壳聚糖-聚丙烯酸磁性微球的制备

壳聚糖-聚丙烯酸磁性微球的制备

冼远芳;胡一铭;范英花

【摘 要】目的 研究壳聚糖-聚丙烯酸磁性微球的制备及吸附性能.方法 在Fe3O4磁流体与分散剂聚乙二醇存在下,壳聚糖与丙烯酸通过戊二醛进行接枝共聚制得表面具有两性基团(-COOH和-NH2)的磁性壳聚搪-聚丙烯酸微球,探讨了聚乙二醇、磁流体、戊二醛交联时间对其制备的影响.结果 20%聚乙二醇量为20 mL,0.2

g·mL-1磁流体为20 mL,25%戊二醛为4 mL、反应交联时间为30 min.合成的磁性微球粒径约为200 nm;磁性微球的饱和磁化强度约为0.5 emu·g-1,磁化率可达2.8×10-4;其对胸腺五肽及鸡卵清蛋白有较好的吸附效果,饱和吸附量分别约460

mg·g-1和550 mg·g-1.结论 制备的壳聚糖-聚丙烯酸磁性微球具有较好的吸附性能及磁化强度.

【期刊名称】《西北药学杂志》

【年(卷),期】2010(025)005

【总页数】3页(P364-366)

【关键词】壳聚糖-聚丙烯酸;磁性微球;胸腺五肤;吸附;磁化率

【作 者】冼远芳;胡一铭;范英花

【作者单位】长春工业大学化工学院制药工程系,吉林,长春,130012;长春工业大学化工学院制药工程系,吉林,长春,130012;长春工业大学化工学院制药工程系,吉林,长春,130012

【正文语种】中 文 【中图分类】R944

纳米微球作为缓释制剂越来越得到人们的重视[1]。壳聚糖具有良好的生物相容性[2-5],将药物和顺磁性或超顺磁性的Fe3O4粒子与壳聚糖组装成磁性纳米控释系统,注入血管后在外加磁场作用下,可携带药物至特定靶部位并受控释放而增强疗效。多肽及蛋白质[6]类药物在治疗癌症等方面疗效显著,但因其在体内的稳定性差,限制了在临床的应用。将其固载在缓释微球上可增强其稳定性,有利于药物最大限度地发挥作用。笔者通过壳聚糖与丙烯酸进行接枝共聚,制备表面具有两性基团(-COOH和-NH2)的磁性壳聚糖-聚丙烯酸微球,对多肽及蛋白质类药物具有较好的吸附、固载性。用扫描电镜对磁性微球进行形态观察。用Faraday相对磁化率法[7]进行磁性能测定。研究了聚乙二醇、磁流体、戊二醛、交联时间对微球磁性能、收率、粒径、药物吸附性能等因素的影响。

1 仪器与材料

1.1 仪器 扫描电镜XL-20(PHILIPS公司);紫外可见分光光度计UV754N(上海精密科学仪器有限公司);超声波振荡器KQ3200(昆山市超声仪器有限公司);气浴恒温振荡器THZ-82(江苏金坛市金城国胜实验仪器厂);电热恒温鼓风干燥箱GZX-9246MB1(上海博迅实业有限公司医疗设备厂);精密PH计PHS-3C(上海精密科学仪器有限公司);数显恒温水浴锅DZF-250(江苏金坛市金城国胜实验仪器厂);数显恒温真空干燥箱DZF-250(上海豫康科教仪器设备有限公司);磁天平DZ3326(南京大展机电技术研究所)。

1.2 材料 壳聚糖(分析纯,北京北化精细化学品有限责任公司);聚乙二醇-4000(上海山浦化工有限公司);胸腺五肽(含量99.5%,中科亚光生物技术有限公司);鸡卵清蛋白(实验室自制);磁流体(实验室制备[8])。

2 实验方法 2.1 壳聚糖-聚丙烯酸的制备[9] 称取0.1 g壳聚糖置于烧杯中,加入50 mL1%的乙酸溶液,磁力搅拌30 min使其溶解完全,脱去气泡;将之与10 mL 20%的丙烯酸溶液、2 mL 0.1 g·L-1的过硫酸钾溶液在单颈烧瓶中混合均匀,在70℃条件下回流反应45 min,低温干燥,除去未反应完的丙烯酸,得到干燥的壳聚糖-聚丙烯酸。

2.2 磁性壳聚糖-聚丙烯酸微球的制备 取一定量磁流体溶液,加入到20%聚乙二醇溶液中,超声分散均匀;移取20 mL壳聚糖-聚丙烯酸悬浮液,在锥形瓶中混合均匀,加入一定量25%的戊二醛,交联一定时间,在8 000 r·min-1条件下离心 10 min,蒸馏水多次洗涤,丙酮洗涤,真空干燥。

2.3 制备工艺优化 经单因素分析,设计了4因素4水平的正交实验,从中得到最佳的制备工艺。因素水平见表1,正交实验方案及结果分析见表2,方差分析见表3。

表1 制备磁性壳聚糖-聚丙烯酸微球的因素水平表水平因素A,20%聚乙二醇/mL

B,0.2 g·m L-1磁流体/m L C,25%戊二醛/mL D,交联时间/min 1 10 5 2 10 2

20 10 4 20 3 30 15 6 30 4 40 20 8 40

表2 正交实验制备磁性壳聚糖-聚丙烯酸微球方案及结果收率=产物质量÷投入质量×100%磁化率用磁天平采用F araday相对磁化率法进行测定。序号 A,20%聚乙二醇B,0.2 g·mL-1磁流体C,25%戊二醛D,交联时间 收率/% 磁化率·105 S 1

1 1 1 1 24.73 19.52 44.25 2 2 27.07 22.85 49.92 3 1 3 3 3 32.80 24.24

57.04 1 2 2 4 4 43.98 25.27 69.25 5 2 1 2 3 25.49 27.97 53.46 1 4 4 6 4

36.98 23.38 60.36 7 2 3 4 1 45.32 22.37 67.69 2 2 1 8 2 53.81 26.11

79.92 9 3 1 3 4 25.75 22.37 48.12 2 4 3 10 3 2 4 3 38.63 24.24 62.87

11 3 3 1 2 41.60 27.98 69.58 12 3 4 2 1 48.74 22.39 71.13 13 4 1

4 2 25.64 22.38 48.02 14 4 2 3 1 39.73 23.38 63.11 15 4 3 2 4

50.62 26.11 76.73 16 4 4 1 3 48.73 24.24 72.97 K1 220.46 193.85

247.16 246.78 K2 261.43 236.26 251.84 247.44 S=收率+磁化率K3 251.70 271.04 248.19 266.34 K=Si+Sj+Sm+Sn K4 260.83 289.55 247.83

254.46 (i,j,m,n为实验号)k1 55.125 48.463 61.790 61.695 k=K/4 k2

65.365 59.065 62.960 61.860 Rj=kmax-kmin k3 62.925 67.760 62.048

66.585 k4 65.208 72.388 61.958 63.615极差Rj 10.24 23.935 1.17 4.725

表3 方差分析注:F0.01(3,2)=99.2;F0.05(3,2)=19.2因素 偏差平方和 自由度 均方(MS) F值 显著性A 9.900 3 3.3 47.826 ＜0.05 B 83.232 3 27.744

402.087 ＜0.01 C 0.207 3 0.069 1 ＞0.05 3.866 3 1.289 18.681 ＞0.05误差 0.207 3 0.069 D

2.4 微球的最佳制备工艺 由表2直观分析可知,4种因素对制备的影响次序为:B＞A＞D＞C。由表3方差分析可知,B(磁流体用量)是关键因素,影响最为显著,A(聚乙二醇)具有显著性影响,C(戊二醛量)和D(交联时间)均无显著性差异。综合表2、表3分析,A2B4C2D3组合最佳,即最佳处方为:20%聚乙二醇为20 mL,0.2 g·mL-1磁流体为20 mL,25%戊二醛为4 mL、反应交联时间为30 min。

蒸馏水与丙酮的洗涤效果及搅拌速度对磁性微球的形貌均匀、微球大小及表面光滑状况有一定的影响。

3 磁性微球对胸腺五肽及鸡卵清蛋白的固载

3.1 磁性微球对胸腺五肽的固载

3.1.1 胸腺五肽标准曲线 称取胸腺五肽固体100 mg,放入100 mL量瓶中,加入少量pH7.4磷酸缓冲液,摇匀、定容,制得 1 g·L-1胸腺五肽溶液。取 6个100 mL量瓶,依次加入4 mL双缩脲试剂,分别移取1 g·L-1胸腺五肽溶液0,2.0,4.0,6.0,8.0和10.0 mL置100 mL量瓶中,用pH7.4磷酸缓冲液定容,摇匀。静置30 min,使用紫外可见分光光度计,在波长540 nm处测吸光度A,以吸光度(A)对质量浓度(C)进行线性回归,得到标准曲线方程A=0.101C-0.001 6(R2=0.997 0),线性范围为0～100 mg·L-1。 3.1.2 磁性壳聚糖-聚丙烯酸微球对胸腺五肽的固载 平行称取20 mg磁性壳聚糖-聚丙烯酸微球6份,分别置于100 mL锥形瓶中,加入18 mLpH7.4磷酸缓冲液,超声分散均匀。分别加入12 mL质量浓度为1 g·L-1的胸腺五肽溶液,置于恒温摇床上,设置摇速为170 r·min-1,温度为37℃,振荡时间分别为1,3,5,7,9和11 h。取出,在8 000 r·min-1条件下分别离心。小心虹吸出清液,移取10 mL清液,放入100

mL量瓶中,加入4 mL双缩脲试剂,用磷酸缓冲液定容,摇匀,放置30 min。在波长540 nm处测吸光度A。计算胸腺五肽含量。绘制胸腺五肽固载量与时间关系图,见图1。

图1 胸腺五肽固载量与时间关系

3.2 磁性微球对鸡卵清蛋白的固载研究

3.2.1 鸡卵清蛋白标准曲线 方法同胸腺五肽测定方法,采用pH4.6磷酸缓冲液,使用紫外可见分光光度计,在波长280 nm测吸光度 A,以吸光度(A)对质量浓度(C)进行线性回归,得到标准曲线方程A=0.140C-0.005 0(R2=0.994 9),线性范围为0～100 mg·L-1

3.2.2 磁性壳聚糖-聚丙烯酸微球对鸡卵清蛋白的固载 平行称取20 mg磁性壳聚糖-聚丙烯酸微球6份,使用pH4.6磷酸缓冲液,下面步骤同胸腺五肽的固载方法。固载量与时间的关系见图2。

图2 鸡卵清蛋白固载量与时间关系

4 微球形貌

见图3。由图3可知,微球的粒径分布在100～200 nm,大部分释药前的微球是完整的球形,小部分微球存在明显的缺陷,谢钢等[10]认为微球存在明显的缺陷与磁性颗粒的团聚及破裂作用有关,由于磁性粒子以微小团聚体的形式存在,在壳聚糖微球交联固化过程中容易发生破裂及团聚,从而导致了微球缺陷的产生。

图3 电镜下微球的形貌图 5 讨论

①磁性壳聚糖-聚丙烯酸微球的饱和磁化强度约为0.5 emu·g-1,磁化率最大值为2.8×10-4,属于顺磁性材料,磁性材料直径较小,在较弱磁场中也可以产生较强的磁性,而外磁场消失后,磁性也会随之消失,不会被永久磁化。

②微球的粒径为200 nm左右,适宜制备成注射剂型。对胸腺五肽及鸡卵清蛋白有较好的吸附效果,饱和吸附量分别约为460 mg·g-1和550 mg·g-1。外加适宜磁场强度的磁场后,能达到导向和定位要求。磁性载体材料无毒、可降解,并在一定时期内排出体外,且整个疗程所用铁量不超过贫血病人常规补铁总量,可用于靶向药物的制备。