磁性殼聚糖納米微粒合成工藝的優(yōu)化*

★ 劉文琴 張雨恬 周盛榮 謝一輝*

(1.江西中醫(yī)藥大學(xué) 江西 南昌 330004；2.宜春市袁州區(qū)婦幼保健院 江西 宜春 336000)

磁性高分子微球是指通過適當(dāng)方法使有機高分子與無機磁性物質(zhì)結(jié)合起來形成的具有一定磁性及特殊結(jié)構(gòu)的納米級微球。因磁性高分子微球同時兼具高分子微球的眾多特性和磁性納米材料的磁響應(yīng)性，不但能通過共聚及表面改性等方法賦予其表面功能基(如-OH、-COOH、-CHO、-NH2、-SH等)，使其對某類成分或某個成分產(chǎn)生選擇性吸附，還能在外加磁場作用下方便迅速地分離，同時因磁性高分子微球為納米級材料，其表面積巨大，因而吸附容量大。因此，磁性高分子微球是一種選擇性強、分離效果好、分離成本低、分離速度快的分離工具。作為一種新型的功能材料——磁性高分子微球，在材料學(xué)、醫(yī)學(xué)生物學(xué)、醫(yī)學(xué)生物工程學(xué)、成分分離和隱身技術(shù)、日用品等諸多領(lǐng)域獲得了不同程度的應(yīng)用，可以預(yù)見，磁性高分子微球技術(shù)必將具有廣泛的應(yīng)用前景[1-3]。殼聚糖的生物相容性和血液相容性較好，可降解性，而且降解產(chǎn)物無毒副作用。因而殼聚糖成為磁性高分子納米微球的首選材料。磁性殼聚糠納米微粒是各種功能磁性高分子納米微球的基礎(chǔ)。高效、穩(wěn)定的磁性殼聚糠合成工藝是制備各種不同功能的磁性高分子納米微球的關(guān)鍵。本實驗對磁性殼聚糖合成工藝進行了優(yōu)化，為進一步制備不同功能的磁性高分子納米微球奠定基礎(chǔ)。

1 實驗材料與儀器

四水合氯化亞鐵(西攏化工股份有限公司)，六水三氯化鐵(國藥集團化學(xué)試劑有限公司)，殼聚糖(阿拉丁，上海市金橋出口加工區(qū))，冰醋酸AR(天津市大茂化學(xué)試劑廠)，司盤-80(國藥集團化學(xué)試劑有限公司，批號F20080203)，25%戊二醛(國藥集團化學(xué)試劑有限公司，批號F20100827)，液體石蠟AR(國藥集團化學(xué)試劑有限公司)，其它試劑均為分析純。

GZX-9140ME數(shù)顯鼓風(fēng)真空干燥箱(上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠)，DW-3-60W數(shù)顯無極恒速攪拌器(鞏義市英峪予華儀器廠)，電子掃描電鏡(日本電子jsm6701f)。

2 四氧化三鐵納米微粒的制備[4]

稱取9.441g FeCl3·6H2O和3.440g FeCl2·4H2O，加雙蒸水100mL，使溶解，放入250mL錐形瓶中，在氮氣保護下800 rpm強機械攪拌。同時升溫至50℃，攪拌約半個小時以后，加入約20mL氨水(滴加)，保持溶液pH值為11。同時升溫到80℃，劇烈攪拌反應(yīng)2h后停止。將所制備液體在室溫下晶化30min后用磁鐵分離。倒掉上層清液，用去離子水反復(fù)洗滌直至中性，再用丙酮洗滌磁鐵分離。并在60℃下真空干燥后，得到固體的納米Fe3O4粒子。

3 磁性殼聚糖納米微粒制備工藝的優(yōu)化

3.1 正交實驗 預(yù)實驗提示磁性殼聚糖納米微粒制備有如下幾個關(guān)鍵因素需要優(yōu)化：殼聚糖與四氧化三鐵納米微粒的重量比、乳化劑用量、交聯(lián)劑用量和水相與油相體積比。為選擇最佳制備工藝，通過正交設(shè)計，篩選出最佳制備條件，正交設(shè)計表見表1，每個條件重復(fù)3次，共27次實驗。

表1 制備因素各條件的正交設(shè)計表

注：觀察組與對照組比較：X2=5.415,P<0.05

表2 正交實驗結(jié)果分析

注：“磁響應(yīng)”為3次測定結(jié)果平均值。

表3 磁性殼聚糖微粒制備結(jié)果分析

考察指標(biāo)為得率、微粒表征和磁響應(yīng)時間。判斷依據(jù)為：得率為微粒重量除以殼聚糖和四氧化三鐵納米微粒的總重量，微粒表征以顯微照相目測微粒均勻性和電子掃描電鏡判斷納米微粒直徑進行評分，磁響應(yīng)時間以微粒在水中混懸后用磁鐵分離至水澄清時間。總得分權(quán)重值為：得率0.2、微粒直徑0.4、磁響應(yīng)時間0.4。

3.2 合成過程 取殼聚糖溶于5%的醋酸溶液中，加入Fe3O4，超聲分散20min。將含有Fe3O4和殼聚糖的醋酸溶液(水相)滴加至分散相(油相)中，油相由液體石蠟和span-80組成。于室溫、1000rpm下劇烈攪拌，制成反相(W/O)懸浮分散體系。1h后，加入25%戊二醛交聯(lián)固化2h，反應(yīng)結(jié)束后，用磁鐵分離磁性殼聚糖納米微球，分別用去離子水和乙醇洗滌3次，丙酮洗滌脫水，所得磁性殼聚糖納米微球于60℃下真空干燥24h，置干燥品中備用。

3.3 正交實驗結(jié)果統(tǒng)計與分析 按正交設(shè)計因素和水平條件時間實驗，每個條件進行3次，共得27組數(shù)據(jù)，用SPSS進行統(tǒng)計分析，再將每條件的3次結(jié)果平均值進行分析，結(jié)果見表2～3。

由表2可知，影響因素大小的順序為A>C>D>B，即殼聚糖與四氧化三鐵納米微粒的重量比>交聯(lián)劑用量>水油比>乳化劑用量。最佳條件為A2B3C3D1。

將實驗結(jié)果用SPSS分析，結(jié)果顯示每個因素均有顯著性差異，影響因素大小順序為A>C>D>B，與上述極差分析結(jié)果一致，見表3。最佳條件為A2B3C3D1，即殼聚糖與四氧化三鐵重量比為1∶1、乳化劑用量0.6mL、交聯(lián)劑用量4mL和水相與油相體積比20∶35。

3.4 最佳工藝重復(fù)實驗 取同批次制備的Fe3O4納米微粒三份，按上述最佳條件的制備磁性殼聚糖納米微粒，結(jié)果見表4。結(jié)果表明該實驗條件穩(wěn)定可靠。

表4 最條件制備條件實驗結(jié)果

3.5 磁性殼聚糖納米微球電鏡掃描結(jié)果 將磁性殼取糖納米微粒粘在導(dǎo)電膠上，用離子濺射器對聚合物噴金，然后用掃描電子顯微鏡(SEM)觀測聚合物的形貌。圖1為放大10萬倍磁性殼聚糖納米微球的SEM圖，由圖可以看出，微球粒徑分布比較均勻，平均粒徑約為50nm。

圖1 磁性殼聚糖納米微球的SEM圖

[1]J.Ugelstad, A.Berge, T.Elliingsen,et al, Preparation and Application of New Monosized Polymer Particles[J]. Prog.Polym.Sci.,1992,17:87.

[2]王延梅，封麟先.磁性高分子微球的研究進展[J]. 高分子材料科學(xué)與工程，1998, 14(5):6.

[3]丁小斌,孫宗華,萬國祥.磁性高分子微球的制備和應(yīng)用進展[J]. 化學(xué)通報，1997(1):1.

[4]Agnihotri S A,Malliarjuna N N,Aminabhavi T M,et al.Recent advances on chitosanbased micro and nanoparticles in drug delivery[J]. Journal of ControlledRelease,2004,100(1):5-28.