磁性殼聚糖微球的制備及其性能

1、第30卷第2期20 1 1年3月Vol. 30 No. 2Mar. 2 0 11大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)Journal of Dalian Polytechnic University文章編號(hào)：1674 1404(2011)02 0105 04磁性殼聚糖微球的制備及其性能王紅英，常 凱，錢斯日古楞，孫井輝(大連工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院，遼寧 大連 116034)摘要：用共沉淀法制備納米級(jí) Fe3O4磁流體，并對(duì)其用油酸進(jìn)行表面改性。采用 化學(xué)交聯(lián)法,在分散有磁流體的殼聚糖溶液中，加入適量的戊二醛交聯(lián)劑，制得內(nèi)核為磁性FQO4,外層包有殼聚糖的納米級(jí)的磁性殼聚糖復(fù)合微球?？疾炝藲ぞ厶琴|(zhì)量濃度、NaOH滴加

2、量及攪拌速度等因素對(duì)磁性殼聚糖微球粒徑、粒徑分布以及形貌等對(duì)復(fù) 合過程的影響，確定了制備磁性殼聚糖微球的最佳條 件，并用電鏡、紅 外光譜圖、粒徑分析儀等 方法對(duì)磁性殼聚糖微球的形態(tài)和組成特性進(jìn)行分析。最后得岀平均粒徑為 348.5 nm,表面富含羥基、氨基和醇羥基等官能團(tuán)，磁性明顯、分散性良好的磁性殼聚糖微球。關(guān)鍵詞:殼聚糖；磁性微球；油酸中圖分類號(hào)：TQ464. 9文獻(xiàn)標(biāo)志碼：APreparation and characteristics of magnetic chitosan microspheresWANG HongyingCHANG Kai, QIAN Si riguleng,SU

3、N Jinghui(School of Bioengineering, Dalian Polytechnic University, Dali an 116034, China)Abstract: T he Fe3°4 nan oparticles were prepared by co precipitatio n and modified by oleic acid and the composite chitosa n magn etic m icrospheres containing Fe3O4 nan oparticles were prepared using the

4、emulsification cross linkingtechniqueby adding proper amountof glutaraldehy deinto chitosansolution. T he results dem onstrated thatthe chitosan concentratio n,NaOH amount andstirring speedof the suspension mediumwere themost effective parameter sfor the size, sizedistribution,morpholog y and magnet

5、ismof magneticchitosan micro spheres. TheSEM, IR and DLSindicated thatthe diam eter of the m icrospheres was about 348. 5 nm and the micr ospheres were unifo rmly disperse. The magnetic test showed that the micro spheres had good magnetic responsiveness and the functional groups on the surface.Key w

6、ords: chitosan; magnetic micr ospheres; oleic acid第30卷第2期20 1 1年3月Vol. 30 No. 2Mar. 2 0 11第30卷第2期20 1 1年3月Vol. 30 No. 2Mar. 2 0 11收稿日期:201001-24.基金項(xiàng)目：遼寧省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃資助項(xiàng)目(2008063).作者簡(jiǎn)介:王紅英(1969)，女，副教授.Publishing House. All rights reserved, hiLki.n0引言天然高分子磁性微球的研究是現(xiàn)在較新穎的 課題,由于微球表面天然高分子的分子結(jié)構(gòu)具有 可設(shè)計(jì)性，磁性微球又具有

7、靶向性，引起了世界科 學(xué)工作者的極大興趣，已成為21世紀(jì)生命科學(xué)和 材料學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近年來，國(guó)外學(xué)者發(fā) 表了許多有關(guān)天然高分子磁性微球的制備和應(yīng)用 方面的研究論文，并申請(qǐng)了不少專利，已有相關(guān)技 術(shù)在醫(yī)學(xué)、生物、環(huán)保等 領(lǐng)域中得到了 應(yīng)用13。 我國(guó)也有不少的科研人員開始了對(duì)天然高分子磁 性微球這一領(lǐng)域的研究，并取得了一定的成果，但 相比較而言，國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研 究水平與國(guó)外仍有差距。天然高分子 磁性微球的 制備常以Fe3O4為 內(nèi)核,外面包裹一層天然高分子材料。目前常用 的天然高分子材料為淀粉、海藻酸鈉、葡聚糖等， 用殼聚糖制備天然高分子磁性微球比較少見。但 是由于殼聚糖

8、是一種生物可降解的天然高分子材 料,其分子結(jié)構(gòu)擁有的OH和 NH 2兩種活性官能團(tuán)，它們可以與很多種有機(jī)物 的分子相結(jié) 合。由于殼聚糖具有這些優(yōu)良的特性，它是制第2期王紅英等：磁性殼聚糖微球的制備及其性能107備載體微球的首選材料。目前，磁性高分子微球 的研究已經(jīng)從最簡(jiǎn)單的高分子包裹磁性材料發(fā)展 到多類型的組合方式，其結(jié)構(gòu)一般為4種類型，即 核殼型、殼核型、殼核殼型和鑲嵌型69。磁性 微球的核殼兩部分構(gòu)成，核心部位的納米級(jí)磁流 體使微球具有靶向性，外殼的天然高分子官能基 團(tuán)使微球具有的載體性10。其中研究較多且具 有廣泛應(yīng)用前景的主要是核-殼型磁性高分子微 球,但是用殼聚糖包裹的磁性微球比較少

9、見，因此本文設(shè)計(jì)了以Fe3O4為內(nèi)核外面包 裹了殼聚糖 的核殼型磁性高分子微球。在制備微球的時(shí)，首先用油酸對(duì)Fe3O4磁性納米粒子 改性。然后以 Span80和吐溫80為乳化劑，采用戊二醛交聯(lián)法 制備11納米級(jí)殼聚糖磁性微球。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)定，殼聚糖磁性微球具備分散性良好、穩(wěn)定性高等優(yōu) 點(diǎn)。1 材料與方法1.1材料與儀器殼聚糖，脫乙酰度為 90%以上，上海緣聚生 物科技有限公司；乙酸、乙二胺、戊二醛、氯化亞 鐵、三氯化鐵均為國(guó)產(chǎn)分析純；Span80、吐溫80、油酸為國(guó)產(chǎn)化學(xué)純。1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1改性磁流體的制備用共沉淀法制備12納米級(jí)磁流體。秤取 5 g FeCI2 4H2O, 3. 4 g

10、 FeCl36H2O3,分別 溶解40 mL蒸餾水中,配制成FcT濃度為0. 2 mol/ L, Fc3+濃度為0.125 mol/L的溶液。將溶液混合置入 三口瓶中，加入150 mL去離子水,在10 000 r/min 條件下高速攪拌。在 攪拌的同時(shí)，緩慢滴加 3 mol/ L的NaOH ,直至溶液變得黑亮，此時(shí)停止 加入NaOH,繼續(xù)攪拌30 min。然后加入 0.5 mL 油酸,在10 000 r/min條件下高速攪拌1 h。油酸 被高速分散后吸附在納米級(jí)磁流體表面，不僅提高表面張力，使納米級(jí)磁流體更圓潤(rùn)，還能夠防止 磁流體氧化，提高其穩(wěn)定性。同時(shí)，大量的酸根粒 子包圍，相互排斥，使其更

11、具有分散性。然后用無 水乙醇和超純水反復(fù)清洗干凈，去除磁粒表面吸 附的油酸。最后加以磁場(chǎng)分離得到改性磁流體,冷凍干燥后，密封低溫保藏備用。1.2. 2納米磁性殼聚糖微球的制備首先,用體積分?jǐn)?shù)為 2%的乙酸溶液溶解殼 聚糖，隔夜放置，使其充分溶解。取1 g經(jīng)過改性 的磁流體干粉置入到燒杯中，加入40 mL配置好 的殼聚糖溶液，在功率1 000 W、間隙時(shí)間1 s、超 聲時(shí)間1 s條件下，超聲波冰浴分散 10 min。將 分散好 的溶液置入250 mL三口燒瓶?jī)?nèi)，加入 100 mL去離子水，37 恒溫水浴加熱并1 000 r/ min攪拌。緩慢滴加100 L戊二醛(體積分?jǐn)?shù)為50%),攪拌1 h,

12、加入適量Span80和 吐溫80。繼續(xù)以1 000 r/ min速度攪拌 30 min, 開始滴加1 mol/L的NaOH。在pH達(dá)到7之 前，NaOH滴加速度每4 s 滴。然后再以每 8 s 一滴速度滴加到 pH為9,停止滴加。緩慢加入 100 L乙二胺,800 r/ min攪拌3 h。停止攪拌， 用無水乙醇和超純水反復(fù)清洗干凈，在 4的冰箱中保藏備用。1.3測(cè)定方法1.3. 1掃描電鏡分析(SEM)磁性殼 聚糖微球在載玻片固定烘干后，用XL30掃描電鏡(philips)掃描觀察其形貌。1.3. 2平均粒徑取少量的磁性殼聚糖微球，溶于重蒸餾水中， 超聲分散。然后使用美國(guó)布魯克海文儀器公司的

13、Zetasizer激光分析儀測(cè)定納米級(jí)磁性殼聚糖微 球的粒徑分布。1.3. 3紅外光譜分析(FT IR)取少量的2 mg磁性殼聚糖微球干粉與干燥 KBr粉末充分混合，用球磨機(jī)研磨2 min,轉(zhuǎn)入模 具中,使其分布均勻，壓成透明的薄片。然后用美 國(guó)Nicolet Im pact 410型紅外光譜分析儀對(duì)磁性 殼聚糖微球進(jìn)行分析,測(cè)量的范圍為4 000 -1400 cm 。2 結(jié)果與討論2.1磁性殼聚糖微球制備的影響因素2.1. 1殼聚糖的質(zhì)量濃度如表1所示,隨著殼聚糖質(zhì)量濃度的增加，磁 性殼聚糖微球的粒徑隨之增大。但是，當(dāng)殼聚糖質(zhì)量濃度過大時(shí)，反應(yīng)液的黏度也越大，攪拌就越 困難,容易產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象

14、。而殼聚糖的質(zhì)量濃度 過低,磁流體則會(huì)交聯(lián)很少的殼聚糖，不利于固定化活性物質(zhì)。所以殼聚糖的質(zhì)量濃度為20 g/L時(shí)條件最佳。2. 1. 2氫氧化鈉的滴加量在磁性殼聚糖微球的制備過程中 ，氫氧化鈉 的滴加過量，會(huì)使微球粘連太多的殼聚糖，造成微 球之間的團(tuán)聚現(xiàn)象；滴加不足則會(huì)導(dǎo)致磁流體表八：面很少或者沒有殼聚糖。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，滴加8. 5 mL濃度為3 mol/ L的NaOH時(shí)成球性最好 見圖1。表1不同殼聚糖質(zhì)量濃度對(duì)微球制備的影響Tab. 1 Effect of magnetic micro spheres preparationwith different chitosan Concentra

15、tion（殼聚糖）/（gL- 1)1015202530微球粒徑/ nm263272348424團(tuán)聚現(xiàn)象無無無部分完全微球球形差較差佳較差差(a)滴加 3 mol/L NaOH 趙過 8 5 mL2. 2磁性殼聚糖微球的結(jié)構(gòu)與形貌觀察采用SEM對(duì)實(shí)驗(yàn)部分得到的殼聚糖磁性復(fù) 合微球結(jié)構(gòu)與形貌進(jìn)行觀察。由圖2可見,其粒徑達(dá)到300 nm左右，成球性較好，尺寸均勻，分 散性好，沒有團(tuán)聚現(xiàn)象。圖2磁性殼聚糖微球的 SEM照片F(xiàn)ig. 2 SEM of magnetic microspheres2. 3磁性殼聚糖微球粒徑的分布粒徑分布是評(píng)價(jià)磁性殼聚糖微球的分散性和 均一行的重要指標(biāo)，由圖3可見,納米級(jí)磁性

16、殼聚 糖微球的粒徑分布比較窄，95. 4%的磁性殼聚糖微球集中在332. 7 nm左右，平均粒徑大約為 348. 5 nm,分散系數(shù)為0. 283,這與掃描電鏡分析 所得出的結(jié)果一致。第2期王紅英等：磁性殼聚糖微球的制備及其性能#第2期王紅英等：磁性殼聚糖微球的制備及其性能#粒徑/nm圖3磁性殼聚糖微球的粒徑分布x 7+000 2 intb)滴加 3 mnl/L NaOH 量均 8 5 mL圖1不同NaOH滴加量的殼聚糖磁性微球的SEM照片F(xiàn)ig. 1 SEM images of magnetic microspheres withdifferent NaOH amount第2期王紅英等：磁性

17、殼聚糖微球的制備及其性能#第2期王紅英等：磁性殼聚糖微球的制備及其性能1092. 1.3攪拌速度如表2所示,在制備微球的過程中，攪拌速度 越大,磁性殼聚糖微球粒徑越小。當(dāng) 轉(zhuǎn)數(shù)超過 1 000 r/ min之后，即使攪拌速度增加，微球粒徑 的變化也比較平緩。所以，最佳攪拌轉(zhuǎn)數(shù)為Fig. 3 Diameter distr ibuting of magnetic microspheres2. 4磁性殼聚糖微球的紅外分析 圖4是紅外光譜分析儀得出的磁性殼聚糖微 球紅外光譜。對(duì)紅外光譜圖進(jìn)行解析，584 cm-的寬吸收峰是Fe O的特征峰，表明磁性微球中 含有磁流體。1 068 cm- 1是C O C

18、伸縮振動(dòng) 峰，1 635 cm- 1是 NH 2彎曲振動(dòng)吸收峰, 3 434 cm- 1的寬吸收峰是羥基OH振動(dòng)吸收峰，2 925 cm- 1寬吸收峰是 NH的伸 縮振動(dòng)吸收 峰，這些官能基團(tuán)均是表明磁性微球中含有殼聚 糖。由紅外光譜解析得出，已成功制備出以磁流1 000 r/ min。表2不同攪拌速度對(duì)磁性殼聚糖微球粒徑的影響T ab. 2 Effect of chito san micr ospheres w ith different stirr ing rate攪拌速度/ (r min - 1)800 1 000 1 200第2期王紅英等：磁性殼聚糖微球的制備及其性能#殼聚糖磁性微球粒

19、徑 / nm4503483224T1- IM.Tih體為核心外殼包裹著殼聚糖的納米級(jí)微球。這些第2期王紅英等：磁性殼聚糖微球的制備及其性能#特征峰的波谷較深，表明磁性殼聚糖微球表面的活性基團(tuán)豐富。圖4磁性殼聚糖微球的紅外圖譜Fig. 4 IR spectrum of magnetic microspheres2. 5磁性殼聚糖微球的磁響應(yīng)性由表3中數(shù)據(jù)可以看出，磁性殼聚糖微球粒 徑不同，磁響應(yīng)也不同，磁性殼聚糖微球粒徑越 大,磁響應(yīng)就越強(qiáng)。但是在加以相同磁場(chǎng)下，磁性殼聚糖微球都能在74 s吸附完畢，以達(dá)到快速分 離。由此可以看出磁性殼聚糖微球的磁響應(yīng)顯 著,具有磁分離的功能。表3不同粒徑磁性殼

20、聚糖微球磁響應(yīng)時(shí)間Tab. 3 The responsivenesstime of different particlesize chitosan magnetic microspheresm(微球)/gV(水)/ mLt/ s大粒徑磁性微球15020小粒徑磁性微球150742. 6殼聚糖磁性微球的耐酸堿性實(shí)驗(yàn)磁性殼聚糖微球可以在pH 9的溶液中冷凍儲(chǔ)存一個(gè)月，但是當(dāng)pH> 9. 4,會(huì)發(fā)生交聯(lián)團(tuán)聚。 而且時(shí)間越長(zhǎng),交聯(lián)得越嚴(yán)重。磁性殼聚糖微球 在pH < 5. 5溶液放置3 d,會(huì)有部分納米級(jí)磁性 離子的溶出。這是因?yàn)榇判詺ぞ厶俏⑶虮砻娴臍?聚糖會(huì)逐步溶于酸性溶液中。實(shí)驗(yàn)表明磁性

21、殼聚 糖微球在5. 5< pH < 9. 4的溶液中穩(wěn)定性較高。3 結(jié)論通過油酸改性Fe3O4,采用分散聚合法制備 的微球的球形圓潤(rùn)多孔，表面活性基團(tuán)豐富，分散 性良好。油酸的改性增加了磁性殼聚糖微球的疏水性。最佳藥品加量為 100 L戊二醛（體積分?jǐn)?shù) 為 50%）,Span80 和吐溫 80 各 300 L, 100 L 乙二胺,滴加3 mol/ L的NaOH為8. 5 mL;最佳 溫度為37;最佳攪拌速度為1 000 r/ min。參考文獻(xiàn)1 AL- DU RI B, ROBIN SON E, M CN ERLA N S, et al. H ydro lysis of edib

22、le oils by lipase immobilized on hy drophobic support: Effect of internal structure. Journal of the Amer ican Oil Chemists Society, 1995, 72: 1351 1359.2 CAO Shugui, YANG H ua, MA Lin. Enhancing en zymatic properties by the immobilization method J. Applied Biochemistry and Biotechnology, 1996, 59: 7 14.3 謝鋼，張秋禹.磁性高分子微球J.高分子通報(bào)， 2001(12) :38 45.4 AGNIH OTRI S A, MALLIK ARJUNA N N, AMIN ABH AV I T M. Recent advances on chitosan- based micro and nanoparticles in drug delivery J. Journal of Controlled Release, 2004, 100: 5 28.5 袁履冰，高占先，陳宏博，等.有機(jī)化學(xué)M.北京：高 等教育出版社,1999:459.6