Preparação de microesferas de hidrogel a partir de hidroxipropilmetilcelulose

Este experimento adota o método de polimerização em suspensão de fase reversa, utilizando hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) como matéria-prima, solução de hidróxido de sódio como fase aquosa, ciclohexano como fase oleosa e divinil sulfona (DVS) como mistura de reticulação de Tween- 20 e Span-60 como dispersante, agitando a uma velocidade de 400-900 r/min para preparar microesferas de hidrogel.

Palavras-chave: hidroxipropilmetilcelulose; hidrogel; microesferas; dispersante

1.Visão geral

1.1 Definição de hidrogel

O hidrogel (hidrogel) é um tipo de polímero de alto peso molecular que contém grande quantidade de água na estrutura da rede e é insolúvel em água. Uma parte dos grupos hidrofóbicos e resíduos hidrofílicos são introduzidos no polímero solúvel em água com uma estrutura reticulada em rede, e os resíduos hidrofílicos se ligam às moléculas de água, ligando as moléculas de água dentro da rede, enquanto os resíduos hidrofóbicos incham com a água para formar cruzes polímeros ligados. Geléias e lentes de contato do dia a dia são produtos de hidrogel. De acordo com o tamanho e a forma do hidrogel, ele pode ser dividido em gel macroscópico e gel microscópico (microesfera), e o primeiro pode ser dividido em esponja colunar, porosa, fibrosa, membranosa, esférica, etc. possuem boa maciez, elasticidade, capacidade de armazenamento de líquidos e biocompatibilidade, e são utilizados na pesquisa de medicamentos aprisionados.

1.2 Importância da seleção do tema

Nos últimos anos, a fim de atender aos requisitos de proteção ambiental, os materiais poliméricos de hidrogel têm gradualmente atraído a atenção generalizada devido às suas boas propriedades hidrofílicas e biocompatibilidade. Microesferas de hidrogel foram preparadas a partir de hidroxipropilmetilcelulose como matéria-prima neste experimento. A hidroxipropilmetilcelulose é um éter de celulose não iônico, pó branco, inodoro e insípido, e possui características insubstituíveis de outros materiais poliméricos sintéticos, por isso possui alto valor de pesquisa na área de polímeros.

1.3 Situação de desenvolvimento no país e no exterior

O hidrogel é uma forma farmacêutica que tem atraído muita atenção da comunidade médica internacional nos últimos anos e tem se desenvolvido rapidamente. Desde que Wichterle e Lim publicaram seu trabalho pioneiro sobre hidrogéis reticulados HEMA em 1960, a pesquisa e exploração de hidrogéis continuou a se aprofundar. Em meados da década de 1970, Tanaka descobriu hidrogéis sensíveis ao pH ao medir a taxa de inchaço de géis de acrilamida envelhecidos, marcando um novo passo no estudo de hidrogéis. meu país está na fase de desenvolvimento do hidrogel. Devido ao extenso processo de preparação da medicina tradicional chinesa e aos componentes complexos, é difícil extrair um único produto puro quando vários componentes trabalham juntos e a dosagem é grande, de modo que o desenvolvimento do hidrogel da medicina chinesa pode ser relativamente lento.

1.4 Materiais e princípios experimentais

1.4.1 Hidroxipropilmetilcelulose

A hidroxipropilmetilcelulose (HPMC), um derivado da metilcelulose, é um importante éter misto, que pertence a polímeros solúveis em água não iônicos e é inodoro, insípido e não tóxico.

O HPMC industrial está na forma de pó branco ou fibra solta branca, e sua solução aquosa possui atividade superficial, alta transparência e desempenho estável. Como o HPMC tem a propriedade de gelificação térmica, a solução aquosa do produto é aquecida para formar um gel e precipita, e então se dissolve após o resfriamento, e a temperatura de gelificação de diferentes especificações do produto é diferente. As propriedades das diferentes especificações do HPMC também são diferentes. A solubilidade muda com a viscosidade e não é afetada pelo valor do pH. Quanto menor a viscosidade, maior a solubilidade. À medida que o conteúdo do grupo metoxil diminui, o ponto de gelificação do HPMC aumenta, a solubilidade em água diminui e a atividade superficial diminui. Na indústria biomédica, é usado principalmente como material polimérico controlador de taxa para materiais de revestimento, materiais de filme e preparações de liberação sustentada. Também pode ser usado como estabilizador, agente de suspensão, adesivo para comprimidos e intensificador de viscosidade.

1.4.2 Princípio

Usando o método de polimerização em suspensão de fase reversa, usando Tween-20, dispersante composto Span-60 e Tween-20 como dispersantes separados, determine o valor HLB (o surfactante é um anfifílico com grupo hidrofílico e grupo lipofílico Molécula, a quantidade do tamanho e força o equilíbrio entre o grupo hidrofílico e o grupo lipofílico na molécula do surfactante é definido como a faixa aproximada do valor do equilíbrio hidrofílico-lipofílico do surfactante é usado como a fase oleosa pode dispersar melhor a solução de monômero e dissipar o calor gerado. no experimento continuamente A dosagem é 1-5 vezes maior que a da solução aquosa de monômero Com uma concentração de 99% de divinilsulfona como agente de reticulação, e a quantidade do agente de reticulação é controlada em cerca de 10% de. a massa de celulose seca, de modo que múltiplas moléculas lineares são ligadas umas às outras e reticuladas em uma estrutura de rede. Uma substância que se liga covalentemente ou facilita a formação de ligações iônicas entre cadeias moleculares de polímero.

A agitação é muito importante para este experimento, e a velocidade geralmente é controlada na terceira ou quarta marcha. Porque o tamanho da velocidade de rotação afeta diretamente o tamanho das microesferas. Quando a velocidade de rotação for superior a 980 r/min, ocorrerá um sério fenômeno de colagem na parede, o que reduzirá bastante o rendimento do produto; O agente de reticulação tende a produzir géis volumosos e não podem ser obtidos produtos esféricos.

2. Instrumentos e métodos experimentais

2.1 Instrumentos Experimentais

Balança eletrônica, agitador elétrico multifuncional, microscópio polarizador, analisador de tamanho de partículas Malvern.

Para preparar microesferas de hidrogel de celulose, os principais produtos químicos utilizados são ciclohexano, Tween-20, Span-60, hidroxipropilmetilcelulose, divinil sulfona, hidróxido de sódio, água destilada, sendo todos monômeros e aditivos usados ​​diretamente sem tratamento.

2.2 Etapas de preparação de microesferas de hidrogel de celulose

2.2.1 Usando Tween 20 como dispersante

Dissolução de hidroxipropilmetilcelulose. Pese com precisão 2g de hidróxido de sódio e prepare uma solução de hidróxido de sódio a 2% com um balão volumétrico de 100ml. Pegue 80ml da solução de hidróxido de sódio preparada e aqueça em banho-maria a cerca de 50°C, pesar 0,2g de celulose e adicionar à solução alcalina, mexer com uma vareta de vidro, colocar em água fria para banho de gelo e utilizar como fase aquosa após a clarificação da solução. Use um cilindro graduado para medir 120ml de ciclohexano (fase oleosa) em um frasco de três bocas, coloque 5ml de Tween-20 na fase oleosa com uma seringa e agite a 700 r/min por uma hora. Pegue metade da fase aquosa preparada e adicione-a a um balão de três bocas e agite durante três horas. A concentração de divinilsulfona é de 99%, diluída a 1% com água destilada. Use uma pipeta para colocar 0,5ml de DVS em um balão volumétrico de 50ml para preparar 1% de DVS, 1ml de DVS equivale a 0,01g. Use uma pipeta para colocar 1ml no frasco de três bocas. Agite à temperatura ambiente durante 22 horas.

2.2.2 Usando span60 e Tween-20 como dispersantes

A outra metade da fase aquosa que acaba de ser preparada. Pese 0,01 gspan60 e adicione ao tubo de ensaio, aqueça em banho-maria a 65 graus até derreter, depois coloque algumas gotas de ciclohexano no banho-maria com um conta-gotas de borracha e aqueça até que a solução fique branca leitosa. Adicione-o a um frasco de três gargalos, em seguida, adicione 120ml de ciclohexano, enxágue o tubo de ensaio com ciclohexano várias vezes, aqueça por 5min, deixe esfriar até a temperatura ambiente e adicione 0,5ml de Tween-20. Após agitação durante três horas, foi adicionado 1 ml de DVS diluído. Agite à temperatura ambiente durante 22 horas.

2.2.3 Resultados experimentais

A amostra agitada foi mergulhada numa vareta de vidro e dissolvida em 50 ml de etanol absoluto, e o tamanho de partícula foi medido num medidor de partículas Malvern. Usar Tween-20 como uma microemulsão dispersante é mais espessa, e o tamanho de partícula medido de 87,1% é 455,2d.nm, e o tamanho de partícula de 12,9% é 5026d.nm. A microemulsão do dispersante misto Tween-20 e Span-60 é semelhante à do leite, com 81,7% de tamanho de partícula de 5421d.nm e 18,3% de tamanho de partícula de 180,1d.nm.

3. Discussão de resultados experimentais

Para o emulsificante para preparar microemulsão inversa, muitas vezes é melhor usar o composto de surfactante hidrofílico e surfactante lipofílico. Isto ocorre porque a solubilidade de um único surfactante no sistema é baixa. Depois que os dois são compostos, os grupos hidrofílicos e os grupos lipofílicos cooperam entre si para ter um efeito solubilizante. O valor HLB também é um índice comumente usado na seleção de emulsificantes. Ao ajustar o valor de HLB, a proporção do emulsificante composto de dois componentes pode ser otimizada e microesferas mais uniformes podem ser preparadas. Nesta experiência, Span-60 fracamente lipofílico (HLB=4,7) e Tween-20 hidrofílico (HLB=16,7) foram utilizados como dispersante, e Span-20 foi utilizado sozinho como dispersante. A partir dos resultados experimentais, pode-se observar que o efeito do composto é melhor do que um único dispersante. A microemulsão do dispersante composto é relativamente uniforme e tem consistência leitosa; a microemulsão usando um único dispersante tem viscosidade muito alta e partículas brancas. O pequeno pico aparece sob o dispersante composto de Tween-20 e Span-60. A possível razão é que a tensão interfacial do sistema composto de Span-60 e Tween-20 é alta, e o próprio dispersante é quebrado sob agitação de alta intensidade para formar As partículas finas afetarão os resultados experimentais. A desvantagem do dispersante Tween-20 é que ele possui um grande número de cadeias de polioxietileno (n = 20 ou mais), o que torna maior o obstáculo estérico entre as moléculas do surfactante e é difícil ser denso na interface. A julgar pela combinação dos diagramas de tamanho de partícula, as partículas brancas no seu interior podem ser celulose não dispersa. Portanto, os resultados deste experimento sugerem que o efeito do uso de um dispersante composto é melhor, e o experimento pode reduzir ainda mais a quantidade de Tween-20 para tornar as microesferas preparadas mais uniformes.

Além disso, alguns erros no processo de operação experimental devem ser minimizados, como a preparação do hidróxido de sódio no processo de dissolução do HPMC, a diluição do DVS, etc., devem ser padronizados tanto quanto possível para reduzir erros experimentais. O mais importante é a quantidade de dispersante, a velocidade e intensidade da agitação e a quantidade de agente de reticulação. Somente quando devidamente controladas podem ser preparadas microesferas de hidrogel com boa dispersão e tamanho de partícula uniforme.