文摘
自然起源生物聚合物壳聚糖研究和在实践中得到了广泛的应用。特别是在制药领域,壳聚糖纳米粒子已经研究了各种各样的药物输送系统。有许多因素影响壳聚糖纳米粒子的成功交付系统。其中,具体参数对壳聚糖的物理化学性质很大程度上决定了其药物载体的效率。壳聚糖的脱乙酰作用的程度(DD)是其中的一个参数。在这项研究中,DD对壳聚糖性能的影响是澄清,以促进电子喷雾制备纳米粒子的方法。DD会影响溶解度、结晶度和表面张力的壳聚糖,但它不能强烈影响壳聚糖溶液的粘度和分子量一样(Mv)。从这些结果,M3壳聚糖,拥有高86.70%,DD和结晶指数的44%,溶解在乙酸为电喷射纳米粒子的集合。M3的解决方案在低粘度下50毫米2/ s显示稳定的简单调整Taylor-cone喷嘴的液滴。尤其是M3壳聚糖溶液浓度为1.5 wt. % 90年醋酸wt. %浓度工况的12 kV电压操作,创建的两个电极之间的距离10厘米的球形粒子平均直径为338纳米,狭窄的粒径分布。这些壳聚糖纳米粒子可以获得最初的要求应用程序作为注射药物载体。
1。介绍
聚合物纳米粒子已被用于学术研究和一些实用领域的广泛使用。一般来说,纳米粒子是固体,含有高分子材料与纳米胶体粒子大小从10纳米到1000纳米(1,2]。他们比大部分粒子表现出更多的特殊性质。重要的特性之一,对纳米级别是大的表面积与体积比。这是有用的应用程序(如吸附或加载的治疗药物。因此,纳米粒子被认为是一个潜在的药物输送系统在制药领域(1,3- - - - - -7]。他们被用来封装一些药用制剂,如维生素、益生菌、蛋白质、牛血清白蛋白阿霉素,胰岛素(壳聚糖纳米粒子),环丙沙星,姜黄素(保利(lactide-co-glycolide) nanocapsules) palmarosa油、香叶醇(保利(Ɛ-caprolactone)纳米粒子)2- - - - - -7]。
有许多方法来创建纳米粒子像离子凝胶,乳液,溶剂蒸发,反向胶束,自组装,喷雾干燥3- - - - - -7]。其中,电子喷雾是一个有吸引力的技术应用于药物载体的形成。它减少了变性的蛋白质药物通过使用更少的溶剂。此外,低成本,简单,一个单步过程。此外,电子喷雾和电纺,这属于electrohydrodynamic技术,正在推进多样化的单液混合等过程,并排,同轴。因此,电子喷雾方法准备和材料纳米结构将进一步发展8- - - - - -24]。这种方法的主要原理是基于理论的带电液滴。聚合物溶液转移到金属喷嘴注射泵。与金属之间的高电压应用喷嘴和一个收集器,喷嘴的液滴具有较高的电荷和产生的结果是静电力。当这个力克服了液体的表面张力下降,一架形成和破裂主要液滴成更小的液滴。他们飞向一个反电极(收集器),形成分散的纳米粒子通过库仑静电排斥和溶剂蒸发在飞行途中收集器。根据(8- - - - - -14),两种主要的变量影响纳米颗粒的形成电子喷雾方法,组成的材料属性和操作参数。有些因素在工作装置,如电压、tip-collector距离,针直径和流量。同时,数量如聚合物浓度、聚合物分子量、溶剂浓度、粘度、电导率、表面张力的材料特性。事实上,电子喷雾的方法是敏感的小变化这些提到的因素在喷嘴形成不同的模式,如滴,主轴,multijet, Taylor-cone。然而,创建一个坚实的,均匀的纳米粒子只是稳定Taylor-cone模式所示。因此,所有这些材料特性和工作条件需要考虑仔细地获得所需的粒子,尤其是选择材料的属性。
生物材料从天然聚合物已经获得制药技术的广泛使用。他们有优点:更少的有毒,生物相容性和生物可降解的。壳聚糖是一种天然高分子,其成分有碳水化合物组成的主体结构两种类型的重复单位,N-acetyl-d-glucosamine d-glucosamine, (1 - 4)β糖苷键。壳聚糖是由甲壳素的脱乙酰作用,丰富的多糖从甲壳类动物的壳3,5,6]。脱乙酰作用的程度(DD)被描述为一个摩尔D-glucosamine与总D-glucosamine相比的百分比和N-acetyl-D-glucosamine链。壳聚糖的一个重要因素,因为它影响壳聚糖的物理化学特性。DD会影响溶度、结晶度、甚至粘度和表面张力的壳聚糖(6,25- - - - - -28]。有必要分析DD的影响壳聚糖的相关属性的材料应用于一个特定的领域。
壳聚糖纳米粒子有发表话题的电子喷雾的方法。他们主要集中在壳聚糖分子量(Mw)和浓度特征壳聚糖(8- - - - - -12,14]。Mw被认为是其中一个因素,可以显著影响壳聚糖溶液的粘度和相对于壳聚糖浓度(临界交叠浓度)。高瓦壳聚糖通常产生一个高粘度的解决方案。还指出,一个稳定的Taylor-cone模式是观察之间的解决方案有浓度临界交叠浓度和缠结浓度和低粘度(< 64 cP) [9,11,29日]。尽管DD可以影响壳聚糖的性质,DD电子喷雾过程的影响研究收集纳米粒子并没有提到。另外,高分子材料应用于先进的electrohydrodynamic技术是有限的。有必要修改之前的材料或发现新材料。在此,研究了壳聚糖与各种DD使用电子喷雾方法加工性能。此信息可以在将来的研究中有用的数据关于同轴和并排电子喷雾创建新的纳米结构。
在这项研究中,DD的角色能力的溶解度,结晶度,粘度和表面张力,制备研究。在一个期望,壳聚糖溶液电子喷雾过程必须均匀,没有过于高粘度和表面张力,便于收集纳米粒子。几个含有酸碱滴定分析方法,红外光谱、XRD、浊度和粘度被用来确定壳聚糖的特点。此外,实验形成壳聚糖纳米粒子的电子喷雾装置进行了测试。目标的壳聚糖纳米粒子应用于一个注射药物输送系统,预期的大小在500海里。纳米粒子的形貌由SEM评估。壳聚糖溶液的接触角度,考察了粒子的大小分布图像J和Minitab软件。希望评价DD在壳聚糖的影响解决方案可以有效地控制喷涂过程所需的壳聚糖纳米粒子。
2。材料和方法
2.1。材料
有三种类型的壳聚糖不同起源:Sigma-Aldrich,记述有机物和越南。醋酸、盐酸和氢氧化钠是购自Xilong(中国)。
2.2。方法
2.2.1。装置设计和实验装置
电子喷雾装置运行的电压25 kV,注射泵的流量0.1毫升h−1,18 g针(内径0.838毫米),和一个收集器(一个铝箔)。首先,壳聚糖是搅拌在一个醋酸90 wt. %浓度获得均匀的混合物。壳聚糖溶液试验了一组改变浓度从1 wt. % 2 wt. %。解决方法是喷洒在调查范围内的潜在和喷嘴的距离收集器。在这个过程中,壳聚糖溶液的水滴都被显微镜图像。纳米颗粒沉积在氧化铝薄膜,真空下干燥前的扫描电子显微镜(SEM)。
2.3。壳聚糖的特性
壳聚糖的脱乙酰作用的程度(DD)由酸碱滴定法与甲基橙作为指标。根据(28,30.,31日),0.5克干壳聚糖正是加权和盐酸溶解在0.1。之后,该解决方案增加了两到三滴1.0 wt. %的指示器,0.1 M氢氧化钠滴定。等当点,颜色解决方案已经从红色过渡到橙黄色。
DD计算如下:
分析了结构的壳聚糖通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)珀金埃尔默分光光度计的前沿。聚合物与溴化钾混合,按测量板。
浊度测量壳聚糖溶解在不同pH值决定了密尔沃基Mi415浊度计。短暂,壳聚糖溶解形成的解决方案0.1 g壳聚糖在20毫升盐酸0.1 M,慢慢调整氢氧化钠的pH值0.1米(32]。所有的实验进行了一式三份,每个值是三个测量的平均值。
结晶相的制备是通过x射线衍射(XRD)来衡量的。光谱法是通过使用粉末衍射仪和Cu-Ka辐射范围在5 - 70°(2θ)。水晶指数(CrI, %)确定如下: 我在哪里110年最大强度的衍射图样在20°,和我吗我在16°(非晶衍射强度33]。
壳聚糖溶液的接触角测定壳聚糖处理图像液滴在光滑的玻璃碎片ImageJ软件。
viscosity-average分子量的壳聚糖(Mv)是由Mark-Houwink方程: [ƞ]是毛细管粘度计的固有粘度测量过程后,之前的文件(9,29日,34]。0.1乙酸/ 0.2 M氯化钠被用作溶剂溶解壳聚糖。
壳聚糖溶液的运动粘度是由毛细管粘度计25°C。流解决方案的时间测量五次。时间价值计算的平均五个测量并使之转化为运动粘度通过使用校准粘度计常数。
2.4。壳聚糖纳米粒子的表征
壳聚糖粒子的形态表面扫描电镜研究了(SEM-S4800日立)。纳米粒子的大小分布分析ImageJ MiniTab软件。
3所示。结果与讨论
3.1。DD对壳聚糖的特性的影响
三种壳聚糖被指示为M1, M2, M3,对应于他们的品牌Sigma-Aldrich,越南和记述有机物。DD的结果显示在表中1。所有样本DD值超过70%,M3 DD最高为86.70%。这意味着有更多的nh2组织结构。
根据(3- - - - - -6),壳聚糖可以溶解在pH值在6.0 NH的质子化作用2形成NH3+。这意味着NH越多2组壳聚糖链的结构,更容易溶解壳聚糖溶液的pH值酸性环境。在这项研究中,探讨壳聚糖的溶解性,所有样品都溶解在0.1 HCl溶液,然后调整pH值从2.0到8.0为浊度测量在同一条件。在观察,在pH = 2.0三个解决方案都是透明的,但是M3的浊度值的解决方案几乎是零,而那些30 FNU M1和M2。在图1概要文件是相同的形状,FNU价值稳定pH值的范围从2.0到6.0,大幅增加到430 FNU pH = 7.0。它证明了M3纯洁和溶解度比狭义货币供应量M1及广义货币供应量M2。M3的良好溶解性与高DD由于北半球2亲水性基团的结构。
壳聚糖的结晶度均通过x射线衍射模式和中国国际广播电台(结晶指数)。如图2,XRD分析结果显示所有的样品呈现很强的特征峰在2θ约20°nh(胺二世”2”)(33]。此外,M1和M2也有高密集峰10°(胺-N-CO-CH我”3”),而这在M3峰完全消失。特别是,M2是一个额外的肩膀21°。它可以估计,M2与M1的结晶程度大于M3。比较衍射峰的强度,M2更高和更清晰的山峰比M1, M3。从这些,就可以得出结论,M2结晶度比M1, M3和符合CrI值计算样本M1, M2和M3是60%,分别为78%和44%。它认为DD值之间的关系和M3的结晶度。DD值高,M3没有更多的乙酰基的结构,导致减少分子间氢联系发生羟基化和乙酰基两个intersheets之间的平行排列的原因消失的峰值在10°(33]。结果,它会导致较低的结晶程度的M3。与此同时,M1和M2国米/ H的分子内氢键2N——噢,曹的趋势这些报告(25,26]。
红外光谱谱显示壳聚糖的特征官能团结构如图3。一般来说,所有的壳聚糖红外光谱资料有相同的形状与典型的吸收峰,包括乐队3300 - 3500厘米−1(-哦组),1650厘米−1(- c = O乙酰胺组),1590厘米−1(nh2组)。,-哦组织广泛的山峰,不锋利,因为重叠的吸收峰-哦和nh团体或-哦,秋。除此之外,乐队在1350厘米−1,这是分配给酰胺ch的振动3组,消失在所有的光谱(35]。它显示了inter-intramolecular氢键的结构。重要的是,M1、M2和M3中心不同波数近3400厘米−1,3500厘米−1,3300厘米−1,分别。转变频率越高,越高的结构性安排顺序获得(36]。因此,壳聚糖是安排的高阶结构平方米,M1, M3,相应地。此外,M3光谱显示乐队在1590厘米−1(酰胺2)用一把锋利的峰值比1650厘米−1乐队(归因于酰胺1),而M1频谱已经是相反的。它还表明,nh有很多2组织M3结构,与M1结构。此外,乐队分配酰胺2 M1(1574厘米−1)位于较低波数比这些M2和M3(1590厘米−1)。这意味着有一种强烈的分子内氢键的结构,从而导致高结晶度的XRD分析(37]。平方米的红外光谱谱显示广泛的酰胺峰1和2的存在,证明了交互的官能团。也许,其几何结构导致形成inter-intramolecular氢比其他壳聚糖联系更加方便,导致结晶度好。
在电子喷雾方法中,喷嘴的液滴飞到收集器时,电场力克服溶液的表面张力。表面张力越高,越困难的喷涂过程。注意,增加表面张力会导致一个更大的接触角(38]。图4显示的接触角值1.0 wt. % 90年壳聚糖溶液wt. %醋酸减少分别从M1和M2, M3,类似于订单降低表面张力。壳聚糖溶液的接触角增加壳聚糖浓度的增加规则图5。高DD, M3的结构有一个排斥正电荷,从而导致相当大的聚合物链的扩张。所以,M3分子的凝聚力是虚弱的。一般来说,所有的壳聚糖溶液没有太高的接触角,因为选择乙酸溶剂90年高浓度wt. %有较低的表面张力。
聚合物溶液的粘度是一个重要的参数,大大影响产生纳米粒子的电子喷雾方法的能力。调整Taylor-cone喷嘴形成圆形,均匀的壳聚糖纳米粒子需要以适当的粘度壳聚糖溶液。过高或过低粘度壳聚糖引起缺陷控制喷涂的过程。低粘度和高导电性,纳米颗粒通常喷洒在multijet模式导致可怜的大小分布。相比之下,高的壳聚糖溶液粘度有一些缺点:阻塞喷嘴的喷雾类型滴模式,或者使用高压克服表面张力。因此,电喷射过程不稳定粒子的变形形状的原因(8,11]。
1.0 wt. %的粘度壳聚糖浓度乙酸90 wt. %见图6。M1达到的最高粘度210.52毫米2/ s, 10倍的M2, M3获得最低的13.96毫米的价值2/ s。
根据(39),高DD壳聚糖高粘度,因为inter-intramolecular氢键形成的氨基和羟基。然而,这项研究并不符合这一趋势。尽管M3 DD最高,其结构是氢联系较少,在红外光谱和x射线衍射分析。因此,它可以解释说,M3粘度是最低的。另一方面,M1的DD值(76.13%)接近M2(80.61%)、以及国际比较小,但M1壳聚糖是很难溶解,高粘度。在观察,壳聚糖的浓度增加到1.5 wt. % 2.0 wt. %, M1的粘度很高,增加和M1没有完全溶解。似乎与较强的分子内氢提到的红外光谱分析和分子量的壳聚糖(9,11]。表2显示最高的741 kDa的M1和Mv的最低Mv 421 kDa的M3。获得的结果合适的粘度值。
从前面提到的结果,DD主要影响壳聚糖溶液的溶解度和轻度影响结晶和表面张力。DD M3的86%提高溶解度高,但NH的形成3+质子引起分子链扩张由于降低结晶度和表面张力。同时,弟弟不有力地影响溶液的粘度、分子量的控制。分子量越高,壳聚糖溶液的粘度越高。可再生的电子喷雾浓度范围的高分子量壳聚糖是有限的(8,11]。显然,脱乙酰作用程度(DD)和分子量(Mw),壳聚糖的两个重要参数,显著影响纳米粒子生成电子喷雾方法的解决方案。
后壳聚糖的初始需求的解决方案,包括一个统一的解决方案,适当的表面张力和粘度使用电子喷雾方法,壳聚糖样品下令减少水平:M3, M2, M1。在图7,1.0 wt. % 90 wt. %醋酸浓度的壳聚糖,M3的解决方案似乎比其他人更好。
(一)
(b)
(c)
3.2。壳聚糖纳米粒子形成的电子喷雾的方法
3.2.1之上。评估M1、M2和M3粒子
实验喷洒在90年最初检查1.0 wt. %壳聚糖wt. %醋酸浓度的M1, M2, M3。如数据所示8(a)、8 (b)和(c) 8例,SEM图像M1, M2, M3,选择基于水滴Taylor-cone,显示不同的形态。M1粒子的形状是堆放,与圆的,单独的M2和M3粒子。此外,M1和M2的解决方案必须应用18千伏的高压(U)由于高粘度。特别是Taylor-cone M1的解决方案是难以控制。这一点类似于M1样本的预测,因为它由于高Mv和粘度。
增加到2.0 wt. %壳聚糖浓度、M2表现出可怜的溶解度和粘度增加到126毫米2/ s如图9,而不是M3(56毫米2/ s)。它溶解M2比M3花了大部分的时间。M2和M3粒子的SEM的结果见图10。所有粒子,获得致密颗粒,但比M2 M3颗粒更均匀。DD和更高的结晶度较低,M2麻烦从2.0 wt. %壳聚糖浓度。相比之下,M2, M3呈现出更多的优势。因此,本文选取M3调查实验的电子喷雾装置。
M3的解决方案,由90年的1.5 wt. %浓度wt. %醋酸浓度进行了研究后改变电压(U)和针收集器(L)的距离,如图11水滴的形状,喷嘴被显微镜拍照。在同一短7厘米,10厘米的距离,增加潜在的权力从9 kV 18 kV,壳聚糖溶液的滴从cone-jet multijet,然而,长途的12厘米和15厘米,水滴形成滴,cone-jet, multijet当电压增加。观察喷嘴的液滴在增加7厘米到15厘米的距离相同的低电压(U= 9 kV, 12 kV),液滴的形状是锥形,主轴,分别和滴。在高压的情况(U18 kV) = 15千伏,水滴multijet的顺序,主轴。规则是类似的报告文件(8,11,12]。这意味着应用适当的电压必须克服解决方案的静电力把液滴的稳定cone-jet喷嘴。当电压足以让在静电力长途和低电压的情况下,液滴出现在滴水,轴模式,而不是高压和短距离的情况导致multijet模式。
基于液滴,泰勒锥图的图像11SEM分析,三个工作条件选择l= 7厘米,U= 9伏特;l= 10厘米,U= 12 kV;l= 12厘米,U= 15千伏。事实上,低粘度的36.29毫米2/ s(图9),控制Taylor-cone液滴的形状很容易。所有粒子的形态显示球形,浓密的形状和直径在500 nm数字12。
M3的粒子形态相比壳聚糖溶液从1.0 wt. % 2.0 wt. %浓度,M3 wt. % 1.5壳聚糖纳米粒子的浓度呈现出更多的统一U= 12 kV和l= 10厘米的平均直径338纳米图13。这个尺寸完全符合纳米粒子药物传输系统的要求。
4所示。结论
在这部作品中,M3壳聚糖高DD(86.70%)导致溶解度好,结晶度低,和较低的表面张力。此外,M3的解决方案有一个低粘度由一个小分子量。这两个主要因素使得M3壳聚糖的应用在电子喷雾方法。SEM结果表明,获得的M3的粒子是球形,浓密的直径在纳米尺寸。政权稳定的喷涂的调查过程是基于最初的观察Taylor-cone喷嘴的液滴。的运行参数l= 10厘米,U= 12 kV, wt. % 1.5立方米的粒子壳聚糖浓度90 wt. %醋酸的浓度有良好的形态,平均直径约338海里。因此,除了壳聚糖的Mv,有必要评估DD值电子喷雾生产壳聚糖纳米粒子的方法。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现是包括在手稿中。
的利益冲突
作者宣称他们没有利益冲突或者人际关系可能出现影响工作报告。
确认
作者承认时间和设施的支持从胡志明市胡志明市食品工业大学和科技大学(HCMUT) VNU-HCM。这项研究由科技部在格兰特科技任务根据Vietnam-Korea协议(NĐT.27.KR / 17)和支持的基础科学研究项目通过授予韩国国家研究基金会(NRF),由韩国政府(最高明的)(2010 - 0027955和联盟- 2017 r1d1a1b03028061)。