CN101612128B

CN101612128B - 海藻酸无机纳米复合凝胶微球及其制备方法

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Publication number: CN101612128B
Application number: CN2009100552078A
Authority: CN
Inventors: 黄进; 惠忠英; 范红蕾; 余家会; 何丹农; 盛小海; 沈新程
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT; Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT; Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Priority date: 2009-07-23
Filing date: 2009-07-23
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2029-07-23
Also published as: CN101612128A

Abstract

一种生物工程技术领域的海藻酸无机纳米复合凝胶微球及其制备方法，其组分及质量百分比为：海藻酸盐1～7％、碳纳米管0.5～10％，三嵌段表面活性剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷1～50％，余量为水。本发明制备工艺安全、简单有效、符合环保要求。本发明所制备的海藻酸碳纳米管复合凝胶微球引入碳纳米管可以减缓复合后海藻酸微球溶胀速度，能很好的作为载体与药物、蛋白质、酶类或是其他的生物制品结合，具有pH敏感性可作为药物载体。

Description

海藻酸无机纳米复合凝胶微球及其制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种生物工程技术领域的纳米材料及其制备方法，具体是一种海藻酸无机纳米复合凝胶微球及其制备方法。

背景技术

近年来，碳纳米管在生物医学领域的研究已经吸引了越来越多的关注，碳纳米管被视为聚合物基质的理想增强填料，能达到高性能及特殊的功能，这主要归因于纳米尺度、高柔韧性、高比表面、低密度，更重要的是其突出的机械性能、电、热性能，并正在迅速形成一个新的研究方向。新近以生物医学应用为目标的相关研究主要涉及对碳纳米管进行表面修饰，使其具有阻止蛋白质非特异性吸附和识别特定蛋白分子的功能，利用碳纳米管的特殊形状和强度，进行神经细胞的体外生长。另外有研究表明碳纳米管具有明显的促进生物分子的电子传递作用，还有研究阐述了碳纳米纤维能促进成骨细胞的分裂、增殖等，但是关于碳纳米管凝胶复合微球在体内释药性能的研究还很少见于报道。海藻酸钠是目前研究较为广泛的天然多糖，凭借其优良的生物黏附性、生物相容性以及无毒副作用，被认为是一种优良的药物载体的原料。此外，海藻酸盐因含有羧酸根离子和羟基，能较容易地经过化学改性或物理改性制备出具有更好的生物相容性及功能化的复合医用材料用于药物的缓控释。

经过对现有技术的检索发现，Baipai，S.K.；Saxena，S.在一篇名为“TheRelease Dynamics of Model Drugs from the Psyllium andN-hydroxymethylacrylamide Based Hydrogels”(React Funct Polym 2004，59，115)的文献上记载了一种制备海藻酸凝胶微球的方法，但是该技术制备出的海藻酸微球基质内部具有较大的孔洞结构导致药物的巨释，较低的机械强度以及高吸水性等种种缺陷。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种海藻酸无机纳米复合凝胶微球的制备方法，制备获得的复合凝胶微球可以减缓复合后海藻酸微球溶胀速度，能很好的作为载体与药物、蛋白质、酶类或是其他的生物制品结合，其pH敏感性可作为药物载体。

本发明是通过以下技术方案实现的，

本发明所涉及的海藻酸无机纳米复合凝胶微球，其组分及其质量百分比分别为：海藻酸盐1～7％、碳纳米管0.5～10％，三嵌段表面活性剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷PPO-PEO-PPO，简称EPE，1～50％，余量为水。

所述的海藻酸盐为海藻酸钠或海藻酸钾；

所述的碳纳米管是指单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种或其组合；

所述的三嵌段表面活性剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷的数均分子量为14600，多分散性指数为1.02，其中聚环氧乙烷所占质量百分比为82.5％；

本发明所涉及上述海藻酸无机纳米复合凝胶微球的制备方法，包括如下步骤：

第一步、将海藻酸盐加入去离子水或茶碱水溶液中在室温下机械搅拌，形成海藻酸盐溶液，然后将碳纳米管和三嵌段表面活性剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷混合后加入到去离子水或茶碱水溶液中超声分散，然后通过离心去除分散体中的固体沉淀，制得碳纳米管悬浮溶液；

所述的茶碱水溶液的浓度为0.1-0.5wt％。

所述的海藻酸盐为海藻酸钠或海藻酸钾，该海藻酸盐溶液的浓度为1～7wt％。

所述的碳纳米管悬浮溶液的浓度为0.5～10wt％

所述的碳纳米管和EPE的质量比为10∶1～1∶100。

所述的超声分散的功率为20～200w，超声波的频率为30～60kHz，时间为10～60min。

第二步、将海藻酸盐溶液与碳纳米管悬浮溶液以体积比为1∶9～10.1∶1的比例混合后搅拌均匀，制成碳纳米管海藻酸盐混合液；

所述的碳纳米管海藻酸盐混合液中海藻酸盐与碳纳米管和EPE的质量和之比为1∶9～49∶1

第三步、用注射器将碳纳米管海藻酸盐混合液滴入二价金属离子交联剂中，制得离子交联凝胶粒，将离子交联凝胶粒经蒸馏水润洗，真空干燥后得到海藻酸碳纳米管复合凝胶微球。

所述的二价金属离子交联剂是指浓度为8～12wt％的钙离子、钡离子或锌离子盐的水溶液中的一种。

本发明采用上述方法制得海藻酸碳纳米管复合凝胶微球，经二价金属离子交联后，在酸性条件下体系稳定、不易吸水；

当pH值为与肠液pH值相当的6.8时，该凝胶微球吸水溶胀，可作为缓释药物载体；当pH值为与结肠部位的pH值相当的7.4时，羧酸—金属离子的结构不稳定，导致凝胶微球在5-9小时内不同程度的崩解，可达到定点靶向的功能。

本发明制备工艺安全、简单有效、符合环保要求。本发明所制备的海藻酸碳纳米管复合凝胶微球引入碳纳米管可以碱缓复合后海藻酸微球溶胀速度，能很好的作为载体与药物、蛋白质、酶类或是其他的生物制品结合。发明的海藻酸碳纳米管复合凝胶微球具有pH敏感性可作为药物载体。

本发明选用无机纳米纤维单壁碳纳米管和多壁碳纳米管作为加强填料，制备出的碳纳米管杂化海藻酸微球强度得到一定提升并且减少制备过程中药物从基质中的流失。通过添加表面活性剂EPE可以有效分散海藻酸盐溶液中碳纳米管。同时，由于碳纳米管自身纳米特性及其疏水性质，复合凝胶微球相比未添加碳纳米管的海藻酸凝胶微球能进一步促进药物的缓释，而且能够在小肠和结肠部位定点释放。

附图说明

图1为实施例1碳纳米管的分散示意图。

图2为海藻酸碳纳米管复合凝胶微球冷冻干燥的扫描电镜照片；

其中：图2(A)为海藻酸单壁碳纳米管复合凝胶微球冷冻干燥的扫描电镜照片，图2(B)为海藻酸多壁碳纳米管复合凝胶微球冷冻干燥的扫描电镜照片。

图3为载药海藻酸单壁碳纳米管复合凝胶微球在不同pH值的药物释放曲线。

图4为载药海藻酸多壁碳纳米管复合凝胶微球在不同pH值的药物释放曲线。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

1)将海藻酸钠加入到蒸馏水中，在20℃的室温下机械搅拌并配置成质量浓度为2％的海藻酸钠溶液，然后将单壁碳纳米管和定量的EPE加入到蒸馏水中，在20℃的室温下搅拌均匀，设定超声分散的功率为100W，超声波的频率为40千赫进行超声分散20min后得到分散体，最后将分散体在8000rpm转速下离心10min除去固体沉淀，得到质量浓度为2％的碳纳米管悬浮溶液；

2)按海藻酸钠溶液与碳纳米管悬浮溶液的体积比为1∶1，将海藻酸钠溶液与碳纳米管悬浮溶液混合，搅拌得碳纳米管海藻酸钠混合液，此时海藻酸钠占海藻酸钠、碳纳米管和EPE总质量的质量百分数为50％；

3)用9#针头的注射器将碳纳米管海藻酸钠混合液滴入到质量浓度为10％的氯化钙溶液中，制得海藻酸碳纳米管复合的离子交联凝胶粒，并用蒸馏水润洗，真空干燥，得海藻酸碳纳米管复合凝胶微球。

本实施例制备所得的海藻酸无机纳米复合凝胶微球，其组分及其质量百分比分别为：海藻酸1％、碳纳米管1％，三嵌段表面活性剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷1％，余量为水。

图1示出EPE与碳纳米管在水溶液中的分散情况，从左至右依次是：纯水、不含EPE的单壁碳纳米管、含有EPE的单壁碳纳米管、不含EPE的多壁碳纳米管以及含有EPE的多壁碳纳米管，可以看到加入EPE的水溶液中碳纳米管以均一的分散；

实施例2：

用海藻酸钠溶液与碳纳米管悬浮溶液的体积比为3∶1替代实施例1中的海藻酸钠溶液与碳纳米管悬浮溶液的体积比为1∶1，此时海藻酸钠占海藻酸钠、碳纳米管和EPE总质量的质量百分数为75％；同时采用多壁碳纳米管；其余步骤与实施例1相同。

本实施例制备所得的海藻酸无机纳米复合凝胶微球，其组分及其质量百分比分别为：海藻酸1.5％、碳纳米管0.5％，三嵌段表面活性剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷0.5％，余量为水。

通过增加海藻酸钠在溶液中质量分数使得制备的海藻酸凝胶微球结构更为紧密，机械强度得到一定提升。

实施例3：

1)将海藻酸钾加入到蒸馏水中，在室温下机械搅拌，形成质量浓度为6％的海藻酸钾溶液；将多壁碳纳米管和定量的EPE加入到蒸馏水中，在20℃的室温环境下搅拌均匀，超声分散得到分散体；分散体在8000rpm转速下离心10min除去固体沉淀，得到质量浓度为10％的碳纳米管悬浮溶液；

2)按海藻酸钾溶液与碳纳米管悬浮溶液的体积比为91∶9，将海藻酸钾溶液与碳纳米管悬浮溶液混合，此时海藻酸钾占海藻酸钾、碳纳米管和EPE总质量的质量百分数为98％；

3)用9#针头的注射器将碳纳米管海藻酸钾混合液滴入到质量浓度为10％的氯化钙溶液中，制得海藻酸碳纳米管复合的离子交联凝胶粒，并用蒸馏水润洗，真空干燥，得海藻酸碳纳米管复合凝胶微球。

本实施例制备所得的海藻酸无机纳米复合凝胶微球，其组分及其质量百分比分别为：海藻酸5.4％、碳纳米管1％，三嵌段表面活性剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷1％，余量为水。

实施例4：

1)将海藻酸钾加入到蒸馏水中，在室温下机械搅拌，形成质量浓度为10％的海藻酸钾溶液；将单壁碳纳米管和定量的EPE加入到蒸馏水中，在20℃的室温环境下搅拌均匀，超声分散得到分散体；分散体在8000rpm转速下离心10min除去固体沉淀，得到质量浓度为7％的碳纳米管悬浮溶液；

2)按海藻酸钾溶液与碳纳米管悬浮溶液的体积比为10∶90，将海藻酸钾溶液与碳纳米管悬浮溶液混合，此时海藻酸钾占海藻酸钾、碳纳米管和EPE总质量的质量百分数为10％；

本实施例制备所得的海藻酸无机纳米复合凝胶微球，其组分及其质量百分比分别为：海藻酸1％、碳纳米管6.2％，三嵌段表面活性剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷6.2％，余量为水。

实施例5：

1)将海藻酸钠加入到蒸馏水中，在室温下机械搅拌，形成质量浓度为7％的海藻酸钠溶液；将多壁碳纳米管和定量的EPE加入到蒸馏水中，在20℃的室温环境下搅拌均匀，超声分散得到分散体；分散体在8000rpm转速下离心10min除去固体沉淀，得到质量浓度为10％的碳纳米管悬浮溶液；

2)按海藻酸钠溶液与碳纳米管悬浮溶液的体积比为1∶2，将海藻酸钠溶液与碳纳米管悬浮溶液混合，此时海藻酸钠占海藻酸钠、碳纳米管和EPE总质量的质量百分数为26％；

3)用9#针头的注射器将纳米海藻酸钠混合液滴入到质量浓度为10％的氯化钙溶液中，制得海藻酸碳纳米管复合的离子交联凝胶粒，并用蒸馏水润洗，真空干燥，得海藻酸碳纳米管复合凝胶微球。

本实施例制备所得的海藻酸无机纳米复合凝胶微球，其组分及其质量百分比分别为：海藻酸2.33％、碳纳米管6.67％，三嵌段表面活性剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷6.67％，余量为水。

图2海藻酸碳纳米管复合凝胶微球冷冻干燥的扫描电镜照片；

其中：图2(A)为海藻酸单壁碳纳米管复合凝胶微球冷冻干燥的扫描电镜照片，图2(B)为海藻酸多壁碳纳米管复合凝胶微球冷冻干燥的扫描电镜照片。微球的平均粒径为1000±100μm。

实施例6：

海藻酸单壁碳纳米管复合凝胶载药微球的制备方法，包括如下步骤：

1)取茶碱溶解在蒸馏水中，形成质量浓度为0.1％的药物溶液，将海藻酸钠加入到药物溶液中，在室温下机械搅拌，形成质量浓度为1％的海藻酸钠溶液；将单壁碳纳米管和定量的EPE加入到蒸馏水中，在20℃的室温环境下搅拌均匀，超声分散得到分散体；分散体在8000rpm转速下离心10min除去固体沉淀，得到质量浓度为1％的单壁碳纳米管悬浮溶液；

2)按含药海藻酸钠溶液与单壁碳纳米管悬浮溶液的体积比为1∶1，将含药海藻酸钠溶液与单壁碳纳米管悬浮溶液混合，此时海藻酸钠占海藻酸钠、单壁碳纳米管和EPE总质量的质量百分数为50％；

3)利用带有9#针头的注射器，将含药的碳纳米管海藻酸钠混合液滴入到质量浓度为10％的氯化钙溶液中，制得海藻酸单壁碳纳米管复合的离子交联载药凝胶粒，并用蒸馏水润洗，真空干燥，得海藻酸单壁碳纳米管复合凝胶载药微球。

本实施例制备所得的海藻酸无机纳米复合凝胶微球，其组分及其质量百分比分别为：海藻酸0.5％、碳纳米管0.5％，三嵌段表面活性剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷0.5％，余量为水。

实施例7：

1)取茶碱溶解在蒸馏水中，形成质量浓度为0.1％的药物溶液，将海藻酸钠加入到药物溶液中，在室温下机械搅拌，形成质量浓度为5％的海藻酸钠溶液；将单壁碳纳米管和定量的EPE加入到蒸馏水中，在20℃的室温环境下搅拌均匀，超声分散得到分散体；分散体在8000rpm转速下离心10min除去固体沉淀，得到质量浓度为1％的单壁碳纳米管悬浮溶液；

3)利用带有9#针头的注射器，将含药的纳米海藻酸钠混合液滴入到质量浓度为10％的氯化钙溶液中，制得海藻酸单壁碳纳米管复合的离子交联载药凝胶粒，并用蒸馏水润洗，真空干燥，得海藻酸单壁碳纳米管复合凝胶载药微球。

本实施例制备所得的海藻酸无机纳米复合凝胶微球，其组分及其质量百分比分别为：海藻酸2.5％、碳纳米管0.5％，三嵌段表面活性剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷0.5％，余量为水。

实施例8：

用多壁碳纳米管代替单壁碳纳米管，其余步骤同实施例7。

本实施例制备所得的海藻酸无机纳米复合凝胶微球，其组分及其质量百分比分别为：海藻酸2.5％、多壁碳纳米管0.5％，三嵌段表面活性剂聚环氧乙烷聚环氧丙烷-聚环氧乙烷0.5％，余量为水。

图3为载药海藻酸单壁碳纳米管复合凝胶微球在不同pH值的药物释放曲线；

未添加碳纳米管的纯的海藻酸凝胶微球在2h内出现爆释，而通过单壁碳纳米管或多壁碳纳米管杂化的复合凝胶载药微球能够保持9到12小时的均匀释放，实现药物缓释。同时海藻酸多壁碳纳米管复合凝胶载药微球相比海藻酸单壁碱纳米管复合凝胶载药微球在磷酸盐缓冲溶液中的释放更为平缓。

Claims

1.一种海藻酸无机纳米复合凝胶微球，其特征在于，其组分及质量百分比为：海藻酸盐1～7％、碳纳米管0.5～10％，三嵌段表面活性剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷1～50％，余量为水。

2.根据权利要求1所述的海藻酸无机纳米复合凝胶微球，其特征是，所述的碳纳米管是指单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种或其组合。

3.根据权利要求1所述的海藻酸无机纳米复合凝胶微球，其特征是，所述的三嵌段表面活性剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷的数均分子量为14600，多分散性指数为1.02，其中聚环氧乙烷所占质量百分比为82.5％。

4.一种根据权利要求1所述的海藻酸无机纳米复合凝胶微球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第二步、将海藻酸盐溶液与碳纳米管悬浮溶液以体积比为1∶9～10.1∶1的比例混合后搅拌均匀，制成碳纳米管海藻酸混合液；

第三步、用注射器将纳米海藻酸盐混合液滴入二价金属离子交联剂中，制得离子交联凝胶粒，将离子交联凝胶粒经蒸馏水润洗，真空干燥后得到海藻酸盐碳纳米管复合凝胶微球。

5.根据权利要求4中所述的海藻酸无机纳米复合凝胶微球的制备方法，其特征是，第一步中所述的海藻酸盐为海藻酸钠或海藻酸钾，该海藻酸盐溶液的浓度为1～7wt％。

6.根据权利要求4中所述的海藻酸无机纳米复合凝胶微球的制备方法，其特征是，第一步中所述的碳纳米管悬浮溶液的浓度为0.5～10wt％。

7.根据权利要求4中所述的海藻酸无机纳米复合凝胶微球的制备方法，其特征是，第一步中所述的茶碱水溶液的浓度为0.1-0.5wt％。

8.根据权利要求4中所述的海藻酸无机纳米复合凝胶微球的制备方法，其特征是，第二步中所述的碳纳米管和三嵌段表面活性剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷的质量比为10∶1～1∶100。

9.根据权利要求4中所述的海藻酸无机纳米复合凝胶微球的制备方法，其特征是，第二步中所述的超声分散的功率为20～200w，超声波的频率为30～60kHz，时间为10～60min。

10.根据权利要求4中所述的海藻酸无机纳米复合凝胶微球的制备方法，其特征是，第三步中所述的二价金属离子交联剂是指浓度为8～12wt％的钙离子、钡离子或锌离子盐的水溶液中的一种。