三甲基壳聚糖

三甲基壳聚糖（精选4篇）

三甲基壳聚糖 篇1

摘要：为了提高甲磺酸沙喹那韦的生物利用度,制备了甲磺酸沙喹那韦三甲基壳聚糖微球并考察其体外溶出度。用喷雾干燥法制备甲磺酸沙喹那韦三甲基壳聚糖微球,用红外光谱进行鉴定,采用PBS7.4缓冲液和0.1 mol/L盐酸溶液考察微球的体外药物释放速率,用HPLC法检测药物浓度。结果显示,制备得到的甲磺酸沙喹那韦三甲基壳聚糖微球在体外近中性及酸性条件下能够持续释放,无突释现象。甲磺酸沙喹那韦三甲基壳聚糖微球有利于口服给药后,药物的持续释放。

关键词：甲磺酸沙喹那韦,三甲基壳聚糖,微球

沙喹那韦是FDA批准上市的第一个治疗艾滋病( HIV) 的蛋白酶抑制剂,对HIV-1 和HIV-2 蛋白酶有强大的抑制作用,对急慢性感染细胞都有抗病毒活性。它具有低毒,高效、高选择性的特点[1],是目前国内获准生产的九种抗艾滋病药物之一,销售情况良好[2],与其它抗HIV药物配合使用,可以显著降低患者体内的病毒数量,亦可降低与艾滋病有关的感染几率。但是沙喹那韦在水中不溶,临床使用甲磺酸沙喹那韦( MSQU) 制成口服剂型,通常情况下其生物利用度仅为4%[3],两大主要影响因素是: ①水溶性差,严重影响了溶出及吸收;②广泛的首过效应。

三甲基壳聚糖( TMCS) 是壳聚糖三甲基化季铵衍生物,具有与壳聚糖相似的优点,如有很好的生物相容性和生物可降解性,对皮肤和黏膜无刺激,并且能促进药物在胃肠道吸收,能与小肠表皮细胞作用,介导暂时开放细胞紧密连接,增强蛋白在黏膜表面的吸收,促进细胞旁路转运。但是比壳聚糖更为优越的是,它不管在酸性还是在中性、碱性环境中都携正电荷,具有良好的溶解性,因此在肠道中,也能够促进药物吸收; 另外具有对肠道黏膜的粘附性,能增加药物与肠道的接触时间。壳聚糖在肠道中不能溶解,则严重影响了它的促吸收功能。

为了提高甲磺酸沙喹那韦在胃肠道的吸收能力,进而提高其生物利用度,本实验通过喷雾干燥法制备了甲磺酸沙喹那韦三甲基壳聚糖微球,并考察了其体外药物释放速率。

1 试剂与仪器

1. 1 试剂

甲磺酸沙喹那韦,上海佰世凯化学科技有限公司( 批号:120805) ; 三甲基壳聚糖( TMCS, 分子量600 k Da, 分子量100 k Da,季铵化取代率为28%) ,自制; 乙腈、磷酸二氢钾、氢氧化钠,购自中国国药上海化学试剂公司; 其余试剂均为市售分析纯。

1. 2 仪器

Avance 500 型核磁共振波谱仪; Tensor 27 型傅里叶变换红外光谱仪( KBr压片) ,德国Bruker公司; TU-1810 紫外可见分光光度计,北京普析通用仪器有限责任公司; U3000 高效液相色谱仪,SPD-10A型紫外检测器,美国戴安公司; BS110S系列电子天平,北京赛多利斯天平有限公司; Winner 2000Z智能全自动台式激光粒度分析仪,济南微纳仪器有限公司; SHA-B恒温振荡器,国华企业。

2 实验方法

2. 1 标准曲线的线性关系考察[4,5]

色谱条件: 色谱柱: ODS C18柱( 250 mm×4. 6 mm,5 μm) ;流动相: 乙腈-0. 02 mol/L磷酸缓冲液( 取磷酸二氢钾2. 7262 g,加水溶解,氢氧化钠调节p H至6. 7,定容至1000 m L) ( 60∶40) ; 流速: 1. 0 m L / min; 检测波长: 300 nm; 柱温: 25 ℃ ;进样量: 20 μL。

标准曲线的绘制: 精密称取甲磺酸沙喹那韦,以甲醇为溶剂配制成质量浓度为0. 01,0. 025,0. 05,0. 1,0. 15,0. 2 mg/m L的甲磺酸沙喹那韦溶液,进样,记录色谱图。

2. 2 甲磺酸沙喹那韦三甲基壳聚糖微球制备

精确称取适量三甲基壳聚糖( 分子量600 k Da/TMCS60,或分子量100 k Da/TMCS10) 溶于200 m L蒸馏水中,搅拌至完全溶解,配成TMCS水溶液,待用。精确称取440 mg甲磺酸沙喹那韦,投入200 m L蒸馏水中,稍加热使溶解,配制成浓度为2. 2 mg/m L的饱和溶液。将上述配制的200 m L TMCS水溶液和200 m L甲磺酸沙喹那韦饱和溶液混合,用喷雾干燥法干燥,选择喷雾干燥器的进口温度为120 ℃ ,进料速度为3 m L/min,空气流量为400 L/h。收集干燥颗粒,得到甲磺酸沙喹那韦三甲基壳聚糖微球[6]。

2. 3 载药量及包封率测定[6]

得到的甲磺酸沙喹那韦三甲基壳聚糖微球,通过高效液相法在300 nm的波长来测定吸收度。根据标准曲线计算甲磺酸沙喹那韦的浓度。

载药量=( 微球中含药量/微球的总质量) ×100%

包封率=( 微球中包封的药物量/药物投料量) ×100%

2. 4 溶出速度测定

制备得到的甲磺酸沙喹那韦三甲基壳聚糖微球,分别测定其溶出度。精密称取40 mg甲磺酸沙喹那韦三甲基壳聚糖微球,投入透析袋中,加入10 m L介质,两端扎紧,再投入90 m L介质( 0. 1 mol/L HCl溶液或者p H = 7. 4 的PBS磷酸溶液) 中,磁力搅拌,温度为37 ℃ 。在0. 25 h、0. 5 h、1 h、2 h、4 h、6 h、8 h、10 h时取出介质0. 5 m L,并补充同体积释放介质。通过高效液相法在300 nm的波长来测定吸收度,然后根据标准曲线计算甲磺酸沙喹那韦的浓度。

3 结果与讨论

3. 1 标准曲线测定

以峰面积A为纵坐标,甲磺酸沙喹那韦质量浓度C( mg/m L)为横坐标,进行线性回归,得甲磺酸沙喹那韦回归方程: A=137. 48C-0. 0076 ( r = 0. 999) 。

3. 2 甲磺酸沙喹那韦三甲基壳聚糖微球的制备

根据图2,甲磺酸沙喹那韦三甲基壳聚糖微球的红外图谱( 图2 中4#~7#) 与甲磺酸沙喹那韦与三甲基壳聚糖的物理混合物( 图2 中3#) 比较: 甲磺酸沙喹那韦与三甲基壳聚糖的物理混合物( 图2 中3#) 在2000 ~ 1200 区段的特征峰是1673 cm-1,1658 cm-1,1551 cm-1,1530 cm-1,1200 cm-1,1036 cm-1,兼具有甲磺酸沙喹那韦和三甲基壳聚糖的特征峰,与微球有明显差异; MSQU/TMCS60-2 微球在2000 ~ 1200 区段的特征峰是:1667 cm-1,1473 cm-1,1053 cm-1( 见图2 中4#) ; MSQU/TMCS10-2微球在2000 ~ 1200 区段的特征峰是: 1665 cm-1,1471 cm-1,1052 cm-1( 见图2 中5#) ; MSQU/ TMCS60- 1 微球在2000 ~1200 区段的特征峰是: 1639 cm-1,1472 cm-1,1059 cm-1( 见图2 中6#) ; MSQU/TMCS10-1 微球在20001200 区段的特征峰是: 1640 cm-1,1472 cm-1,1054 cm-1( 见图2 中7#) ,均与混合物有明显不同。其中MSQU/TMCS60 - 2 微球和MSQU/TMCS10-2 微球由于载药量较高,与原料三甲基壳聚糖的红外图谱差异较大,具体表现在微球中出现了新的峰位1667 cm-1或1665 cm-1,而无三甲基壳聚糖的特征峰1637 cm-1。MSQU/TMCS60-1 微球和MSQU / TMCS10 - 1 微球由于载药量较低,与三甲基壳聚糖的红外特征相似。

3. 3 载药量及包封率测定

从表1 中可看出,TMCS的分子量大小影响了载药量和微球粒径,分子量增大载药量有所下降,可能与材料形成微球的效率有关: TMCS分子量越小越容易成微球; 同时,TMCS分子量越小,形成微球后的粒径也越小。从投料质量比看,MSQU/TMCS的比值越高,载药量越大,粒径也减小。

3. 4 溶出速度测定

如图3 所示,制备的甲磺酸沙喹那韦三甲基壳聚糖微球在0. 1 mol / L HCl溶液中早期无突释现象,呈现良好的缓释效应。在酸性介质中,由于三甲基壳聚糖易于溶解,使得三甲基壳聚糖含量高的微球更快速地释放药物。MSQU/TMCS60- 1 微球,4 h释放度达到了88%,8 h达到了98%,比MSQU / TMCS60- 2微球的释放速度快很多,后者在8 h的释放度是43%。MSQU/TMCS10-1 微球,4 h释放度达到46%,8 h达到55%,也比MSQU / TMCS10-2 微球的释放速度快,后者在8 h的释放度仅为25%。

如图4 所示,本实验制备的甲磺酸沙喹那韦三甲基壳聚糖微球在p H7. 4 的PBS缓冲液中早期也无突释现象,呈现良好的缓释效应。在近中性介质中,MSQU/TMCS60-1 微球的释放速度大大放缓,8 h的释放度是44%; 而MSQU/TMCS60-2 微球的释放速度则几乎不受介质影响,8 h的释放度是45%,可见三甲基壳聚糖的高含量对药物在酸性介质中释放的影响较大。同样可以看到MSQU/TMCS10-1 微球在近中性介质中的释放度有所下降,8 h的释放度是38%,而MSQU/TMCS10-2 微球的释放速度也几乎不受介质影响,在中性介质中8 h的释放度是23%。

4 结论

所制备的四个甲磺酸沙喹那韦三甲基壳聚糖微球同时具备了在酸性及近中性条件下的缓慢释放能力,有利于口服给药后药物的持续释放。其中MSQU/TMCS60-1 微球在酸性条件下释放最快,释放速度适中的微球是MSQU/TMCS60 - 2 微球和MSQU / TMCS10-1 微球,其溶出度受酸碱环境影响较小,微球体内药物释放和吸收情况在进一步考察中。

参考文献

[1]charies Fournier,Michie Hamon,Martiai Hamon,et al.Preparation and preciinicai evaiuation of bioresorbabie hydroxyethyistarch microspheres for transient arteriai emboiization[J].International Journal of Pharmaceutics,1994,106:41-49.

[2]陈英,王春丽,任雪莲.抗艾滋病药国内市场分析[A].第六届沈阳科学学术年会文集(B)[C].沈阳,2009:85-88.

[3]关屹,闫冬.沙奎那韦琥珀酸半酯盐及其制剂:中国,201110152919.9[P].2011-11-30.

[4]罗金文,朱海霖,李会林.HPLC测定沙奎那韦的含量及其有关物质[J].中国药学杂志,2006,41(1):67-69.

[5]高素英,陈龙珠.高效液相色谱法测定甲磺酸沙喹那韦胶囊主药及有关物质含量[J].医药导报,2009,28(2):233-234.

[6]蔡鑫君,程巧鸳,赵宁,等.喷雾干燥法制备川芎嗪壳聚糖微球的研究[J].中草药,2008,39(5):679-682.

催化氧化偏三甲苯合成三甲基苯醌 篇2

1 实验部分

1.1 原材料

TMB:工业级,南京金陵石化研究院有限公司研制。γ-Al2O3、过氧化氢、甲苯和乙酸均为分析纯,天津福晨化学试剂厂生产。

1.2 试样制备

在250mL三口烧瓶中加入TMB、乙酸溶剂和γ-Al2O3催化剂,加热至回流温度后开始滴加过氧化氢氧化剂,反应3 h后冷却至室温,用甲苯萃取得到TMBQ粗产品。

TMBQ粗产品在旋转蒸发器(RE-52 A型,上海亚荣生化仪器厂生产)中减压蒸馏,馏出液甲苯可以循环使用。残留液在低于25℃下结晶析出针状黄色固体,即为TMBQ产品。

1.3 试样检测

用气相色谱仪(GC 3700型,北京分析仪器厂生产)检测TMB转化率和TMBQ产率。检测条件为:采用OV-101型通用毛细管色谱柱,柱长30m,内径0.25mm,膜厚0.25μm,柱温180℃,汽化室温度240℃,氢火焰离子检测室温度240℃,进样量0.1μL。采用面积归一化法计算转化率和产率(以质量分数计)。

2 结果与讨论

均匀设计是适用于考察多因素、多水平且只考虑实验点在实验范围内均匀分散的方法[5]。本实验中有3个因素,每个因素有6个水平,根据因素个数选择U*6(64)均匀设计表[6]。通过对各个因素和实验结果进行回归,得到的回归方程能定量地描述因素对目标函数的影响,从而获得制备目的产物的最佳工艺条件。

2.1 实验方案

实验中TMB用量为6mL,γ-Al2O3、乙酸、过氧化氢用量(依次表示为A,B,C)均取6水平,应用均匀设计软件(Uniform Design Version 2.1)可生成U*6(64) 均匀设计表(见表1)。

注:均匀设计表偏差为0.2656。

2.2 结果分析

由表1可知,产率和转化率随各因素变化的关系比较复杂。均匀设计的一般方法是对结果与各因素进行简单的多元线性回归,并考虑交互影响因素,若要考虑较复杂的关系,则需要对原始数据进行处理。本实验首先运用Excel,以转化率和产率对各个因素进行回归,观察复相关系数(该值接近于1,表明拟合效果好)和各因素间的变化关系,对相应因素进行升降幂处理或引入交互项,筛选出复相关系数最接近于1的模型。然后用均匀设计软件对模型再进行回归检验,剔除对实验结果贡献不显著的方程项。

2.2.1 转化率回归方程

通过均匀设计软件得到的转化率回归方程为

转化率=1.06-0.959 A0.2+0.332 B0.2+0.000 036 6 ABC 。 (1)

式中各方程项的检验值(F)分别为:48.32,7.60,30.04。因第二方程项对回归方程贡献最小,故对其进行显著性检验:

F(2)<临界F(0.05,1,2)=18.51,

此方程项不显著,剔除。对式(1)进行回归得

转化率=1.83-1.02 A0.2+0.000 045 ABC , (2)

式中各方程项的F分别为:17.65,17.90,均大于临界F(0.05,1,3)(值为10.13),所以这2个方程项均显著。对式(2)进行方差分析,结果见表2。

注:均方比(Ft)为10.55。

因为显著性水平为0.05,Ft为10.55,而临界F(0.05,2,3)为9.55,可见

Ft>F(0.05,2,3),

所以回归方程显著。

2.2.2 产率回归方程

产率回归方程为

产率=-1.56+16.2 A+0.378 B-0.007 53 ABC , (3)

式中各方程项的F分别为:535.40,79.60,688.40。第二方程项对回归方程贡献最小,对其进行显著性检验:

F(2)>临界F(0.05,1,2)=18.51,

此方程项显著。对式(3)进行方差分析,结果见表3。

注:Ft为244.90。

因为显著性水平为0.05,Ft为244.90,临界F(0.05,3,2)为19.16,

Ft>F(0.05,3,2),

所以回归方程显著。

2.3 回归方程应用

由转化率和产率回归方程可以看出,催化剂、溶剂和氧化剂三者用量的交互作用对TMB转化率和TMBQ产率均有贡献,而对后者更为显著。

应用计算机编程,可对回归方程进行最大值求解。考虑到在一定转化率条件下,主副产物产量之和为常数,如果选择性低,则产率低,副产物多,就原子经济性角度而言,反应物中的各个原子没有得到充分利用;如果转化率高而产率低(如表1中的第一组和第三组数据),原料浪费较大,得到的目标产物产量较少,不经济。所以最大值的求取以产率回归方程为基准,然后带入转化率回归方程,即得到最佳的实验条件为: γ-Al2O3 4.1g,乙酸30mL,过氧化氢18mL。在此条件下预测的TMB转化率为57.7%,TMBQ产率为59.5%。

在最佳实验条件下进行3次重复性实验,可得TMB转化率的平均值为56.7%,TMBQ产率的平均值为59.7%。实验结果与预测结果基本吻合,说明回归方程有效。

3 结论

a.以γ-Al2O3为固体催化剂,采用一步氧化法可制备TMBQ。

b.采用均匀设计法对实验条件进行优化,得到了转化率和产率的回归方程。由回归方程可以看出,催化剂、溶剂和氧化剂三者用量的交互作用对TMB转化率和TMBQ产率均有贡献,而对后者更为显著。

三甲基壳聚糖 篇3

综上所述, 在相同条件下 ( 1% 壳聚糖- 乙酸溶液) 采用转鼓浸渍、辊涂和喷涂处理皮样, 最终在综合处理中使用转鼓浸渍的皮样抗菌活性最强, 因此选择该方案为最佳。

2. 2壳聚糖含量、酸的类型以及浸渍时间对抗菌活性的影响

为了评估壳聚糖含量 ( 0. 5%、1%和3%) 、酸的类型 ( 乙酸和甲酸) 以及浸渍时间 ( 1h和2h) 对抗菌活性的影响, 接下来将在上述条件下进行一系列试验, 采用琼脂扩散法作为筛选标准。

使用不同的溶剂 ( 甲酸和乙酸) 溶解相同含量的壳聚糖制备壳聚糖溶液, 分别对皮样进行处理, 发现其抗菌活性相当 ( 数据没有列出) 。考虑到在皮革染色固定阶段通常采用甲酸进行固定, 故选择甲酸为溶剂。再使用不同含量的壳聚糖 ( 0. 5%、1% 和3% ) 进行试验, 结果表明: 如预期所想, 0. 5%壳聚糖显示出最低的抗菌活性, 而1%和3%含量的壳聚糖溶液抗菌活性相当 ( 数据未列出) 。

根据上述结果, 选取1% 和3% 的壳聚糖- 甲酸溶液进行动态接触条件下的试验。从经济角度看, 使用1% 的壳聚糖成本较低, 工业可行性较大, 故同时再选取一个1% 的壳聚糖- 甲酸溶液处理皮样进行试验, 浸渍时间为2h。在之前的转鼓浸渍试验中, 15min时壳聚糖对大肠杆菌已显示出较强的抗菌活性, 细菌减少率为100% , 因此选用1. 3. 3所示的修正试验法进行试验。该试验方法包括细菌接种重建, 即每15min测定一次细菌数量, 然后将皮样放入新的细菌悬浮液内。表2所示为每次更新细菌悬浮液后测定3种皮样中的细菌数量和减少率 ( %) , 同时也列出在更新周期的抗菌和杀菌效果。前全国临床检验委员会标准中指出, 当原始细菌悬浮液中的细菌数量 ( CFU/mL) 的减少量≥ 99. 9% ( 或≥3log10) 时, 便可认为是具有杀菌活性[33]。而当原始细菌悬浮液中的细菌数量 ( CFU/mL) 的减少量在90% ~99.9%之间时为具有抗菌活性[34]。所有的试验在经过8个更新周期后仍显示出较强的抗菌活性, 证明壳聚糖可以赋予皮革较强的抗菌性。而用量为3% 的壳聚糖涂膜皮样的抗菌效果, 与1% 壳聚糖涂膜皮样相当, 从制革工业成本角度考虑选择含量为1% 的壳聚糖- 甲酸溶液。在浸渍时间影响的试验中, 2组试验同样显示出了相当的抗菌活性 ( 见表2) 。而相对1h的浸渍时间, 浸渍时间为2h的皮样具有更多的杀菌活性的更新周期, 显示出更高的效率。

为了评估成革最终的使用性能, 对成革进行干湿擦和浸渍作用, 测定其色牢度。因此, 选用抗菌活性较高的皮样, 即使用壳聚糖含量为1%, 甲酸为溶剂, 转鼓浸渍2h后处理的皮样进行检测。结果表明:与空白试样相比, 使用壳聚糖涂膜的皮样在所有试验中表现优异 (灰卡级别为4/5~5) , 符合ISO标准规定的要求。结果同样表明, 使用壳聚糖涂膜没有增加材料渗色的可能性, 适合在鞋材中应用。

%

注:a采用2.3.2中所述方程式计算;b抗菌活性和杀菌活性效果分别定义为减少率在90%~99.9%之间和≥99.9%。

2. 3 SEM分析

分别对转鼓浸渍的1% 壳聚糖- 甲酸溶液涂膜皮样、3% 壳聚糖- 甲酸溶液涂膜皮样和空白试样进行SEM分析, 观察表面形态的差异 ( 图4) , 评估浸渍效果。

从图中可以看到转鼓浸渍后, 壳聚糖沉积在皮样表面 ( 图4B和C) , 结果符合抗菌活性评估试验。与图4A的空白试样相比, B和C在较高的放大倍数下, 都显示出了较为均匀和平滑的表面。这是由于壳聚糖在皮样表面形成了薄膜。总的来说, SEM观察结果与表2所示是一致的。而比较壳聚糖用量1%和3% 的皮样时, 可观察到细微的差异, 表明使用1% 的壳聚糖涂膜已经完全足够。

3结论

在本研究中, 采用不同的方法, 对壳聚糖涂饰皮样进行评估, 旨在开发具有抗菌性能的鞋类材料。初步尝试了2种不同的方案, 综合处理 ( 采用转鼓浸渍) 和后处理 ( 采用辊涂和工业级喷涂) , 结果表明: 采用转鼓浸渍的壳聚糖涂饰皮样显示出优良的抗菌活性, 能有效除去大肠杆菌。同时由于染料固定阶段已使用甲酸溶液, 从而简化了引入新的工序 ( 加入壳聚溶液) 。在评估试验中, 综合考虑抗菌活性和经济效益, 使用1% 壳聚糖- 甲酸溶液, 转鼓浸渍2h为最佳试验方案。 ( 全文完)

摘要：自抗菌类涂料在鞋材中应用以来, 引起了制造商和消费者的极大兴趣。研究利用壳聚糖固有的抗菌活性和成膜性制备皮革抗菌材料。考虑到皮革鞣制的特殊性, 采用不同的涂饰技术, 如转鼓浸渍、辊涂和喷涂。结果表明, 采用转鼓浸渍的方法效果最佳。进一步研究了转鼓浸渍涂饰方法中壳聚糖的用量、增溶酸剂的类型和浸渍时间, 对抗菌剂抗菌能力的影响。由于壳聚糖价格昂贵 (成本原因) 以及对最终试验结果 (采用SEM考察了抗菌能力和成膜效果) 的分析, 得出最佳方案:壳聚糖用量为1% (w/v) , 溶剂为甲酸, 转鼓浸渍时间为2h。

三甲基壳聚糖 篇4

壳聚糖是甲壳素脱乙酰后得到的一种天然的氨基多糖,产量仅次于纤维素。它具有较好的降解性、生物相容性及良好的抗菌性等优点[15]。近年来研究人员发现,利用胶囊化技术制备的壳聚糖基纳米胶囊可应用于医药、食品、纺织等领域,并且具有很好的发展前景。笔者所在课题组前期围绕天然产物进行了大量的研究,现已成功制备出酪素基核壳型及中空型聚合物材料,并将其应用于药物缓释、皮革涂饰等方面[16,17,18,19]。在淀粉、酪素、纤维素等天然产物的研究基础之上,课题组对壳聚糖基纳米胶囊的制备也 做了一些 初步探索。本文首先介绍了壳聚糖基纳米胶囊的几种制备方法,并综述了其在医药、纺织及食品领域的最新应用进展,最后基于课题组前期研究基础,通过对近年来相关文献及报道的总结,对该类材料的应用前景进行了展望。

1壳聚糖基纳米胶囊制备方法

1.1离子交联法

通常情况下,在酸性介质中,壳聚糖分子链上的氨基易发生质子化,从而使其带有一定的正电性。在一定条件下,将带有正电性的壳聚糖与阴离子交联剂(如羧酸、三聚磷酸盐(TPP)等)的水溶液混合后,质子化的氨基和阴离子交联剂之间会产生静电交联作用,从而对芯材进行包裹获得壳聚糖基纳米胶囊。周孙英等[20]以壳聚糖为原料,选用无毒性的TPP为离子交联剂,制备了包覆Fe3O4 的磁性壳聚糖基纳米胶囊。这种磁性纳米胶囊可在电场作用下引导药物在人体内靶向释放,对于癌症治疗很有帮助。Fan等[21]同样选用TPP作为交联剂,对低分子量的壳聚糖进行交联,制备出了平均粒径为138nm的纳米胶囊,其交联机理如图2所示。此类方法制备胶囊的过程中无需使用有机溶剂,且选用的交联剂毒性低,因此常用于缓药胶囊的制备,但缺点是制备出的胶囊粒径分布较宽且稳定性较差。

1.2界面聚合法

界面聚合法是一种常用的合成纳米胶囊的方法,这种方法一般是将芯材和壳材分别溶于互不相溶的两种溶剂中,然后通过注射或其他方法将含有芯材的溶液分散到壳层体系中,通过两相界 面的交联 或聚合反 应来获得 纳米胶囊。Zhang等[22]利用PluronicF127(PEO100-PPO65-PEO100)在水包油体系中可形成胶束的原理,将琥珀酸活化改性后的F127溶于二氯乙烷,然后将所得溶液缓慢滴加到壳聚糖的醋酸溶液中,通过两相界面处壳聚糖与PEO链段的交联作用来制备壳聚糖纳米胶囊。该方法制备出的纳米胶囊粒径分布均匀,并且具有显著的热响应性,解决了冷冻治疗中药物易于失效的问题,其合成过程如图3所示。由于聚合反应在两相界面处进行,因此反应速度较快。这种方法适用于水溶性或油溶性芯材的包裹,但制备过程中必须采用有机溶剂,会对环境造成一定影响。

1.3层层自组装法

层层自组装法适用于制备双层或多层的纳米胶囊。其主要原理是采用易于移除的或需要包覆的纳米级颗粒为模板,将带有不同电荷的聚电解质交替沉积于颗粒表面,最后将颗粒移除来获得纳米胶囊。脂质体是一种具有靶向给药功能的新型药物制剂,具有很好的生物相容性,但是其结构不稳定,容易随外界温度、pH值等的改变而破损。为了提高脂质体的稳定性,Liu等[23]采用层层自组装法,将纳米脂质粒子逐层包裹于壳聚糖和海藻酸复合胶囊中,其具体过程如图4所示。通过层层包裹,不仅提高了脂质体的稳定性,也在一定程度上增强了其缓释效果。利用这种方法制备纳米胶囊,不仅可以有效控制胶囊壳层厚度,同时也可以通过多种壁材的引入来赋予胶囊一些特殊的性能。

1.4复凝聚法

复凝聚法是指将芯材分散于含有两种或两种以上带不同电荷的壁材中,通过调节体系的pH值、温度、溶液浓度等,促使壁材之间相互作用形成一种复合物,从而导致溶解度下降凝聚析出形成纳米胶囊。Liu等[24]利用壳聚糖与乙二胺四亚基磷酸之间的复凝聚反应在碳纳米管表面制备纳米胶囊。应用研究表明,这种纳米胶囊不仅可以实现酶和一些蛋白质的有效包覆,也可用作生物响应器或生物传感器,其形成机理如图5所示。

以上4种制备方法各有优缺点,现将几种方法进行对比并总结于表1[22,25,26,27,28]。

2壳聚糖基纳米胶囊的应用

壳聚糖基纳米胶囊不仅具有壳聚糖固有的易降解、生物相容性好等特点,又具有纳米胶囊包裹率高、缓释性能优异的特性,因此被广泛应用于医药、食品、纺织等各个领域,并且应用前景广阔。

2.1在医药领域的应用

近年来,壳聚糖基纳米胶囊由于其生物相容性好且无毒性的优点,被广泛应用于医药领域。壳聚糖基纳米胶囊通常被用来实现药物的缓慢释放,并在一定程度上降低药物对人体的直接毒性。相关研究表明,壳聚糖基纳米胶囊已经可以实现一些常规药物的包覆及缓释。

Liu等[29]成功制备出了羧甲基乙酰基壳聚糖纳米胶囊,并将其用于对抗癌药物阿霉素的包覆。体外释放结果表明,这种壳聚糖纳米胶囊对阿霉素的释放效率可以达到46.8%,并且可以将药物释放时间延长到7天。Goethals等[30]采用壳聚糖纳米胶囊对抗癌药姜黄素进行包覆,并考察了胶囊的粒径大小、壳层厚度、孔隙率等对姜黄素抗癌效率的影响,结果发现胶囊粒径对其影响最大。此外,阿司匹林作为一种常见的消炎镇痛药物,被广泛应用于临床医疗中,但它是一种弱酸性物质,遇到潮湿的空气会水解为水杨酸。利用胶囊类物质对其进行封装不仅可以防止其水解又可以实现药物的缓慢释放。金淑萍等[31]采用壳聚糖基纳米胶囊对阿司匹林进行包埋,成功制备出阿司匹林/壳聚糖纳米微球,考察载药后的纳米胶囊在生理盐水及葡萄糖溶液中的药物释放行为。结果表明,阿司匹林/壳聚糖纳米微球在葡萄糖溶液中的释放率可以达到55%,在生理盐 水中释放 率可以达 到95%。Hsiao等[32]报道了一种两亲性的壳聚糖纳米胶囊并用其包覆乙琥胺用于癫痫病的治疗。薛超等[33]成功制备出壳聚糖/明胶纳米胶囊并用其对药物尼莫地平进行包覆,其包裹率可达到90%。战经润[34]则利用壳聚糖纳米胶囊来负载DNA疫苗。

目前在医药领域,环境响应型壳聚糖基纳米胶囊已经成为另一个研究热点。陈西平等[35]利用离子交联法制备出了一种壳聚糖-海藻酸多层纳米复合胶囊,发现该多层胶囊具有很好的pH响应性,其在酸性环境中能够保持稳定结构,而中性或弱碱性环境则会导致芯材的迅速释放,这就不仅可以避免口服性药物在酸性胃液中提前分解,又可以提高口服药物的输送效率。Zhang等[22]利用界面聚合法制备的F127-壳聚糖纳米胶囊具有一定的温度响应性,胶囊体积随着温度的升高而逐渐增大。应用实验结果表明,这种纳米胶囊可用于细胞内小分子物质的温控释放。

2.2在纺织领域的应用

采用胶囊对香精进行包裹可以降低香精在织物整理及后续使用过程中的挥发,同时也可以保证香味的持久性。此外,利用胶囊的包覆作用不仅可以对一些敏感型的染料进行保护,还可以有效抑制染色织物的败色现象。壳聚糖基纳米胶囊具有降解性好、无毒环保等优点,而且粒径小,容易渗透到织物纤维中,可减少织物使用过程中胶囊的破碎,因此被广泛应用于纺织领域[36,37,38]。目前,壳聚糖基纳米胶囊常被用于织物的加香整理和染色。

李志诚等[39]采用复凝聚法制备出粒径为160nm的壳聚糖/海藻酸钠纳米胶囊,并尝试用其包覆古龙香精,结果表明此种纳米胶囊可以对古龙香精进行有效包裹,并且胶囊的分解温度高于200℃,可用于织 物的高温 整理过程。马 双双等[40]以壳聚糖-三聚磷酸钠为壁材,利用复凝聚法对桂花香精进行包覆,将包覆后的香精用于棉织物的加香整理,结果发现纳米胶囊与棉纤维黏附性较好,洗涤多次后香精损失较少。Xiao等[41]利用壳聚糖纳米胶囊对桂花香精进行包裹,结果发现载有桂花香精的纳米胶囊处理后的棉织物具有较好的耐水洗性,并且粒径越小,胶囊的香精损失率越低。此外,壳聚糖基纳米胶囊在缓释染料方面也有一些报道。郭凤芝等[42]成功制备出粒径为500nm的壳聚糖纳米胶囊,并选用化学惰性差且易变色的晶紫内酯为芯材,实验结果表明这种纳米胶囊对染料的包覆率可以达到88.56%,并且能够避免在较高温度时染料的流失。

2.3在食品领域的应用

随着生活水平的提高,人们对食品安全和食品质量的要求也越来越高。壳聚糖由于自身独特的抗菌性及生物相容性被广泛应用于食品行业[43,44,45,46,47,48,49,50]。一般来说,壳聚糖基纳米胶囊具有良好的成膜性,较好的抗菌性及降解性,因此常被用作食品保鲜剂、食品添加剂等。

Chopra等[51]制备出载有乳酸链球菌素的壳聚糖纳米胶囊,并研究了其在番茄汁中的抑菌能力。通过对6个月内番茄汁中细菌活动的观察,发现载有乳酸链球菌的壳聚糖纳米胶囊可以有效抑制绿脓杆菌等的生物活性并在一定程度上延长食品的保鲜期。近年来,双歧杆菌以其良好的医疗保健作用被广泛应用于食品加工过程,但是双歧杆菌生存条件比较苛刻,极易受环境影响。因此,采用胶囊化技术对其进行包覆显得尤为重要。王野[52]以壳聚糖、藻酸钠和棕榈油为壁材,对双歧杆菌进行层层包裹制备纳米胶囊。4℃下果粒橙和营养快线中的抑菌实验结果表明,双歧杆菌BB01和BB28活菌数下降速率随着包埋层数的增加依次减小,并且添加这种纳米胶囊可以有效地延长以上两种饮料的储藏时间。液态烟是在低氧状态下焚烧锯末或木屑得到的一种物质,通常可用作蛋白类食品的色素剂或调味剂,同时也可作为抗菌剂用于食品保鲜。Saloko等[53]制备出包有液态烟的壳聚糖纳米胶囊并考察其对金枪鱼的保鲜作用。结果表明,这种纳米胶囊可以将室温下新鲜鱼肉的保鲜期延长至48h。近些年来食品中重金属污染问题一直是人们关注的重点,而食品中重金属含量一般较低,很难对其进行精确检测,因此一般在检测之前都要对样品进行分离富集。饶琛[54]以Fe3O4 为芯材成功制备出磁性壳聚糖纳米胶囊,并用其对重金属粒子进行分离富集。此外,他们还尝试对牡蛎中的Hg进行分离富集和检测,结果发现测试结果与ICP-AES直接测定结果基本一致,表明这种磁性壳聚糖纳米胶囊可以用于食品中重金属的分离富集。

除此之外,该类纳米胶囊在酶固定、污水处理、骨组织构建等方面也展现出较强的优势[55,56,57]。经壳聚糖纳米胶囊固定,酶的热稳定性、储藏稳定性及重复利用性大大提高。此外,利用具有响应性的壳聚糖纳米胶囊可以提高对特定pH值、温度的污水的处理效率。在骨组织构建方面,壳聚糖纳米胶囊不仅具有生物相容性好的优势,还可以对人骨重组蛋白进行负载,从而应用于骨组织研究中。

3展望

综上所述,壳聚糖基纳米胶囊以其良好的生物降解性、生物相容性及抗菌性等倍受国内外学者的关注。壳聚糖基纳米胶囊的应用也已涉及医药、纺织及食品等多个领域,且具有广阔的应用前景。笔者认为,在今后的研究中,该类材料可向以下方向进一步发展。

在医药领域,将药物负载于壳聚糖纳米胶囊不仅可以对一些敏感药物进行保护,降低药物对生物体的直接毒性,也可实现药物的缓慢释放从而延长药效。然而,由于壳聚糖不溶于水,通常需要溶解于醋酸等酸性溶液中,而酸性介质会对人体产生一定的毒性,同时也不利于敏感药物的包覆。因此,对壳聚糖进行水溶性改性是拓展壳聚糖基纳米胶囊应用范围的关键。此外,在近年来有关壳聚糖基纳米胶囊的研究中,壁材的选择仅限于纯聚合物,今后可以尝试向其中适量引入无机纳米粒子如纳米SiO2、纳米TiO2等来改善胶囊的性能。无机纳米粒子的引入不仅可以提高胶囊的缓释性能,同时也可以赋予胶囊一些功能特性,如抗紫外、耐黄变等,并有望在功能材料领域得到应用。在食品领域,将具有抗菌性的无机纳米粒子如纳米ZnO等引入到壳聚糖基纳米胶囊中,有望增强其抗菌性,从而延长食品的保鲜期。在纺织领域,壳聚糖基纳米胶囊的设计仅限于单一染料的包覆,对于载有多种染料的变色胶囊研究相对较少,今后可以适当拓宽这方面的研究。同时,还应该加强缓释机理的探究。