多糖聚电解质复合制备可降解载药微胶囊的研究.docx

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*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：cedc34@

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：Sodium alginate　(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）：NETZSCH TG 209；调制式示差扫描量热仪（DSC）：MDSC2910型，TA Instrument；微型旋蜗混合仪：XW－80A　上海沪西分析仪器厂；冷冻干燥机：ALPHA　1－4/2－4 Martin Christ Gefriertrocknungsanlagen Gmb
2.2　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5g　0.5%的瓜尔胶溶液，再加10ml水搅拌下分别慢慢滴入5ml、7.5ml、10ml　2g/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BSA 100ppm、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。

2.5　BSA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2　　
3.2　红外谱图分析

　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1664.4 cm-1变到a2的1650.9 cm-1，b1为羧酸盐离子（－CO2-）的反对称伸缩振动，波数为1417.5 cm-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。

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

　　　　　　　　　　　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

　　　　　　　　　　　　　　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。
3.5　BSA的药物释放

　　　　　　　　　　　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
1 Arshady R.J Control Rel,1991,17:1
2　Morris E R, Rees D A , Thom D. Carbohyd Res, 1976, 66: 143.
3 Sung-Joo Hwang. Release characteristics of ibup rofen from excipient-baded alginate gel veads Int J Pham,1995,116:125
4 Tone stberg.Galcium alginate matrices for oral multiple unit adm inistration:Ⅲ Influence of calcium concentration,amount of drug added and alginate characteristics on drug release Int J Pham , 1994, 111: 271
5　Hisao Tom ida, et al. Imipramine Release from Ca-Alginate Gel beads. Chem Pham bull . 1993, 41:1475
6　Chong kook kim.The controlled-release of blue dextran from alginate beads. Int J Pham,1992, 79:11
The study of biodegradable microcapsules preparede by the polyelectrolyte complexation
Liu Yingbiao Zhang Liming *
(School of Chemistry and Chemical Engineering,Sun Yat-Sen university, Guangzhou 510275)
ABSTRACT　 A new kind of biodegradable microcapsules based on Sodium aliginate and cationic guar gum was prepared by the polyelectrolyte complexation,the two which have good biocompatibility and biodegradation.For the resulting microcapsules,their structure was characterized by Fourier transform infraredamalyzer(FTIR),their surface morphology was observed by scanning electron microscopy(SEM),and their particle size and distribution was measured by laser particle-diameter analyzer.Moreover,the effects of the concentration of complexation component and the pH of medium on the particle size of the microcapsules as well as the effect of the concentration of complexation component on the drug-loading efficiency of the microcapsules were investingated.After studying the loading and release of BSA from microcapsules,we could conclude that these microcapsules can be used as the drug carrier for the controlled release.
Keyword　 Sodium aliginate,guar gum,controlled release of drug,BSA