海藻酸钙_几丁聚糖微胶囊制备方法的研究.pdf

第 32 卷? 第 24期 2010 年 12 月 武? 汉? 理? 工 ? 大? 学? 学? 报 JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vol. 32? No. 24 ? Dec. 2010 DOI: 10. 3963/ j. issn. 1671?4431. 2010. 24. 011 海藻酸钙?几丁聚糖微胶囊制备方法的研究 李 ? 欣1, 陈立仁2 ( 1. 甘肃联合大学化工学院, 兰州 730000; 2. 中国科学院兰州化学物理研究所, 兰州 730000) 摘? 要: ? 用通常方法制备的海藻酸钙?几丁聚糖微胶囊微粒存在着彼此粘连的问题。为此, 试验了改变几丁聚糖包裹 液的浓度和包裹时间等措施, 效果不佳。对文献方法进行了改进, 通过改变几丁聚糖包裹液的配制组成及制备微胶囊的 操作步骤, 有效地解决了微胶囊微粒彼此粘连的问题, 制备出形状较好、 离散的海藻酸钙?几丁聚糖微胶囊微粒。 关键词: ? 海藻酸钙?几丁聚糖; ? 微胶囊; ? 浓度; ? 包裹; ? 粘连 中图分类号: ? O 636. 1文献标识码: ? A文章编号: 1671?4431(2010)24 ?0042 ?03 Research on the Preparation Method for Alginate?chitosan Microcapsules LI Xin1, CHEN Li?ren2 ( 1. School of Chemical Engineering, Gansu Lianhe University, Lanzhou 730000, China; 2. Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China) Abstract:? Research has concluded that there appears to be a problem in the process of formulating alginate ?chitosan micro? capsules in the normal method due to the fact that the adhesion between microcapsules exists. Therefore, this paper intends to proffer other solutions to this problem, such as changing the concentration of the solution of chitosan and the length of the time of coating. In trying to solve this problem the result was not satisfactory. This paper aims to improve the recorded method for formulating alginate ?chitosan microcapsules, reports a new method for formulating alginate ?chitosan microcapsules by changing the component of the solution of chitosan, and also gives new suggestions for the operating steps of formulating alginate ?chitosan microcapsules, which solves the problem of adhesion between microcapsules efficiently, and formulates chemically satisfactory alginate ?chitosan microcapsules. Key words:? alginate ?chitosan; ? microcapsules; ? concentration; ? coating; ? adhesion 收稿日期: 2010?06?22. 基金项目: 甘肃省教育厅高校科研项目( 0613B ?04). 作者简介: 李? 欣( 1956?) , 女, 教授. E?mail: lixin523388 sina. com 几丁聚糖是一种多功能对环境友好的现代材料, 无毒, 化学稳定性好。用几丁聚糖包裹海藻酸钙芯粒子 制成的微胶囊广泛应用于许多领域, 如药物和农业 1、 细胞移植的免疫容器 2,3、 固定化酶 4,5和药物释放 体系 6。因此, 用几丁聚糖溶液制备微胶囊具有重要的应用意义。制备海藻酸钙?几丁聚糖微胶囊通常是将 制得的海藻酸钙芯粒子悬浮在配制好的几丁聚糖钙盐胶体溶液中形成膜 7。但用这种加了 Ca2+的几丁聚 糖溶液包裹海藻酸钙制备出的海藻酸钙?几丁聚糖微胶囊存在着微粒粘连现象, 不利于微胶囊粒子性能的后 续测定。通过改变包裹海藻酸钙芯粒子的成膜步骤及几丁聚糖成膜液的配制组成, 解决了微胶囊粒子粘连 的问题, 制备出离散的海藻酸钙?几丁聚糖微胶囊, 也使几丁聚糖溶液的溶解和配制容易进行。 1 ? 实 ? 验 1. 1? 试剂与仪器 几丁聚糖溶液: 1) 3. 0 mg/ mL 含 300 mmol/ L 的 CaCl2的 pH= 5. 0 的几丁聚糖溶液: 称取 0. 600 g 几丁 聚糖固体( C3646, Sigma?Aldrich Company Ltd, UK) 于 250 mL 烧杯中, 加入 100 mL 浓度为 0. 1% 的醋酸溶 液, 搅拌 4 h 使其充分溶解。再在该溶液中加入 40 mL 1. 5 mol/ L 的 CaCl2溶液, 充分搅拌并在搅拌下加入 蒸馏水, 用 0. 1 mol/ L 的 NaOH 溶液调节溶液 pH 值至 5. 0, 得 3. 0 mg/ mL 含 300 mmol/ L 的 CaCl2的 pH= 5. 0 的几丁聚糖溶液。同理配制 1. 0 mg/ mL 含 300 mmol/ L 的 CaCl2的 pH = 5. 0 的几丁聚糖溶液; 2) 2. 0 mg/ mL pH= 4. 5 的几丁聚糖溶液( 不含 CaCl2) : 称取 1 g 几丁聚糖固体于 250 mL 烧杯内, 加入 100 mL浓度为0. 1% 的醋酸溶液, 搅拌 4 h 使其充分溶解, 制得浓度为 1% 的几丁聚糖溶液, 备用。使用时用 水稀释至2. 0 mg/ mL, 并用 0. 1 mol/ L 的 NaOH 溶液调 pH= 4. 5, 同理配制 1. 0 mg/ mL pH= 4. 5 的几丁聚 糖溶液。海藻酸钙凝胶芯粒子: 乳化法制得的一批量的海藻酸钙凝胶芯粒子悬浮液, 备用。 磁力搅拌器; 电动搅拌器; 高速离心机; 显微镜分析仪( Leica 公司, 英国) ; 激光粒度分析仪( MAST ER? SIZER 2000, 英国) ; 环境扫描电镜( 英国) 。 1. 2? 方法 反应原理? 海藻酸钙凝胶粒子表面含有带负电荷的羧基, 几丁聚糖表面的氨基在 pH 低于 6. 5 时质子 化形成带正电荷的? NH3+, 通过静电作用使海藻酸钙凝胶粒子与几丁聚糖结合在一起, 形成海藻酸钙?几丁 聚糖微胶囊。 制备方法? 采用两步法制备海藻酸钙?几丁聚糖微胶囊, 先用乳化法制备出海藻酸钙凝胶粒子, 再将制 得的海藻酸钙芯粒子悬浮在配制好的几丁聚糖溶液中形成膜, 试验了文献方法, 并在文献方法的基础上做了 改进, 见改进方法。 文献方法 ? 含 CaCl2的几丁聚糖溶液包裹法。将海藻酸钙芯粒子分别加入到30 mL pH= 5. 0的含CaCl2 的浓度为 3. 0 mg/ mL 和 1. 0 mg/ mL 几丁聚糖溶液中, 摇床上摇动 30 min, 静置, 弃去溶液, 蒸馏水洗涤 3 次。 改进方法 ? 不含CaCl2的几丁聚糖溶液包裹法。在文献方法上做了 2 点改进, 一是配制的几丁聚糖溶液 中不加 CaCl2; 二是在用几丁聚糖溶液包裹海藻酸钙粒子之前, 将海藻酸钙芯粒子用 0. 5%的 CaCl2溶液洗涤 2次, 然后将浓度为 2. 0 mg/ mL pH= 4. 5 的不含 CaCl2的几丁聚糖溶液加到海藻酸钙芯粒子中, 摇床上摇动 30 min, 静置, 弃去溶液。 2 ? 结果与讨论 2. 1? 文献方法 1) 反 应 时 间 ?按 文 献 方 法 用 3. 0 mg/ mL几丁聚糖( 含 CaCl2) pH= 5. 0 溶 液, 试验反应时间分别为 5 min, 10 min, 20 min, 30 min, 结果表明, 即使只包裹 5 min 形成的微胶囊也会粘连在一起, 见图 1。 2) 几丁聚糖的浓度 ? 其他条件相同, 将 3. 0 mg/ mL 几丁聚糖( 含 CaCl2) 溶液浓度降 至1. 0 mg/ mL 包裹海藻酸钙芯粒子, 结果表 明, 降低成膜溶液浓度形成的微胶囊粒子仍然粘连, 见图 2。 2. 2? 改进方法 用改进后的方法制备微胶囊, 考察反应时间、 溶液浓度及 pH 值等条件。 1) 反应时间 ? 用 2. 0 mg/ mL pH= 4. 5 的几丁聚糖溶液( 不含 CaCl2) , 试验包裹时间分别为 5 min, 10 min, 20 min, 30 min, 60 min, 120 min。结果表明, 在此条件下即使包裹 2 h 形成的微胶囊仍然分散不粘, 43 第 32卷? 第 24 期? ? ? ? ? ? ? ? 李? 欣, 陈立仁: 海藻酸钙?几丁聚糖微胶囊制备方法的研究? ? ? ? ? ? ? 如图 3、 图 4 所示。采用此方法制备海藻酸 钙?几丁聚糖微胶囊。 2) 浓度的影响 ? 相同条件下, 分别用 1. 0 mg/ mL和 2. 0 mg/ mL pH 均为 4. 5的几 丁聚糖( 不含 CaCl2) 溶液对海藻酸钙凝胶粒 子包裹15 min。结果表明, 用2. 0 mg/ mL 的 成膜溶液比用 1. 0 mg/ mL 的成膜效果好。 选用 2. 0 mg/ mL 的几丁聚糖溶液。 3) pH 值的影响 ? 由反应原理知, 几丁聚糖表面的氨基质子化形成带正电荷的 ? NH3+, 几丁聚糖溶液 pH 应控制在弱酸性。相同条件下, 分别用 pH 值为 5. 0、 4. 5、 4. 0, 浓度为 2. 0 mg/ mL 的几丁聚糖溶液包裹 海藻酸钙芯粒子 15 min, 比较形成的微胶囊的壳厚, 结果表明 pH= 4. 5 的溶液包裹所得的微胶囊成膜效果 最好。选用 pH 值为 4. 5 的几丁聚糖溶液。 4) 结论及原因? 实验结果表明, 改进后的方法制备的海藻酸钙?几丁聚糖微胶囊微粒不再粘连。这可能 是由于成膜方式和成膜溶液组成发生变化时, Ca2+的作用位置发生了变化。Ca2+的存在可促进海藻酸钙与 几丁聚糖的连接。由于文献方法将 Ca2+加入到几丁聚糖成膜溶液中, Ca2+使整个成膜溶液形成了网状结 构, 海藻酸钙芯粒子在此溶液中成膜, 则与该网状溶液连在一起造成微粒的彼此粘连。改进方法中, 海藻酸 钙芯粒子的表面被 Ca2+离子处理, 而成膜溶液中不含 Ca2+, 成膜时 Ca2+的作用只发生在海藻酸钙芯粒子 与几丁聚糖表面, 因而形成的微胶囊不会粘连。 2. 3? 凝胶芯粒子的影响 ? ? 实验发现, 海藻酸钙凝胶芯粒子的形状和 性能直接影响所形成的微胶囊的形状、 尺寸和 性能。同批制得的凝胶芯粒子储于水中, 分别 放置 48 h 和 120 h 后用几丁聚糖溶液包裹成 膜。比较 2 种条件下形成的微胶囊的壳厚得 表 1? 海藻酸钙凝胶粒子放置不同时间后制得的微胶囊壳厚度 放置时间/ h芯粒子直径/?m微胶囊直径/?m囊壳厚度/?m 48126. 37137. 445. 54 120140. 28147. 211. 96 知, 放置 48 h 后制备的微胶囊壳厚度( 5. 5 ?m) 大于放置 120 h 后制备的( 1. 96 ?m) 。选用制得的凝胶芯粒 子在 48 h 内进行微胶囊化。表 1 中平均直径是用光学显微分析系统对 500 个海藻酸钙?几丁聚糖微胶囊微 粒统计分析的结果。 2. 4? 最佳包裹条件 改进后的制备海藻酸钙?几丁聚糖微胶囊方法的最佳条件为: 在制得海藻酸钙凝胶芯粒子 48 h 内, 用 2. 0 mg/ mL的 pH 值为 4. 5 的几丁聚糖( 不含 CaCl2) 溶液对其微胶囊化, 包裹时间为 30 min, 可制得分散的 形状良好的微胶囊。 参考文献 1 ? Li Q, Dunn E T, Grandmaison E W, et al. Applications and Properties of Chitosan J . Bioact Comp Polym, 1992, 7( 4): 370? 397. 2 ? Lim F, Sun A M. Microencapsulated Islets as Bioarti? cial Endocrine Pancreas J . Science, 1980, 210: 908 ?910. 3 ? Soon ?shiong P, Feldman E, Nelson R, et al. Long?term Reversal of Diabetes by the Injection of Immunoprotected Islets J. Proc Natl Acad Sci, 1993, 90: 5843?5847. 4 ? Kokufuta E, Shimizu N, Tanaka H, et al. Use of Polyelectrolyte ?stabilized Calcium Alginate Gel for Entrapment of b?amylase J. Biotechn