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静电喷雾法制备海藻酸钙羧甲基纤维素钠液芯微胶囊的工艺选优

发布日期:2015-02-14 15:25:24

静电喷雾法制备海藻酸钙羧甲基纤维素钠液芯微胶囊的工艺选优和微胶囊

静电喷雾法制备海藻酸钙羧甲基纤维素钠液芯微胶囊的工艺选优,尝试用高压静电成爱装置(静电喷雾法)来制备一种强度高、生物相容性好的海藻酸钙-截甲基纤维素钠液芯微袁.在初步试验的基站上,利用正交试验的方法考察了海藻酸钠羧甲基纤维素 钠以及氯化钙的农度对成囊过程中微胶囊膜厚、粒径等的影响.同时结合不同制备条件下微肢囊的 成裳性,优化海藻酸鈣-羧甲基纤维素钠微肢囊制备工艺.在优化的工艺参数中海藻酸韵、氣化钙以 -及羧甲基纤维素钠的质量浓度分别为10,30,15 g/L.

微生物的固定化海藻酸钠因其良好的成膜、成 囊性和生物相容性已被应用于海藻酸钠-聚赖氨酸- 海藻酸钠(APA)微胶囊、海藻酸钠-壳聚糖_海藻酸 钠(ACA)微胶囊、海藻酸钙羧甲基纤维素钠液芯微 胶囊以及海藻酸钙凝胶珠体系中.特别是海藻酸钙- 羧甲基纤维素钠液芯微胶囊具有机械强度髙、生物 相容性好、壁材易得且传质性能好等优点,是一种有 潜力的微胶囊体系[1].首先,液芯微囊的制备不需 甲醛等有毒物质的固化过程,避免了喷雾干燥过程 中的高温操作,可以通过控制成囊工艺来调节膜孔 隙率和膜厚度以及芯材在囊芯内的良好分散,特别 适合热敏性的蛋白类药物以及水溶性药物的微囊 化,并能避免突释现象.其次,液芯微胶褒的 机械强度高于APA和ACA微胶囊,可以改善微囊 体内移植效果,特别是肌袋内移植破损的情况.此 外,液芯微囊传质性能优于海藻酸钙凝胶珠体系,适 合酶和微生物固定化[1,2].但是,现有文献报道的液 芯微胶囊制备工艺不易控制且制备的微囊粒径较大 (约3 mm),这限制了其在医药领域的临床应用 而用静电喷雾法制备的微胶囊具有成囊性好、粒径 均匀和易无菌操作等优点,且制备的微囊粒径可到 微米级W.本文探索了利用高压静电成囊装置制备 液芯微胶囊的方法,及对其制备工艺的优化.
1材料与仪器
1.1材料
M型海藻酸钠(Sigma, A0682) ;G型海藻酸钠 (Aldrich, 180947);羧甲基纤维素钠(Fluka,21903, 黏度为 700- 1 500 MPa-s,(l%水溶液;25 X:)); CaCl2 • 2H20( Amresco);龟板(台湾正扬制药有限公 司生产).
1.2仪器
髙压静电成囊装置(上海理工大学研制);磁力 搅拌器(RH-KT/C,IKA);生物倒置显微镜及图像 采集系统(Olympus, 0本);纯水器(PURELAB CLASSIC,PALL,美国);喷雾针头(上海统业电子 科技有限公司).
2试验方法
2.1液芯微胶囊的制备
先将配置好的一定浓度的羧甲基纤维素钠溶 液、氯化钙溶液和需要包裹的芯材混匀后吸人注射 器,并固定于注射泵上;然后利用高压静电成囊装置 (如图1所示),静电喷雾法制备海藻酸钙羧甲基纤维素钠液芯微胶囊的工艺选优,将混合液喷雾至不断搅拌(磁力搅 拌)的海藻酸钠溶液中,Ca2+与海藻酸钠交联反应 形成微囊;将微胶囊滤出并清洗;再加人一定浓度的 氯化钙溶液对微胶囊固化,过滤清洗后即得到所制 备的液芯微胶囊.
2.2微胶囊粒径和膜厚的测暈
利用倒置显微镜所带的图像采集系统(DP CONTROL软件),对制备的微胶囊样品拍照.并在 所选取视野内,采用系统软件所带的可调节标尺随 即测量20个微胶囊粒径和膜厚,取其均值.
2.3液芯微胶蠹制备工艺优化
首先将海藻酸钠的类型、喷雾针头孔径以及磁 力搅拌子形状等因素对成囊性的影响进行初步试验 研究,在此基础上设计正交试验优化工艺.试验中选 取羧甲基纤维素钠溶液与氯化钙溶液的体积比为 1:1;电压为3. 1 x kV;注射泵推进速度为50 mm/h;固化用氯化耗液浓度为〇. 15 m〇l/L.
3结果与分析
3.1初步试验结果与讨论
3.1.1海藻酸钠类型对成囊性的影响
海藻酸钠由古罗糖醛酸(G)与甘露糖醛酸(M) 组成,根据其G与M含量的比例高低分为G型和 M型.试验比较了 G型和M型两种海藻酸钠的成 囊性.M型海藻酸钠在搅拌过程中易形成大量气 泡,影响成囊,而且形成的微胶囊粘连成团,不适合 制备液芯微胶囊.而G型海藻酸钠具有良好的成囊 性.原因可能为Ca2+是与海藻酸納中的G片段发生 交联,而G型海藻酸钠G片段含量高,因而能与 Ch2 +发生较强的交联反应,具有好的成囊性.
3.1.2喷雾针头直径对微胶囊粒径的影响
在其他制备条件相同的情况下,分别采用5 #、 6#和7#喷雾针头制备微胶囊,得到微囊粒径分别 为(1.020 ±0.084) mm、(1.318 ±0.086) mm 和 (1.449 ±0. 097)结果表明,喷雾针头孔径越
小,制得的微胶囊粒径越小.
3.1.3磁力搅拌子形状对成囊性的影响
试验中发现,采用普通的磁力搅拌子,由于其表 面不光滑,搅拌过程中,易与容器底部的微囊产生摩 擦,制备的微胶囊中约有8%微囊破碎_为此,本文 设计了表面光滑的圆柱形搅拌子,制备过程中微囊 破损比例明显降低.原因可能为液芯微胶囊在囊壁 固化前,微囊极易变形或破碎.而圆柱形搅拌子能和 容器壁更好的贴合,降低了其与微胶囊间的摩擦,从 而使微囊破损数目减少.
3.2微胶囊制备工艺优化结果与讨论
根据初步试验结果,进行了正交试验研究.正交
试验考察条件:羧甲基纤维素钠溶液和氯化钙溶液 的体积比为1:1;喷雾电压为3.1 x l〇4 kV;注射泵 推进速度为50 _/h;固化用氯化耗液质量浓度为 0.15喷雾针头用7 #平针头.采用微囊平均
粒径J和膜厚与粒径比fc/d作为考査指标,同时结 合成囊性进行评价.静电喷雾法制备海藻酸钙羧甲基纤维素钠液芯微胶囊的工艺选优,膜厚艰径可表征其相对膜强度 高低(即微囊膜的相对厚度).正交试验安排及结果 分别如表1和表2所示和&分别表示海藻
酸钠、羧甲基纤维素钠以及氯化转溶液的质量浓度. 其中每组统计20个微囊的粒径和膜厚取其平均值 作为此工艺条件下的粒径和膜厚.
表1正交试验安排及结果
Tib,1 Factws, levels and results of orthogonality expcrimaits
试验号pJ V p/ (g.L-1) (g-L-1) (g-L-])^/mmh/d
17.510201.3270.199
27.520301,3540.303
37.530501.4070.276
410-010301.1390.270
510.020501.1450.286
610.030100.9580.139
712,510501.2740.347
812,520201.1710-178
912,530301.2050.216
 
表2方差分析结果 Tab, 2 Variance analysis of the results
方差来源偏差平方和自由度F比显著性
dh/ddh/ddh/dcl h/d
)°a0.1190.0012239,6671.000*
Pb0.0050.006221.6676,000
Pc0.0240.027228-00027.000•K-
误差0.0030.00122
 
根据正交试验结果以及成囊原理分析,海藻酸 袖浓度对微囊粒径影响最大,海藻酸钠在低浓度和 高浓度时,微胶囊粒径大.原因可能为在低浓度时, 海藻酸钠要提供足够多的结合位点给Ca2+ ,与微囊 反应的海藻酸钠量增大而使微囊粒径增大;在高浓 度时,液滴周围的海藻酸钠含量高,与Ca2+交联时 海藻酸钠量多而使微囊粒径增大随着氯化钙浓 度增大,制备的微胶囊粒径和膜厚与粒径比都增大. 羧甲基纤维素钠浓度对微胶囊粒径影响较小,但是 对成囊性影响较大,其浓度不易太高,否则易堵塞喷 嘴而不易成囊.
试验得到的制备液芯微囊的最优工艺为海藻酸钠 质量浓度10 g/L、氯化钙质量浓度30 g/L以及羧甲基 纤维素钠质量浓度15 g几.在优化的工艺条件下,分别 利用5#、6#和7#喷雾针头制备微胶囊,制备出的微 胶囊均有良好的成囊性(如图2所示).且优化工艺条 件下.5 #和6 #针头制备的麵平均粒径小于900 ;皿
从图2可以看出利用静电喷雾方法,在优化的 工艺条件下制备的液芯微胶囊圆整、成囊性好、膜厚 度高,内外膜结构明显.
将龟板水煎剂与氣化钙溶液和羧甲基纤维素钠 溶液预混后,静电喷雾法制备海藻酸钙羧甲基纤维素钠液芯微胶囊的工艺选优,进行静电喷雾制得龟板微胶囊.图3为 在最佳工艺条件下,采用6#针头制备的中药龟板 液芯微囊照片.从图3可以看出,龟板液芯微胶囊圆 整、药物龟板分散于液芯微囊中,且无药物被包裹于 微囊膜中.试验中测得龟板微胶囊粒径约840 pm, 膜厚约90 fim.
4结论
研究得出应用静电喷雾可制备出微米级液芯微胶囊,且制得的微胶囊粒径均匀、成囊性好.静电喷雾制备液芯微囊的工艺优化为海藻酸钠质量浓度10 g/L、氯化钙质量浓度30 g/L以及羧甲基纤维素钠质量浓度15 g/L.可以通过调整喷雾针头孔径来调整微胶囊粒径.静电喷雾制备液芯微胶囊在细胞工程、微生物和酶的固定化以及药物制剂等领域有着潜在的应用前景.
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