Điều chế kính hiển vi Hydrogel từ Hydroxypropyl Methyl Cellulose

Thí nghiệm này áp dụng phương pháp trùng hợp huyền phù pha ngược, sử dụng hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) làm nguyên liệu thô, dung dịch natri hydroxit làm pha nước, cyclohexane làm pha dầu và divinyl sulfone (DVS) làm Hỗn hợp liên kết ngang của Tween- 20 và Span-60 làm chất phân tán, khuấy ở tốc độ 400-900r/phút để tạo ra các vi cầu hydrogel.

Từ khóa: hydroxypropyl methylcellulose; hydrogel; vi cầu; chất phân tán

1.Tổng quan

1.1 Định nghĩa hydrogel

Hydrogel (Hydrogel) là một loại polymer phân tử cao có chứa một lượng lớn nước trong cấu trúc mạng và không hòa tan trong nước. Một phần nhóm kỵ nước và các gốc ưa nước được đưa vào polyme tan trong nước có cấu trúc liên kết ngang, còn các gốc ưa nước liên kết với các phân tử nước, liên kết các phân tử nước bên trong mạng lưới, trong khi các gốc kỵ nước trương nở với nước tạo thành hình chữ thập. - các polyme liên kết. Thạch và kính áp tròng trong cuộc sống hàng ngày đều là sản phẩm hydrogel. Theo kích thước và hình dạng của hydrogel, nó có thể được chia thành gel vĩ mô và gel vi mô (vi cầu), và loại trước có thể được chia thành dạng cột, bọt xốp, dạng sợi, màng, hình cầu, v.v. có độ mềm, đàn hồi tốt, khả năng chứa chất lỏng và tương thích sinh học tốt, được sử dụng trong nghiên cứu thuốc bẫy.

1.2 Ý nghĩa của việc lựa chọn đề tài

Trong những năm gần đây, để đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường, vật liệu polymer hydrogel dần thu hút được sự quan tâm rộng rãi nhờ đặc tính ưa nước và tương thích sinh học tốt. Các vi cầu hydrogel được điều chế từ hydroxypropyl methylcellulose làm nguyên liệu thô trong thí nghiệm này. Hydroxypropyl methylcellulose là một ete cellulose không ion, bột màu trắng, không mùi và không vị, có các đặc tính không thể thay thế của các vật liệu polymer tổng hợp khác nên có giá trị nghiên cứu cao trong lĩnh vực polymer.

1.3 Tình hình phát triển trong và ngoài nước

Hydrogel là dạng bào chế dược phẩm đã thu hút được nhiều sự quan tâm trong cộng đồng y tế quốc tế trong những năm gần đây và có tốc độ phát triển nhanh chóng. Kể từ khi Wichterle và Lim công bố công trình tiên phong của họ về hydrogel liên kết ngang Hema vào năm 1960, việc nghiên cứu và khám phá hydrogel đã tiếp tục đi sâu. Vào giữa những năm 1970, Tanaka phát hiện ra hydrogel nhạy cảm với pH khi đo tỷ lệ trương nở của gel acrylamide lâu năm, đánh dấu một bước tiến mới trong nghiên cứu hydrogel. đất nước tôi đang trong giai đoạn phát triển hydrogel. Do quá trình bào chế rộng rãi của y học cổ truyền Trung Quốc và các thành phần phức tạp, rất khó để chiết xuất một sản phẩm nguyên chất duy nhất khi nhiều thành phần phối hợp với nhau và liều lượng lớn, do đó sự phát triển của hydrogel y học Trung Quốc có thể tương đối chậm.

1.4 Vật liệu và nguyên lý thí nghiệm

1.4.1 Hydroxypropyl metyl xenluloza

Hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC), một dẫn xuất của methyl cellulose, là một ete hỗn hợp quan trọng, thuộc về các polyme hòa tan trong nước không ion, không mùi, không vị và không độc hại.

HPMC công nghiệp ở dạng bột trắng hoặc sợi rời màu trắng, dung dịch nước có hoạt tính bề mặt, độ trong suốt cao và hiệu suất ổn định. Do HPMC có đặc tính tạo gel nhiệt nên dung dịch nước của sản phẩm được đun nóng để tạo thành gel và kết tủa, sau đó hòa tan sau khi làm mát, và nhiệt độ tạo gel của các thông số kỹ thuật khác nhau của sản phẩm là khác nhau. Các đặc tính của thông số kỹ thuật khác nhau của HPMC cũng khác nhau. Độ hòa tan thay đổi theo độ nhớt và không bị ảnh hưởng bởi giá trị pH. Độ nhớt càng thấp thì độ hòa tan càng lớn. Khi hàm lượng nhóm methoxyl giảm, điểm gel của HPMC tăng, độ hòa tan trong nước giảm và hoạt động bề mặt giảm. Trong ngành y sinh, nó chủ yếu được sử dụng làm vật liệu polymer kiểm soát tốc độ cho vật liệu phủ, vật liệu màng và chế phẩm giải phóng bền vững. Nó cũng có thể được sử dụng làm chất ổn định, chất tạo huyền phù, chất kết dính dạng viên và chất tăng cường độ nhớt.

1.4.2 Nguyên tắc

Sử dụng phương pháp trùng hợp huyền phù pha ngược, sử dụng chất phân tán hỗn hợp Tween-20, Span-60 và Tween-20 làm chất phân tán riêng biệt, xác định giá trị HLB (chất hoạt động bề mặt là chất lưỡng tính có nhóm ưa nước và nhóm ưa mỡ Phân tử, lượng kích thước và lực sự cân bằng giữa nhóm ưa nước và nhóm lipophilic trong phân tử chất hoạt động bề mặt được định nghĩa là phạm vi gần đúng của giá trị cân bằng ưa nước-lipophilic của chất hoạt động bề mặt. Cyclohexane được sử dụng làm pha dầu. Cyclohexane có thể phân tán dung dịch monome tốt hơn và tản nhiệt sinh ra. trong thí nghiệm liên tục. Liều lượng gấp 1-5 lần so với dung dịch nước monome. Với nồng độ 99% divinyl sulfone làm tác nhân liên kết ngang và lượng tác nhân liên kết ngang được kiểm soát ở mức khoảng 10%. khối cellulose khô, sao cho nhiều phân tử tuyến tính liên kết với nhau và liên kết chéo thành một cấu trúc mạng. Một chất liên kết cộng hóa trị hoặc tạo điều kiện cho sự hình thành liên kết ion giữa các chuỗi phân tử polymer.

Khuấy là rất quan trọng đối với thí nghiệm này và tốc độ thường được kiểm soát ở bánh răng thứ ba hoặc thứ tư. Bởi vì kích thước của tốc độ quay ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước của các vi cầu. Khi tốc độ quay lớn hơn 980 vòng/phút sẽ xảy ra hiện tượng dính tường nghiêm trọng, năng suất sản phẩm sẽ giảm đáng kể; Tác nhân liên kết ngang có xu hướng tạo ra gel số lượng lớn và không thể thu được các sản phẩm hình cầu.

2. Dụng cụ và phương pháp thí nghiệm

2.1 Dụng cụ thí nghiệm

Cân điện tử, máy khuấy điện đa năng, kính hiển vi phân cực, máy phân tích kích thước hạt Malvern.

Để điều chế vi cầu cellulose hydrogel, các hóa chất chính được sử dụng là cyclohexane, Tween-20, Span-60, hydroxypropyl methylcellulose, divinyl sulfone, natri hydroxit, nước cất, tất cả đều là Monome và phụ gia được sử dụng trực tiếp mà không qua xử lý.

2.2 Các bước chế tạo vi cầu cellulose hydrogel

2.2.1 Sử dụng Tween 20 làm chất phân tán

Hòa tan hydroxypropylmethylcellulose. Cân chính xác 2 g natri hydroxit và chuẩn bị dung dịch natri hydroxit 2% bằng bình định mức 100 ml. Lấy 80ml dung dịch natri hydroxit đã chuẩn bị và đun nóng trong nồi cách thủy đến khoảng 50°C, cân 0,2g xenluloza cho vào dung dịch kiềm, dùng đũa thủy tinh khuấy đều, cho vào nước lạnh cho vào thau nước đá, dùng làm pha nước sau khi dung dịch trong. Dùng bình chia độ đo 120ml cyclohexane (pha dầu) cho vào bình ba cổ, dùng ống tiêm hút 5ml Tween-20 vào pha dầu, khuấy đều với tốc độ 700 vòng/phút trong một giờ. Lấy một nửa pha nước đã chuẩn bị cho vào bình ba cổ và khuấy trong ba giờ. Nồng độ divinyl sulfone là 99%, pha loãng đến 1% bằng nước cất. Dùng pipet lấy 0,5ml DVS cho vào bình định mức 50ml pha chế 1% DVS, 1ml DVS tương đương 0,01g. Dùng pipet lấy 1ml cho vào bình ba cổ. Khuấy ở nhiệt độ phòng trong 22 giờ.

2.2.2 Sử dụng span60 và Tween-20 làm chất phân tán

Nửa pha nước còn lại vừa chuẩn bị xong. Cân 0,01gspan60 cho vào ống nghiệm, đun nóng trong nồi cách thủy 65 độ cho đến khi tan chảy, sau đó nhỏ vài giọt cyclohexane vào nồi cách thủy bằng ống nhỏ giọt cao su và đun nóng cho đến khi dung dịch chuyển sang màu trắng sữa. Cho vào bình ba cổ, sau đó thêm 120ml cyclohexane, rửa ống nghiệm bằng cyclohexane nhiều lần, đun nóng trong 5 phút, làm nguội đến nhiệt độ phòng và thêm 0,5ml Tween-20. Sau khi khuấy trong ba giờ, thêm 1ml DVS pha loãng. Khuấy ở nhiệt độ phòng trong 22 giờ.

2.2.3 Kết quả thực nghiệm

Mẫu đã khuấy được nhúng vào đũa thủy tinh và hòa tan trong 50ml etanol tuyệt đối và đo kích thước hạt bằng máy phân cỡ hạt Malvern. Sử dụng Tween-20 làm vi nhũ tương phân tán sẽ dày hơn và kích thước hạt đo được là 87,1% là 455,2d.nm và kích thước hạt 12,9% là 5026d.nm. Vi nhũ tương của chất phân tán hỗn hợp Tween-20 và Span-60 tương tự như sữa, với 81,7% cỡ hạt 5421d.nm và 18,3% cỡ hạt 180,1d.nm.

3. Thảo luận kết quả thực nghiệm

Đối với chất nhũ hóa để chuẩn bị vi nhũ tương nghịch, thường tốt hơn là sử dụng hợp chất của chất hoạt động bề mặt ưa nước và chất hoạt động bề mặt ưa mỡ. Điều này là do độ hòa tan của một chất hoạt động bề mặt trong hệ thống thấp. Sau khi cả hai được kết hợp, các nhóm ưa nước và nhóm ưa mỡ của nhau hợp tác với nhau để có tác dụng hòa tan. Giá trị HLB cũng là chỉ số thường được sử dụng khi lựa chọn chất nhũ hóa. Bằng cách điều chỉnh giá trị HLB, tỷ lệ của chất nhũ hóa hợp chất hai thành phần có thể được tối ưu hóa và có thể tạo ra các vi cầu đồng nhất hơn. Trong thí nghiệm này, Span-60 ưa mỡ yếu (HLB=4,7) và Tween-20 ưa nước (HLB=16,7) được sử dụng làm chất phân tán và Span-20 được sử dụng riêng làm chất phân tán. Từ kết quả thực nghiệm có thể thấy rằng hợp chất có tác dụng tốt hơn so với chất phân tán đơn lẻ. Vi nhũ tương của chất phân tán hợp chất tương đối đồng nhất và có độ đặc giống như sữa; vi nhũ tương sử dụng một chất phân tán duy nhất có độ nhớt quá cao và có các hạt màu trắng. Đỉnh nhỏ xuất hiện dưới chất phân tán hỗn hợp Tween-20 và Span-60. Nguyên nhân có thể là do độ căng bề mặt của hệ hợp chất Span-60 và Tween-20 cao, bản thân chất phân tán bị phá vỡ khi khuấy ở cường độ cao tạo thành các hạt mịn sẽ ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm. Nhược điểm của chất phân tán Tween-20 là nó có số lượng lớn chuỗi polyoxyethylene (n = 20 hoặc hơn), khiến cho trở ngại không gian giữa các phân tử chất hoạt động bề mặt lớn hơn và khó có mật độ dày đặc ở bề mặt phân cách. Đánh giá từ sự kết hợp của biểu đồ kích thước hạt, các hạt màu trắng bên trong có thể là cellulose không phân tán. Do đó, kết quả của thí nghiệm này cho thấy hiệu quả của việc sử dụng chất phân tán hợp chất là tốt hơn và thí nghiệm có thể giảm thêm lượng Tween-20 để làm cho các vi cầu được chuẩn bị đồng đều hơn.

Ngoài ra, cần giảm thiểu một số sai sót trong quá trình vận hành thử nghiệm, chẳng hạn như việc chuẩn bị natri hydroxit trong quá trình hòa tan HPMC, độ pha loãng DVS, v.v., cần được chuẩn hóa càng nhiều càng tốt để giảm sai số thử nghiệm. Điều quan trọng nhất là lượng chất phân tán, tốc độ và cường độ khuấy cũng như lượng chất liên kết ngang. Chỉ khi được kiểm soát hợp lý mới có thể tạo ra các vi cầu hydrogel có độ phân tán tốt và kích thước hạt đồng đều.