CN110787744A - 一种简易的壳聚糖微球气凝胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种简易的壳聚糖微球气凝胶的制备方法。使用球滴法与化学改性结合的方式制备出壳聚糖气凝胶微球，既能解决新型纳米药物载体系统的载药问题，又进一步提高了生物医用材料的生物可降解性。它的高比表面积也赋予了它良好的药物装载效果，所以是一种理想的药物载体材料。该法所制得的壳聚糖气凝胶微球壳聚糖微球气凝胶材料平均孔径10‑30nm，孔隙率96‑98％，比表面积300‑500m2/g。该制备方法工艺简捷，反应周期短，具有批量生产的前景。
Description
技术领域
本发明涉及纳米载药体系的构建，具体为一种简易的壳聚糖微球气凝胶的制备方法，应用于药物载体领域。
背景技术
在现代医学发展过程中，药物治疗的毒副作用包括药物载体在人体中的残留与不可降解。特别是对于已有的中空介孔二氧化硅纳米微球作为药物载体，并不具备优良的生物降解性，很难通过新陈代谢排出体外。因此，寻求新的原料来源以制备一种能被人体自降解的纳米微球药物载体显得尤为重要。
壳聚糖是一种具有活泼氨基和羟基并可生物合成与降解的多糖天然高分子材料。这种天然高分子由于其生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等优良性能而被广泛关注。气凝胶是一种具有高比表面积、高孔隙率的纳米多孔材料，在药物运载方面具有巨大前景。制备气凝胶的首要步骤就是溶胶-凝胶反应，而壳聚糖的溶胶-凝胶转变就发生在其酸离解常数附近，因而采用pH反转与化学改性的方式并结合一定干燥手段能较简单的制备出壳聚糖气凝胶微球。立足于“以人为本”的宗旨，旨在替代现有不可被人体自降解的二氧化硅微球纳米载药体系，减少医疗过程对于病人身体的损伤等方面探求有益的新思路与实验的可行性。
发明内容
本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供了一种使用球滴法与化学改性法的壳聚糖微球气凝胶的制备方法，具有三维纳米多孔网络结构，解决新型纳米药物的运载问题，其具有良好的生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性，而其高比表面积也赋予了它良好的药物装载效果，所以是一种理想的药物载体材料。该制备方法工艺简捷，反应周期短，具有批量生产的前景。
本发明的技术方案为：一种简易的壳聚糖微球气凝胶的制备方法，其具体步骤如下：
(1)壳聚糖的溶解
在容器中配置乙酸溶液，量取壳聚糖粉末放入配置好的乙酸溶液中，在温水浴条件下，机械搅拌，使壳聚糖完全溶解后，离心处理后，除气泡，得到壳聚糖乙酸溶液；
(2)配置氢氧化钠老化液
将氢氧化钠粉末溶解在水中，配得氢氧化钠溶液，并将其转移到水槽中，磁力搅拌；
(3)制备壳聚糖微球凝胶
将步骤(1)中制得壳聚糖乙酸溶液滴加到步骤(2)中装有氢氧化钠溶液的水槽中，在与氢氧化溶液接触后，壳聚糖乙酸液滴就会快速凝固，形成壳聚糖微球凝胶；
(4)壳聚糖微球的老化
将步骤(3)中制得壳聚糖微球凝胶在氢氧化钠凝胶浴中老化后捞出；用去离子水清洗后，转移到交联剂中浸泡36-96h；
(5)溶剂置换及干燥
将(4)中制备的壳聚糖微球凝胶在去离子水或者重蒸馏水中浸泡48-96h，每隔12-18h更换一次溶剂，干燥，得到壳聚糖微球气凝胶。
优选步骤(1)中所述的乙酸体积浓度为0.5％-3％；所述的温水浴温度在20-60℃；机械搅拌时间为15-45min；离心转速为6000-10000r/min，离心处理时间为5-15min。
优选步骤(1)中所述的经过离心后的壳聚糖乙酸溶液中壳聚糖质量浓度为1％-5％。
优选步骤(2)中所述的磁力搅拌的速度为150-500r/min。
优选步骤(2)中所述的氢氧化钠的浓度为0.1-2mol/L。
优选步骤(3)中所述的滴速为0.6-0.8ml/min；壳聚糖乙酸溶液与氢氧化钠溶液的体积比1:(3-5)。
优选步骤(4)中微球与老化液的体积比为1：(1.5-3)；所述的老化时间为0.5-24h，老化温度为25-40℃；用去离子水清洗4-5次。
优选步骤(4)中所述的交联剂为戊二醛、京尼平和环氧丙烷其中的一种；交联剂的质量浓度为0.5-5％。
优选步骤(5)中所述的干燥方法为冷冻干燥或CO2超临界干燥中的一种。
本发明制得的壳聚糖微球气凝胶材料平均孔径10-30nm，孔隙率96-98％，比表面积300-500m2/g。
有益效果：
(1)相比较于现有的二氧化硅纳米微球载药体系，本发明所使用的壳聚糖具有更好的生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性。
(2)相比较于传统壳聚糖纳米微球的制备工艺，本发明使用球滴法制备无需其他处理即可制得壳聚糖气凝胶微球，操作简单，且生产出的样品稳定性好，有望实现批量生产。
(3)本发明制得的壳聚糖气凝胶微球用作药物载体，具有一定生物可降解性，安全性进一步提高。
附图说明
图1为所制备的壳聚糖微球的实物图。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步说明，但保护范围并不限于此；壳聚糖为市售的脱乙酰度80％-95％的壳聚糖。
实例1
在容器中配置体积浓度0.5％的乙酸溶液，量取1g的壳聚糖粉末放入配置好的乙酸溶液中，在20℃水浴条件下，机械搅拌15min，使壳聚糖完全溶解后，离心6000r/min处理5min，除气泡，得到壳聚糖质量浓度为1％的壳聚糖乙酸溶液100mL。将氢氧化钠粉末溶解在水中，配得0.1mol/L的氢氧化钠溶液300mL，并将其转移到水槽中，磁力搅拌150r/min。将制得壳聚糖乙酸溶液以恒定流速为0.6ml/min滴加到中装有氢氧化钠溶液的水槽中。在与氢氧化溶液接触后，壳聚糖液滴就会快速凝固，形成壳聚糖微球凝胶。将制得的壳聚糖微球凝胶在25℃氢氧化钠凝胶浴中老化0.5h后捞出。用去离子水清理4次后，转移到质量浓度为0.5％的戊二醛交联剂中浸泡36h。将制备的壳聚糖微球凝胶在去离子水中浸泡48h，每隔12h更换一次溶剂，冷冻干燥，得到壳聚糖微球气凝胶。如图1所示。经测试，平均孔径14.1nm，孔隙率96.8％，比表面积为360m2/g。
实例2
在容器中配置体积浓度3％的乙酸溶液，量取5g的壳聚糖粉末放入配置好的乙酸溶液中，在60℃水浴条件下，机械搅拌45min，使壳聚糖完全溶解后，离心10000r/min处理15min，除气泡，得到壳聚糖质量浓度为5％的壳聚糖乙酸溶液100mL。将氢氧化钠粉末溶解在水中，配得2mol/L的氢氧化钠溶液400mL，并将其转移到水槽中，磁力搅拌500r/min。将制得壳聚糖乙酸溶液以恒定流速为0.7ml/min滴加到中装有氢氧化钠溶液的水槽中。在与氢氧化溶液接触后，壳聚糖液滴就会快速凝固，形成壳聚糖微球凝胶。将制得的壳聚糖微球凝胶在40℃氢氧化钠凝胶浴中老化24h后捞出。用去离子水清理5次后，转移到质量浓度为5％的京尼平交联剂中浸泡96h。将制备的壳聚糖微球凝胶在去离子水中浸泡96h，每隔18h更换一次溶剂，超临界CO2干燥，得到壳聚糖微球气凝胶。经测试，平均孔径24.6nm，孔隙率97.2％，比表面积为392m2/g。
实例3
在容器中配置体积浓度1％的乙酸溶液，量取2g的壳聚糖粉末放入配置好的乙酸溶液中，在30℃水浴条件下，机械搅拌25min，使壳聚糖完全溶解后，离心8000r/min处理8min，除气泡，得到壳聚糖质量浓度为2％的壳聚糖乙酸溶液100mL。将氢氧化钠粉末溶解在水中，配得0.5mol/L的氢氧化钠溶液450mL，并将其转移到水槽中，磁力搅拌200r/min。将制得壳聚糖乙酸溶液以恒定流速为0.65ml/min滴加到中装有氢氧化钠溶液的水槽中。在与氢氧化溶液接触后，壳聚糖液滴就会快速凝固，形成壳聚糖微球凝胶。将制得的壳聚糖微球凝胶在30℃氢氧化钠凝胶浴中老化2h后捞出。用去离子水清理4次后，转移到质量浓度为1％的戊二醛交联剂中浸泡48h。将制备的壳聚糖微球凝胶在去离子水中浸泡60h，每隔15h更换一次溶剂，冷冻干燥，得到壳聚糖微球气凝胶。经测试，平均孔径18.6nm，孔隙率96.6％，比表面积为386m2/g。
实例4
在容器中配置体积浓度2％的乙酸溶液，量取4g的壳聚糖粉末放入配置好的乙酸溶液中，在40℃水浴条件下，机械搅拌35min，使壳聚糖完全溶解后，离心9000r/min处理12min，除气泡，得到壳聚糖质量浓度为4％的壳聚糖乙酸溶液100mL。将氢氧化钠粉末溶解在水中，配得1.5mol/L的氢氧化钠溶液500mL，并将其转移到水槽中，磁力搅拌400r/min。将制得壳聚糖乙酸溶液以恒定流速为0.68ml/min滴加到中装有氢氧化钠溶液的水槽中。在与氢氧化溶液接触后，壳聚糖液滴就会快速凝固，形成壳聚糖微球凝胶。将制得的壳聚糖微球凝胶在35℃氢氧化钠凝胶浴中老化12h后捞出。用去离子水清理5次后，转移到质量浓度为4％的京尼平交联剂中浸泡84h。将制备的壳聚糖微球凝胶在去离子水中浸泡72h，每隔12h更换一次溶剂，超临界CO2干燥，得到壳聚糖微球气凝胶。经测试，平均孔径28.8nm，孔隙率97.2％，比表面积为479m2/g。
Claims (10)
1.一种简易的壳聚糖微球气凝胶的制备方法，其具体步骤如下：
(1)壳聚糖的溶解
在容器中配置乙酸溶液，量取壳聚糖粉末放入配置好的乙酸溶液中，在温水浴条件下，机械搅拌，使壳聚糖完全溶解后，离心处理后，除气泡，得到壳聚糖乙酸溶液；
(2)配置氢氧化钠老化液
将氢氧化钠粉末溶解在水中，配得氢氧化钠溶液，并将其转移到水槽中，磁力搅拌；
(3)制备壳聚糖微球凝胶
将步骤(1)中制得壳聚糖乙酸溶液滴加到步骤(2)中装有氢氧化钠溶液的水槽中，在与氢氧化溶液接触后，形成壳聚糖微球凝胶；
(4)壳聚糖微球的老化
将步骤(3)中制得壳聚糖微球凝胶在氢氧化钠凝胶浴中老化后捞出；用去离子水清洗后，转移到交联剂中浸泡36-96h；
(5)溶剂置换及干燥
将(4)中制备的壳聚糖微球凝胶在去离子水或者重蒸馏水中浸泡48-96h，每隔12-18h更换一次溶剂，干燥，得到壳聚糖微球气凝胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的乙酸体积浓度为0.5％-3％；所述的温水浴温度在20-60℃；机械搅拌时间为15-45min；离心转速为6000-10000r/min，离心处理时间为5-15min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的经过离心后的壳聚糖乙酸溶液中壳聚糖质量浓度为1％-5％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的磁力搅拌的速度为150-500r/min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的氢氧化钠的浓度为0.1-2mol/L。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的滴速为0.6-0.8ml/min；壳聚糖乙酸溶液与氢氧化钠溶液的体积比1:(3-5)。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)中微球与老化液的体积比为1：(1.5-3)；所述的老化时间为0.5-24h，老化温度为25-40℃；用去离子水清洗4-5次。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述的交联剂为戊二醛、京尼平和环氧丙烷其中的一种；交联剂的质量浓度为0.5-5％。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(5)中所述的干燥方法为冷冻干燥或CO2超临界干燥中的一种。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于制得的壳聚糖微球气凝胶材料平均孔径10-30nm，孔隙率96～98％，比表面积300～500m2/g。
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