Príprava hydrogélových mikroguľôčok z hydroxypropylmetylcelulózy

Tento experiment využíva metódu suspenznej polymerizácie s reverznou fázou s použitím hydroxypropylmetylcelulózy (HPMC) ako suroviny, roztoku hydroxidu sodného ako vodnej fázy, cyklohexánu ako olejovej fázy a divinylsulfónu (DVS) ako zosieťujúcej zmesi Tween- 20 a Span-60 ako dispergačný prostriedok, miešaním rýchlosťou 400-900 ot./min. na prípravu hydrogélových mikroguľôčok.

kľúčové slová: hydroxypropylmetylcelulóza; hydrogél; mikroguľôčky; disperzant

1.Prehľad

1.1 Definícia hydrogélu

Hydrogél (Hydrogel) je druh vysokomolekulárneho polyméru, ktorý obsahuje veľké množstvo vody v sieťovej štruktúre a je nerozpustný vo vode. Časť hydrofóbnych skupín a hydrofilných zvyškov sa zavedie do polyméru rozpustného vo vode so sieťovou zosieťovanou štruktúrou a hydrofilné zvyšky sa viažu na molekuly vody, spájajúce molekuly vody vo vnútri siete, zatiaľ čo hydrofóbne zvyšky napučiavajú vodou za vzniku krížového - viazané polyméry. Želé a kontaktné šošovky v každodennom živote sú všetko hydrogélové produkty. Podľa veľkosti a tvaru hydrogélu ho možno rozdeliť na makroskopický gél a mikroskopický gél (mikroguľôčky), pričom prvý možno rozdeliť na stĺpcový, porézny špongiový, vláknitý, membránový, guľovitý atď. majú dobrú mäkkosť, elasticitu, schopnosť uchovávať tekutiny a biokompatibilitu a používajú sa pri výskume zachytených liečiv.

1.2 Význam výberu témy

V posledných rokoch, aby sa splnili požiadavky ochrany životného prostredia, polymérne hydrogélové materiály postupne priťahovali širokú pozornosť kvôli ich dobrým hydrofilným vlastnostiam a biokompatibilite. Hydrogélové mikroguľôčky boli pripravené z hydroxypropylmetylcelulózy ako suroviny v tomto experimente. Hydroxypropylmetylcelulóza je neiónový éter celulózy, biely prášok, bez zápachu a chuti a má nenahraditeľné vlastnosti iných syntetických polymérnych materiálov, takže má vysokú výskumnú hodnotu v oblasti polymérov.

1.3 Stav rozvoja doma av zahraničí

Hydrogél je farmaceutická lieková forma, ktorá v posledných rokoch priťahuje veľkú pozornosť medzinárodnej lekárskej komunity a rýchlo sa rozvíja. Odkedy Wichterle a Lim publikovali svoju priekopnícku prácu o hydrogéloch zosieťovaných HEMA v roku 1960, výskum a prieskum hydrogélov sa naďalej prehlboval. V polovici sedemdesiatych rokov Tanaka objavil hydrogély citlivé na pH pri meraní pomeru napučiavania starnúcich akrylamidových gélov, čo predstavuje nový krok v štúdiu hydrogélov. moja krajina je v štádiu vývoja hydrogélu. Kvôli rozsiahlemu procesu prípravy tradičnej čínskej medicíny a zložitým komponentom je ťažké extrahovať jeden čistý produkt, keď viaceré komponenty spolupracujú a dávka je veľká, takže vývoj hydrogélu čínskej medicíny môže byť relatívne pomalý.

1.4 Experimentálne materiály a princípy

1.4.1 Hydroxypropylmetylcelulóza

Hydroxypropylmetylcelulóza (HPMC), derivát metylcelulózy, je dôležitý zmesový éter, ktorý patrí medzi neiónové vo vode rozpustné polyméry, je bez zápachu, chuti a netoxický.

Priemyselná HPMC je vo forme bieleho prášku alebo bieleho sypkého vlákna a jeho vodný roztok má povrchovú aktivitu, vysokú transparentnosť a stabilný výkon. Pretože HPMC má vlastnosť tepelnej želatinácie, vodný roztok produktu sa zahreje na vytvorenie gélu a vyzráža sa a potom sa po ochladení rozpustí a teplota gélovatenia rôznych špecifikácií produktu je odlišná. Vlastnosti rôznych špecifikácií HPMC sú tiež odlišné. Rozpustnosť sa mení s viskozitou a nie je ovplyvnená hodnotou pH. Čím nižšia je viskozita, tým väčšia je rozpustnosť. So znižovaním obsahu metoxylovej skupiny sa zvyšuje bod gélovatenia HPMC, znižuje sa rozpustnosť vo vode a znižuje sa povrchová aktivita. V biomedicínskom priemysle sa používa hlavne ako polymérny materiál s riadením rýchlosti pre náterové materiály, filmové materiály a prípravky s predĺženým uvoľňovaním. Môže sa tiež použiť ako stabilizátor, suspendačné činidlo, lepidlo na tablety a zosilňovač viskozity.

1.4.2 Princíp

Pomocou metódy suspenznej polymerizácie v reverznej fáze, s použitím Tween-20, dispergačného činidla Span-60 a Tween-20 ako samostatných dispergačných činidiel, stanovte hodnotu HLB (povrchovo aktívna látka je amfifil s hydrofilnou skupinou a lipofilnou skupinou Molekula, množstvo veľkosti a sily rovnováha medzi hydrofilnou skupinou a lipofilnou skupinou v molekule povrchovo aktívnej látky je definovaná ako približný rozsah hodnoty hydrofilno-lipofilnej rovnováhy povrchovo aktívnej látky ako olejovej fázy môže cyklohexán lepšie dispergovať roztok monoméru a odvádzať vzniknuté teplo v experimente je dávka 1-5 krát väčšia ako vo vodnom roztoku monoméru s koncentráciou 99 % divinylsulfónu ako sieťovacieho činidla a množstvo sieťovacieho činidla je kontrolované na približne 10 %. suchá celulózová hmota, takže viaceré lineárne molekuly sú navzájom spojené a zosieťované do sieťovej štruktúry Látka, ktorá kovalentne viaže alebo uľahčuje tvorbu iónových väzieb medzi polymérnymi molekulovými reťazcami.

Miešanie je pre tento experiment veľmi dôležité a rýchlosť sa vo všeobecnosti reguluje na treťom alebo štvrtom prevodovom stupni. Pretože veľkosť rýchlosti otáčania priamo ovplyvňuje veľkosť mikrosfér. Keď je rýchlosť otáčania vyššia ako 980 ot./min., dôjde k vážnemu javu lepenia stien, čo výrazne zníži výťažok produktu; Zosieťovacie činidlo má tendenciu vytvárať objemové gély a nemožno získať sférické produkty.

2. Experimentálne nástroje a metódy

2.1 Experimentálne prístroje

Elektronické váhy, multifunkčné elektrické miešadlo, polarizačný mikroskop, analyzátor veľkosti častíc Malvern.

Na prípravu celulózových hydrogélových mikroguľôčok sa ako hlavné chemikálie používajú cyklohexán, Tween-20, Span-60, hydroxypropylmetylcelulóza, divinylsulfón, hydroxid sodný, destilovaná voda, pričom všetky tieto monoméry a prísady sa používajú priamo bez úpravy.

2.2 Kroky prípravy mikrosfér celulózového hydrogélu

2.2.1 Použitie Tween 20 ako dispergačného činidla

Rozpustenie hydroxypropylmetylcelulózy. Presne odvážte 2 g hydroxidu sodného a pomocou 100 ml odmernej banky pripravte 2 % roztok hydroxidu sodného. Vezmite 80 ml pripraveného roztoku hydroxidu sodného a zahrejte ho vo vodnom kúpeli asi na 50 °C°C, odvážte 0,2 g celulózy a pridajte ju do alkalického roztoku, premiešajte sklenenou tyčinkou, vložte do studenej vody na ľadový kúpeľ a po vyčírení roztoku použite ako vodnú fázu. Pomocou odmerného valca odmerajte 120 ml cyklohexánu (olejová fáza) do trojhrdlovej banky, natiahnite 5 ml Tween-20 do olejovej fázy pomocou injekčnej striekačky a miešajte pri 700 ot./min. počas jednej hodiny. Vezmite polovicu pripravenej vodnej fázy a pridajte ju do trojhrdlovej banky a miešajte tri hodiny. Koncentrácia divinylsulfónu je 99%, zriedený na 1% destilovanou vodou. Pomocou pipety odoberte 0,5 ml DVS do 50 ml odmernej banky na prípravu 1 % DVS, 1 ml DVS zodpovedá 0,01 g. Pomocou pipety odoberte 1 ml do trojhrdlovej banky. Mieša sa pri teplote miestnosti počas 22 hodín.

2.2.2 Použitie span60 a Tween-20 ako dispergačných činidiel

Druhá polovica vodnej fázy, ktorá bola práve pripravená. Odvážte 0,01 gspan60 a pridajte do skúmavky, zahrievajte vo vodnom kúpeli s teplotou 65 stupňov, kým sa neroztopí, potom kvapnite do vodného kúpeľa niekoľko kvapiek cyklohexánu pomocou gumeného kvapkadla a zahrievajte, kým sa roztok nezmení na mliečne biele. Pridajte ju do trojhrdlovej banky, potom pridajte 120 ml cyklohexánu, skúmavku niekoľkokrát opláchnite cyklohexánom, zahrievajte 5 minút, ochlaďte na teplotu miestnosti a pridajte 0,5 ml Tween-20. Po trojhodinovom miešaní sa pridal 1 ml zriedeného DVS. Mieša sa pri teplote miestnosti počas 22 hodín.

2.2.3 Experimentálne výsledky

Miešaná vzorka sa ponorila do sklenenej tyčinky a rozpustila sa v 50 ml absolútneho etanolu a veľkosť častíc sa merala pomocou zariadenia na meranie veľkosti častíc Malvern. Použitie Tween-20 ako dispergačnej mikroemulzie je hustejšie a nameraná veľkosť častíc 87,1 % je 455,2 d.nm a veľkosť častíc 12,9 % je 5026 d.nm. Mikroemulzia zmiešaného dispergačného činidla Tween-20 a Span-60 je podobná mikroemulzii mlieka, s 81,7 % veľkosti častíc 5421 d.nm a 18,3 % veľkosti častíc 180,1 d.nm.

3. Diskusia experimentálnych výsledkov

Pre emulgátor na prípravu inverznej mikroemulzie je často lepšie použiť zlúčeninu hydrofilnej povrchovo aktívnej látky a lipofilnej povrchovo aktívnej látky. Je to preto, že rozpustnosť jednej povrchovo aktívnej látky v systéme je nízka. Potom, čo sú tieto dve zložené, navzájom hydrofilné skupiny a lipofilné skupiny spolupracujú navzájom, aby mali solubilizačný účinok. Hodnota HLB je tiež bežne používaným indexom pri výbere emulgátorov. Úpravou hodnoty HLB možno optimalizovať pomer dvojzložkového zloženého emulgátora a pripraviť jednotnejšie mikroguľôčky. V tomto experimente sa ako dispergačné činidlo použil slabo lipofilný Span-60 (HLB=4,7) a hydrofilný Tween-20 (HLB=16,7) a ako disperzant sa použil samotný Span-20. Z experimentálnych výsledkov je možné vidieť, že účinok zlúčeniny je lepší ako pri použití jediného dispergačného činidla. Mikroemulzia zloženého dispergačného činidla je relatívne jednotná a má mliečnu konzistenciu; mikroemulzia s použitím jediného dispergačného činidla má príliš vysokú viskozitu a biele častice. Malý pík sa objaví pod zloženým dispergačným činidlom Tween-20 a Span-60. Možným dôvodom je to, že medzifázové napätie systému zlúčenín Span-60 a Tween-20 je vysoké a samotné dispergačné činidlo sa rozbije pri vysokointenzívnom miešaní za vzniku jemných častíc, ktoré ovplyvnia výsledky experimentu. Nevýhodou dispergačného činidla Tween-20 je to, že má veľký počet polyoxyetylénových reťazcov (n=20 alebo tak), čím je stérická prekážka medzi molekulami povrchovo aktívnej látky väčšia a je ťažké dosiahnuť hustotu na rozhraní. Súdiac podľa kombinácie diagramov veľkosti častíc, biele častice vo vnútri môžu byť nedispergovaná celulóza. Preto výsledky tohto experimentu naznačujú, že účinok použitia zloženého dispergačného činidla je lepší a experiment môže ďalej znížiť množstvo Tween-20, aby boli pripravené mikroguľôčky jednotnejšie.

Okrem toho by sa mali minimalizovať niektoré chyby v procese experimentálnej prevádzky, ako napríklad príprava hydroxidu sodného v procese rozpúšťania HPMC, riedenie DVS atď., mali by sa čo najviac štandardizovať, aby sa znížili chyby experimentu. Najdôležitejšie je množstvo dispergačného činidla, rýchlosť a intenzita miešania a množstvo sieťovacieho činidla. Hydrogélové mikroguľôčky s dobrou disperziou a jednotnou veľkosťou častíc možno pripraviť iba pri správnej kontrole.