（材料学专业论文）聚乙烯醇（pva）槲皮素溶液的性质及其静电纺丝.pdf

i t 7 7 9 1 2 7 聚乙烯醇( p 、，a ) 槲皮素溶液的性质及静电纺丝 材料学 研究生王劭好指导教师吴大诚 采用高效液相色谱( h p l c ) 和r v 一2 型共轴圆筒旋转粘度仪分别研究了槲 皮素在乙醇溶剂中的溶解度和p v a 、p 、槲皮素在乙醇水溶液中的流变性。 用气流静电纺丝法制备p v 槲皮素纳米纤维，得到的纤维直径在2 0 0 r i m 到 4 5 0 r i m 之间。并制备p 、，a 槲皮素膜，研究其在模拟体液( s b f ) 中的缓释性。 槲皮素不溶于水，溶于乙醇，本文采用溶解度测定方法中的平衡法，用h p l c 测定槲皮素在乙醇溶剂中不同温度下的溶解度。考察了温度对槲皮素溶解度的 影响，发现槲皮素的溶解度随温度的上升而增加。对溶解度与相关物理性质进 行了关联和讨论，得到槲皮素在乙醇中溶解度的经验公式，并通过经验公式计 算出槲皮素在不同温度下的溶解度的建议值，为溶液的制备提供理论参考。 用r v 一2 型共轴圆筒旋转粘度仪研究p v a 、p 删皮素的乙醇水溶液的 流变行为。p v a 是种水溶性高分子，向水中加入一定量的无水乙醇时，p v a 不会沉出，但当乙醇超过了某个浓度时，p v a 就会沉淀出来，本文采用p v a 的 牌号为1 7 9 9 ，乙醇浓度不超过4 0 。实验结果表明p v a 溶液在实验剪切速率 下的流变行为接近牛顿流体，加入一定量的槲皮素后溶液的非牛顿l 生增强。溶 液的粘度与p v a 的浓度、槲皮素的含量、乙醇与水的比例和溶液的温度有关。 p v a 的浓度越高，粘度越高，提高槲皮素的含量，溶液的粘度增加；乙醇与水 的比例增大，溶液的粘度也增大；溶液的温度越高，粘度越小。 采用气流静电纺丝法制备p v 槲皮素纳米纤维，用扫描电镜( s e m ) 对 得到的纤维的形貌和直径进行分析。表明电压、溶液的粘度和喷丝孔与收集板 之间的距离是影响气流静电纺丝纳米纤维直径的主要因素。电压越高、距离越 大、p v a 溶液浓度越低，得到的纤维的直径就越细。并结合溶液的流变性确定 了适宜的纺丝工艺条彳牛。当溶液的拳占度为0 6 6p a s 时得到的纤维最好，纤维 没有珠：i 媛，直径也比较细。粘度过高过低都不利予纺丝，粘度过高，溶液易形 戒凝胶，光法进行纺熊，糍过低，易形成珠粒缁缎。 露l 罨p 、澎穰皮索骥，并碜 究p v a 貘在s b f 中的缓释往，穗薄瑶色谱法对 结果进j 亍分析，并在紫外灯下观察到了荧光现象。通过对比分析，证实槲皮索 能够在s b f 中缓释。 关键词：p v a 槲皮素溶解度流变性静电纺丝纳米纤维膜缓释 l i p r o p e r t i e so fp v 则q u e r c e t i n s o l u t i o na n di t se l e c t r o s t a t i c s p d 删g m a t e r i a l o g y g r a d u a t ew a n gs h a n y u s u p e r v i s o rw ud a c h e n g t h es o l u b i l i t yo fq u m c t mi ne t h a n o ls o l u t i o nw a sm e a s u r e db yh p l c t h e t h e o l o g i c a lb d m v i o ro ft h es o l u t i o no fp v a a n dp v a q u e r c e f i ni nt h es o l u t i o no f d i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o no fe t h a n o li nw a t e rw a ss t u d i e db yar h e o m c t e rr v 2 t h e n a n o f i b e ro fp v a q u e t c e t i nw a sm a d eb yt h eg a s - j e t e l e c t r o s t a t i cs p i n n i n g n 圯 d i a m e t e r so f p v a q u e r c c t i nn a n o f i b e r sw e r ef r o m2 0 0 n mt o4 5 0 n m t h ec o n t r o l l e d r e l e a s eo f t h ef i l mo f p v a q u e r c z t i ni ns i m u l a t e db o d yf l u i d ( s b dw a sa l s os t u d i e d q u c r c e t h li si n s o l u b l ei nw a 船b u ti ti ss o l u b l ei ne t h a n 0 1 t h es o l u b i l i t yo f q u e r 出i ne t h a n o lw a sn 砣a s l e di nt h ee q u i l i b r i u mm e t h o db yh p l ci nt h i sw o r k t h ei n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r eo nt h es o l u b i l i t yw a ss t u d i e d , a n dt h es o l u b i l i t y i n c r e a s e da st e m p e r a t u r ei n c r e a s e d t h es o l u b i l i t ya n dr e l a t e dp h y s i c a lp m t x x t yw a s c o r r e l a t e da n dd i s o 嘲a n dt h ee x p e r i e n t i a lf o r m u l ao f s o l u b i l i t yw a so b t a i n e d t h e s u g g e s t e dv a l u eo fs o l u b i l i t yw a sc a l c u l a t e db ye x p e r i e n t i a lf o r m u l ai tp r o v i d e d t h e o r e t i c a lm f e m a c ef o r t h ep r e p a r a t i o no f s o l u t i o n t h et h e o l o g i c a lm h a v i o ro ft h es o l u t i o no fp v aa n dp v a q u e a x c t hi n e t h a n o l w a t e rw 龉s t u d i e db yar h c o m e t c rr v 2 a sw e l lk n o w n , p v ai s w a t e r - s o l u b i l i t y p o l y m e r w h e n t h e w a t e rs o l u t i o n o f p i s a d d e d b y a l i t t l e e t h a n 0 1 p v aw i l ln o tb ep r e c i p i t a t e d b u tw h e nt h ee t h a n o li se x c e e d e db yac e r t a i np e r c e n t , t h ep v aw i l lb ep r e c i p i t a t e d , p v aw i t ht h ed e g r e eo fp o l y m e r i z a t i o no f1 7 9 9w a s u s e di nt h e 球i p a n dt h ep e r c e n to fe t h a n o lw a sn o te x c e e d e db y4 0 t h e i e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w t h a tt h er h e o l o g i c a lb e h a v i o ro f p v as o l u t i o nv c a ss i m i l a r t on e w t o n i a nf l u i du n d e re x p e r i m e n t a ls h e a rs p e e d , a n dt h en o n - n e w t o n i a nb e h a v i o r 袖；a s o b v i o u s w h e n r n a m o u n t o f q u e r e e t i n w a s a d d e d 。t h e v i s e o s i 移w a sr e l a t e d w i t h t h ec o n c e n t r a t i o n so fp v aa n dq u e r c e l i n t h er a t i o ne t h a n o lt ow a t e r , a n dt h e t e m p e r a t u r eo f s o l u t i o n h 呐c o n c e n t r a t i o no f p v a ，c o n t e n to f q u e r c e t i n , t h er a t i o n e f f m n o l t o w a t e r a n d l o w t e m p e r a t u r ea l l m c r e a s e d 出e s o l u t i o n v i s c o s i t y t h en a n o f i b c r so fp v a q u e r c e 蛀nw e r en l a d eb yg a s - j e g d e c t r o s t a t i cs p i n n m g ， 1 1 1 em o r p h o l o g ya n dd i a m e t e ro f n a n o f i b e r sw e r ea n a l y z e db ys e m i tw a ss h o w n i ne x p e r i m e n t a ll e 爆u l t st h a tt h ek e yf a c t o mi n f l u e n c i n gt h ed i a m e t e ro fn a n o f i b e r s w e r et h ea p p l i e dv o l t a g e s ，镬拉c o n c e n t r a t i o n so fp v am l u t i o na n dt h ed i s t a n c e s h 魍v o e nt h es p i n n e r e ta n dt h em l l c c t o r 骶狞d i a m e t e ro fn a n o f i b e r sw a sg e t t i n g s m a l l e ra sa p p l i e dv o l t a g e sa n dt h ed i s t a n c e sb e t w e e nt h es p i n n e r e ta n dt h ec o l l e c t o r 黼b e a 鳓鹕a n d f l & e c o n c e n t r a t i o n s o f p v a s o l u t i o n 醐妇谨朗s i l l g t h e s u i t a b l e t e c h n o l o g yo f n a n o f i b e r sd e p e r d s 雠l h er h e o l o g i c 癌p r o p e r t i e so f t h es p n n i n gf l u i d 。 w h e nt h ev i s c o s i t yw a so 6 6p a s t h eo b t a i n e dn a n o f i b e r sw e r eg o o d , w i t hs m a l l d i a m e t e r sa n dw i m o mb e a d s b o m h i 曲e ra n dl o w e rv i s c o s i t i e sw 鼬u n s u i t a b l ef o r 妇s p i n n i n g a i g h c rv i s c o s i t yc o u l dp r o d u c et h es o l u t i o n 甜，w h i c hm a k e st h e d i 】脚o f 晦l o 啪r v i s c o s i t y w i l l 如r m b e a d s 。 1 1 豫f i l m o f p v a q u c r c c t i n w a s m a d e a n d c o n l r o l l c dr e l e a s e i n s b f w a s s t u d i e d 豇撼r e s u l t s 黼a n d y z c db y 也班l a y e rc h r o m a t o g r a p h y t h eb r i g h td o tw a s o b s e r v e di nu l t r a v i o l e tl i g 赫t h er e s u l to fc o n t r a s ts h o w st h a tq u e r e e t i nc o u l db e c o n t r o l l e dr e l e a s ei ns b f i ( , 蜀f w o r d s ：p v a , q u e r e 幽s o l u b i l i t y , r l a e o l o g i e a lb e h a v i o r , e l e c t r o s t a t i c s p i n n i n g , n a n o f i b e r , f i l m , c o n t r o l l e dr e l e a s e i v 第一攀缝论 第一奄绪论 。 聚乙爝醇 近年来在生物医用高分子领域的研究中，商分予药物缓释材攀萼是最热门的 研究课题之一，对此已肖很多研究0 - 3 1 ，同时它也是嫩物医学工稷发展的一个新 领域。由予选用的高分予树料不同，。药物分子的控制释放机制也不糨同，因此 嵩分予药褥缓释枣孝辩瓣选择，无论在暇嚣学理论童躐实际医疗串群其考分黧 要的意义。聚乙烯醇( p o l y v i n y la l c o h o l ，p v a ) 作为药用辅料，具有易溶于水、成 膜性好、粘接力强、热稳定性高、毒性低、无刺激性等优点，避年来在医药工 盈孛瘟蠲嚣趋广泛。麦予辩a 瑟其毒瓣凭点彝生物稳容经，宅楚一耱攘努戆囊 分子药物载体材料。 1 。1 ，1 聚乙烯醇的化学结零窀与翱簧方法 p v a 燕释已经被药爨收载魏承溶性聚台貔。p v a 不是己爝簿单体壹接聚 合的产物，因为乙烯醇檄不稳定，不存在这种单体。p v a 是由聚醋酸乙烯 ( p o l y b i n y la c e t a t e ，p v a c ) 酵解丽成，因此，分予链上仍有部分朱水勰的乙酸 貉萋霾。 用酸倦化也可以迸彳子聚醋酸乙烯的醇解，但默碱催化的醇解产物稳定、翁 纯化、色泽好。聚醋酸矗烯醇解百分举称为醇解度，如p v a l 7 - - 8 8 ，前一组数 字乘1 0 0 毙聚会度，螽缀数字是醇瓣发嘲) 。 1 1 2 聚乙烯醇的性质 ( 1 ) 溶勰性 p v a 爨露祓强懿亲承经，溶予热求绒冷窳中。焚在窳孛靛溶聪健与分子爨、 醇解度有关【4 j 。一方面，p v a 是结晶憔较强的聚龠物，结晶性黼分子量和醇解 度的增大丽增强，溶解性下降；另一方面，醇解度增大，羟基增多，使聚合物 亲瘩挂璞强。嚣踅，簿黪发8 7 8 9 豹产品瘩滚拣最努，在冷零蠢蒸求孛均 很快溶解：醇解度更高的产品，一般满簧加热捌6 0 7 0 c 才能溶解，醇解度越 高，溶解温度越高；醇解度在7 5 8 0 的产品不溶于热水，只溶于冷水，随 着醇鳃度进一步下降，分子孛乙酰基含量增大，水溶性下降，醇麟度5 0 以下 四川大学硕士学位论文 的p v a 则不溶于水。 当水和乙醇混合溶剂溶解p v a 时，允许加入的醇量与醇解度有关，醇解度 较低时，需加入较多的乙醇来帮助溶解。醇解度8 8 以上的p 、a ，溶剂最大含 醇量约在4 0 6 0 ( 质量体积) ，含醇量继续增加会导致不溶。 f 2 1 成膜性 p v a 具有良好的成膜性能。用1 0 3 0 p v a 水溶液涂布在光洁平板上， 待水分蒸发后即得优良力学性能的无色透明薄膜，加入甘油、多元醇等增塑剂 可进一步改善膜的柔性、韧性及保湿率。 ( 3 ) 生物相容性 p v a 对眼和皮肤无毒无刺激，是一种安全的外用辅料。口服p v a 在胃肠道 吸收甚少，长期口服末见肝、肾损害。美国药物和食品管理局( f d a ) 已允许 将其作为口服片剂、局部用制剂、经皮给药制剂及阴道制剂的辅料。 1 1 _ 3 聚乙烯醇的应用 ( 1 ) p v a 作为药物膜片的集材 p v a 是一种良好的成膜材料，柔软性及粘附性均佳，广泛用于涂膜剂、膜 剂中，如外用避孕膜、口腔膜剂等p v a 药膜【5 】。p v a 作为成膜材料，虽能很快 溶胀，但充分溶胀需十几分钟，全部溶胀需长达数小时之久，药物随膜片溶蚀 慢慢扩散渗入皮内，延长药物作用时间，减少用药次数。 此外，p v a 还可以作为片剂粘合剂和缓释控释骨架材料应用。 ( 2 ) p v a 凝胶的药物控制释放 近年来，利用热、反复冷冻以及醛化等交联手段制备不溶性p v a 凝胶，p v a 水凝胶具有很好的生物相容性和良好的理化性能，如无毒、无致癌性、良好的 生物粘附性及适度的凝胶分数、溶胀度、断裂伸长率和理想的拉伸强度、良好 的亲水性和通透性、弹性等特点，在药物控制释放、经皮吸收等方面得到了应 用【6 】。 ( 3 ) 其它应用 p v a 水凝胶还可作为医用导管材料、伤口敷料、传感器、软角内膜接触镜、 手术缝合线等。 第一章绪论 1 2 槲皮素 1 2 1 斟皮素的结构与性质 槲皮素( 3 ，3 ，4 ，5 ，7 一p h e n t a h y d r o x y f l a v o n e ，简称q u e ) 是植物界 分布最广的黄酮类化合物。黄酮类化合物是广泛存在于自然界中的一大类化合 物，是色原烷的衍生物，其特点是具有c ( 6 ) - c ( 3 ) - c ( 6 ) 的基本骨架，并可根据 中间吡喃环的不同氧化水平和两侧a 、b 环上连接的各种取代基，分为多种不 同的黄酮类型【1 ”。槲皮素的化学结构如图卜l 所示： 图1 - 1 槲皮素( q u e r c e t i n ) 的结构 槲皮素亦称栎精、槲皮黄素，是黄酮醇的一种代表性化合物。它以糖酐的 形式广泛存在于包括沙棘在内的各种植物的果实、叶、茎、根等各种组织中【8 l ， 如芦丁( 芸香甙) 、槲皮甙、金丝桃甙等，经酸水解可得到槲皮素，是食品和中 草药的一种重要生理活性物质【_ 。槲皮素进入体内可以与蛋白质发生相互作用， 具有扩张冠状血管。降低血脂，抗血小板聚集，抗炎、抗过敏等多种生物活性 及药理作用。槲皮素及其衍生物在医药、食品、化妆品等领域具有广泛的应用 前景【9 _ 1 2 1 。 1 2 2 槲皮素的药理作用 槲皮素及其衍生物是植物界分布最广的黄酮类化合物，已知约有1 0 0 余种 中草药均含有槲皮素，且广泛存在于食用蔬菜及水果中。由于其资源丰富易得， 且具有很强的生物活性和广泛的药理作用丽备受重视。槲皮素对人体无毒、无 害、无致死、致癌、致畸、致突变等作用。 ( 1 ) 抗癌防癌作用 四川大学硕士学位论文 众多的实验研究表明：槲皮素及其衍生物具有较强的抗癌，防癌作用。作 用机理主要是通过以下几个途径1 1 3 1 ：对抗自由基，对抗致癌促癌因子，抑制多 种与细胞生长调控有关的酶的活性，抑制癌细胞脱氧核糖核酸d n a 合成，诱发 d n a 损伤或保护细胞不受致癌物损害等。 ( 2 ) 抗血小板聚集作用 槲皮素可抑制人血小板聚集和钙的升高【1 4 1 ，并对花生四烯酸诱导的化学发 光有抑制作用。槲皮素的这种抗血小板聚集作用可用于防治血栓塞性疾病。 ( 3 ) 对心血管系统的作用 研究发现槲皮素具有降血压、保护心肌缺血再灌注损伤等作用【”】。近年来 又发现，槲皮索能显著抑制血小板衍生生长因子( p d g f ) 诱导的肺动脉平滑肌细 胞增殖，对于肺动脉高压的防治具有重要作用。 ( 4 ) 镇痛作用 槲皮素能明显提高动物的痛阈，且有剂量效应关系。龚珊等【16 】采用四种不 同镇痛模型：热板法、扭体反应法、电刺激一嘶叫法及福尔马林法。发现槲皮素 有效镇痛剂量为6 0 1 0 0 m g k g ，在给药后0 5 h 作用最强，给药后l h 作用已 消失。与其他镇痛药相比较：2 0 0 m g k 9 1 槲皮素与1 0 0 m g k 9 1 阿斯匹林或 2 m g k g 。吗啡镇痛作用相当。对不同性质的疼痛：内脏痛、躯体体表痛、相对 性急性痛、紧张性的病理性疼痛均有镇痛作用。 1 3 静电纺丝 1 3 1 国外静电纺丝制备纳米纤维的研究现状 静电纺丝这种思路产生于6 0 年前。早在1 9 3 4 年，f o m h a l s a 就在其专利中报 道了该项技术【1 。”。2 0 世纪9 0 年代初美国阿克伦大学的r e n e k e r 和他的同事对这项 技术又产生了兴趣，然而对静电纺丝的大量实验工作和深入的理论研究，却是 近1 0 年中随纳米纤维的开发才完成的【1 8 l 。当前，静电纺丝已经成为纳米纤维的 主要制备方法之一。对静电纺丝的研究较深入而且涉及到很多方面，f o n g h 等 研究了静电纺纳米纤维的形成，详细分析射流的过程变化( 1 9 】，b u n y a n n 等研究 了在牵伸过程中纳米纤维的形态、取向及沉积的变化，重新设计工艺来控制纳 米纤维在接受装置上的沉积，具体工艺是通过对射流路径、接受装置的设计和 熔体性质的控制来实现的【2 0 1 。j u n z 等研究了静电纺丝中表面张力，溶液粘度， 第一章绪论 溶液传导率，聚合物玻璃态转变温度对纤维形状尺寸的影响，发现其中溶液粘 度的影响最大口”。g m i n e r a 详细分析了影响静电纺丝制造出的纳米纤维外形的 几乎所有的参数【2 2 】。 1 3 2 国内对静电纺丝的研究现状 近年来国内许多研究单位，如四川大学、天津大学和中国纺织科学研究院 等对纳米纤维进行了研列2 3 _ 2 5 1 。四川大学纺织研究所姚永毅等人设计并制造了 一台方便使用的静电纺丝机，并用气流静电纺丝法制备聚砜纳米纤维，得到了 最小直径在5 0 n m 一1 5 0 n m 的纤维，并考察了不同过程参数对纤维直径及其分布 的影响。天津大学袁晓燕等人以丙酮为溶剂，用静电纺丝法，制备了聚丙交酯 ( p l a ) 及其与己内酯共聚物( p l l ac l ) 的超细纤维。考察了溶剂、电压、溶液质 量分数及流量对超细纤维形貌和直径的影响。可得到直径为7 0 0 - - 9 0 0 n m 的螺 旋状超细纤维。中国纺织科学研究院张锡伟等人用静电纺丝法，纺制纳米纤维 聚丙烯腈纤维毡，聚丙烯腈纤维是制备碳纤维的主要原料，将纳米级聚丙烯腈 纤维毡经过预氧化及氧化加工后可制成纳米级碳纤维毡，碳纤维越细，碳纤维 复合材料的粘合性能就越好。文献中采用的原料是高分子溶液，电压3 0 6 0 k v ， 喷头孔径0 6 0 8 m m ，接受距离1 5 2 5 c m 。主要分析了纺丝工艺条件与纤维的直 径及初生纤维的溶剂残留量的关系，纺出的纤维直径在2 0 0 r i m 5 0 0 n r n 之间。 1 3 _ 3 静电纺丝制备纳米纤维 纳米纤维是直径l n m 1 0 0 r i m 的纤维，此为狭义的纳米纤维的定义。广义的 说，零维或一维纳米材料与三维纳米材料复合而制得的传统纤维，可以称为纳 米复合纤维或广义的纳米纤维。纳米纤维最大的特点就是比表面积大，导致其 表面能和活性的增大，从而产生了小尺寸效应、表面或界面效应、量子尺寸效 应、宏观量子隧道效应等，在化学和物理性质方面表现出特异性【2 6 】。 静电纺丝即聚合物喷射静电拉伸纺丝法，是目前制备纳米纤维最重要、最 直接的方法。这一技术的核心，是使带电荷的高分子溶液或熔体在静电场中流 动并发生形变，然后经溶剂蒸发或熔体冷却而固化，于是得到纤维状物质，这 一过程简称电纺。 目前，静电纺丝所用的高分子材料有几十种1 2 7 1 ，既包括采用传统技术生产 四川大学硕士学位论文 的合成纤维，如聚醚、尼龙、p v a 等柔性高分予，还包括聚氨酯弹性体和液晶 态的刚性高分子，如聚对苯二甲酰对二笨二胺挥。 1 3 4 静电纺照制备纳米纤维的装赢 静逡纺丝税惫括离燕供电器，锈邀辍，洼瓣器，铮尖，收集嚣蔻部分，蘩 图1 - 2 所示。 囝1 - 2 势电绣丝极装置示意丽 电纺过稷原理如下：将聚合甥港液或熔传黪上且1 0 3 - 1 0 4 伏特巍压静瞧，带 电的聚合物溶液或熔体在电场的作用下在毛细管的t a y l o r 锥顶点被加速。当电 凌力足够大辩，聚会殇霉究羧表露张力澎成缕射缨滚。鲴流在接受装置童，形 成类似非织遗布状的纤维穗。 本论文采用豹静电纺丝装置为本实验室鑫制的气流静电纺丝视l ，如图 1 4 所承，它怒由供样系统、喷丝头、商压系统、供气系统和收集系统维成。 第一章绪论 图卜3 气流静电纺丝机装置图 在实验静电纺丝原型机的应用过程中发现还存在不足之处。主要表现为在 电压高于3 0 k v 后机器内部会发生放电现象。这会给仪器设备的长期使用带来不 良的影响。因此本实验室对实验静电纺丝原型机又做了进一步的改进。改进的 重点是将原型机的导电支架更换成绝缘材料。同时将静电纺丝原型机的各部件 独立成相互隔离的单元，尽量避免单元间串电。改进后的静电纺丝机的功能和 可靠性没有改变，同时减少了由于放电带来操作上的不便田】。 1 3 5 静电纺丝的影响因素 与电纺有关的最重要的参数是纤维的直径，通过电纺将聚合物能制成纳米 纤维的理想目标是：( 1 ) 纤维的直径稳定且可以控制：( 2 ) 纤维表面无缺陷或 缺陷可以控制；( 3 ) 连续单根纤维可以控制。 用电纺制备纳米纤维的影响因素很多，这些影响因素主要是一些过程参数 2 8 1 0 如：溶液性质，包括粘度、弹性、电导率和表面张力；控制变量，如毛细 管中的静压、毛细管口的电势和毛细管口与收集器之间的距离；周围环境参数， 如溶液温度、电纺环境中空气的湿度和速度。 溶液粘度是影响纳米纤维直径的最重要因素之一。粘度越高，纤维直径越 大。当聚合物溶解于良溶剂中时，其溶液粘度与浓度成正比，因此溶液浓度越 高，纤维直径越大。 除了纤维直径大小的问题，电纺遇到的另一个问题是纤维的缺陷，如珠粒 子。r e n e k e r 2 9 1 等人研究了电纺制备纳米纤维过程中珠粒的形成，发现溶液粘度， 四川大学硕士学位论文 电荷密度，表面张力是影响珠粒纤维形成的关键因素。粘度越高越不易形成珠 粒纤维，高电荷也有助于消除珠粒，而且还易得到细直径的纤维，减少表面张 力也有助于消除珠粒纤维。 1 4 药物缓释 早在上世纪7 0 年代初，国外就开始了缓释、控释制剂的研究开发，至今已 有3 0 余年历史，这方面的研究报道有很多【3 5 1 。由于该类药物具有给药次数少， 血药浓度波动较小，给药途径多样化，刺激性小而且疗效持久、安全等优点越 来越受到临床的重视。一般的给药方式，使人体内的药物浓度只能维持较短的 时间，血液中或是体内组织中的药物浓度上下波动较大，有时超过病人的药物 最高耐受剂景，有时又低于有效剂量，这样不但起不到应有的疗效，而且还可 能产生副作用。频繁的小剂量给药可以调节血液浓度，避免上述现象，但往往 使患者难以接受，实施起来有很多困难。因此，制备能够缓慢释放药物成分的 缓释性长效药品在治疗中经常是非常需要的。 药物的缓释是将药物活性分子与高分子载体结合( 或复合、包囊) 后，投入 到生物活性体内通过扩散、渗透等控制方式，药物活性分子再以适当的浓度和 持续时间释放出来，从而达到充分发挥药物疗效的目的。药物缓释的特点是通 过对药物医疗剂量的有效控制，能够降低药物的毒副作用，减少抗药性，提高 药物的稳定性和有效利用率。还可以实现药物的靶向输送，减少服药次数，减 轻患者的痛苦，并能节省人力、物力和财力等。 药物缓释理论：( 1 ) 由于药物的包埋，在聚合物基材内部会产生一些随机的 孔，同时组成通向基材表面的网络，药物颗粒因能与释介质相连而释放到介质 中去。( 2 ) 释放过程为扩散过程。( 3 ) 药物在基材内扩散比在水溶液中要慢。 1 5 本文的研究内容和目的 1 5 1 研究内容 p v a 是一种使用广泛的高分子载体材料，它毒性低、无刺激性并且具有很 好的生物相容性，美国药物和食品管理局( f d a ) 已允许将其作为口服片剂、 局部用制剂。槲皮素是一种资源丰富易得，且具有很强的生物活性和广泛的药 理作用的黄酮类化合物，能够治疗多种疾病。将p v 槲皮素混溶在溶剂中通过 第一章绪论 气流静电纺丝制备成纳米纤维和膜的形式做成缓释性药物，研究其在模拟体液 中的缓释性具有很大的意义。 本论文的研究工作主要有以下几个方面： ( 1 ) 用高效液相色谱法测定槲皮素在不同温度下乙醇溶剂中的溶解度，得 到槲皮素在乙醇溶剂中溶解度的经验公式。 ( 2 ) 研究p v a 、p v a 槲皮素在乙醇水溶液中的流变特性，对溶液的粘度 受p v a 浓度、槲皮素含量、乙醇水比例和溶液的温度的影响进行分析。 ( 3 ) 配制各种不同浓度的p v a 、p v a 槲皮素的乙醇水溶液进行气流静电 纺丝，对得到的纳米纤维的性能用扫描电镜( s e m ) 进行分析，讨论电压、喷丝孔 与收集板之间的距离、溶液浓度对纺丝直径的影响，从而确定适宜的工艺条件。 ( 4 ) 制备p 、狐槲皮素膜，研究其在模拟体液中的缓释。用薄层色谱进行分 析。 1 5 2 研究目的 通过对槲皮素在乙醇中溶解度的测定和p v a 、p v a 槲皮素的乙醇水溶液 进行的流变学行为研究，为气流静电纺丝和膜的制备提供理论参考，预计将 p v a 与槲皮素结合起来进行气流静电溶液纺丝制得纳米纤维并将相应的溶液 进行制膜，研究其在模拟体液中的缓释性，可望会获得有益的新结果。 第二章槲皮豢在无承己醇中溶解度豹测定与关联 第二章槲皮素在无水乙醇中溶解度的测定与关联 2 。 蔚言 制备p v a 槲皮素溶液，需知道槲皮素的溶解性。樾旋索溶于乙醇不溶予 水，因此我们用高效液相色谱法测定了槲皮潦在不同温度下乙醇溶剂中的溶解 废，用溶解度岛楣关物理性碰的关联进行了讨论，得到擀皮索在乙醇中潞解度 懿经验公式。为藿麓门荛p w 獬旋素混溶在乙簿承溶液中避行静毫纺丝藕露l 鍪 膜提供了理论上的参考。 2 。2 实验部分 2 2 t 试验原料 槲皮素：中国药品生物制品检定所； 无水乙醇：沈阳试剡厂( 分析纯) ： 甲醇：上海陆都纯学试斋辩( 色谱魏) ； 二次水：蒸馏水二次蒸馏 z 2 。2 试验设簧疑分辑条馋 差示扫描鬣热仪：德国耐池d s c2 0 0 p ci s 瑚m a 鄹高效液相色谱( 日 本岛津) ；检测器；s h i m a d z us p d - - - 1 0 a v p ：色谱柱：s h i m a d z u d s ( 1 5 0 m m x 4 6 m m ) ：滚动攘：甲酵：承= 4 8 。5 ：5 1 。5 ，雾敷逮：i m l r a i n ；超 级懂温水浴：奄予天平。 2 2 + 3 搬皮素溶解度的测定 在1 0 m l 试繁孛秀l 天鼢乙群溶裁，鸯入l o o m g 装耱l 蔽索，连续捺岛惹， 用膜密封好，放入某温度下的超级恒温水浴槽中( 温度控错范围为o 1 ) ， 静鬻1 h ，取出上面清液，稀释后，用h p l c 分析，可得出其中槲皮素的含量， 诗舞该渥凌下懿溶簿麦。 2 2 4 槲皮素的d s c 测定 禊l 量兹，恕搬皮素烘干，在电子天平上壤蟪耪取i 。3 3 辩g 豹烘于屡黔擞皮 1 0 婴型查兰堡主堂竺堕苎 素，通氮气进行测定。测定温度为2 0 c z 至3 5 0 ( 2 ，升温速率为l o c m i n ，氮气 流速为4 0 m l m i n 。 2 3 结果与讨论 2 3 1 槲皮素在乙醇中铎 解度 测定溶解度常用方法有平衡拶和合成托妒7 】。平衡法是将被测物系在某一 温度下恒温搅拌一定时间，静止后分析上层溶液的组成作为该温度下的溶解 度。合成法是在被测物系已精确测定的条件下，通过观察物系中固相的消失来 确定溶解度。由于槲皮素纯品数量有限，在空气中易吸湿，因此本文选择平衡 法来测定槲皮索的溶解度。由于本文采用呻l c 测定平衡溶液中槲皮素溶质的 含量，故有较高的精度。所得实验结果歹0 在表2 1 中。 表2 - 1 槲皮素在乙醇中溶解度的实验值 2 7 3 8 2 7 4 0 2 8 5 0 2 8 7 2 2 8 7 6 2 9 2 8 3 0 4 4 3 0 6 2 3 1 2 6 3 2 2 0 3 3 4 8 3 4 l 1 6 2 2 6 5 4 4 2 3 5 8 4 0 7 5 0 0 2 5 8 5 2 0 1 1 n 6 5 5 6 5 0 3 0 7 5 0 7 8 4 9 6 8 7 7 8 6 9 7 7 5 0 5 1o t 3 1 5 4 1 3 1 2 3 4 2 3 5 3 伪 3 筋 3 2 9 3 7 l 4 7 9 4 9 7 5 6 7 6 8 0 7 1 6 o - 3 1 ，0 4 6 0 4 5 ，- 0 3 l 旬1 7 ，_ 0 1 4 0 2 6 ，o 3 6 0 0 8 ，0 0 9 o 0 9 ，0 1 0 0 0 4 ，0 0 4 o 8 6 ，_ 0 4 8 o 0 9 ，- 0 0 8 - 0 1 2 ，_ o 1 3 o 0 9 ，- o 0 9 3 3 2 01 0 82 1 7 8 1 60 2 4 ，o 3 2 l = ( s - s 。) s o x 1 0 0 ，a 2 = ( s s 。) s , , x 1 0 0 第二章槲皮素在无水乙醇中溶解度的测定与关联 根据表2 - 1 中的实验数据，将溶解度s 对温度r 作图，见图2 - 1 。从图中 可以看出，随着温度的上升，槲皮素在乙醇中的溶解度不断增加，满足下列回 归方程： s = 2 9 2 1 9 3 e x p ( - 1 9 5 2 3 9 t )( 2 - 1 ) 式中s 为溶解度( m g m 1 ) ，而r 为绝对温度。 在某一实验温度下，按式( 2 1 ) 计算的溶解度回归值计为s 。，与实验值s 之 间的相对误差定义为= 【( s 一配) s i x l 0 0 ，也均列于表1 ，平均误差为 0 】1 ，0 0 1 。 t ( i q 图2 _ 1 槲皮素在乙醇中的溶解度s 随温度t 的变化 2 3 2 槲皮素溶解度与其它物理性质的关联 上述回归方程的形式不是任意选择的，有一定的物理基础。根据固液相平 衡的热力学原理，固体溶解度( 用溶质摩尔分率x 表示) 随t 的变化关系可表 示为 l n x 气f i l t ，r ) ( 丁。一t 。1 ) ( 2 - 2 ) 式中叫。是熔化热，l 是熔点，r 是气体常数 p r a u s n i t z 3 5 等曾指出，在远离临界区域的有限温度范围内真实溶液中的组 四川太学硕士学位论文 分的活度系数，对温度的依赖是微弱的。据此，在一定温度和溶解度范围内， x 与熟力学温度之间有如下简化方程口9 】： i n x ：a + 昙( 2 - 3 ) r 这就是选择式( 2 - i ) 函数形式的理论基础。不难证明，在极低溶解度时， s 与x 基本上成正比。进一步将溶解度s 转换为x ，按上式相互关联，其结果 见图2 - 2 。关联所得到的4 值为一0 2 6 38 2 ，b 值为- 2 0 4 3 7 2 ，即 l nx = - 0 2 6 3 8 2 2 0 4 3 7 2 ；( 2 - 4 ) 图2 _ 2 槲皮素溶解度x ( 摩尔分费蚰的对数与绝对温度t 的倒数之间的关系 根据式( 2 2 ) ，图中直线斜率雪= 。槲皮素的热性能方面虽已有研 究t 4 0 i ，但h 。值目前较难查得，故本实验对槲皮素进行了d s c 分析，结果见 图2 - 3 。 第二章擞瘦素在无东乙醇中游解度豹测定与关联 5 0l o o 1 5 0 2 0 02 5 03 0 0 3 s o t 图2 _ 3 槲皮素在氮气中的0 s c 曲线图 麸塑2 3 霹魏，瑟褥爨皮豢鳇为3 2 2 。6 c ，与文歉蕊3 2 2 c 一致；ah 。 为6 3 8k j m o l ，r 为气体常数，等于8 3 4 1j k m o l ，故b = 7 6 7 x1 0 3 。这与关联 所得到的b 值襁数量级上是敬的。实验结果与理论预示的偏差，主要源予式 ( 2 翁导入对的麓位，应当罴爝溪度系数y ，褥不是与固摆警鹜靛浓废x ，帮楚 单假定活度系数为l 。显然，会引起相当大的误差，式( 争1 ) 虽有理论基础，健 仍只能视为一种半经验的公式。 2 3 3 襟皮素在己醇中溶勰度静黼归建议馕 以上讨论说明，本工作中测定所得槲皮桊在乙醇中溶解度的数据烧合理 的，且基本符念理论预示的规终。为了使用方便，可用武弦- 1 ) 的回归值作为不 圈湛溲下掇疫豢在乙醇孛溶鳃凌的建议蕴，麴手表2 - 2 。 1 4 糟川大学颈士学位论文 滏2 幢不间溢魔下槲皮素在乙醇巾溶解度鑫哿建谈德 澹澄爱蓑撇静鬟敷莛秘g ，积 2 7 3 0 2 2 9 278奄2石l 2 8 3 e2 9 4 2 8 8 奄3 3 2 2 9 3 03 7 4 2 9 8 04 1 9 3 0 3 露铡 3 0 8 05 1 6 3 1 3 奄 5 6 b 3 l8 e莰始 3 2 3 d莰9 6 3 2 8 + 07 菇1 3 3 3 0& 3 3 338铆02 3 4 3 - o9 8 8 3 4 8 01 0 7 3 5 3 。5 1 1 4 2 。4 拳耄蠢、继 实验钡得槲皮索在乙醇串的潞解度，隧耩溢度的上辩蕊增烟，满足关系武 s 一2 9 2 t 。9 3 e x p ( - 1 9 5 2 。3 9 黔t 鲻d s c 法溅定了攥交索翡气为3 鲶6 ，勰。 值为6 3 。8k j t o o l ，根据固液棋平衡的热力学擞耀，利用潘解廉与温发关系的麓 化方程，对溶解殿数据进行了关联，关联所得嚣值与实际德程数量缀上是致 魏+ 5 第三章p v a 糍疫索乙醇承溶液麴漉变特性 第五章p 、呱，槲皮素乙醇水溶液的流变特性 3 号l 言 p v a 是一稀性能优趣翊途广泛翦东溶健聚合物两。俸为药用辅料，具 有易溶于水、成膜性好、粘接力强、热稳慰胜高、毒性低、无刺激性等优点。 黼姥，p v a 怒一种较好的高分予载体材料。槲皮繁及其衍生物悬植物 赛分蠢最广夔焚聚类纯台耪，已戋l 终奏1 0 0 佘释串莩药均客毒撵疫素，麓广泛 存在于食用蔬菜及水果中。豳于其资源丰富翁得，且具有很强的生物活性和广 泛的药理作用而备受重视。槲皮素对人体无海、无害、无数死、致癌、致畸和 数突交等4 $ n t 4 ”。将w 捌羰疫素豹乙酶喀溶渡逶过气流蟹电纺丝裁籀戏纳 米纤维，制成缓释性药物，投入到生物活住体内通过扩散、渗透等控南方式， 药物活性分子槲皮素再以适溺的浓度和持续时间释放出来，从而能达到充分发 撵药物疗效的薅的。气流臀魁纺丝法制各纳米纤维静影响因素很多，其中溶液 豹毪震茏其是漆液静藉疫蓬一个重要匏彰喻因素，因凭嚣簧对& 瞌礁皮素溶 液的流变性做深入的了解，以便更好的对其进行静电纺熊。 3 2 实验部分 3 2 1 实验原料 p v a l 7 9 9 ，中国石化四川维尼纶厂； 擞皮素：巾强药品生翳鼯捡定所； 无承乙醇；沈粥试裁厂( j 柝纯) ； 蒸馏水。 3 2 2 主要实骏役嚣 原东德r v - 2 型共轴圆筒旋转粘度仪。 3 2 。3 实验步骤 称取一定爨的p v a 、p v a 和褥皮素溶予一定院饿的乙酵求溶液中，将配好 的溶液放入三颞瓶中，三颈瓶鬣于9 5 c 沸水中加热回流，边加热边搅拌，溶液 搅拌均匀后停止力日热，冷却黧窒温，进行流变学实验。 四川大学硕士学位论文 3 2 4 实验条件 根据粘度大小，可选用s 与n 转子，实验温度范围为2 9 3 k 3 2 3 k ，恒温 时间为2 0 m i n ，切变速率范围为1 5