多糖聚电解质复合制备可降解载药微胶囊的研究

75多糖聚电解质复合制备可降解载药微胶囊的研究刘应标张黎明*中山大学化学与化学工程学院高分子研究所，广州510275摘要以具有良好生物相容性和生物可降解性多糖衍生物为原料，采用聚电解质复合方法，制备了阳离子瓜尔胶/海藻酸钠可生物降解微胶囊，用红外光谱分析（IR）表征了其结构，通过扫描电镜观察其形貌，并用激光粒度分析仪测定其粒径大小及分布；在此基础上，考察了浓度和pH值对粒径的影响以及BSA浓度对药物附载率影响；通过对微胶囊与牛血白蛋白（BSA）的包裹及吸附和其释放的测定，表明多糖聚电解质微胶囊具有药物缓释作用。关键词海藻酸钠，瓜尔胶，释放，牛血清蛋白1前言50年代初，美国NCR公司首次利用微胶囊技术制备复写纸，开创了微胶囊新技术的时代，也开创了高分子材料新的应用领域[1]。现在多用壳聚糖为原料作微胶囊，本文研究的是一种新的体系：瓜尔胶－海藻酸钠，这两种原料来源广泛，具有可生物降解特性。海藻酸是一种从海藻中提取的天然高分子多糖,是由β－D－甘露糖基和α－L－葡萄糖基通过1→4糖甙链连结而成的线状共聚物[2]近年来海藻酸钠用于开发缓控释制剂尤为引人注目[3～6]2实验部分2.1试剂和仪器电子显微镜：JSM－6330F场发射扫描（SEM）日本电子株式会社；激光粒度分析仪：MasterSizer2000；红外光谱仪－红外显微镜联用仪：EQUINOX55－A509/3F；高速离心机：Tgl-16c,上海安亭科学仪器厂；可见光分光光度计（721）：上海精密科学仪器厂；阳离子瓜尔胶：美国ECONOMY（伊可美）集团公司，淡黄色粉末；海藻酸钠：Sodiumalginate(C6H7O6Na)n分子量(198.11)n浙江省温州市东升化工试剂厂出品；牛血清白蛋白：进口分装；考马斯亮蓝：进口分装；热重分析仪（TG）：NETZSCHTG209；调制式示差扫描量热仪（DSC）：MDSC2910型，TAInstrument；微型旋蜗混合仪：XW－80A上海沪西分析仪器厂；冷冻干燥机：ALPHA1－4/2－4MartinChristGefriertrocknungsanlagenGmb2.2多糖微胶囊的制备取1g阳离子瓜尔胶，溶于200ml水，得0.5%瓜尔胶溶液；取其10g，溶于90g水，得0.05%瓜尔胶溶液;取1g海藻酸钠，溶于200ml水，得0.5%海藻酸钠溶液。取其10g，溶于90g水，得0.05%海海藻酸钠溶液；取适量0.5%瓜尔胶溶液，在室温、搅拌的情况下滴入0.05%海藻酸钠溶液，改变瓜尔胶/海藻酸钠比例，合成不同反应条件的微胶囊；取适量0.5%海藻酸钠溶液，在室温、搅拌的情况下滴入0.05%瓜尔胶溶液，改变海藻酸钠/瓜尔胶比例，合成不同反应条件的微胶囊。2.3多糖微胶囊的表征用扫描电子显微镜观察粒子的型貌;用粒度分析仪分析微胶囊粒径分布;分别用红外、TG考*基金项目中山大学化学与化工学院第四届创新化学实验基金项目（批准号：03013）资助第一作者刘应标（1981年出生），男，中山大学化学与化工学院应用化学专业00级指导教师张黎明Email：[e-mail]76察瓜尔胶与海藻酸钠作用，合成的微胶囊与蛋白的作用。2.4负载首先制备蛋白标准曲线：取11个25ml小锥型瓶，编号1－11，在这些小锥型瓶中依次加入0.5mg/ml的BSA溶液0μL,10μL……100μL,并依次加入蒸馏水100μL，90μL……0μL，分别加上5ml显色剂，用旋涡振荡仪振荡均匀，以1号试管内的混合液为参比，在2－15分钟之内分别测定2－11号试管内混合液在595nm处的光吸收值，以蛋白浓度为横坐标，吸光度为纵坐标作直线。测负载率：在三个150ml烧杯中都滴入5g0.5%的瓜尔胶溶液，再加10ml水搅拌下分别慢慢滴入5ml、7.5ml、10ml2g/L的BSA溶液，搅拌片刻，再分别加入蒸馏水75ml、72.5ml、70ml，最后慢慢滴入15ml0.05%的海藻酸钠溶液，这时溶液中便出现沉淀，这些沉淀便是含BSA100ppm、150ppm、200ppm的微胶囊。离心后取上清液100μL，加5ml显色剂，用可见分光光度计测其吸光度，便可计算出负载率。100%原始蛋白浓度的质量游离蛋白浓度的质量原始蛋白浓度的质量－负载率＝2.5BSA的药物释放合成多杯含中蛋白的微胶囊，离心后取离心管底部的固体，用冷冻干燥机进行冷冻干燥，得到含BSA100ppm、150ppm、200ppm的固体。称50mg，加入20ml的水，计时，各在室温、27℃、37℃下，一定时间间隔取100μL清液，测量其吸光度，利用蛋白曲线求其浓度，再用时间作横坐标，浓度作纵坐标作图。3结果和讨论3.1微胶囊外部形貌观察用扫描电镜观察微胶囊得如下两图。图1为瓜尔胶－海藻酸钠体系微胶囊图，图中可见：微胶囊大小比较均匀，外表呈球状，光滑，有团聚。图2为加入第三组分PEG后的瓜尔胶－海藻酸钠体系微胶囊图，图中可见：微胶囊比较分散，有棱角，团聚现象不明显，这是表面被活化的结果。图1图23.2红外谱图分析77050010001500200025003000350040004500c3c2c1b2b1a2a1瓜　尔胶海藻酸钠瓜　尔胶－海藻酸钠TransmittanceWavenumbdrcm-1图3图3为瓜尔胶、海藻酸钠及其合成的微胶囊红外图，N－H的弯曲振动峰从a1的1664.4cm-1变到a2的1650.9cm-1，b1为羧酸盐离子（－CO2-）的反对称伸缩振动，波数为1417.5cm-1而合成的微胶囊b2处吸收峰已经不明显了。c1、c2、c3为O－H的伸缩振动吸收峰，因为瓜尔胶和海藻酸钠均为多糖，会产生羟基化合物的缔合现象，三者波数分别为：3384.7cm-1、3388.6cm-1、3380.8cm-1因为合成之后多糖之间的羟基缔合更严重，所以向低波数方向移动。0500100015002000250030003500400045000.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1b2b1a2a1简单混合包了蛋白Transmittance[%]Wavenumbercm-1图4图3为微胶囊与蛋白的简单混合与包裹了蛋白的微胶囊的红外对比图。a2为微胶囊与蛋白的简单混合，在1652.8cm-1，1537.1cm-1处表现出蛋白N－H的弯曲振动峰，a1微胶囊包裹蛋78白后在1610.4cm-1的吸引，强度变小，从原来的双峰变成单峰。b2是N－H的伸缩振动，波数为3378.9cm-1，b1波数为3421.3cm-1，强度减少了，可见包裹药物是有效的，蛋白与微胶囊的结合并不是简单的混合。3.3粒度分析0.020.040.060.080.100.120.140.16140145150155160165170175粒度(μm)瓜　尔胶浓度(10－4g/ml)图5在实验中保持总体积、pH值、温度不变，先固定一种原料的浓度，改变另一种原料的浓度，得如上图形状的粒度分布。由图中可知，粒度首先减少，然后增大。原因：这个反应是通过海藻酸溶液中中带负电荷的－COO-基团与阳离子瓜尔胶分子链上带正电的质子化氨基－N+（CH3）3发生分子内和分子间交联凝胶化，迅速生成微球。所以微球的粒径也与带正负电荷基团的当量数有关。当带负电的－COO－基团与瓜尔胶分子链上带正电的质子化氨基数量相当时，微球内主要以分子间正负电荷的静电吸引为主，微球粒径小；当正（负）电荷过量时，分子内正（负）电荷之间的静电排斥力使微球的粒径变大。3.4负载4060801001201401601802000102030405060负　载率（%）起始浓度（ppm）79图6图6为蛋白负载图。从图中可以看出，随着蛋白起始浓度的增加，负载率下降（绿色柱状图），红色柱状图表示加入PEG后的负载率的变化，加入PEG后，负载率都比不加入的高，起始浓度低时尤为明显。3.5BSA的药物释放01002003004005006000.30.40.50.60.70.80.91.0150ppm27℃0.048释放百分率（%）time(min)图7图7为BSA起始浓度为150ppm的微胶囊在蒸馏水中的释放曲线。在释放的初期（0～50min），由于释放液中BSA的浓度很低，微粒－释放液之间存在较高的浓度梯度，蛋白质的释放速率很快；到了释放中期（50～100min），随着释放液中BSA的浓度的提高，微粒－释放液之间的浓度梯度降低，释放曲线逐渐变缓；到150min时已基本达到平衡。4结论本论文课题主要是通过聚电解质复合方法合成瓜尔胶－海藻酸钠这种具有可生物降解微胶囊，研究不同配比、pH值对粒径的影响，通过红外、粒度分析、TG等手段对微胶囊进行表征，研究微胶囊对蛋白和阿斯匹林的负载，通过包裹不同浓度的蛋白并做出其释放曲线，发现这种微胶囊对药物的确具有缓释作用。参考文献1ArshadyR.JControlRel,1991,17:12MorrisER,ReesDA,ThomD.CarbohydRes,1976,66:143.3Sung-JooHwang.Releasecharacteristicsofibuprofenfromexcipient-badedalginategelveadsIntJPham,1995,116:1254Tonestberg.Galciumalginatematricesfororalmultipleunitadministration:ⅢInfluenceofcalciumconcentration,amountofdrugaddedandalginatecharacteristicsondrugrelease.IntJPham,1994,111:2715HisaoTomida,etal.ImipramineReleasefromCa-AlginateGelbeads.ChemPhambull.1993,41:14756Chongkookkim.Thecontrolled-releaseofbluedextranfromalginatebeads.IntJPham,1992,79:1180ThestudyofbiodegradablemicrocapsulespreparedebythepolyelectrolytecomplexationLiuYingbiaoZhangLiming*(SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SunYat-Senuniversity,Guangzhou510275)ABSTRACTAnewkindofbiodegradablemicrocapsulesbasedonSodiumaliginateandcationicguargumwaspreparedbythepolyelectrolytecomplexation,thetwowhichhavegoodbiocompatibilityandbiodegradation.Fortheresultingmicrocapsules,theirstructurewascharacterizedbyFouriertransforminfraredamalyzer(FTIR),theirsurfacemorphologywasobservedbyscanningelectronmicroscopy(SEM),andtheirparticlesizeanddistributionwasmeasuredbylaserparticle-diameteranalyzer.Moreover,theeffectsoftheconcentrationofcomplexationcomponentandthepHofmediumontheparticlesizeofthemicrocapsulesaswellastheeffectoftheconcentrationofcomplexationcomponentonthedrug-loadingeff