Получение гидрогелевых микросфер из гидроксипропилметилцеллюлозы

В этом эксперименте применяется метод суспензионной полимеризации с обращенной фазой, с использованием гидроксипропилметилцеллюлозы (ГПМЦ) в ​​качестве сырья, раствора гидроксида натрия в качестве водной фазы, циклогексана в качестве масляной фазы и дивинилсульфона (ДВС) в качестве сшивающей смеси твин- 20 и Спан-60 в качестве диспергатора, перемешивая со скоростью 400-900 об/мин для приготовления гидрогелевых микросфер.

Ключевые слова: гидроксипропилметилцеллюлоза; гидрогель; микросферы; диспергатор

1.Обзор

1.1 Определение гидрогеля

Гидрогель (Hydrogel) – это разновидность высокомолекулярного полимера, который содержит в сетчатой ​​структуре большое количество воды и нерастворим в воде. Часть гидрофобных групп и гидрофильных остатков вводятся в водорастворимый полимер с сетчатой ​​сшитой структурой, а гидрофильные остатки связываются с молекулами воды, связывая молекулы воды внутри сетки, тогда как гидрофобные остатки набухают с водой, образуя поперечные связи. -связанные полимеры. Желе и контактные линзы в повседневной жизни – это все гидрогелевые продукты. По размеру и форме гидрогеля его можно разделить на макроскопический гель и микроскопический гель (микросферу), а первый можно разделить на столбчатый, пористый губчатый, волокнистый, мембранный, сферический и т. д. Получаемые в настоящее время микросферы и наноразмерные микросферы обладают хорошей мягкостью, эластичностью, способностью удерживать жидкость и биосовместимостью и используются при исследовании захваченных лекарств.

1.2 Значение выбора темы

В последние годы, чтобы удовлетворить требования защиты окружающей среды, полимерные гидрогелевые материалы постепенно привлекли всеобщее внимание из-за их хороших гидрофильных свойств и биосовместимости. В этом эксперименте микросферы гидрогеля были приготовлены из гидроксипропилметилцеллюлозы в качестве сырья. Гидроксипропилметилцеллюлоза представляет собой неионный эфир целлюлозы, белый порошок, без запаха и вкуса, обладает незаменимыми характеристиками других синтетических полимерных материалов, поэтому имеет высокую исследовательскую ценность в области полимеров.

1.3 Статус развития внутри страны и за рубежом

Гидрогель – фармацевтическая лекарственная форма, которая в последние годы привлекла большое внимание международного медицинского сообщества и получила быстрое развитие. С тех пор, как Вихтерле и Лим опубликовали свою новаторскую работу по гидрогелям с поперечными связями HEMA в 1960 году, исследования и исследования гидрогелей продолжали углубляться. В середине 1970-х годов Танака обнаружил рН-чувствительные гидрогели при измерении степени набухания состаренных акриламидных гелей, что ознаменовало новый шаг в изучении гидрогелей. моя страна находится на стадии разработки гидрогеля. Из-за обширного процесса подготовки традиционной китайской медицины и сложных компонентов трудно извлечь один чистый продукт, когда несколько компонентов работают вместе, а дозировка велика, поэтому разработка гидрогеля китайской медицины может быть относительно медленной.

1.4 Экспериментальные материалы и принципы

1.4.1 Гидроксипропилметилцеллюлоза

Гидроксипропилметилцеллюлоза (ГПМЦ), производное метилцеллюлозы, представляет собой важный смешанный эфир, который принадлежит к неионным водорастворимым полимерам, не имеет запаха, вкуса и нетоксичен.

Промышленный ГПМЦ имеет форму белого порошка или белого рыхлого волокна, а его водный раствор обладает поверхностной активностью, высокой прозрачностью и стабильными характеристиками. Поскольку ГПМЦ обладает свойством термического гелеобразования, водный раствор продукта нагревается с образованием геля и выпадает в осадок, а затем растворяется после охлаждения, а температура гелеобразования продукта с различными характеристиками различна. Свойства HPMC разных спецификаций также различны. Растворимость меняется в зависимости от вязкости и не зависит от значения pH. Чем ниже вязкость, тем выше растворимость. По мере уменьшения содержания метоксильной группы температура гелеобразования ГПМЦ увеличивается, растворимость в воде снижается, а поверхностная активность снижается. В биомедицинской промышленности он в основном используется в качестве полимерного материала, регулирующего скорость действия, для материалов покрытий, пленочных материалов и препаратов с пролонгированным высвобождением. Его также можно использовать в качестве стабилизатора, суспендирующего агента, клея для таблеток и усилителя вязкости.

1.4.2 Принцип

Методом обращенно-фазовой суспензионной полимеризации, используя компаунд-диспергатор Твин-20, Спан-60 и Твин-20 в качестве отдельных диспергаторов, определяют величину ГЛБ (ПАВ представляет собой амфифильную группу с гидрофильной группой и липофильной группой Молекула, величину размера и силы баланс между гидрофильной группой и липофильной группой в молекуле поверхностно-активного вещества определяется как приблизительный диапазон значения гидрофильно-липофильного баланса поверхностно-активного вещества, используемого в качестве масляной фазы. Циклогексан может лучше диспергировать раствор мономера и рассеивать выделяемое тепло. в эксперименте непрерывно дозировка в 1-5 раз превышает дозировку водного раствора мономера с концентрацией 99% дивинилсульфона в качестве сшивающего агента, а количество сшивающего агента контролируют на уровне около 10%. сухая целлюлозная масса, так что несколько линейных молекул связаны друг с другом и сшиты в сетчатую структуру. Вещество, которое ковалентно связывает или облегчает образование ионных связей между молекулярными цепями полимера.

Перемешивание очень важно для этого эксперимента, и скорость обычно контролируется на третьей или четвертой передаче. Потому что величина скорости вращения напрямую влияет на размер микросфер. Когда скорость вращения превышает 980 об/мин, возникает серьезное явление прилипания стенок, что значительно снижает выход продукта; Сшивающий агент имеет тенденцию образовывать объемные гели, и сферические продукты получить невозможно.

2. Экспериментальные приборы и методы.

2.1 Экспериментальные инструменты

Электронные весы, многофункциональная электрическая мешалка, поляризационный микроскоп, анализатор размера частиц Malvern.

Для приготовления целлюлозно-гидрогелевых микросфер основными используемыми химическими веществами являются циклогексан, Твин-20, Спан-60, гидроксипропилметилцеллюлоза, дивинилсульфон, гидроксид натрия, дистиллированная вода, причем все мономеры и добавки используются непосредственно без обработки.

2.2 Этапы приготовления микросфер целлюлозного гидрогеля

2.2.1 Использование Твина 20 в качестве диспергатора

Растворение гидроксипропилметилцеллюлозы. Точно взвесьте 2 г гидроксида натрия и приготовьте 2% раствор гидроксида натрия в мерной колбе вместимостью 100 мл. Возьмите 80 мл приготовленного раствора гидроксида натрия и нагрейте его на водяной бане примерно до 50°С.°C, взвесьте 0,2 г целлюлозы и добавьте ее в щелочной раствор, перемешайте стеклянной палочкой, поместите в холодную воду для ледяной бани и используйте в качестве водной фазы после осветления раствора. С помощью градуированного цилиндра отмерьте 120 мл циклогексана (масляная фаза) в трехгорлую колбу, наберите 5 мл Твин-20 в масляную фазу с помощью шприца и перемешивайте со скоростью 700 об/мин в течение одного часа. Возьмите половину приготовленной водной фазы, добавьте ее в трехгорлую колбу и перемешивайте в течение трех часов. Концентрация дивинилсульфона 99%, разбавленный до 1% дистиллированной водой. С помощью пипетки наберите 0,5 мл ДВС в мерную колбу емкостью 50 мл, чтобы приготовить 1% ДВС, 1 мл ДВС эквивалентен 0,01 г. С помощью пипетки наберите 1 мл в трехгорлую колбу. Перемешать при комнатной температуре в течение 22 часов.

2.2.2 Использование спана60 и Твин-20 в качестве диспергаторов

Другая половина только что приготовленной водной фазы. Взвесьте 0,01gspan60 и добавьте его в пробирку, нагрейте на водяной бане с температурой 65 градусов до тех пор, пока он не расплавится, затем капните в водяную баню несколько капель циклогексана с помощью резиновой пипетки и нагревайте, пока раствор не станет молочно-белым. Переносят его в трехгорлую колбу, затем добавляют 120 мл циклогексана, несколько раз промывают пробирку циклогексаном, нагревают 5 мин, охлаждают до комнатной температуры и добавляют 0,5 мл Твина-20. После перемешивания в течение трех часов добавляли 1 мл разбавленного DVS. Перемешать при комнатной температуре в течение 22 часов.

2.2.3 Экспериментальные результаты

Перемешанный образец погружали в стеклянную палочку и растворяли в 50 мл абсолютного этанола, а размер частиц измеряли с помощью прибора для определения размера частиц Malvern. При использовании Твин-20 в качестве диспергатора микроэмульсия получается более густой, и измеренный размер частиц 87,1% составляет 455,2д.нм, а размер частиц 12,9% составляет 5026д.нм. Микроэмульсия смешанного диспергатора Твин-20 и Спан-60 аналогична микроэмульсии молока, с размером частиц 81,7% 5421d.нм и 18,3% размером 180,1d.нм.

3. Обсуждение результатов эксперимента.

В качестве эмульгатора для приготовления обратной микроэмульсии часто лучше использовать соединение гидрофильного ПАВ и липофильного ПАВ. Это связано с тем, что растворимость одного поверхностно-активного вещества в системе низкая. После того, как они соединены, гидрофильные и липофильные группы друг друга взаимодействуют друг с другом, оказывая солюбилизирующий эффект. Значение ГЛБ также часто используется при выборе эмульгаторов. Регулируя значение ГЛБ, можно оптимизировать соотношение двухкомпонентного составного эмульгатора и получить более однородные микросферы. В этом эксперименте в качестве диспергатора использовали слаболипофильный Span-60 (HLB=4,7) и гидрофильный Tween-20 (HLB=16,7), а в качестве диспергатора использовали только Span-20. Из экспериментальных результатов видно, что эффект соединения лучше, чем у одного диспергатора. Микроэмульсия композиции-диспергатора относительно однородна и имеет молочную консистенцию; микроэмульсия с использованием одного диспергатора имеет слишком высокую вязкость и белые частицы. Небольшой пик появляется под составными диспергаторами Твин-20 и Спан-60. Возможная причина заключается в том, что межфазное натяжение сложной системы Спан-60 и Твин-20 велико, а сам диспергатор разрушается при интенсивном перемешивании с образованием мелких частиц, которые будут влиять на результаты эксперимента. Недостатком диспергатора Твин-20 является то, что он имеет большое количество полиоксиэтиленовых цепей (n=20 или около того), что увеличивает стерические препятствия между молекулами ПАВ и затрудняет его плотность на границе раздела. Судя по совокупности диаграмм размера частиц, белые частицы внутри могут представлять собой недисперсную целлюлозу. Таким образом, результаты этого эксперимента позволяют предположить, что эффект от использования составного диспергатора лучше, и эксперимент позволяет дополнительно уменьшить количество Твина-20, чтобы сделать приготовленные микросферы более однородными.

Кроме того, некоторые ошибки в процессе экспериментальной работы должны быть сведены к минимуму, например, приготовление гидроксида натрия в процессе растворения ГПМЦ, разбавление ДВС и т. д. должны быть максимально стандартизированы, чтобы уменьшить экспериментальные ошибки. Самое важное — это количество диспергатора, скорость и интенсивность перемешивания, а также количество сшивающего агента. Только при правильном контроле можно получить гидрогелевые микросферы с хорошей дисперсией и однородным размером частиц.