

Industriële HPMC heeft de vorm van wit poeder of witte losse vezels en de waterige oplossing ervan heeft oppervlakteactiviteit, hoge transparantie en stabiele prestaties. Omdat HPMC de eigenschap heeft van thermische gelering, wordt de waterige productoplossing verwarmd om een ​​gel te vormen en neer te slaan, en vervolgens op te lossen na afkoeling, en de geleringstemperatuur van verschillende specificaties van het product is anders. De eigenschappen van verschillende specificaties van HPMC zijn ook verschillend. De oplosbaarheid verandert met de viscositeit en wordt niet beïnvloed door de pH-waarde. Hoe lager de viscositeit, hoe groter de oplosbaarheid. Naarmate het gehalte aan methoxylgroepen afneemt, neemt het gelpunt van HPMC toe, neemt de wateroplosbaarheid af en neemt de oppervlakteactiviteit af. In de biomedische industrie wordt het voornamelijk gebruikt als snelheidsbepalend polymeermateriaal voor coatingmaterialen, filmmaterialen en preparaten met verlengde afgifte. Het kan ook worden gebruikt als stabilisator, suspendeermiddel, tabletkleefstof en viscositeitsversterker.

1.4.2 Principe

Gebruik de omgekeerde fase suspensiepolymerisatiemethode, gebruik Tween-20, Span-60 samengesteld dispergeermiddel en Tween-20 als afzonderlijke dispergeermiddelen, bepaal de HLB-waarde (oppervlakteactieve stof is een amfifiel met hydrofiele groep en lipofiele groep Molecule, de hoeveelheid grootte en kracht Het evenwicht tussen de hydrofiele groep en de lipofiele groep in het oppervlakteactieve molecuul wordt gedefinieerd als het geschatte bereik van de hydrofiele-lipofiele balanswaarde van de oppervlakteactieve stof, aangezien cyclohexaan de monomeeroplossing beter kan dispergeren en de gegenereerde warmte kan afvoeren in het experiment is de dosering continu 1-5 keer die van de waterige monomeeroplossing. Met een concentratie van 99% divinylsulfon als verknopingsmiddel, en de hoeveelheid verknopingsmiddel wordt gecontroleerd op ongeveer 10% van de hoeveelheid. de droge cellulosemassa, zodat meerdere lineaire moleculen aan elkaar worden gebonden en verknoopt tot een netwerkstructuur. Een stof die de vorming van ionische bindingen tussen polymeermolecuulketens covalent bindt of vergemakkelijkt.

Roeren is erg belangrijk bij dit experiment en de snelheid wordt doorgaans in de derde of vierde versnelling geregeld. Omdat de grootte van de rotatiesnelheid rechtstreeks van invloed is op de grootte van de microsferen. Wanneer de rotatiesnelheid groter is dan 980 omw/min, zal er een ernstig fenomeen van vastkleven aan de muur optreden, wat de productopbrengst aanzienlijk zal verminderen; Het verknopingsmiddel heeft de neiging om bulkgels te produceren, en bolvormige producten kunnen niet worden verkregen.

2. Experimentele instrumenten en methoden

2.1 Experimentele instrumenten

Elektronische balans, multifunctionele elektrische roerder, polarisatiemicroscoop, Malvern deeltjesgrootte-analysator.

Om cellulosehydrogelmicrosferen te bereiden, zijn de belangrijkste gebruikte chemicaliën cyclohexaan, Tween-20, Span-60, hydroxypropylmethylcellulose, divinylsulfon, natriumhydroxide en gedestilleerd water, die allemaal direct en zonder behandeling worden gebruikt.

2.2 Bereidingsstappen van cellulosehydrogelmicrosferen

2.2.1 Gebruik van Tween 20 als dispergeermiddel

Oplossen van hydroxypropylmethylcellulose. Weeg nauwkeurig 2 g natriumhydroxide af en bereid een 2% natriumhydroxideoplossing met een maatkolf van 100 ml. Neem 80 ml van de bereide natriumhydroxideoplossing en verwarm deze in een waterbad tot ongeveer 50 ml°C, weeg 0,2 g cellulose af en voeg dit toe aan de alkalische oplossing, roer het met een glazen staaf, plaats het in koud water voor een ijsbad en gebruik het als de waterfase nadat de oplossing is geklaard. Gebruik een maatcilinder om 120 ml cyclohexaan (oliefase) af te meten in een driehalskolf, zuig 5 ml Tween-20 op in de oliefase met een injectiespuit en roer gedurende één uur bij 700 omw/min. Neem de helft van de bereide waterige fase en voeg deze toe aan een driehalskolf en roer gedurende drie uur. De concentratie divinylsulfon is 99%, verdund tot 1% met gedestilleerd water. Gebruik een pipet om 0,5 ml DVS in een maatkolf van 50 ml te brengen om 1% DVS te bereiden; 1 ml DVS komt overeen met 0,01 g. Gebruik een pipet om 1 ml in de driehalskolf te brengen. Roer bij kamertemperatuur gedurende 22 uur.

2.2.2 Gebruik van span60 en Tween-20 als dispergeermiddelen

De andere helft van de waterfase die zojuist is voorbereid. Weeg 0,01 gspan60 af en voeg het toe aan de reageerbuis, verwarm het in een waterbad van 65 graden totdat het smelt, laat dan een paar druppels cyclohexaan in het waterbad vallen met een rubberen druppelaar en verwarm het totdat de oplossing melkwit wordt. Voeg het toe aan een driehalskolf, voeg vervolgens 120 ml cyclohexaan toe, spoel de reageerbuis verschillende keren met cyclohexaan, verwarm gedurende 5 minuten, koel af tot kamertemperatuur en voeg 0,5 ml Tween-20 toe. Na drie uur roeren werd 1 ml verdund DVS toegevoegd. Roer bij kamertemperatuur gedurende 22 uur.

2.2.3 Experimentele resultaten

Het geroerde monster werd in een glazen staaf gedompeld en opgelost in 50 ml absolute ethanol, en de deeltjesgrootte werd gemeten onder een Malvern deeltjesgrootter. Het gebruik van Tween-20 als dispergerende micro-emulsie is dikker en de gemeten deeltjesgrootte van 87,1% is 455,2 d.nm, en de deeltjesgrootte van 12,9% is 5026 d.nm. De micro-emulsie van het gemengde dispergeermiddel Tween-20 en Span-60 is vergelijkbaar met die van melk, met een deeltjesgrootte van 81,7% van 5421 d.nm en een deeltjesgrootte van 18,3% van 180,1 d.nm.

3. Bespreking van experimentele resultaten

Als emulgator voor het bereiden van inverse micro-emulsie is het vaak beter om de verbinding van hydrofiele oppervlakteactieve stof en lipofiele oppervlakteactieve stof te gebruiken. Dit komt omdat de oplosbaarheid van een enkele oppervlakteactieve stof in het systeem laag is. Nadat de twee zijn samengesteld, werken elkaars hydrofiele groepen en lipofiele groepen met elkaar samen om een ​​oplosbaarmakend effect te hebben. Ook de HLB-waarde is een veelgebruikte index bij de keuze van emulgatoren. Door de HLB-waarde aan te passen, kan de verhouding van de tweecomponenten-emulgator worden geoptimaliseerd en kunnen meer uniforme microsferen worden bereid. In dit experiment werden zwak lipofiele Span-60 (HLB=4,7) en hydrofiele Tween-20 (HLB=16,7) gebruikt als dispergeermiddel, en Span-20 alleen als dispergeermiddel. Uit de experimentele resultaten blijkt dat de verbinding een beter effect heeft dan een enkel dispergeermiddel. De micro-emulsie van het samengestelde dispergeermiddel is relatief uniform en heeft een melkachtige consistentie; de micro-emulsie die gebruik maakt van een enkel dispergeermiddel heeft een te hoge viscositeit en witte deeltjes. De kleine piek verschijnt onder het samengestelde dispergeermiddel van Tween-20 en Span-60. De mogelijke reden is dat de grensvlakspanning van het samengestelde systeem van Span-60 en Tween-20 hoog is, en het dispergeermiddel zelf wordt afgebroken onder roeren met hoge intensiteit om te vormen. De fijne deeltjes zullen de experimentele resultaten beïnvloeden. Het nadeel van het dispergeermiddel Tween-20 is dat het een groot aantal polyoxyethyleenketens heeft (n=20 of zo), waardoor de sterische hindering tussen de oppervlakteactieve moleculen groter wordt en het moeilijk is om dicht te zijn aan het grensvlak. Afgaande op de combinatie van deeltjesgroottediagrammen kunnen de witte deeltjes binnenin niet-gedispergeerde cellulose zijn. Daarom suggereren de resultaten van dit experiment dat het effect van het gebruik van een samengesteld dispergeermiddel beter is, en dat het experiment de hoeveelheid Tween-20 verder kan verminderen om de bereide microsferen uniformer te maken.

Bovendien moeten sommige fouten in het experimentele werkingsproces tot een minimum worden beperkt, zoals de bereiding van natriumhydroxide in het oplossingsproces van HPMC, de verdunning van DVS, enz., en moeten zoveel mogelijk worden gestandaardiseerd om experimentele fouten te verminderen. Het belangrijkste is de hoeveelheid dispergeermiddel, de snelheid en intensiteit van het roeren en de hoeveelheid verknopingsmiddel. Alleen als ze op de juiste manier worden gecontroleerd, kunnen hydrogelmicrosferen met een goede dispersie en uniforme deeltjesgrootte worden bereid.