文摘
在这个工作中,单分散的琼脂糖凝胶纳米粒子是准备使用W / O微乳液作为模板来控制获得粒子的大小。这个模板的组合方法和温度引起胶凝和溶剂交换方法使得制备单分散稳定的水性分散体的琼脂糖凝胶纳米粒子在水里。平均大小,测量作为一个明显的水动力直径,获得的粒子约150海里。的能力获得水凝胶粒子的封装和释放合成杀虫剂(azamethiphos)进行了测试。结果表明,杀虫剂分子封装在制造纳米粒子释放后diffusion-controlled机制。这些结果结合琼脂糖的生物降解性提供依据的设计与应用程序在一个新的向量控制寄生虫的水库。
1。介绍
封装的活性成分已成为一个多学科的挑战有兴趣在几个行业,如医药、医疗、化妆品、化工、食品和农业(1- - - - - -9]。这主要是因为封装创建一个屏障保护封装化合物(液体、固体、气体),允许将他们孤立于周围的环境,从而避免降解和氧化在其存储和限制他们的交互和与其他化合物反应。因此,封装为增加货架寿命提供了基地的封装化合物,特别是那些极其不稳定。这增强了它的稳定性,并允许一个控制发布过程而无需修改封装复合活动(10,11]。尽管封装方法的发展始于去年上个世纪50年代(12],直到过去二十年的发展在纳米科学和纳米工程允许有效的和可再生的封装方法的发展,降低成本和使工业生产13,14]。
许多不同的nano——和微观结构超分子系统,例如,胶体颗粒,脂质体、胶束,用于有效的封装的发展平台。在这样的系统中,生物聚合物矩阵中作为一个最成功的由于他们的可用性,低成本,减少了对环境的影响和人类健康15,16]。此外,许多不同的生物聚合物、蛋白质或多糖,经常用于粒子的制造,例如,乳清和大豆蛋白、酪蛋白、明胶、玉米蛋白、淀粉、纤维素、壳聚糖、海藻酸(17]。这些粒子根据其结构分为三类:水凝胶,包含复合物,interpolyelectrolyte复合物。这将导致粒子的存在范围广泛的物理化学和功能属性。同样重要的是,粒子后可以获得不同的方法(成型技术、喷雾干燥、溶剂解吸、注入和微流控和剪切方法,和乳液模版方法)(18]。选择最适当的系统在一定目的和方法用于制备取决于不同的因素,例如,所需的粒子和生物聚合物的性质和封装材料的性质。此外,该方法用于封装的制造平台必须容易和成本效益19]。
成功的方法来制造生物聚合物粒子乳液模板的使用方法依赖于使用滴水的石油(W / O)乳剂作为模板粒子的制造(18]。为此,生物聚合物的水溶液中均相溶液含有表面活性剂,从而导致形成W / O乳状液。下降的大小可以通过调优控制混合物成分或均化速度。一旦得到乳液,水滴稠化后具体机制,无论是物理(温度变化)或化学(pH值的变化,添加交联剂),这取决于生物聚合物的性质。准备过程的最后一步包括溶剂交换过程来获得一个生物聚合物粒子的水分散体18]。这种方法已成功申请准备藻朊酸盐纳米颗粒和纳米颗粒混合海藻酸和乳清蛋白(20.,21]。后者两人成功地用于核黄素的封装21]。牛奶蛋白粒子用于益生菌封装也已经准备使用这种方法(22]。
这项工作是专注于琼脂糖的制备纳米粒子。琼脂糖是一种多糖常用的在不同的生物技术的应用程序由于其自然,可生物降解,无毒的性格使惰性纳米粒子的形成。近年来,大量研究多糖纳米粒子为多个应用程序开发(23,24]。这些多糖,利用琼脂糖制造的纳米粒子广泛扩展(25,26]。王先生和吴26]描述了使用emulsion-converted-to-suspension琼脂糖水凝胶纳米粒子的制备方法和应用程序封装获得粒子的蛋白质和多肽。在乳制品行业类似的粒子被用作批反应堆的水解乳糖(27]。此外,许多作品处理混合metal-agarose粒子的制造结合金属的电子性质和琼脂糖获得粒子的生物相容性与生物传感器应用程序(28,29日]。
这项工作的琼脂糖纳米粒子使用W / O乳作为模板代替传统的乳剂。纳米乳作为模板的使用是首选由于其热力学稳定性。此外,滴大小在纳米制造纳米尺度的粒子(规模提供依据30.]。前面提到的胶凝一步利用琼脂糖的热行为提出了一种胶凝温度35-52°C和熔化温度85 - 90°C (31日,32]。因此,制备可溶性琼脂糖的W / O附近的琼脂糖融化,后跟一个混合物冷却至室温,导致琼脂糖水凝胶纳米粒子的形成,可以转移到水和溶剂蒸发后用作封装一个平台的合成杀虫剂(azamethiphos)。Azamethiphos是城市的杀虫剂、国内或农业使用,和他们的封装和控制释放可以提供控制外部寄生虫在水库的基础33]。
2。材料和方法
2.1。化学物质
sulfosuccinate辛酯钠盐(aerosol-OT ),氯化钾BioXtra ( ),和azamethiphos (S - [(6-chloro-2-oxo [1,3] oxazolo (4、5 b) pyridin-3 (2 h) - yl)甲基]O, O-dimethyl phosphorothioate)买来Sigma-Aldrich(德国)。正庚烷( ,额外的干燥)和超纯琼脂糖买来记述有机物(比利时)和表达载体(美国),分别。所有的试剂都用作收到没有进一步净化。
所有用过的玻璃器皿清洗了饱和溶液的KOH乙醇,紧随其后的是用丰富的水冲洗。Milli-Q年级获得使用multicartridge水净化系统aquaMAX™超370系列(YoungLin仪器有限公司、韩国)用于清洗玻璃器皿和解决方案准备。这水获得了电阻率18 MΩ·厘米左右−1和总有机质含量低于6磅。
2.2。琼脂糖的制备纳米粒子
三步方法之后准备琼脂糖纳米颗粒。第一步包括准备水在油(W / O)纳米乳作为一个模板来控制粒子的大小分布。纳米乳是准备使用三元系统正庚烷/ aerosol-OT /水,因为它是一个著名的系统和其相图进行了广泛的研究在文献[34,35]。选择模板纳米乳是由80 wt %的正庚烷,aerosol-OT 10 wt %, 10 wt %的水(36]。一旦选择组成,所需的量水相含有1%的琼脂糖体积分数和氯化钾浓度的50 mM下降到有机相含有正庚烷和aerosol-OT下连续搅拌在2500 rpm。值得一提的是需要预热,琼脂糖的溶液在95°C(琼脂糖融化温度以上)以确保琼脂糖溶解。第二步涉及微乳液滴获得琼脂糖凝胶的胶凝颗粒分散在正庚烷。在这一步中,获得的W / O在室温下保持搅拌冷却下来。获得琼脂糖凝胶粒子的分散在水中,正庚烷是蒸发一夜之间通过冷冻干燥,得到粉是存储在4°C。这个粉是redispersed在水中导致稳定的琼脂糖凝胶粒子的水分散体。值得一提的是,在溶剂交换过程中,一些聚合得到。删除这样的聚集和可能的残留aerosol-OT,凝胶粒子的分散使用尼龙膜过滤孔径为0.45μ米(微孔,美利坚合众国)随后在8小时的透析使用膜过滤样品的分子量截止12 kDa。结果是一个稳定的单分散的水分散体琼脂糖凝胶纳米粒子。
一旦凝胶粒子进行优化的过程中,他们被用于azamethiphos封装。为了这个目的,一个0.01毫米的药物浓度添加到初始水相微乳液的制备使用。
2.3。实验技术
这种凝胶粒子的表观尺寸估计明显的水动力直径 ,使用动态光散射(DLS)测量。为此,Zetasizer纳米z工具(莫尔文仪器有限公司,伍斯特,英国)使用。在quasibackscattering DLS实验进行配置(散射角, )使用辐射红线的氦氖激光器(波长, )。在测量之前,样本过滤,在干净的房间里,用尼龙膜孔径为0.45μ米(微孔,美国)。因此,它可以将尘粒从样品。测量进行了使用光学玻璃细胞(Hellma®6030 - og模型;Hellma,德国耶拿)。在DLS实验中,归一化强度自相关函数, ,之前随时间指数衰减。在最简单的情况下,考虑单分散的散射的布朗运动, 定义如下: 在哪里表示时间,是直接相关的特征松弛时间的表观扩散系数 , wavevector,是假定的溶液折射率接近连续相( 和 分别对水和正庚烷), ,接近于1,一致性的因素。在连续牛顿介质球形粒子扩散, 可以认为遵循Stoke-Einstein关系明显允许确定水动力直径: 在哪里和分别是波尔兹曼常数和绝对温度,然后呢是连续相的粘度。
信息分散粒子的表面电荷也获得使用Zetasizer Nano z仪器(莫尔文仪器有限公司,伍斯特,英国)。为此,电泳迁移率( )测量。测量值转换为ζ可能性使用Smoluchowski的关系。
研究封装和释放azamethiphos从纳米颗粒进行光谱测量。紫外可见分光光度计进行使用紫外可见光谱测量二极管模型hp - 8452 a(惠普、美国),和荧光测量进行了使用荧光分光光度计fp - 6500 (JASCO Inc .)、美国)。
3所示。结果与讨论
3.1。琼脂糖纳米粒子制备
琼脂糖凝胶纳米粒子的制备包括W / O乳作为模板的使用;因此,我们的研究涉及到研究的第一步的水滴的大小与aerosol-OT光秃秃的微乳液稳定(组成:80 wt %正庚烷,10 wt % aerosol-OT,和10 wt %的水)。图1(一)显示了光强度自相关函数获得微乳液测量。
(一)
(b)
水滴的自相关函数提出了一种monomodal字符清晰分布(图1 (b))。的分布在正庚烷水滴是相对狭窄(多分散性指数, ),集中出现在15海里。当W / O乳状的结果相比,那些获得琼脂糖纳米颗粒胶凝后,没有发现显著变化在强度自相关函数(图1(一)),也不分布(图1 (b))。这些结果表明W / O乳作为模板的使用准备琼脂糖凝胶纳米粒子允许控制获得粒子的大小;即。,the size of the gel nanoparticles is similar to that of the water drops of the O/W microemulsion used as a template. The nanoparticles obtained in n-heptane had an average大约在12海里。
尽管成功的制备单分散的琼脂糖凝胶颗粒在正庚烷,这种粒子在技术相关的应用程序的应用程序需要将获得粒子转移到一个环保水等溶剂。这个过程是由冷冻干燥蒸发的正庚烷随后再分散粉末在水中获得。图2显示了自相关函数和强度分布得到的颗粒后再分散在水中。
(一)
(b)
结果表明,monomodal强度自相关函数(图2(一个))是失去了在正庚烷的蒸发和随后的再分散在水中的琼脂糖颗粒和至少三个截然分开组件可以被识别样本。特征扩散时间这些过程约1μ年代,10 - 100μ年代,和0.1 s。这个证据纳米颗粒的制备过程会导致一个相当多分散的纳米粒子的分散。的分布获得强度自相关函数的分析证实了三个不同人群的存在之后琼脂糖颗粒的溶剂交换和随后的再分散在水中。的第一个人口可以归结于胶束aerosol-OT用于微乳液的稳定。Aerosol-OT也溶于水;因此,可以预计,它的一部分可以保持自由表面活性剂和高于临界胶束浓度(cmc)胶束在再分散(37]。第二个人口与平均的琼脂糖粒子获得的礼物在150纳米左右。这个证据水粒子的平均尺寸是之前十倍的正庚烷中找到。这种膨胀过程发生在溶剂交换过程中可以解释假设正庚烷为琼脂糖不是一个好的溶剂;因此,纳米粒子仍处于崩溃状态与非极性相接触的数量最小化。然而,纳米颗粒在水中的分散导致的肿胀琼脂糖矩阵因为琼脂糖水是一种很好的溶剂。这证明了粒子尺寸的增加其最终价值(38,39]。最后发现人口相关溶剂交换过程中形成的粒子聚集。然而,值得注意的是,最后一个人口的重要性可以被认为是可以忽略不计的贡献相比,人口集中在150纳米左右。
获得的技术应用琼脂糖颗粒需要去除水中悬浮体包括免费的表面活性剂和聚合分子。后两个(骨料尺寸大于1μ米)很容易被过滤的分散在尼龙膜的孔隙直径约0.45μm。为了消除多余的自由aerosol-OT,琼脂糖颗粒分散体受到透析对纯水在8小时。这次发现足以获得分散的粒子没有自由表面活性剂分子或粒子聚集。这种分散的研究使用DLS(见图2)证据的存在,而单分散胶体粒子平均集中在140海里(PDI < 0.1)。值得一提的是,获得的凝胶颗粒呈现一个良好稳定的水介质由于其高负电荷被发现ζ可能性度量。特定情况下的here-studied粒子,它的ζ可能性(-74±3)mV。这个负电荷粒子制备过程中考虑到解释说,一个shell aerosol-OT仍然附着在表面的粒子,提供静电稳定纳米粒子和最小化聚合现象。表1总结了获得粒子的主要特征。
3.2。Thermoresponsiveness凝胶纳米粒子的
众所周知,琼脂糖了溶胶-凝胶转变在人类生理温度(37°C)。溶胶-凝胶转变是强烈依赖于琼脂糖链的长度和交联度的聚合物网络(32,40]因此,预计外的温度转变温度的增加会导致重大改变纳米粒子的大小可以是一个优势为应用程序的负载和释放活性化合物的凝胶矩阵是必需的。然而,最重要的是比凝胶溶胀的增加温度过程的可逆性,即。的可逆swelling-shrinking凝胶作为其后续的加热和冷却的结果。本节分析获得的琼脂糖纳米粒子的反应时受到增加的温度从室温到65°C和后再冷却到室温。图3显示了明显的温度依赖水力直径在纳米颗粒的热处理。
结果指出,温度的增加导致的肿胀琼脂糖凝胶纳米粒子直到其规模达到一个值在60°C,是原来的两倍大小的纳米粒子在水在室温(25°C)。随后的温度降低到25°C会导致粒子的萎缩,直到恢复最初的大小。这个结果指出,琼脂糖凝胶纳米粒子获得礼物一个可逆反应对温度的变化,没有明显的滞后。结果也显示变化的斜率的依赖在35 - 40°C范围,可以解释为琼脂糖的溶胶-凝胶转变的结果。这种行为可以被认为是一种优势触发释放活性物质从纳米颗粒对人体40]。
过渡中发现纳米粒子可能解释假设当温度接近熔化温度的琼脂糖、水溶剂纳米粒子提供了更好的条件。因此,here-obtained纳米粒子可以被认为是一个物理交联水凝胶较低临界溶解温度(LCST) 37°C左右。
3.3。封装的Azamethiphos凝胶纳米粒子
凝胶纳米粒子可用于封装和活性物质的释放。这里,封装和释放一种合成杀虫剂(azamethiphos)在琼脂糖矩阵了。表1总结了明显的水动力没有和封装azamethiphos琼脂糖纳米粒子的直径。的比较结果证据明显,包含azamethiphos粒子特性变化不明显(大小或表面电荷)。因此,可以使用琼脂糖纳米颗粒作为azamethiphos封装平台在不影响显著的物理化学特征获得粒子。评估的程度保留azamethiphos在准备使用紫外可见光谱的纳米颗粒进行加载。图4显示了azamethiphos的紫外可见光谱在水里。
(一)
(b)
azamethiphos在水中的紫外可见光谱显示三个乐队集中在183年,211和274海里。保留学位评估,我们跟随乐队在274 nm为了避免重叠与其他组件的样品的吸光度。插入的图在图4代表吸光度的依赖( )在274年在水中浓度azamethiphos解决方案。结果显示这样的吸光度线性依赖杀虫剂的浓度( )在研究范围内(Lambert-Beer法律)。的摩尔吸光系数azamethiphos获得 从浓度依赖的吸光度可以确定azamethiphos剩余的金额后准备装载纳米粒子的过程。琼脂糖溶液的紫外可见光谱的比较azamethiphos前准备过程后得到纳米粒子的制备过程与封装azamethiphos允许一个决定封装过程的效率。图5显示了琼脂糖溶液的紫外可见光谱包括浓度0.01毫米azamethiphos和纳米粒子与封装azamethiphos从相同的初始解。注意模板的水量用于制备微乳液是一样的,最后的颗粒被分散。因此,在所有azamethiphos封装,浓度是相同的和两个光谱重叠。
吸光度下降的证据,在agarose-loaded纳米颗粒的制备过程,初始azamethiphos丢失的一部分。因此,封装过程产量效率在60 - 70%范围内的初始数量的杀虫剂。azamethiphos浓度的下降可能在封装可能伴随的azamethiphos仍然被困在大尺寸的聚合物在溶剂交换过程中删除。重要的是要注意,azamethiphos正庚烷是可以忽略不计的溶解度;因此,移情杀虫剂的油相在粒子制备过程中可以排除。
一旦封装的azamethiphos琼脂糖颗粒被证实,从粒子释放杀虫剂溶剂25°C是评估利用azamethiphos荧光发射的339 nm激发后274海里。为此,一个新的琼脂糖纳米粒子的分散与封装azamethiphos置于透析管和整除的荧光强度是评价周围的水几次后负载纳米粒子的制备。的评价azamethiphos集中释放水,校准曲线进行了测量不同浓度的荧光强度azamethiphos解决方案(见图6)。从这个校准曲线,可以推断存在线性相关的荧光强度在研究的浓度范围(azamethiphos浓度 ,在哪里是一个光学常数依赖于研究过程和假定的值 )。使用校准曲线,可以评估azamethiphos从纳米颗粒的释放量。
azamethiphos释放动力学得到的荧光强度周围海域的粒子分散在透析中表示的分数azamethiphos图发布7。值得一提的是,以确保同一化的azamethiphos在水中的浓度在释放过程中,水介质受到连续搅拌在500 rpm。
azamethiphos从琼脂糖凝胶纳米粒子的释放主要发生在早期阶段,与70%的释放量的初始封装azamethiphos后15分钟。然后持续释放发生在近6个小时,直到达到一个完整的封装azamethiphos的释放。研究的基础上进行的释放温度在室温下保持不变,并假设粒子的物理化学性质不改变显著azamethiphos封装,可以假定释放azamethiphos diffusion-controlled发生的机制,通过琼脂糖纳米颗粒的多孔矩阵。实证模型来描述diffusion-controlled封装化合物的水凝胶基质中释放是由粉红et al。41,42]。这个模型描述了时间依赖性的分数公布的化合物幂次法则定义如下: 在哪里是一种结构/几何常数根据特定系统和是释放指数描述释放机制。获得的实验数据的释放封装azamethiphos同意与提供的描述参数的经验定律假设以下值: 和 。因此,结果证实diffusion-controlled azamethiphos从琼脂糖纳米颗粒的释放。由王、吴(类似diffusion-controlled机制被发现26]从琼脂糖纳米粒子释放ovoalbumin和瑞卡和夏尔马(43从chitosan-modified粒子)对胰岛素的释放。值得一提的是,diffusion-controlled机制被描述在文献中最扩展从多糖颗粒释放的分子机制44]。
4所示。结论
这项工作提出了一种新的途径制备的水性分散体稳定、单分散的纳米尺度的琼脂糖凝胶纳米粒子。这是可能的temperature-triggered凝胶溶液滴的W / O乳状用作模板控制纳米粒子的大小和形态。这样的纳米粒子可以被转移到水介质获得高度带电纳米颗粒的分散呈现一个物理化学行为让人想起一个物理交联凝胶可进行可逆swelling-shrinking过程使封装化合物的触发控制。
获得粒子可用于封装等活性化合物的合成杀虫剂,如azamethiphos,没有任何明显改变其物理化学特性。释放azamethiphos封装的研究已经证明diffusion-controlled概要文件使用琼脂糖颗粒与之前的研究结果相一致。这项工作提供了一个新的可能性的设计勾勒出矢量控制寄生虫在水库。然而,这项工作需要设计方法的进一步发展的更好的控制释放的封装化合物提供持续释放的基础。
数据可用性
没有数据被用来支持本研究。
信息披露
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的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
PGA,如RGR和FO由格兰特MINECO ctq2016 - 78895 r,艾尔是由报社Nacional de Promocion Cientifica y Tecnologica皮克特人(ANPCyT) 2016 - 1111。我们感激一分钱Espectroscopia UCM的使用他们的设备。