Приготування гідрогелевих мікросфер з гідроксипропілметилцелюлози

У цьому експерименті використовується метод суспензійної полімеризації з оберненою фазою з використанням гідроксипропілметилцелюлози (HPMC) як сировини, розчину гідроксиду натрію як водної фази, циклогексану як масляної фази та дивінілсульфону (DVS) як зшиваючої суміші Tween- 20 і Span-60 як диспергатор, перемішуючи зі швидкістю 400-900 об/хв для отримання гідрогелевих мікросфер.

Ключові слова: гідроксипропілметилцелюлоза; гідрогель; мікросфери; диспергатор

1.Огляд

1.1 Визначення гідрогелю

Гідрогель (Hydrogel) - це різновид високомолекулярного полімеру, який містить велику кількість води в мережевій структурі та нерозчинний у воді. Частина гідрофобних груп і гідрофільних залишків вводяться у водорозчинний полімер із мережевою зшитою структурою, а гідрофільні залишки зв’язуються з молекулами води, зв’язуючи молекули води всередині мережі, тоді як гідрофобні залишки набухають у воді, утворюючи перехресну структуру. -зв'язані полімери. Желе та контактні лінзи в повсякденному житті – це все гідрогелеві продукти. За розміром і формою гідрогель можна розділити на макроскопічний гель і мікроскопічний гель (мікросферу), а перший можна розділити на стовпчастий, пористу губку, волокнистий, мембранний, сферичний і т. д. В даний час підготовлені мікросфери і нанорозмірні мікросфери мають хорошу м'якість, еластичність, здатність до зберігання рідини та біосумісність, і використовуються в дослідженні захоплених наркотиків.

1.2 Значення вибору теми

В останні роки, щоб відповідати вимогам охорони навколишнього середовища, полімерні гідрогелеві матеріали поступово привертають широку увагу через їх хороші гідрофільні властивості та біосумісність. Гідрогелеві мікросфери були виготовлені з гідроксипропілметилцелюлози як сировини в цьому експерименті. Гідроксипропілметилцелюлоза - це неіонний ефір целюлози, білий порошок, без запаху та смаку, який має незамінні характеристики інших синтетичних полімерних матеріалів, тому має високу дослідницьку цінність у полімерній галузі.

1.3 Стан розвитку вдома та за кордоном

Гідрогель – це лікарська форма, яка останніми роками привернула велику увагу міжнародної медичної спільноти та швидко розвивається. Відтоді, як Віхтерле та Лім опублікували свою піонерську роботу про зшиті гідрогелі HEMA у 1960 році, дослідження та дослідження гідрогелів продовжували поглиблюватися. У середині 1970-х років Танака виявив рН-чутливі гідрогелі під час вимірювання коефіцієнта набухання старих акриламідних гелів, позначивши новий крок у вивченні гідрогелів. моя країна перебуває на стадії розвитку гідрогелю. Через інтенсивний процес підготовки традиційної китайської медицини та складні компоненти важко витягти єдиний чистий продукт, коли кілька компонентів працюють разом, і дозування є великим, тому розробка гідрогелю китайської медицини може бути відносно повільною.

1.4 Експериментальні матеріали та принципи

1.4.1 Гідроксипропілметилцелюлоза

Гідроксипропілметилцелюлоза (HPMC), похідна метилцелюлози, є важливим змішаним ефіром, який належить до неіонних водорозчинних полімерів і не має запаху, смаку та нетоксичний.

Промисловий HPMC має форму білого порошку або білого пухкого волокна, а його водний розчин має поверхневу активність, високу прозорість і стабільну продуктивність. Оскільки HPMC має властивість термічного гелеутворення, водний розчин продукту нагрівається для утворення гелю та випадає в осад, а потім розчиняється після охолодження, а температура гелеутворення для різних специфікацій продукту різна. Властивості різних специфікацій HPMC також відрізняються. Розчинність змінюється залежно від в’язкості і на неї не впливає значення рН. Чим нижча в'язкість, тим більша розчинність. Зі зменшенням вмісту метоксильної групи температура гелю HPMC зростає, розчинність у воді зменшується, а поверхнева активність зменшується. У біомедичній промисловості він в основному використовується як полімерний матеріал, що контролює швидкість, для покриттів, плівкових матеріалів і препаратів із уповільненим вивільненням. Його також можна використовувати як стабілізатор, суспендуючий агент, клей для таблеток і підсилювач в'язкості.

1.4.2 Принцип

Використовуючи метод суспензійної полімеризації з оберненою фазою, використовуючи Tween-20, складний диспергатор Span-60 і Tween-20 як окремі диспергатори, визначте значення ГЛБ (поверхнево-активна речовина є амфіфілом з гідрофільною групою та ліпофільною групою. Молекула, розмір і сила баланс між гідрофільною групою та ліпофільною групою в молекулі поверхнево-активної речовини визначається як приблизний діапазон значення гідрофільно-ліпофільного балансу поверхнево-активної речовини в експерименті в 1-5 разів більше, ніж у водному розчині мономеру, з концентрацією 99% зшиваючого агента, а кількість зшиваючого агента контролюється на рівні приблизно 10%. маса сухої целюлози, так що численні лінійні молекули зв’язані одна з одною та з’єднані в мережеву структуру. Речовина, яка ковалентно зв’язується або сприяє утворенню іонного зв’язку між полімерними молекулярними ланцюгами.

Перемішування є дуже важливим для цього експерименту, і швидкість, як правило, контролюється на третій або четвертій передачі. Оскільки величина швидкості обертання безпосередньо впливає на розмір мікросфер. Коли швидкість обертання перевищує 980 об/хв, виникне серйозне явище прилипання до стінки, що значно зменшить вихід продукту; Зшиваючий агент має тенденцію утворювати об'ємні гелі, і сферичні продукти не можуть бути отримані.

2. Експериментальна апаратура та методи

2.1 Експериментальні прилади

Електронні ваги, багатофункціональна електрична мішалка, поляризаційний мікроскоп, аналізатор розміру часток Malvern.

Для приготування целюлозних гідрогелевих мікросфер основними хімікатами, що використовуються, є циклогексан, Твін-20, Спан-60, гідроксипропілметилцелюлоза, дивінілсульфон, гідроксид натрію, дистильована вода, усі з яких мономери та добавки використовуються безпосередньо без обробки.

2.2 Етапи приготування целюлозних гідрогелевих мікросфер

2.2.1 Використання Tween 20 як диспергатора

Розчинення гідроксипропілметилцелюлози. Точно відважте 2 г натрій гідроксиду та приготуйте 2% розчин натрій гідроксиду за допомогою мірної колби на 100 мл. Візьміть 80 мл готового розчину гідроксиду натрію і нагрійте його на водяній бані приблизно до 50°C, зважте 0,2 г целюлози і додайте її до лужного розчину, перемішайте скляною паличкою, помістіть у холодну воду для крижаної бані та використовуйте як водну фазу після освітлення розчину. За допомогою градуйованого циліндра відміряйте 120 мл циклогексану (масляна фаза) у тригорлу колбу, наберіть 5 мл Твіну-20 у масляну фазу шприцом і перемішуйте зі швидкістю 700 об/хв протягом однієї години. Відбирають половину підготовленої водної фази і додають її в тригорлу колбу і перемішують протягом трьох годин. Концентрація дивінілсульфону становить 99%, розбавляють до 1% дистильованою водою. За допомогою піпетки наберіть 0,5 мл DVS у мірну колбу на 50 мл для приготування 1% DVS, 1 мл DVS еквівалентний 0,01 г. За допомогою піпетки наберіть 1 мл у тригорлу колбу. Перемішують при кімнатній температурі протягом 22 годин.

2.2.2 Використання span60 і Tween-20 як диспергаторів

Інша половина щойно приготовленої водної фази. Зважте 0,01 г спан60 і додайте в пробірку, нагрійте на водяній бані при температурі 65 градусів, поки він не розплавиться, потім гумовою крапельницею капніть у водяну баню кілька крапель циклогексану і нагрівайте, поки розчин не стане молочно-білим. Додайте в тригорлу колбу, потім додайте 120 мл циклогексану, кілька разів промийте пробірку циклогексаном, нагрійте 5 хв, охолодіть до кімнатної температури і додайте 0,5 мл Твіну-20. Після перемішування протягом трьох годин додавали 1 мл розведеного DVS. Перемішують при кімнатній температурі протягом 22 годин.

2.2.3 Результати експерименту

Перемішаний зразок занурювали в скляну паличку і розчиняли в 50 мл абсолютного етанолу, а розмір частинок вимірювали за допомогою розмірника Malvern. Використання Tween-20 як диспергуючого мікроемульсії є густішим, і виміряний розмір частинок 87,1% становить 455,2 d.nm, а розмір частинок 12,9% становить 5026 d.nm. Мікроемульсія змішаного диспергатора Tween-20 і Span-60 подібна до мікроемульсії молока, з 81,7% розміром частинок 5421d.nm і 18,3% розміром частинок 180,1d.nm.

3. Обговорення результатів експерименту

Для емульгатора для приготування зворотної мікроемульсії часто краще використовувати з'єднання гідрофільного поверхнево-активної речовини та ліпофільного поверхнево-активної речовини. Це пов’язано з тим, що розчинність однієї поверхнево-активної речовини в системі низька. Після з'єднання двох гідрофільних і ліпофільних груп одна одної взаємодіють одна з одною, щоб мати ефект розчинення. Значення ГЛБ також є часто використовуваним показником при виборі емульгаторів. Регулюючи значення ГЛБ, можна оптимізувати співвідношення двокомпонентного складного емульгатора та отримати більш однорідні мікросфери. У цьому експерименті слаболіпофільний Span-60 (HLB=4,7) і гідрофільний Tween-20 (HLB=16,7) використовували як диспергатор, а Span-20 використовували окремо як диспергатор. З результатів експерименту можна побачити, що ефект сполуки кращий, ніж один диспергатор. Мікроемульсія складного диспергатора є відносно однорідною і має молочну консистенцію; мікроемульсія з використанням одного диспергатора має занадто високу в'язкість і білі частинки. Невеликий пік з’являється під складним диспергатором Tween-20 і Span-60. Можлива причина полягає в тому, що міжфазний натяг складної системи Span-60 і Tween-20 є високим, а сам диспергатор розпадається під час високоінтенсивного перемішування з утворенням дрібних частинок, які впливатимуть на результати експерименту. Недоліком диспергатора Tween-20 є те, що він має велику кількість поліоксиетиленових ланцюгів (n=20 або близько того), що робить стеричну перешкоду між молекулами поверхнево-активної речовини більшою, і важко бути щільним на межі розділу. Судячи з комбінації діаграм розміру частинок, білі частинки всередині можуть бути недисперсною целюлозою. Таким чином, результати цього експерименту припускають, що ефект від використання складного диспергатора є кращим, і експеримент може додатково зменшити кількість Tween-20, щоб зробити підготовлені мікросфери більш однорідними.

Крім того, слід звести до мінімуму деякі помилки в процесі експериментальної роботи, такі як приготування гідроксиду натрію в процесі розчинення HPMC, розведення DVS тощо, слід максимально стандартизувати, щоб зменшити експериментальні помилки. Найважливішими є кількість диспергатора, швидкість та інтенсивність перемішування, а також кількість зшиваючого агента. Тільки за належного контролю можна отримати гідрогелеві мікросфери з хорошою дисперсністю та однорідним розміром частинок.