การเตรียมไฮโดรเจลไมโครสเฟียร์จากไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส

การทดลองนี้ใช้วิธีการโพลีเมอไรเซชันแบบสารแขวนลอยแบบเฟสย้อนกลับ โดยใช้ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) เป็นวัตถุดิบ สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เป็นเฟสน้ำ ไซโคลเฮกเซนเป็นเฟสน้ำมัน และไดไวนิลซัลโฟน (DVS) เป็นสารผสมเชื่อมโยงข้ามของ Tween- 20 และ Span-60 เป็นสารช่วยกระจายตัว, กวนด้วยความเร็ว 400-900r/นาทีเพื่อเตรียมไมโครสเฟียร์ไฮโดรเจล

คำสำคัญ: ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส; ไฮโดรเจล; ไมโครสเฟียร์; สารช่วยกระจายตัว

1.ภาพรวม

1.1 คำจำกัดความของไฮโดรเจล

ไฮโดรเจล (Hydrogel) เป็นโพลีเมอร์โมเลกุลสูงชนิดหนึ่งที่มีน้ำจำนวนมากในโครงสร้างเครือข่ายและไม่ละลายในน้ำ ส่วนหนึ่งของหมู่ที่ไม่ชอบน้ำและสารตกค้างที่ชอบน้ำจะถูกนำเข้าไปในโพลีเมอร์ที่ละลายน้ำได้โดยมีโครงสร้างเชื่อมโยงข้ามเครือข่าย และกลุ่มที่ชอบน้ำ สารตกค้างจะจับกับโมเลกุลของน้ำ เชื่อมโยงโมเลกุลของน้ำภายในเครือข่าย ในขณะที่สารตกค้างที่ไม่ชอบน้ำจะพองตัวไปกับน้ำเพื่อสร้างกากบาท - โพลีเมอร์ที่เชื่อมโยง เยลลี่และคอนแทคเลนส์ในชีวิตประจำวันล้วนเป็นผลิตภัณฑ์ไฮโดรเจลทั้งสิ้น ตามขนาดและรูปร่างของไฮโดรเจลสามารถแบ่งออกเป็นเจลขนาดมหภาคและเจลด้วยกล้องจุลทรรศน์ (ไมโครสเฟียร์) และแบบแรกสามารถแบ่งออกเป็นเสา, ฟองน้ำที่มีรูพรุน, เส้นใย, เยื่อหุ้มเซลล์, ทรงกลม ฯลฯ ไมโครสเฟียร์ที่เตรียมไว้ในปัจจุบันและไมโครสเฟียร์ระดับนาโน มีความนุ่มนวล ยืดหยุ่น ความสามารถในการกักเก็บของเหลวและความเข้ากันได้ทางชีวภาพได้ดี และใช้ในการวิจัยยาที่ติดอยู่

1.2 ความสำคัญของการเลือกหัวข้อ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดในการปกป้องสิ่งแวดล้อม วัสดุโพลีเมอร์ไฮโดรเจลจึงค่อยๆ ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวาง เนื่องจากมีคุณสมบัติที่ชอบน้ำที่ดีและเข้ากันได้ทางชีวภาพ เตรียมไฮโดรเจลไมโครสเฟียร์จากไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเป็นวัตถุดิบในการทดลองนี้ ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเป็นอีเทอร์เซลลูโลสที่ไม่มีไอออนิก ผงสีขาว ไม่มีกลิ่นและรสจืด และมีคุณสมบัติที่ไม่สามารถถูกแทนที่ได้ของวัสดุโพลีเมอร์สังเคราะห์อื่น ๆ ดังนั้นจึงมีคุณค่าการวิจัยสูงในสาขาโพลีเมอร์

1.3 สถานะการพัฒนาทั้งในและต่างประเทศ

ไฮโดรเจลเป็นรูปแบบยาทางเภสัชกรรมที่ดึงดูดความสนใจอย่างมากในวงการแพทย์นานาชาติในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาและมีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว นับตั้งแต่ Wichterle และ Lim ตีพิมพ์ผลงานบุกเบิกของพวกเขาเกี่ยวกับไฮโดรเจลเชื่อมโยงข้าม HEMA ในปี 1960 การวิจัยและการสำรวจไฮโดรเจลก็ยังคงลึกซึ้งยิ่งขึ้น ในช่วงกลางทศวรรษ 1970 Tanaka ค้นพบไฮโดรเจลที่ไวต่อ pH เมื่อวัดอัตราส่วนการบวมของเจลอะคริลาไมด์ที่มีอายุมากขึ้น ถือเป็นก้าวใหม่ในการศึกษาไฮโดรเจล ประเทศของฉันอยู่ในขั้นตอนของการพัฒนาไฮโดรเจล เนื่องจากกระบวนการเตรียมยาแผนจีนอย่างกว้างขวางและส่วนประกอบที่ซับซ้อน จึงเป็นเรื่องยากที่จะสกัดผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์เพียงตัวเดียวเมื่อส่วนประกอบหลายส่วนทำงานร่วมกัน และปริมาณการใช้มีขนาดใหญ่ ดังนั้นการพัฒนาไฮโดรเจลในการแพทย์แผนจีนจึงอาจค่อนข้างช้า

1.4 วัสดุและหลักการทดลอง

1.4.1 ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส

ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของเมทิลเซลลูโลสเป็นอีเทอร์ผสมที่สำคัญซึ่งเป็นของโพลีเมอร์ที่ละลายน้ำได้ที่ไม่ใช่ไอออนิก และไม่มีกลิ่น ไม่มีรส และไม่เป็นพิษ

HPMC อุตสาหกรรมอยู่ในรูปของผงสีขาวหรือเส้นใยหลวมสีขาว และสารละลายที่เป็นน้ำมีกิจกรรมพื้นผิว มีความโปร่งใสสูงและมีเสถียรภาพ เนื่องจาก HPMC มีคุณสมบัติเป็นเจลความร้อน สารละลายในน้ำของผลิตภัณฑ์จึงถูกให้ความร้อนเพื่อสร้างเจลและตกตะกอน จากนั้นจะละลายหลังจากเย็นตัวลง และอุณหภูมิการเกิดเจลตามข้อกำหนดเฉพาะที่แตกต่างกันของผลิตภัณฑ์จึงแตกต่างกัน คุณสมบัติของข้อกำหนดเฉพาะที่แตกต่างกันของ HPMC ก็แตกต่างกันเช่นกัน ความสามารถในการละลายจะเปลี่ยนไปตามความหนืดและไม่ได้รับผลกระทบจากค่า pH ยิ่งความหนืดต่ำ ความสามารถในการละลายก็จะยิ่งมากขึ้น เมื่อปริมาณของกลุ่มเมทอกซิลลดลง จุดเจลของ HPMC จะเพิ่มขึ้น ความสามารถในการละลายน้ำลดลง และกิจกรรมพื้นผิวลดลง ในอุตสาหกรรมชีวการแพทย์ ส่วนใหญ่จะใช้เป็นวัสดุโพลีเมอร์ควบคุมอัตราสำหรับวัสดุเคลือบ วัสดุฟิล์ม และสารเตรียมที่มีการปลดปล่อยอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นสารทำให้คงตัว สารแขวนลอย กาวยาเม็ด และเพิ่มความหนืดได้อีกด้วย

1.4.2 หลักการ

โดยใช้วิธีการโพลีเมอไรเซชันแบบแขวนลอยแบบย้อนกลับ โดยใช้ Tween-20, Span-60 สารประกอบช่วยกระจายตัว และ Tween-20 เป็นสารช่วยกระจายตัวแยกกัน กำหนดค่า HLB (สารลดแรงตึงผิวเป็นแอมฟิฟิลที่มีกลุ่มที่ชอบน้ำและกลุ่มไลโปฟิลิกโมเลกุล ปริมาณของขนาดและแรง ความสมดุลระหว่างกลุ่มที่ชอบน้ำและกลุ่มไลโปฟิลิกในโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวถูกกำหนดให้เป็นช่วงโดยประมาณของค่าสมดุลของสารลดแรงตึงผิวที่ชอบน้ำและไลโปฟิลิก ไซโคลเฮกเซนถูกใช้เป็นเฟสของน้ำมัน ไซโคลเฮกเซนสามารถกระจายสารละลายโมโนเมอร์ได้ดีขึ้นและกระจายความร้อนที่เกิดขึ้น ในการทดลองอย่างต่อเนื่อง ปริมาณคือ 1-5 เท่าของสารละลายโมโนเมอร์ที่มีความเข้มข้น 99% ของซัลโฟนไดไวนิล มวลเซลลูโลสแห้งเพื่อให้โมเลกุลเชิงเส้นหลายตัวถูกเชื่อมติดกันและเชื่อมโยงข้ามกันเป็นโครงสร้างเครือข่าย

การกวนมีความสำคัญมากในการทดลองนี้ และโดยทั่วไปความเร็วจะถูกควบคุมที่เกียร์สามหรือสี่ เนื่องจากขนาดของความเร็วในการหมุนส่งผลโดยตรงต่อขนาดของไมโครสเฟียร์ เมื่อความเร็วในการหมุนมากกว่า 980r/min จะเกิดปรากฏการณ์การเกาะผนังอย่างรุนแรง ซึ่งจะช่วยลดผลผลิตของผลิตภัณฑ์ได้อย่างมาก สารเชื่อมโยงข้ามมีแนวโน้มที่จะผลิตเจลจำนวนมาก และไม่สามารถรับผลิตภัณฑ์ทรงกลมได้

2. เครื่องมือและวิธีการทดลอง

2.1 เครื่องมือทดลอง

เครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์, เครื่องกวนไฟฟ้าแบบมัลติฟังก์ชั่น, กล้องจุลทรรศน์โพลาไรซ์, เครื่องวิเคราะห์ขนาดอนุภาค Malvern

ในการเตรียมเซลลูโลสไฮโดรเจลไมโครสเฟียร์ สารเคมีหลักที่ใช้ ได้แก่ ไซโคลเฮกเซน, Tween-20, Span-60, ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส, ไดไวนิลซัลโฟน, โซเดียมไฮดรอกไซด์, น้ำกลั่น ซึ่งทั้งหมดนี้ใช้โมโนเมอร์และสารเติมแต่งโดยตรงโดยไม่ต้องบำบัด

2.2 ขั้นตอนการเตรียมเซลลูโลสไฮโดรเจลไมโครสเฟียร์

2.2.1 ใช้ Tween 20 เป็นสารช่วยกระจายตัว

การละลายของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส ชั่งน้ำหนักโซเดียมไฮดรอกไซด์ 2 กรัมอย่างแม่นยำ และเตรียมสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ 2% ด้วยขวดปริมาตรขนาด 100 มล. นำสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่เตรียมไว้ 80 มล. แล้วตั้งความร้อนในอ่างน้ำให้มีความเข้มข้นประมาณ 50 มล°C ชั่งน้ำหนักเซลลูโลส 0.2 กรัม แล้วเติมลงในสารละลายอัลคาไลน์ คนด้วยแท่งแก้ว แล้วนำไปแช่ในน้ำเย็นเพื่อแช่น้ำแข็ง และใช้เป็นระยะของน้ำหลังจากทำให้สารละลายกระจ่างแล้ว ใช้กระบอกตวงเพื่อตวงไซโคลเฮกเซน (เฟสน้ำมัน) 120 มล. ลงในขวดแบบสามคอ ฉีด Tween-20 5 มล. ลงในเฟสน้ำมันด้วยกระบอกฉีดยา และคนให้เข้ากันที่ 700r/นาทีเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมง ใช้เวลาครึ่งหนึ่งของเฟสน้ำที่เตรียมไว้แล้วเติมลงในขวดสามคอแล้วคนเป็นเวลาสามชั่วโมง ความเข้มข้นของ divinyl sulfone คือ 99% เจือจางเป็น 1% ด้วยน้ำกลั่น ใช้ปิเปตเพื่อเติม DVS 0.5 มล. ลงในขวดวัดปริมาตรขนาด 50 มล. เพื่อเตรียม DVS 1% โดย DVS 1 มล. เทียบเท่ากับ 0.01 ก. ใช้ปิเปตเพื่อเท 1 มล. ลงในขวดสามคอ ผัดที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลา 22 ชั่วโมง

2.2.2 ใช้ span60 และ Tween-20 เป็นสารช่วยกระจายตัว

อีกครึ่งหนึ่งของระยะน้ำที่เพิ่งเตรียมไว้ ชั่งน้ำหนัก 0.01gspan60 แล้วเติมลงในหลอดทดลอง ให้ความร้อนในอ่างน้ำที่มีอุณหภูมิ 65 องศาจนกระทั่งละลาย จากนั้นหยดไซโคลเฮกเซน 2-3 หยดลงในอ่างน้ำด้วยหยดยาง แล้วให้ความร้อนจนกระทั่งสารละลายเปลี่ยนเป็นสีขาวขุ่น เติมลงในขวดแบบสามคอ จากนั้นเติมไซโคลเฮกเซน 120 มล. ล้างหลอดทดลองด้วยไซโคลเฮกเซนหลาย ๆ ครั้ง ให้ความร้อนเป็นเวลา 5 นาที ทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง และเติม Tween-20 0.5 มล. หลังจากกวนเป็นเวลาสามชั่วโมง DVS ที่เจือจาง 1 มิลลิลิตรถูกเติม ผัดที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลา 22 ชั่วโมง

2.2.3 ผลการทดลอง

ตัวอย่างที่กวนแล้วจุ่มลงในแท่งแก้วและละลายในเอธานอลสัมบูรณ์ 50 มล. และวัดขนาดอนุภาคโดยใช้เครื่องคัดขนาดอนุภาค Malvern การใช้ Tween-20 เป็นไมโครอิมัลชันสารช่วยกระจายตัวจะหนาขึ้น และขนาดอนุภาคที่วัดได้ 87.1% คือ 455.2d.nm และขนาดอนุภาค 12.9% คือ 5026d.nm ไมโครอิมัลชันของสารช่วยกระจายตัวแบบผสม Tween-20 และ Span-60 มีความคล้ายคลึงกับนม โดยมีขนาดอนุภาค 81.7% ที่ 5421d.nm และขนาดอนุภาค 18.3% ที่ 180.1d.nm

3. การอภิปรายผลการทดลอง

สำหรับอิมัลซิไฟเออร์สำหรับการเตรียมไมโครอิมัลชันผกผัน มักจะดีกว่าถ้าใช้สารประกอบของสารลดแรงตึงผิวที่ชอบน้ำและสารลดแรงตึงผิวที่เป็นไลโปฟิลิก เนื่องจากความสามารถในการละลายของสารลดแรงตึงผิวเดี่ยวในระบบต่ำ หลังจากที่ทั้งสองถูกประกอบเข้าด้วยกัน หมู่ที่ชอบน้ำและหมู่ที่ชอบไขมันของกันและกันจะร่วมมือกันเพื่อให้เกิดผลในการละลาย ค่า HLB ยังเป็นดัชนีที่ใช้กันทั่วไปในการเลือกอิมัลซิไฟเออร์ ด้วยการปรับค่า HLB อัตราส่วนของอิมัลซิไฟเออร์ผสมสององค์ประกอบจึงสามารถปรับให้เหมาะสม และสามารถเตรียมไมโครสเฟียร์ที่สม่ำเสมอมากขึ้นได้ ในการทดลองนี้ Span-60 ที่ชอบไลโปฟิลอย่างอ่อน (HLB=4.7) และ Tween-20 ที่ชอบน้ำ (HLB=16.7) ถูกใช้เป็นสารช่วยกระจายตัว และ Span-20 ถูกใช้เพียงลำพังเป็นสารช่วยกระจายตัว จากผลการทดลองจะเห็นได้ว่าสารประกอบ The effect ดีกว่าสารช่วยกระจายตัวตัวเดียว ไมโครอิมัลชันของสารช่วยกระจายตัวของสารประกอบค่อนข้างสม่ำเสมอและมีความสม่ำเสมอคล้ายนม ไมโครอิมัลชันที่ใช้สารช่วยกระจายตัวเดี่ยวมีความหนืดและอนุภาคสีขาวสูงเกินไป พีคเล็กๆ ปรากฏใต้สารช่วยกระจายตัวของสารประกอบ Tween-20 และ Span-60 สาเหตุที่เป็นไปได้คือแรงตึงผิวระหว่างระบบผสมของ Span-60 และ Tween-20 อยู่ในระดับสูง และตัวช่วยกระจายตัวเองก็ถูกสลายตัวภายใต้การกวนที่มีความเข้มสูงจนก่อตัวเป็นอนุภาคละเอียดจะส่งผลต่อผลการทดลอง ข้อเสียของสารช่วยกระจายตัว Tween-20 คือมีสายโซ่โพลีออกซีเอทิลีนจำนวนมาก (n=20 หรือประมาณนั้น) ซึ่งทำให้สิ่งกีดขวางระหว่างโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวมีขนาดใหญ่ขึ้น และยากที่จะมีความหนาแน่นที่ส่วนต่อประสาน เมื่อพิจารณาจากการรวมกันของแผนภาพขนาดอนุภาค อนุภาคสีขาวภายในอาจเป็นเซลลูโลสที่ไม่กระจายตัว ดังนั้น ผลลัพธ์ของการทดลองนี้ชี้ให้เห็นว่าผลของการใช้สารช่วยกระจายตัวของสารประกอบจะดีกว่า และการทดลองสามารถลดปริมาณของ Tween-20 ลงได้อีก เพื่อทำให้ไมโครสเฟียร์ที่เตรียมไว้มีความสม่ำเสมอมากขึ้น

นอกจากนี้ ควรลดข้อผิดพลาดบางประการในกระบวนการดำเนินการทดลองให้เหลือน้อยที่สุด เช่น การเตรียมโซเดียมไฮดรอกไซด์ในกระบวนการละลายของ HPMC การเจือจางของ DVS เป็นต้น ควรมีการกำหนดมาตรฐานให้มากที่สุดเพื่อลดข้อผิดพลาดในการทดลอง สิ่งที่สำคัญที่สุดคือปริมาณของสารช่วยกระจายตัว ความเร็วและความเข้มข้นของการกวน และปริมาณของสารเชื่อมโยงข้าม เมื่อมีการควบคุมอย่างเหมาะสมเท่านั้นจึงจะสามารถเตรียมไฮโดรเจลไมโครสเฟียร์ที่มีการกระจายตัวที่ดีและขนาดอนุภาคสม่ำเสมอได้