多糖聚电解质微胶囊的制备和缓释性能研究*

舒旭伟，金　谊, 史玉立，陈　斌

(宁波工程学院材料与化学工程学院，浙江　宁波　315016)



多糖聚电解质微胶囊的制备和缓释性能研究*

舒旭伟，金谊, 史玉立，陈斌

(宁波工程学院材料与化学工程学院，浙江宁波315016)

采用层层自组装方法将两种多糖类聚电解质壳聚糖(CHI)和葡聚糖硫酸盐(DXS)交替组装在纳米二氧化硅球表面，除去模板二氧化硅粒子后得到了具有生物相容性的聚电解质微胶囊。正负交替变化的Zeta电位表明聚电解质成功组装在二氧化硅微球表面；从透射电镜可以看出微胶囊的形貌良好；采用罗丹明作为缓释剂，结果表明(CHI/DXS)6微胶囊可以达到较好的缓释效果，罗丹明B释放90%以上时的时间达到50h。

壳聚糖；葡聚糖硫酸盐；层层自组装；微胶囊

微纳米胶囊具有多孔的囊壁结构和可控释放功能，在生物医药、环境和催化等领域得到了广泛的研究和应用[1-2]。其中聚电解质微胶囊是将两种带有正负相反电荷的长链分子通过静电引力交替组装在亲水模板表面，模板被除掉后就得到了微胶囊，这种方被称为层层自组装[3-5]方法。自组装方法制备微胶囊具有简单高效，囊壁结构可调和厚度可控的优点，在药物缓释领域研究最为广泛。对于形成囊壁的聚电解质研究较多的为聚苯乙烯磺酸钠、聚乙亚胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵和聚烯丙基胺盐酸盐等[6-8]。

人们发现天然或合成的带有弱电性的大分子也可以作为聚电解质来制备微胶囊，例如采用生物相容性多糖或其衍生物[9-11]、聚赖氨酸[12]和纳米碳管[13-14]等作为囊壁材料，还可以在囊壁材料中包埋纳米粒子或其他智能材料，以赋予其特异性功能。其中壳聚糖是又称脱乙酰甲壳素，是由自然界广泛存在的几丁质经过脱乙酰作用得到的，在醋酸溶液中氨基质子化后带有正电荷，由于其具有生物相容性、可降解性和成膜性，在生物医药领域已经得到了广泛的应用[15-16]。本论文采用壳聚糖作为带有正电荷聚电解质，葡聚糖硫酸盐作为带有负电荷的聚电解质，二氧化硅纳米粒子为模板，将两种具有生物相容性的多糖类聚电解质层层组装在模板表面，溶解掉二氧化硅后即得到壳聚糖/葡聚糖硫酸盐微胶囊，并负载罗丹明B进行缓释实验研究。

1　实　验

1.1试剂

壳聚糖(Mm=60000～120000，含量≥99.5%，乙酰化率75%～85%，Sigma-Aldrich；葡聚糖硫酸盐(Mm=65000)，SIGMA-ALDRICH公司；醋酸(含量≥98%)，上海化学试剂有限公司；氯化钠(含量≥99.9%)，国药集团有限公司公司；罗丹明B(含量≥99.0%)，国药集团有限公司；正硅酸乙酯(含量≥98.0%)，J&KCHEMICAL公司；氨水(含量：25.0%～28.0%)，国药集团有限公司；所用水均为超纯水，电阻率18 MΩ 以上。

1.2二氧化硅微球的制备

本实验采用改进的Stöbe方法制备二氧化硅微球，即将正硅酸乙酯(TEOS)加入乙醇溶液中并与氨水混合，通过水解-缩合反应来制备单分散的二氧化硅微球。首先称取一定量的TEOS和氨水与无水乙醇混合均匀，然后将TEOS用无水乙醇定容于100 mL的容量瓶里；氨水用无水乙醇和一定量的水定容于100 mL的容量瓶中，备用。在温度30 ℃下，将两种溶液迅速混合，搅拌反应3 h。反应结束后，用去离子水离心洗3次，60 ℃烘干待用。

1.3微胶囊的制备

首先壳聚糖溶解在1wt%的醋酸溶液中，然后与葡聚糖硫酸盐均配成2 mg/L的水溶液(含NaCl浓度为0.5 mol/L)；氢氟酸稀释至pH值为2，用来除去二氧化硅模板粒子。取一定量的二氧化硅模板粒子，加入聚电解质壳聚糖盐溶液中，常温下振荡30 min后用去离子水离心洗涤3次，再加入葡聚糖硫酸盐溶液，常温振荡30 min后离心洗涤3次，用同样的方法各组装6层，将得到的复合物与pH值为2的氢氟酸溶液混合，在常温下搅拌直到模板粒子溶解，得到聚电解质微胶囊。

1.4微胶囊对罗丹明的缓释实验

首先以去离子水为空白在554 nm处测定吸光度，绘制出罗丹明B的标准曲线得到线性回归方程。将罗丹明配置成0.3 mg/L的水溶液100 mL，与一定量的胶囊相混合，用0.1 M的HCl调节溶液的pH小于3，将混合物放在恒温振荡器中振荡24 h后离心，将包封有罗丹明B的微胶囊溶液置于透析袋中，放入20 mL pH=7.4的PBS缓冲溶液中，在25 ℃恒温振荡，并间隔固定时间后取样离心后测定上清液吸光度，根据线性回归方程计算溶液中罗丹明B浓度，绘制缓释曲线。

1.5仪器表征

电子透射显微镜(TEM, JEOL, JEM-100CX)和日本(Hitachi)公司冷场发射扫描电子显微镜(FESEM：S-4800)用于模板粒子和微胶囊形貌研究；组装聚电解质的模板粒子表面电位采用电位仪(Malvern Zetasizer 3000HS)检测；采用Uv-2102型紫外-可见分光光度计测定罗丹明的吸光度。

2　结果与讨论

2.1二氧化硅粒子的制备

本试验采用正硅酸乙酯水解缩合的方法来制备二氧化硅粒子，首先正硅酸乙酯水解形成羟基化物和醇；其次，硅酸之间或硅酸与正硅酸乙酯之间发生缩合反应。水、氨水的浓度和反应温度会对生成的二氧化硅粒子粒径大小产生影响[17-18]。通过对这些影响因素的调控，可以获得不同粒径的SiO2。本实验条件下所得到的SiO2模板粒子粒径为300 nm左右，其透射电镜图如图1所示，从图1中可以看出，制备得到的微球表面光滑，并具有高度的单分散性。

图1　二氧化硅粒子的透射电镜图Fig.1　TEM image of silica particles

2.2CHI和DXS的层层自组装及微胶囊的表征

本实验以制备好的二氧化硅微球为模板，采用层层自组装技术(Layer-by-Layer，LBL)将带有相反电荷的聚电解质CHI和DXS交替组装在微球表面。从图2的Zeta电位数据可知，二氧化硅粒子表面电位为-24 mV，由于静电引力作用，带负电荷的二氧化硅球表面吸附一层带正电荷的聚阳离子聚电解质CHI，其表面ζ电位可以达到+12 mV；再吸附带负电的聚阴离子电解质DXS，ζ电位达到-21 mV。交替吸附阴阳离子聚电解质，ζ电位呈现出负正的周期性变化，特别是在每组装一个双层后负电性都大于正电性，说明DXS的负电性要强于CHI的正电性。交替变化的电性证明了两种多糖聚电解质成功的实现了在模板表面的交替组装。

图2　(CHI/DXS)6微胶囊不同组装层数的ξ-电位图Fig.2　ξ-potential of different layers of (CHI/DXS)6 microspheres

在组装6个双层聚电解质后得的复合物与HF溶液(pH=2)相混合搅拌一段时间后，溶液由白色逐渐变得透明，当溶液的颜色不再变化，说明模板粒子已经溶解，得到了中空的微胶囊。图3为组装聚电解质后的复合微球和溶解模板后的微胶囊TEM照片，从图3上可知组装聚电解质后二氧化硅表面粗糙，厚度大约5～10 nm，除去模板后的微胶囊仍然保持完整和球型形貌，直径在350 nm左右。

图3　(CHI/DXS)6复合微球(a)和(CHI/DXS)6微胶囊(b)的TEM图Fig.3　TEM image of (CHI/DXS)6 composites microspheres(a) and (CHI/DXS)6 microcapsules(b)

2.3微胶囊的缓释研究

由于形成聚电解质微胶囊的囊壁具有渗透性，因此可以实现包封材料的可控释放[19]，本实验采用罗丹明B作为缓释物质，用紫外分光光度计对缓释物质进行检测，通过测得缓释残液中罗丹明的吸光度来计算缓释量。首先绘制罗丹明的标准曲线，然后根据罗丹明的标准曲线得到的线性回归方程计算出缓释量(%)。罗丹明标准曲线为y=0.2447x+0.0027(x为罗丹明的浓度(μg/mL)，y为吸光度，R2=0.9994)。对包封罗丹明的微胶囊进行缓释研究，实验结果表明微胶囊包封后释放速率明显降低，见图4。在开始的10 h内释放速率较快达到23%，20 h 后释放率达到50%，释放达到90%以上至少需要50 h，说明(CHI/PRM)6微胶囊具有明显的缓释效果。

图4　微胶囊的罗丹明释放曲线Fig.4　The Rhodamine release curve of (CHI/DXS)6 microcapsules

3　结　论

本实验采用两种具有生物相容性的壳聚糖和葡聚糖硫酸盐作为正负聚电解质，将其交替组装在二氧化硅粒子模板表面，正负电性的交替变化证明两种多糖聚电解质组装成功，并且负电性始终高于正电性；溶解掉二氧化硅后得到了形貌规则的胶囊；采用罗丹明进行缓释实验，结果表明该微胶囊具有明显缓释效果，缓释率达到90%以上的缓释时间为50小时。多糖类聚电解质微胶囊具有生物相容性和可降解性，在医药领域具有巨大的研究价值和应用前景。

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Study on Preparation of Polysaccharide Polyelectrolyte Microcapsules and the Control-release Performance*

SHUXu-wei，JINYi,SHIYu-li，CHENBin

(Ningbo University of Technology, Zhejiang Ningbo 315016, China)

The polysaccharide polyelectrolytes of chitosan (CHI) and dextran sulphate (DXS) were assembled on the surface of the silica particles by layer-by-layer assembly method. The microcapsules were obtained after the silica templates were removed. The alternatively change of negative charge and positive charge illustrated that the polyelectrolytes were assembled on the surface of the particles successively. TEM showed that the microcapsules kept well morphology. The rhodamine was loaded in the microcapsules and the control-release was carried out. The results showed that the control-release was effective and when the released Rhodamine was more than 90% the release time was up to 50 h.

chitosan；dextran sulphate；layer-by-layer；microcapsule

宁波市自然科学基金(项目编号201301A6105112)，宁波工程学院“王伟明助创基金”(项目编号2014022)。

舒旭伟，男，本科，宁波工程学院化学工程与工艺专业。

金谊，女，博士，副教授，主要从事自组装构建微纳米缓释材料及其性能研究。

O631

A

1001-9677(2016)08-0061-03