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：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 Fe3O4磁流體，并對其用油酸進(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磁性殼聚糖微球粒徑、粒徑分布以及形貌等對復(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：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。 我國也有不少的科研人員開始了對天然高分子磁 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，國內(nèi)在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研 究水平與國外仍有差距。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納米級殼聚糖磁性微球。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測定，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、三氯化鐵均為國產(chǎn)分析純；Span80、吐溫80、油酸為國產(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磁流體表面，不僅提高表面張力，使納米級磁流體更圓潤，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三口燒瓶內(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。然后使用美國布魯克海文儀器公司的

13、Zetasizer激光分析儀測定納米級磁性殼聚糖微 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Nicolet Im pact 410型紅外光譜分析儀對磁性 殼聚糖微球進(jìn)行分析,測量的范圍為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,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