壳聚糖磁性载药微球的研究及性能分析

本科学生毕业论文
壳聚糖磁性载药微球的研究
及性能分析
院系名称：材料与化学工程学院
专业班级：应用化学10-1班
学生姓名：唐宇佳
指导教师：王晓丹
职称：讲师
黑龙江工程学院
二○一四年六月
The Graduation Thesis for Bachelor's Degree Magnetic Chitosan Microspheres Research and Performance Analysis
Candidate:Tang Yujia
Specialty : Applied Chemistry
Class : 10-1
Supervisor:Lecture Wang Xiaodan
Heilongjiang Institute of Technology
2014-06·Harbin
摘要
近些年随着人们的生活水平及科技的提高，普通的药物已经不能满足人类的需求，因此在此基础上科学家们研究了新型的药物。

壳聚糖(Chitosan)能使血液迅速地被凝固，我们通常用它来止血。

由于它具有生物相容性所以还可以用它作为填埋伤口，其还能摧毁细菌、加快伤口的好转、吞噬分泌物、不受水的干扰等作用，磁流体是利用Fe3+和Fe2+以在碱性的条件下制取的。

以壳聚糖、姜黄素、磁流体为原料采用复乳化交联法获得磁性载药壳聚糖微球。

最后对磁性壳聚糖载药微球的磁性、形貌、药物缓释进行研究。

实验表明，最佳反应条件是壳聚糖醋酸溶液的浓度为 1.5%，适量的姜黄素和磁流体，乳化剂的量是壳聚糖醋酸溶液的20%，液体石蜡为200%，交联剂为50%,转速300r/min，反应温度在60℃时反应2h得粒径均匀的黄色的沉淀，即壳聚糖磁性载药微球，其外貌光滑，粒径在10~20μm之间，能在较长的时间里进行药物缓释，时间长达6小时以上。

关键词：壳聚糖；磁流体；姜黄素；载药微球；药物缓释
ABSTRACT
In recent years with the improvement of people's living standards and technology，common drugs have been unable to meet human needs，therefore，on this basis，scientists have studied the novel drug.Chitosan blood can be rapidly solidified，we usually use it to stop the bleeding. Because of its biocompatible so you can use it as a landfill wounds，It can also destroy bacteria and accelerate wound improved,swallowed secretions，interference and other effects from water，MHD is the use of Fe3+and Fe2+under alkaline conditions in preparation for.Chitosan,curcumin，magnetic fluid as raw materials using a complex emulsion cross linking method to obtain magnetic chitosan microspheres containing the drug，finally，the magnetic Chitosan microspheres magnetic morphology，drug delivery research.
Experiments show that The optimal reaction conditions for the concentration of chitosan was 1.5% acetic acid solution and the right amount of curcumin and magnetic fluids，the amount of emulsifier is 20% of chitosan acetic acid solution,liquid paraffin was 200%，crosslinking agent is 50%，the speed of 300 r/min，the reaction temperature of the reaction have a uniform particle size of the yellow precipitate 2h at 60℃，the chitosan magnetic carrier drug microsphere is.Its appearance is smooth，particle size between 10~20μm，the drug release can be a long time，he time up to more than six hours.
Key words: Chitosan; magnetic fluid; curcumin; microspheres; drug deliver
目录
摘要 (I)
Abstract (II)
第1章绪论 (1)
1.1本课题的选题背景 (1)
1.2研究目的及意义 (1)
1.3国内外研究现状 (2)
1.3.1国外研究现状 (2)
1.3.2国内研究现状 (3)
1.4壳聚糖载药微球微球的简介 (4)
1.4.1载药微球 (4)
1.4.2壳聚糖简介 (5)
1.4.3壳聚糖应用 (5)
1.5主要研究内容 (7)
第2章壳聚糖空白微球的制备 (8)
2.1实验药品与仪器 (8)
2.1.1实验药品 (8)
2.1.2实验仪器 (8)
2.2空白微球 (8)
2.2.1壳聚糖空白微球的制备 (8)
2.3试验方法 (10)
2.3.1实验内容 (10)
2.3.2样品的表征 (10)
2.4结果与讨论 (11)
2.4.1反应温度对产物性能的影响 (11)
2.4.2对产物性能的影响 (11)
2.4.3联时间的影响 (11)
2.5本章小结 (12)
第3章壳聚糖磁性载药微球的制备 (13)
3.1壳聚糖磁性载药微球的合成 (13)
3.2.1磁性微球 (13)
3.2.2磁流体 (13)
3.2.3姜黄素 (14)
3.3实验药品与仪器 (14)
3.3.1实验药品 (14)
3.3.2实验仪器 (14)
3.4技术路线 (15)
3.5壳聚糖磁性载药微球的合成 (15)
3.5.1实验内容 (15)
3.5.2样品的性质与表征 (16)
3.6壳聚糖磁性载药微球的药物释放 (17)
3.6.1标准曲线的建立 (18)
3.6.2药物缓释 (18)
3.7本章小结 (19)
结论 (20)
参考文献 (21)
致谢 (24)
附录 (25)
第1章绪论
1.1本课题的选题背景
近些年随着人们的生活水平及科技的提高,普通的药物已经不能满足人类的需求,因此在此基础上科学家们研究了新型的药物,现在各国都对特殊药物载体进行研究,将生命安全和预防疾病等作为研究的主要目的。

因此人们对特殊药物载体的要求也越来也高，且这种特殊药物具有药物缓释功能能高效地治疗疾病，更有利于人类对疾病的遏制。

因此，可生物降解载药微球的研究及性能分析已成为重大的研究课题之一[1]。

伴随着我国经济的快速发展，人们的物质生活基本得到满足而生命安全越来越受到大家的重视，高效的药物也在人们的生活中发挥着越来越重要的作用。

普通的服药方式不能起到最大疗效，并且只能在人体内组织或血液中维持短暂的时间，体内组织和血液中的浓度随时间的变化波动比较大，开始时可能会超过病人的最大耐药剂量，然而随着时间的推移人体内的药物浓度又会达不到治疗的作用，所以这样的给药方式不但起不到疗效，而且还可能产生毒性和副作用[2]。

缓慢的释放药物可以使血液和人体组织的药物浓度得以控制，为了防止上述现象和人体的组织不受侵害，因此，制备靶向治疗非常需要的。

制备长效的缓释药物的必要条件是要合成能使能载荷药物的载体材料。

因此为了人们的需求及健康，研究这种新型的药物是现在社会的主要工作。

近些年来开发的一种可生物降解载药微球,能很好的防止上述缺点,具有广阔的发展前景和人类科学的研究[3]。

可生物降解载药微球药物治疗是将药物尽有效的、有选择地运送到靶向，使靶向的药物浓度得以提高并且减少药物对身体各组织的副作用[4]。

靶向治疗是利用一种是磁性药物靶向的治疗，利用壳聚糖载体与磁性的物质结合，利用药物凸显在表面使其药物能够在体内组织和血液能有效的分布和治疗，从而达到药物的靶向运输，使靶部位药物浓度提升而其他组织不会受到药物浓度的侵害[5]。

1.2研究目的及意义
随着社会的进步和发展，药物制剂也得到了进一步的完善，在制备药物的科学依据和制作工艺方面也进入了一个新的领域药，在整个系统方面也有了大幅度的提高。

而今新型的药物制剂已经成为各国研究的重点[6]。

利用纳米技术和高科技化学知识与现代的新型药物制备技术结合，将现代的医学发展提升到一个新的领域并对各国的医学发展具有跨时代的意义[7]。

以粒径小的高分子材料作为目标
药物的载，并且以微小颗粒的状态给予人体组织或血液，这和普通的服药完全有不同的概念，这将完全改变了我们对药物的理解。

不论是血液注射，还是普通的口服，都避免了普通药物的一些不必要缺点，有了这种新型的药物可以满足人们对药物的理解及需求，使人们的身体健康有了新的保障。

和普通的药物比较新型的药物可以减少口服药物的次数及剂量，也可以覆盖药物本身难闻的气味、解决了因时间的推移使药物活性失活的状态、准确的释放药物的用量、加强了人体对药物的有效吸收，从上可以看出新型的药物有着明显的优点及低伤害性[8]。

新型高分子微球（磁性载药微球）利用无机的具有磁性的纳米粒子及目标药物和有机的纳米功能原料相复合从而制得新型微小颗粒，这种微球是至今为止不论是疗效还是毒副作用都是最好的。

因为这种具有复合磁性的细小颗粒在周围的磁场范围内可以迅速集中，所以很大程度上提高了对目标组织的施药[9]。

壳聚糖（Chitosan）能和人体有良好的契合，以至于在人体组织、血液、脂肪的分离、蛋白质的固定、靶向给药、抗病测试等领域及医药方面的应用有很大的意义[10]。

自20世纪90年代以来科学家们一直在对这种新型的药物加以研究和实验，正是由于这种新型的药物的出现和具有很大的社会驱动性，使目标给药有了很大的应用和发展空间[11]。

1.3国内外研究现状
1.3.1国外研究现状
在19世纪初法国科学家布拉克咯特在植物中获得了相似粗纤维素的化学物质。

因为它主要存在于低级的动物和植物中，尤其是在壳类昆虫中，因此我们称它为甲壳质（Chitin）。

它还被称为壳蛋白、壳聚糖。

假如我们将它里面的某基团（乙酰基）除去，那么我们又得到了新的并且可以溶解的甲壳素，科学家们还将其命名为甲壳质、去乙酰多甲质、壳聚糖（Chitosan）。

由于自然界低等动植物比较多，所以多甲质的地球上的产量也比较可观，经科学家们的验证每年可生产1017千克。

在世界上可以称得上是最丰富的天然资源[12]。

在刚开始多甲质还不溶于普通的溶剂，大家把吃过的甲肢动物的外壳都归类于垃圾，这导致了甲壳质不必要的浪费和对地球环境的破坏[13]。

最近几年，通过科学家们的研究及论证，去除乙酰基的多甲质具有能溶酸性溶液里，而且还有较多的性能和优点，所以当今对壳聚糖具有较多的研究以便普通的研究工作和人类对生命安全的重视，就2013一年就有上万的论文发表，日本时隔5天便申请一项壳聚糖/多甲质研究的成果[14]。

从20世纪70年代末到现在，各国已经在一起共同探讨化学发展的多个会议，而且在医学、高分子纳米材料、生物高分子、普通化学和农用化学等各
个领域获得了高深的应用[15]。

但是在医学方面得到了较为常见的应用和发展，特别是在药物缓释方面最为突出。

当今，为了研究药物缓释和对医学的应用对壳聚糖的研究也很深，但是在农业方面的研究就相对较少。

自此，我们参考国内外学者的研究成果及学术成就将其运用到农业，比如肥料的运用[16]。

运用壳聚糖作为水相原料可以成功的制的具有缓释效果的化肥颗粒，而且对壳聚糖的百分比、去除乙酰基的量、壳聚糖的分子质量等对氮原子的释放率的影响做了许多研究。

由实验数据可以知道利用壳聚糖作为水相材料制得高级化肥具有缓释效果作用，这使农业方面的研究得以提升，而且还可以在地里加以研究，以便获得新的实验数据和结论[17]。

我们知道多甲质在世界上资源最多的材料之一，多甲质大量的存在于低等植物和动物中，也是地球上最丰富的高分子化合物仅在纤维的后面。

除此之外我们可以把它制成具有缓释功能的药物，这样一来可以增加药物的治疗时间，并且可以维持目标制剂在人体内的浓度，还可以减少对人体的毒副作用。

壳聚糖具有与很多化学物质发生物理结合和络合反应、经济实惠并且资源多及对环境的污染小等特点，磁性的元素还可以被回收利用，结合了以上等特点从而使壳聚糖在水净化方面得到了发展和具有较好的应用和发展的希望[18]。

姜黄素(curcumin)可以从姜科、天南星科等植物中获取的物质，姜黄的比例占4~5%，在世界上占有比例比较少，本身属于二酮多酚类物质，颜色偏黄，由于它属于有机物，所以不溶于水易溶于无水乙醇等有机物，它的味道苦，在工业上作为染料，在医学方面它具有防止炎症、降解血压、防止老化、防止血管阻塞、防止癌症等各个生物方面的作用，由于它是无毒无害所以具有很好的优点[19]。

我们自医学的发展开始出发，利用相似相容原料来加强对姜黄素的溶解、人体组织的吸收率、对人体的利用率为研究方向获得可以溶于水的姜黄素药剂，这个方向已经成为科学家们研究的主要方向及现代医学的研究热点。

伴随着科学技术的发展高分子化学、生物化学等方面的材料获得了新的发现和运用，医学方面也有了新的发展和提升，各种纳米的微小颗粒等药物的新技术不断地涌现这给姜黄素的研究奠定了良好的基础。

而磁性载药微球正是在前两者的基础上运用复乳化法制备的具有磁性和药物缓释作用的高分子材料[20]。

1.3.2国内研究现状
20世纪90年代王小林等教授运用了传统开环聚合法制的的目标给药系统乳酸-羟基乙酸共聚物，成品的聚合率在80%以上，微粒的直径分布在10~20μm之间，缓释时间较长，一般2天才释放10~15%左右，两周释放率可达到80%，以上说明具有很好的缓释作用。

21世纪初李学朋直接融化聚合法制备壳聚糖磁性
载药微球，实验研究发现其表明比较光滑形状完整，微球的直径在10~20μm之间，它的载药率相当的大，可达2000%以上，其包封率方面也较大，为8000%以上，把它运用到小白鼠上研究发现开始时有明显的突释，其过后释放药物比较平稳，说明作用和疗效都比较好[21]。

20世纪末陆斌等用乳化交联法研究制得了咔泊明胶微球，所得的微球基本上半径都在12000μm ，载药量高达21000%以上，此种药物对家养小白兔肺部癌症的生长有着明显的抑制作用抗癌的疗效在原来的基础上得到大大提高，在其体内有着明显的目标向性[22]。

20世纪初丁洪等使用复合乳化法研究制得阿霉素明胶微球，微粒的直径分布在60~90μm之间，实验研究发现其表明比较光滑形状完整，微球的直径在10~20μm之间，它的载药率相当的大，可达3000%以上，其包封率方面也较大，为9000%以上，把它运用到小白鼠上研究发现开始时有明显的突释，其过后释放药物比较平稳，说明作用和疗效都比较好，并且对癌症有着明显的抑制作用[21]。

1999年舒晓梅乳化交联法研究制得对丙烯氨基透明微球，微粒的直径分布在30~50μm之间，大多数的微球直径都在40μm左右，对丙烯氨基透明微球中酚的含量大概在22563%以上，在一天的时间内注射具有伤寒的病毒后起体温持续上升。

就在1999年谭洪彬等人利用改善的乳化交联法研究制得了转型生长因子βa透明微球，这种微球的直径（1602±395)μm之间，载药量高达899%以上，其包封率方面也较大，为8965%以上，在人体内一周差不多全部释放，释放率为89%，由此可以证明这种微球可长期的释放药物并且活性持续长，而且可以持续释放生物活性药物，在人体内药物缓释具有很高的疗效，在人体外部可不断地促使化学物质朝骨髓细胞的生长，能维持细胞的表面形状[23]。

1.4壳聚糖载药微球微球的简介
1.4.1载药微球
载药微球是当今普遍使用比较频繁的一种高级靶向给药的药物载体，它适合与高分子纳米载体原料作为模板，然后经过化学方法制得的细小微粒的球状药物或者形成包药的球体，球形的直径范围在1~200μm（一般直径低于1μm的称为微球），微球可以被人体网状系统吞噬或被人体某些细胞合并或被某些蛋白质（如酶）降解然后缓慢的释放药剂。

服用此种药物后身体组织或血液中的药物浓度可以长时间的保持在一定的浓度范围内，使药物的效果和对人体的毒副作用得以减少[24]。

药物载体本身的功能是将靶向药物包裹在其体内或者吸附在载体表面，用载体包裹目标靶向药物的优点很多，但是主要的优点有以下7点：（1）这种方法能
大大提升药剂在血液或组织中的溶出度；（2）能够有效地对药剂进行保护；（3）对病患位置的识别度较高；（4）增加药物在血液及组织中得缓释时间；（5）提高药物的吸收；（6）能均匀的使药物分布在人体；（7）能间断的释放药物。

但是不一样的服药方式对靶向药物的物化性质和药物缓释的机理也不一样。

在我们日常生活中常见的服药方式有口服、皮下施药、动脉注射、静脉输药和黏膜贴压等[25]。

新型药物的附药体系必须要有以下条件：微毒或者无毒、对人体没有不良反应、和人体血液组织或血液能后互溶、不会有其他的现象出现。

依照新型药物的附着材料可以分为无机可被降解和有机可降解的附着材料。

无机可被降解的附着原料主要有（PLA）、甲氨纤维素和聚邻苯丙烯，用以上材料制得的药物大多用于口服；有机可被降解的附着原料主要有有机高分子常见的有蛋白质、胶体、谷类和被人工制得的（PLA），用以上方法制得的药物不但可以静脉注射还可以口服，也可以制成圆柱形的栓剂药物。

当今社会大家研究得最广泛的是有机可被降解的高分子功能材料，现在此类药物已经被国际允许作为伤口的缝补线、心脏的框架和口服微球、细小囊体、填埋剂的药物附着体。

聚乳酸的过度代谢的物质是Lactate，最后被消化后的产物是H2O及CO2，无毒性和刺激性，以上两种代谢的产物都是对人体无毒无害的并能够和人体很好的融合在一起[26]。

1.4.2壳聚糖简介
壳聚糖(chitosan)又被大家称脱丙氨甲壳质，由地球上最为广泛的资源几丁质(Chitin)化学方法脱去甲基制得的，其化学结构式为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D 葡萄糖。

19世纪中期，美国人罗格特率先提取壳聚糖样品后，由于这种良好的天然有机高分子具有官能性和生物相容性、血液融合性、安全性细菌降解性等高性能在各个领域能被广泛认可，在食品加工、化妆品的制备、化学工业、水的净化、医学领域、废物的回收及利用、生物化学、生物医学工程等各个领域的研究获得了不错的成果。

对于病患，壳聚糖降低血液内的油酸、降低血液中糖的浓度已经研究出成果。

再次期间，壳聚糖作为药物载体、增加液体粘稠等已经被国家添加到了食品安全标准GB-3658[27]。

1.4.3壳聚糖应用
（1）能使血液凝固
壳聚糖能使血液迅速地被凝固，我们通常用它来止血。

由于它具有生物相容性所以还可以用它作为填埋伤口，其还能摧毁细菌、加快伤口的好转、吞噬分泌物、不受水的干扰等作用。

（2）能药物缓释的载体
壳聚糖能被人体内吞噬细菌的蛋白质所降解代谢得人体能接受的无害代谢
物，它拥有无毒副作用、可以被人体全部吸收等优良的特点，所以医学领域利用其制得药物缓释具备了很大的优势。

在美国已经有以壳聚糖作为药物载体的新型药物销售。

（3）能为生物体制造组织和器官
壳聚糖和碳酸钙的化合物能作为替代生物骨骼的原料，可用其对生物体骨骼的恢复和牙齿的填料用于骨的修补；壳聚糖的衍生物质和生物高分子材料可以制得人工形血管。

Bahiba早些年间已经制可以修复烫伤、口腔溃疡和肌肤的败坏的功能材料，我们简称人造皮肤，新型的材料具备了生物体本身拥有的皮肤功能，其不但能够用使细菌无法伤害皮肤，而且还可以自由的呼吸水分和透水，能快速的促使伤口的好转。

壳聚糖和甲壳质混合经过反应之后获得具有韧性很强的网状物质，在医学领域被广泛的应用，而这种原料可以在生物体内被吞噬细菌的蛋白质分解，当人体身体好转之后这种材料基本被全部吸收并代谢，并且不会产生任何的毒副作用。

（4）免疫调节功能
壳聚糖自身拥有启发生物体系统、介质导电系统等一连串的医学效应，可以提高吸收细胞的系统功能。

吞噬细胞表面的蛋白酶是细菌的受体，然而壳聚糖和细菌表面的蛋白酶相似，可以激发吞噬细胞的活性，可以激发以下反应：加强细胞的吞噬进程，加强其与各个免疫细胞的相互呼应和应答，这样便于实现生物体对细胞和血液的调节，介质导电机体系统的调节和免疫系统的呼应。

由以上研究发现壳聚糖具有免疫功能。

（5）其他利用价值
壳聚糖制成的明胶可运用于牙齿抗菌的附着体，其功能有促使血液凝固、杀菌和使受伤部位快速康复等功能；可降低血液和组织中的有毒物质的浓度，可以使用其制备解毒药物。

壳聚糖可以加强生物体的机能，预防由于生物体吸收毒性物质后所产生的不良反应或者至死地现象，其功效有此现象有着明显的预防作用。

肿瘤病人服用此药物后，促使人体内的免疫细胞被快速激活，并可以有效的分析出病患细胞和正常细胞，从而杀死已经病患的细胞。

壳聚糖可以适当的调节生物体内的pH值使生物体呈中性，加强胰岛细胞的使用率，所以在治疗糖尿病有良好的作用。

除以上之外，其可以调节人体的整个循环系统和分泌，使人体能够整个系统能够正常的运行，一直保持在一个健康的状态。

（6）环保方面
壳聚糖和很多的化学原料具有络合反应作用，它分子中得甲基跟甲基比邻的羧基与很多的金属粒子(如Ca2+、Na2+、Zn2+、Mg2+、Fe2+、Al3+等)可以形成非常
牢固的络合物，用于处理日常生活中得废水和化工生产后的污水及分离不同活性的金属粒子等方面的应用。

在美国这种技术得到了良好的应用，年均处理量高达600吨；日本环保部门已经允许壳聚糖运用于饮用水的净化方面。

初此以外，壳聚糖能通过螯合及粒子交换等作用，对离子、RNA、蛋白酶、卤水、等进行有效的吸附，利用其对废水的处理，食品加工，净化环境各方面对大自然的保护，使人类与大自然和谐相处[28]。

1.5主要研究内容
本课题从实际应用的需要出发，把研究重点放在壳聚糖磁性载药微球的合成、最佳实验条件的确定上。

主要内容如下:
（1）乳化剂、交联剂的选择；
（2）采用乳化交联法制备壳聚糖磁性载药微球的研究；
（3）乳化剂用量、交联剂用量、温度、时间搅拌速度等反应条件对壳聚糖磁性载药微球的粒径颜色等的影响；
（4）形貌的表征和性能的测试。

第2章壳聚糖空白微球的制备
2.1实验药品与仪器
2.1.1实验药品
实验药品如表2.1所示
表2.1实验药品
药品名称厂家
壳聚糖南通兴成生物制品厂
Span-80 江苏省海安石油化工厂
戊二醛（C5H8O2）荆州市新景化工有限责任公司
醋酸溶液(CH3COOH) 天津市科密欧化学试剂开发中心
氢氧化钠（NaOH）天津市科密欧化学试剂开发中心
液体石蜡中国石化集团四川维尼纶厂
石油醚中国石化集团四川维尼纶厂
无水乙醇分析纯沈阳化学试剂厂
蒸馏水实验室自取
2.1.2实验仪器
实验仪器如图2.2所示
表2.2实验仪器
仪器名称厂家
扫描电子显微镜（SEM）ZK-S2B上海实验仪器总厂
X射线扫描仪(XRD) ZK-S2B上海实验仪器总厂
精密增力电动搅拌器常州国华电器有限公司
离心机LD4-2A北京医用离心机厂
超声波清洗器昆山市超声仪器有限公司
恒温水浴锅国华电器有限公司
数显鼓风干燥箱上海博讯有限实业公司医疗设备厂
紫外分光光度计上海洪纪仪器设备有限公司
循环水式多用真空泵上海予华仪器有限公司
2.2空白微球
2.2.1壳聚糖空白微球的制备
在制备壳聚糖磁性载药微球过程中我们应先对其本身物化方面的性质进行研究，从而选择最适宜的方法就行对壳聚糖磁性载药微球的制备，使微球能达到最佳的选择条件。

最适宜的方法有以下几种；
（1）物理法。