CN104624129A - 基于离子液体型表面活性剂微乳液体系淀粉纳米微球的制备方法 - Google Patents
基于离子液体型表面活性剂微乳液体系淀粉纳米微球的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了基于离子液体型表面活性剂微乳液体系淀粉纳米微球的制备方法。该方法先将烘干的可溶性淀粉加入氢氧化钠溶液中,加热搅拌至完全溶解;将得到的溶液冷却至室温,随后加入环己烷、离子液体型表面活性剂和助表面活性剂至溶液澄清,制备油包水离子液体微乳液。向形成的油包水离子液体微乳液中加入环氧氯丙烷,40~60℃反应2~6h,反应结束后待溶液冷却,加入无水乙醇沉淀,离心,除去上清液,沉淀物洗涤,干燥,即获得淀粉纳米微球。该淀粉纳米微球粒径小、表面积大,具有较高的胶体稳定性和优异的吸附性能,此外还有良好的降解性能和生物相容性性能,在药物载体材料、化妆品方面具有重要的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及变性淀粉的生产方法,特别是指以离子液体型表面活性剂替代传统微乳液体系的表面活性剂构建微乳液,并以此微乳液体系为反应体系,使用微乳液交联方法制备淀粉纳米微球。
背景技术
药物传输***一直是药学领域的重要发展方向,它主要包括药物和载体两部分,除药物本身以外,药物载体材料也扮演着重要的角色。随着生物工程技术的迅速发展,蛋白质、多肽和基因等大分子药物不断涌现,但这些药物水溶性高,分子量大,药物的透过性差,药物不易被亲脂性膜所摄取,难通过生物屏障。另外,这些药物稳定性差,易失活,在临床应用受到很大的限制。这类药物的广泛应用需要具有良好生物相容性和可生物降解性的载体。
淀粉作为一种天然高分子材料,早期没有被作为药物载体原材料,主要是因为其水溶性差,不易成球。而天然淀粉颗粒降解速度过快,很难用做药物载体。将淀粉或其衍生物交联成球,除能满足药物载体的基本要求之外,还具有良好生物降解性、生物相容性好、降解速度可调、无毒、与药物之间无相互影响等优点。如果将淀粉微球制成纳米级,由于纳米淀粉颗粒粒径很小,具有巨大自由表面,使纳米淀粉粒子具有较高稳定性和优异吸附性,能较快达到吸附平衡,具有穿过组织间隙并被细胞吸收、靶向、缓释等优点。
淀粉纳米微球的制备方法包括物理法、化学法、和W/O微乳液法。物理方法应用最广的为球磨技术,但球磨技术制备的淀粉微球粒径较大且不均匀,成本高,部分淀粉颗粒外表面破裂,水解和酶解速度大大加快。化学法一般用来制备磁性淀粉微球。W/O微乳液法制备淀粉微球时,淀粉微球成核,长大均是在微小水滴内完成,水滴大小直接限制颗粒长大,得到粒径可控的淀粉微球。与其它淀粉微球的制备方法相比,W/O微乳液法具有实验装置简单,操作容易等特点,更为重要的是可通过改变微乳液组成,调节微乳液的微观结构来对淀粉微球的粒径、晶态、形貌进行控制。
综合国内外研究者采用传统W/O微乳液制备合成淀粉微球的过程,存在环境污染风险,淀粉颗粒粒径大,粒径分布宽,其载药、释药效果并不理想等问题,使其临床应用受到很大限制,其中一个主要原因是制备技术不够成熟。现有的W/O微乳液合成淀粉微球存在很多现实缺陷:(1)微乳液体系。传统含淀粉微乳液不稳定,对温度极其敏感,温度的改变经常带来微观结构的改变,从W/O型转变为O/W型,有时甚至出现相分离,这就使得该微乳液体系下的淀粉交联反应收到很大影响,最终影响产品质量。(2)表面活性剂。由于传统工艺在碱性条件下进行的,这就要求选用的表面活性剂有很强的耐酸耐碱性、耐水解性及耐热性。虽然Span和Tween类表面活性剂能在一定程度上满足要求,但由于它们的乳化效果有限,复配使用工艺复杂,这就使构建的微乳液结构大小受到限制,难以获得粒径较小的淀粉微球。狭窄的粒度分布是淀粉微球作为药物载体的一个考察指标,直接影响其稳定性及其体内吸收分布,也是提高靶向性和控释性的关键因素。因此,若能通过扩展微乳液组成成分的选择范围改善淀粉微球的微乳制备技术,提高环境友好性,获得接近纳米级、粒径分布狭窄的淀粉微球,提高微球的载药量,改善其释药性能,将大大提高淀粉微球在药物载体领域的应用。
发明内容
本发明针对现有W/O微乳液制备合成淀粉微球存在的问题,采用离子液体代替传统微乳液体系中的表面活性剂,构建出具有良好稳定性能的微乳液体系并用该体系制备淀粉纳米微球。该方法提出了绿色合成淀粉微球的新工艺,为淀粉制备性能优良的药物载体材料提供了更大的发展潜力。
本发明的目的通过如下技术方案实现:
基于离子液体型表面活性剂微乳液体系淀粉纳米微球的制备方法,包括如下步骤:
(1)将可溶性淀粉原料在50~70℃烘干;
(2)用氢氧化钠溶液将步骤(1)所得可溶性淀粉原料配成质量百分比浓度为3~10%的淀粉乳,在60~90℃恒温加热搅拌至完全溶解;
(3)将步骤(2)所得的溶液降至室温,先加入环己烷,再缓慢加入离子液体型表面活性剂C16mimBr和助表面活性剂正丁醇的混合物至溶液澄清,制得油包水离子液体微乳液;环己烷与步骤(2)所得的淀粉溶液质量比为9:1~7:3;离子液体型表面活性剂C16mimBr与助表面活性剂正丁醇按质量比3:1~5:1混合,C16mimBr和正丁醇的质量总和占油包离子液体微乳液质量的20%~40%;
(4)向步骤(3)所得的油包水离子液体微乳液中加入环氧氯丙烷,40~70℃下搅拌反应2~6h;环氧氯丙烷用量为所述油包水离子液体微乳液质量的0.5~3%;
(5)将步骤(4)所得到的溶液冷却至室温,加入无水乙醇进行沉淀,然后离心,去除上清液,得到的沉淀物用无水乙醇洗涤,干燥,得淀粉纳米微球。
为了更好地实现本发明,所述烘干是指控制淀粉水分质量含量低于3%。
步骤(3)所述加入离子液体型表面活性剂C16mimBr和助表面活性剂正丁醇的混合物至溶液澄清是指加入过程中溶液由浑浊慢慢变为澄清,且无淀粉颗粒析出。
步骤(5)所述无水乙醇洗涤是用无水乙醇洗涤至沉淀物不含离子液体型表面活性剂C16mimBr、环己烷、正丁醇和环氧氯丙烷。
步骤(5)所述离心为以5000r/min的转速离心20min。
步骤(5)所述干燥是将洗涤后的沉淀物在30~50℃下真空干燥12~48h。
所述氢氧化钠溶液的浓度为2mol/L。
本发明与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:
1、本发明所使用离子液体型表面活性剂C16mimBr,与传统表面活性剂相比,具有较强耐酸耐碱、耐水解及耐热性,且具有很好的乳化效果,能够很好地参与形成W/O微乳液,该微乳液澄清,透明,长久放置不会分层,具有良好的稳定性,有利于后续交联过程中交联剂与淀粉分子的相互作用,提高反应效率。
2、本发明采用离子液体微乳液交联方法合成淀粉纳米微球,该方法工艺路线简单、反应条件温和,所得产品平均粒径小,能够较好地应用于医药领域。此外,该发明使用离子液体型表面活性剂C16mimBr替代传统表面活性剂,该表面活性剂为离子液体,安全,无毒,无害,不会对环境造成影响。
3、淀粉纳米微球具有良好的生物相容性、生物降解性及吸附释放性能,因此可以作为药物载体应用于医药领域;淀粉纳米微球具有超微的尺寸,作为药物载体时能够穿越人体内的天然屏障,将药物靶向至身体的各个器官;当淀粉制备成纳米粒被静脉注射时,可被人体的网状内皮***(肝、脾)迅速消除,因此具有被动靶向的优良特性。
4、纳米粒在体内有长循环、隐形和立体稳定等特点,有利于药物的缓释作用和靶向定位,当多肽与蛋白质载药纳米粒被口服后可通过小肠入循环***。
附图说明
图1为实施例6淀粉纳米微球的激光粒度分布仪检测的粒径分布图。
图2为实施例6淀粉纳米微球的扫描电镜图。
具体实施方法
为更好地理解本发明,下面结合实施例对本发明做进一步地说明,发明人对通过深入研究和试验,已经有许多成功的实施例,下面列举六个具体的实施例,但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
实施例1
第一步 将可溶性淀粉原料在50℃烘干至水分含量小于3%;
第二步 用2mol/L氢氧化钠将步骤(1)所得可溶性淀粉原料配成质量百分比浓度为3%的淀粉乳,在90℃恒温加热搅拌至完全溶解;
第三步 将步骤(2)所得的溶液降至室温,先加入环己烷,再缓慢加入离子液体型表面活性剂C16mimBr和助表面活性剂正丁醇的混合物至溶液澄清,且无淀粉颗粒析出,制备油包水离子液体微乳液;环己烷与步骤(2)所得的淀粉溶液质量比为7:3,离子液体型表面活性剂C16mimBr与助表面活性剂正丁醇按质量比3:1混合,两者的质量总和占油包离子液体微乳液质量的20%;
第四步 向步骤(3)所得的油包水离子液体微乳液中加入环氧氯丙烷,50℃下搅拌反应4h;环氧氯丙烷用量为步骤(3)所得油包水离子液体微乳液质量的0.5%;
第五步 将步骤(4)所得到的溶液冷却至室温,加入无水乙醇进行沉淀,然后离心,去除上清液,得到的沉淀物用无水乙醇洗涤,40℃干燥36h,即获得淀粉纳米微球。经激光粒度分布仪检测,产品平均粒径为68.5nm。
实施例2
第一步 将可溶性淀粉原料在60℃烘干至水分含量小于3%;
第二步 用2mol/L氢氧化钠将步骤(1)所得可溶性淀粉原料配成质量百分比浓度为10%的淀粉乳,在80℃恒温加热搅拌至完全溶解;
第三步 将步骤(2)所得的溶液降至室温,先加入环己烷,再缓慢加入离子液体型表面活性剂C16mimBr和助表面活性剂正丁醇的混合物至溶液澄清,制备油包水离子液体微乳液;环己烷与步骤(2)所得的淀粉溶液质量比为7:3,离子液体型表面活性剂C16mimBr与助表面活性剂正丁醇按质量比4:1混合,两者的质量总和占油包离子液体微乳液质量的30%;
第四步 向步骤(3)所得的油包水离子液体微乳液中加入环氧氯丙烷,70℃下搅拌反应2h;环氧氯丙烷用量为步骤(3)所得油包水离子液体微乳液质量的1%;
第五步 将步骤(4)所得到的溶液冷却至室温,加入无水乙醇进行沉淀,然后离心,去除上清液,得到的沉淀物用无水乙醇洗涤,50℃干燥12h,即获得淀粉纳米微球。经激光粒度分布仪检测,产品平均粒径为84.3nm。
实施例3
第一步 将可溶性淀粉原料在70℃烘干至水分含量小于3%;
第二步 用2mol/L氢氧化钠将步骤(1)所得可溶性淀粉原料配成质量百分比浓度为8%的淀粉乳,在70℃恒温加热搅拌至完全溶解;
第三步 将步骤(2)所得的溶液降至室温,先加入环己烷,再缓慢加入离子液体型表面活性剂C16mimBr和助表面活性剂正丁醇的混合物至溶液澄清,制备油包水离子液体微乳液;环己烷与步骤(2)所得的淀粉溶液质量比为7:3,离子液体型表面活性剂C16mimBr与助表面活性剂正丁醇按质量比5:1混合,两者的质量总和占油包离子液体微乳液质量的40%;
第四步 向步骤(3)所得的油包水离子液体微乳液中加入环氧氯丙烷,60℃下搅拌反应3h;环氧氯丙烷用量为步骤(3)所得油包水离子液体微乳液质量的2%;
第五步 将步骤(4)所得到的溶液冷却至室温,加入无水乙醇进行沉淀,然后离心,去除上清液,得到的沉淀物用无水乙醇洗涤,30℃干燥48h,即获得淀粉纳米微球。经激光粒度分布仪检测,产品平均粒径为91.4nm。
实施例4
第一步 将可溶性淀粉原料在60℃烘干至水分含量小于3%;
第二步 用2mol/L氢氧化钠将步骤(1)所得可溶性淀粉原料配成质量百分比浓度为5%的淀粉乳,在60℃恒温加热搅拌至完全溶解;
第三步 将步骤(2)所得的溶液降至室温,先加入环己烷,再缓慢加入离子液体型表面活性剂C16mimBr和助表面活性剂正丁醇的混合物至溶液澄清,制备油包水离子液体微乳液;环己烷与步骤(2)所得的淀粉溶液质量比为4:1,离子液体型表面活性剂C16mimBr与助表面活性剂正丁醇按质量比5:1混合,两者的质量总和占油包离子液体微乳液质量的30%;
第四步 向步骤(3)所得的油包水离子液体微乳液中加入环氧氯丙烷,40℃下搅拌反应6h;环氧氯丙烷用量为步骤(3)所得油包水离子液体微乳液质量的3%;
第五步 将步骤(4)所得到的溶液冷却至室温,加入无水乙醇进行沉淀,然后离心,去除上清液,得到的沉淀物用无水乙醇洗涤,50℃干燥24h,即获得淀粉纳米微球。经激光粒度分布仪检测,产品平均粒径为132.7nm。
实施例5
第一步 将可溶性淀粉原料在70℃烘干至水分含量小于3%;
第二步 用2mol/L氢氧化钠将步骤(1)所得可溶性淀粉原料配成质量百分比浓度为8%的淀粉乳,在90℃恒温加热搅拌至完全溶解;
第三步 将步骤(2)所得的溶液降至室温,先加入环己烷,再缓慢加入离子液体型表面活性剂C16mimBr和助表面活性剂正丁醇的混合物至溶液澄清,制备油包水离子液体微乳液;环己烷与步骤(2)所得的淀粉溶液质量比为9:1,离子液体型表面活性剂C16mimBr与助表面活性剂正丁醇按质量比4:1混合,两者的质量总和占油包离子液体微乳液质量的40%;
第四步 向步骤(3)所得的油包水离子液体微乳液中加入环氧氯丙烷,50℃下搅拌反应3h;环氧氯丙烷用量为步骤(3)所得油包水离子液体微乳液质量的2%;
第五步 将步骤(4)所得到的溶液冷却至室温,加入无水乙醇进行沉淀,然后离心,去除上清液,得到的沉淀物用无水乙醇洗涤,30℃干燥48h,即获得淀粉纳米微球。经激光粒度分布仪检测,产品平均粒径为101.3nm。
实施例6
第一步 将可溶性淀粉原料在60℃烘干至水分含量小于3%;
第二步 用2mol/L氢氧化钠将步骤(1)所得可溶性淀粉原料配成质量百分比浓度为5%的淀粉乳,在80℃恒温加热搅拌至完全溶解;
第三步 将步骤(2)所得的溶液降至室温,先加入环己烷,再缓慢加入离子液体型表面活性剂C16mimBr和助表面活性剂正丁醇的混合物至溶液澄清,制备油包水离子液体微乳液;环己烷与步骤(2)所得的淀粉溶液质量比为4:1,离子液体型表面活性剂C16mimBr与助表面活性剂正丁醇按质量比3:1混合,两者的质量总和占油包离子液体微乳液质量的30%;
第四步 向步骤(3)所得的油包水离子液体微乳液中加入环氧氯丙烷,50℃下搅拌反应4h;环氧氯丙烷用量为步骤(3)所得油包水离子液体微乳液质量的2%;
第五步 将步骤(4)所得到的溶液冷却至室温,加入无水乙醇进行沉淀,然后离心,去除上清液,得到的沉淀物用无水乙醇洗涤,50℃干燥48h,即获得淀粉纳米微球。经激光粒度分布仪检测,产品平均粒径为95.3nm。
本实施例所得淀粉纳米微球的粒径分布图如图1所示。称取0.1g样品于100mL蒸馏水中,超声分散10min,使用Malvern激光粒度分布仪测定淀粉纳米微球的粒径分布。图1表明,本实施例所得淀粉纳米微球的粒度分布相对集中,平均粒径为95.3nm。因此,说明本发明能够用来制备粒度分布较为集中且粒径较小的淀粉微球。
本实施例所得淀粉纳米微球的扫描电镜图如图2所示。样品测试使用FEI公司的Quanta 200扫描电子显微镜,加速电压为20KV。图2显示,本实施例所得淀粉纳米微球为球形颗粒,且颗粒较小。其中少部分颗粒的聚集是由于范德华力和静电吸引的存在。因此,说明本发明能够制备出颗粒形貌较好的淀粉纳米微球。
实施例1、2、3、4、5所得淀粉纳米微球的扫描电镜图和粒径分布图与图1、图2相似,不一一提供。
本发明所制得产品平均粒径能够达到150nm以下,原因是离子液体型表面活性剂C16mimBr具有较强耐酸耐碱、耐水解及耐热性,且具有很好的乳化效果,能够很好地参与形成稳定的W/O离子液体微乳液。此外,淀粉纳米微球在离子液体微乳液液滴内成核,并不断增长,微乳液液滴的大小限制了淀粉纳米微球的尺寸,因此有利于尺寸分布较窄、粒径较小的淀粉微球的形成。
由于淀粉纳米微球具有良好的生物相容性、生物降解性及吸附释放性能,因此可以作为药物载体应用于医药领域;淀粉纳米微球具有超微的尺寸,作为药物载体时能够穿越人体内的天然屏障,将药物靶向至身体的各个器官;当淀粉制备成纳米粒被静脉注射时,可被人体的网状内皮***(肝、脾)迅速消除,因此具有被动靶向的优良特性;此外,纳米粒在体内有长循环、隐形和立体稳定等特点,有利于药物的缓释作用和靶向定位,当多肽与蛋白质载药纳米粒被口服后可通过小肠入循环***。综上所述,本发明所制得淀粉纳米微球能够作为药物载体材料较好地应用于医药领域。
如上所述,即可较好的实现本发明。
Claims (7)
1.基于离子液体型表面活性剂微乳液体系淀粉纳米微球的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)将可溶性淀粉原料在50~70℃烘干;
(2)用氢氧化钠溶液将步骤(1)所得可溶性淀粉原料配成质量百分比浓度为3~10%的淀粉乳,在60~90℃恒温加热搅拌至完全溶解;
(3)将步骤(2)所得的溶液降至室温,先加入环己烷,再缓慢加入离子液体型表面活性剂C16mimBr和助表面活性剂正丁醇的混合物至溶液澄清,制得油包水离子液体微乳液;环己烷与步骤(2)所得的淀粉溶液质量比为9:1~7:3;离子液体型表面活性剂C16mimBr与助表面活性剂正丁醇按质量比3:1~5:1混合,C16mimBr和正丁醇的质量总和占油包离子液体微乳液质量的20%~40%;
(4)向步骤(3)所得的油包水离子液体微乳液中加入环氧氯丙烷,40~70℃下搅拌反应2~6h;环氧氯丙烷用量为所述油包水离子液体微乳液质量的0.5~3%;
(5)将步骤(4)所得到的溶液冷却至室温,加入无水乙醇进行沉淀,然后离心,去除上清液,得到的沉淀物用无水乙醇洗涤,干燥,得淀粉纳米微球。
2.根据权利要求1所述的基于离子液体型表面活性剂微乳液体系淀粉纳米微球的制备方法,其特征在于:所述烘干是指控制淀粉水分质量含量低于3%。
3.根据权利要求1所述的基于离子液体型表面活性剂微乳液体系淀粉纳米微球的制备方法,其特征在于:步骤(3)所述加入离子液体型表面活性剂C16mimBr和助表面活性剂正丁醇的混合物至溶液澄清是指加入过程中溶液由浑浊慢慢变为澄清,且无淀粉颗粒析出。
4.根据权利要求1所述的基于离子液体型表面活性剂微乳液体系淀粉纳米微球的制备方法,其特征在于:步骤(5)所述无水乙醇洗涤是用无水乙醇洗涤至沉淀物不含离子液体型表面活性剂C16mimBr、环己烷、正丁醇和环氧氯丙烷。
5.根据权利要求1所述的基于离子液体型表面活性剂微乳液体系淀粉纳米微球的制备方法,其特征在于:步骤(5)所述离心为以5000r/min的转速离心20min。
6.根据权利要求1所述的基于离子液体型表面活性剂微乳液体系淀粉纳米微球的制备方法,其特征在于:步骤(5)所述干燥是将洗涤后的沉淀物在30~50℃下真空干燥12~48h。
7.根据权利要求1所述的基于离子液体型表面活性剂微乳液体系淀粉纳米微球的制备方法,其特征在于:所述氢氧化钠溶液的浓度为2mol/L。
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