多糖聚電解質微膠囊的制備和緩釋性能研究*

舒旭偉，金　誼, 史玉立，陳　斌

(寧波工程學院材料與化學工程學院，浙江　寧波　315016)

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多糖聚電解質微膠囊的制備和緩釋性能研究*

舒旭偉，金誼, 史玉立，陳斌

(寧波工程學院材料與化學工程學院，浙江寧波315016)

采用層層自組裝方法將兩種多糖類聚電解質殼聚糖(CHI)和葡聚糖硫酸鹽(DXS)交替組裝在納米二氧化硅球表面，除去模板二氧化硅粒子后得到了具有生物相容性的聚電解質微膠囊。正負交替變化的Zeta電位表明聚電解質成功組裝在二氧化硅微球表面；從透射電鏡可以看出微膠囊的形貌良好；采用羅丹明作為緩釋劑，結果表明(CHI/DXS)6微膠囊可以達到較好的緩釋效果，羅丹明B釋放90%以上時的時間達到50h。

殼聚糖；葡聚糖硫酸鹽；層層自組裝；微膠囊

微納米膠囊具有多孔的囊壁結構和可控釋放功能，在生物醫藥、環境和催化等領域得到了廣泛的研究和應用[1-2]。其中聚電解質微膠囊是將兩種帶有正負相反電荷的長鏈分子通過靜電引力交替組裝在親水模板表面，模板被除掉后就得到了微膠囊，這種方被稱為層層自組裝[3-5]方法。自組裝方法制備微膠囊具有簡單高效，囊壁結構可調和厚度可控的優點，在藥物緩釋領域研究最為廣泛。對于形成囊壁的聚電解質研究較多的為聚苯乙烯磺酸鈉、聚乙亞胺、聚二烯丙基二甲基氯化銨和聚烯丙基胺鹽酸鹽等[6-8]。

人們發現天然或合成的帶有弱電性的大分子也可以作為聚電解質來制備微膠囊，例如采用生物相容性多糖或其衍生物[9-11]、聚賴氨酸[12]和納米碳管[13-14]等作為囊壁材料，還可以在囊壁材料中包埋納米粒子或其他智能材料，以賦予其特異性功能。其中殼聚糖是又稱脫乙酰甲殼素，是由自然界廣泛存在的幾丁質經過脫乙酰作用得到的，在醋酸溶液中氨基質子化后帶有正電荷，由于其具有生物相容性、可降解性和成膜性，在生物醫藥領域已經得到了廣泛的應用[15-16]。本論文采用殼聚糖作為帶有正電荷聚電解質，葡聚糖硫酸鹽作為帶有負電荷的聚電解質，二氧化硅納米粒子為模板，將兩種具有生物相容性的多糖類聚電解質層層組裝在模板表面，溶解掉二氧化硅后即得到殼聚糖/葡聚糖硫酸鹽微膠囊，并負載羅丹明B進行緩釋實驗研究。

1　實　驗

1.1試劑

殼聚糖(Mm=60000～120000，含量≥99.5%，乙酰化率75%～85%，Sigma-Aldrich；葡聚糖硫酸鹽(Mm=65000)，SIGMA-ALDRICH公司；醋酸(含量≥98%)，上海化學試劑有限公司；氯化鈉(含量≥99.9%)，國藥集團有限公司公司；羅丹明B(含量≥99.0%)，國藥集團有限公司；正硅酸乙酯(含量≥98.0%)，J&KCHEMICAL公司；氨水(含量：25.0%～28.0%)，國藥集團有限公司；所用水均為超純水，電阻率18 MΩ 以上。

1.2二氧化硅微球的制備

本實驗采用改進的St?be方法制備二氧化硅微球，即將正硅酸乙酯(TEOS)加入乙醇溶液中并與氨水混合，通過水解-縮合反應來制備單分散的二氧化硅微球。首先稱取一定量的TEOS和氨水與無水乙醇混合均勻，然后將TEOS用無水乙醇定容于100 mL的容量瓶里；氨水用無水乙醇和一定量的水定容于100 mL的容量瓶中，備用。在溫度30 ℃下，將兩種溶液迅速混合，攪拌反應3 h。反應結束后，用去離子水離心洗3次，60 ℃烘干待用。

1.3微膠囊的制備

首先殼聚糖溶解在1wt%的醋酸溶液中，然后與葡聚糖硫酸鹽均配成2 mg/L的水溶液(含NaCl濃度為0.5 mol/L)；氫氟酸稀釋至pH值為2，用來除去二氧化硅模板粒子。取一定量的二氧化硅模板粒子，加入聚電解質殼聚糖鹽溶液中，常溫下振蕩30 min后用去離子水離心洗滌3次，再加入葡聚糖硫酸鹽溶液，常溫振蕩30 min后離心洗滌3次，用同樣的方法各組裝6層，將得到的復合物與pH值為2的氫氟酸溶液混合，在常溫下攪拌直到模板粒子溶解，得到聚電解質微膠囊。

1.4微膠囊對羅丹明的緩釋實驗

首先以去離子水為空白在554 nm處測定吸光度，繪制出羅丹明B的標準曲線得到線性回歸方程。將羅丹明配置成0.3 mg/L的水溶液100 mL，與一定量的膠囊相混合，用0.1 M的HCl調節溶液的pH小于3，將混合物放在恒溫振蕩器中振蕩24 h后離心，將包封有羅丹明B的微膠囊溶液置于透析袋中，放入20 mL pH=7.4的PBS緩沖溶液中，在25 ℃恒溫振蕩，并間隔固定時間后取樣離心后測定上清液吸光度，根據線性回歸方程計算溶液中羅丹明B濃度，繪制緩釋曲線。

1.5儀器表征

電子透射顯微鏡(TEM, JEOL, JEM-100CX)和日本(Hitachi)公司冷場發射掃描電子顯微鏡(FESEM：S-4800)用于模板粒子和微膠囊形貌研究；組裝聚電解質的模板粒子表面電位采用電位儀(Malvern Zetasizer 3000HS)檢測；采用Uv-2102型紫外-可見分光光度計測定羅丹明的吸光度。

2　結果與討論

2.1二氧化硅粒子的制備

本試驗采用正硅酸乙酯水解縮合的方法來制備二氧化硅粒子，首先正硅酸乙酯水解形成羥基化物和醇；其次，硅酸之間或硅酸與正硅酸乙酯之間發生縮合反應。水、氨水的濃度和反應溫度會對生成的二氧化硅粒子粒徑大小產生影響[17-18]。通過對這些影響因素的調控，可以獲得不同粒徑的SiO2。本實驗條件下所得到的SiO2模板粒子粒徑為300 nm左右，其透射電鏡圖如圖1所示，從圖1中可以看出，制備得到的微球表面光滑，并具有高度的單分散性。

圖1　二氧化硅粒子的透射電鏡圖Fig.1　TEM image of silica particles

2.2CHI和DXS的層層自組裝及微膠囊的表征

本實驗以制備好的二氧化硅微球為模板，采用層層自組裝技術(Layer-by-Layer，LBL)將帶有相反電荷的聚電解質CHI和DXS交替組裝在微球表面。從圖2的Zeta電位數據可知，二氧化硅粒子表面電位為-24 mV，由于靜電引力作用，帶負電荷的二氧化硅球表面吸附一層帶正電荷的聚陽離子聚電解質CHI，其表面ζ電位可以達到+12 mV；再吸附帶負電的聚陰離子電解質DXS，ζ電位達到-21 mV。交替吸附陰陽離子聚電解質，ζ電位呈現出負正的周期性變化，特別是在每組裝一個雙層后負電性都大于正電性，說明DXS的負電性要強于CHI的正電性。交替變化的電性證明了兩種多糖聚電解質成功的實現了在模板表面的交替組裝。

圖2　(CHI/DXS)6微膠囊不同組裝層數的ξ-電位圖Fig.2　ξ-potential of different layers of (CHI/DXS)6 microspheres

在組裝6個雙層聚電解質后得的復合物與HF溶液(pH=2)相混合攪拌一段時間后，溶液由白色逐漸變得透明，當溶液的顏色不再變化，說明模板粒子已經溶解，得到了中空的微膠囊。圖3為組裝聚電解質后的復合微球和溶解模板后的微膠囊TEM照片，從圖3上可知組裝聚電解質后二氧化硅表面粗糙，厚度大約5～10 nm，除去模板后的微膠囊仍然保持完整和球型形貌，直徑在350 nm左右。

圖3　(CHI/DXS)6復合微球(a)和(CHI/DXS)6微膠囊(b)的TEM圖Fig.3　TEM image of (CHI/DXS)6 composites microspheres(a) and (CHI/DXS)6 microcapsules(b)

2.3微膠囊的緩釋研究

由于形成聚電解質微膠囊的囊壁具有滲透性，因此可以實現包封材料的可控釋放[19]，本實驗采用羅丹明B作為緩釋物質，用紫外分光光度計對緩釋物質進行檢測，通過測得緩釋殘液中羅丹明的吸光度來計算緩釋量。首先繪制羅丹明的標準曲線，然后根據羅丹明的標準曲線得到的線性回歸方程計算出緩釋量(%)。羅丹明標準曲線為y=0.2447x+0.0027(x為羅丹明的濃度(μg/mL)，y為吸光度，R2=0.9994)。對包封羅丹明的微膠囊進行緩釋研究，實驗結果表明微膠囊包封后釋放速率明顯降低，見圖4。在開始的10 h內釋放速率較快達到23%，20 h 后釋放率達到50%，釋放達到90%以上至少需要50 h，說明(CHI/PRM)6微膠囊具有明顯的緩釋效果。

圖4　微膠囊的羅丹明釋放曲線Fig.4　The Rhodamine release curve of (CHI/DXS)6 microcapsules

3　結　論

本實驗采用兩種具有生物相容性的殼聚糖和葡聚糖硫酸鹽作為正負聚電解質，將其交替組裝在二氧化硅粒子模板表面，正負電性的交替變化證明兩種多糖聚電解質組裝成功，并且負電性始終高于正電性；溶解掉二氧化硅后得到了形貌規則的膠囊；采用羅丹明進行緩釋實驗，結果表明該微膠囊具有明顯緩釋效果，緩釋率達到90%以上的緩釋時間為50小時。多糖類聚電解質微膠囊具有生物相容性和可降解性，在醫藥領域具有巨大的研究價值和應用前景。

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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

寧波市自然科學基金(項目編號201301A6105112)，寧波工程學院“王偉明助創基金”(項目編號2014022)。

舒旭偉，男，本科，寧波工程學院化學工程與工藝專業。

金誼，女，博士，副教授，主要從事自組裝構建微納米緩釋材料及其性能研究。

O631

A

1001-9677(2016)08-0061-03