海藻酸的疏水改性及其性能表征

海藻酸的疏水改性及其性能表征作者：王秋霞王波

来源：《中国化工贸易·中旬刊》2017年第08期

摘要：海藻酸与辛酰氯反应合成疏水的海藻酸辛酯，对它进行1H-NMR、元素分析等表征。分析海藻酸接枝后溶液表面张力的变化；研究不同取代度、pH值对海藻酸辛酯临界缔合浓度的影响；并以疏水改性的海藻酸作囊材，制备微胶囊。结果表明：疏水改性后海藻酸溶液表面张力减小；随着取代度、体系pH值增加，海藻酸辛酯临界缔合浓度下降；通过乳化凝胶技术，制得平均粒径12.86μm的疏水海藻酸衍生物微胶囊。

关键词：海藻酸；海藻酸辛酯；阿维菌素；微胶囊

海藻酸是从褐藻中提取得到的一种线性多糖，原料丰富易得、价格低廉，而且具有生物相容性、无毒性、可降解、易于形成水凝胶等特别的性质，广泛用于载药释药方面[1]。疏水改性后的海藻酸具有两亲性，一方面提高对疏水药物的负载量[2-5]，另一方面可以富集于油相与水相的界面，提高了海藻酸的利用率。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

海藻酸钠、辛酰氯、甲醇、乙醇、氯化钙均为AR，阿拉丁试剂公司；阿维菌素为工业级，扬农化工；超纯水自制。

BSA124S-CW分析天平（赛多利斯公司），DF-101S集热式磁力加热搅拌器（金坛市医疗仪器厂），CS101-1AB电热鼓风干燥箱（CS101-1AB），元素分析仪（Elementar），DMX500核磁共振波谱仪（Bruker），CKX41型倒置显微镜（Olympus），F-7000荧光光谱仪（Hitachi），JK99C全自动张力仪（上海中晨数字技术设备有限公司）。

1.2 海藻酸辛酯的合成

将3g海藻酸钠与20mL辛酰氯置于100mL圆底烧瓶中，持续恒温搅拌30min。将所得产物无水乙醇沉淀离心，洗涤两次，将沉淀物放入恒温鼓风干燥箱，于60oC干燥至恒重。将所得到的固体产品溶解于超纯水中，透析三天除去小分子杂质，再次加入乙醇沉淀离心干燥即得海藻酸辛酯。

1.3 核磁分析

将海藻酸钠和海藻酸辛酯溶解于99%的重水形成大约10mg/mL的样品。将5mg测试样品用0.5me氘代试剂完全溶解在180×5mm的核磁管中，将核磁管放入检测区后测聚合物的

1HNMR。

1.4 元素分析

元素分析仪分析海藻酸辛酯的C/O比求得其取代度。得海藻酸辛酯接枝率的计算方程：

D=（3-4a）/3×100%（2）

其中，a是海藻酸辛酯的C/O比；nO1为海藻酸辛酯单体上O的个数，nO1 = 6；nC1为海藻酸辛酯单体上C的个数， nC1 = 14；nC2为海藻酸单体上C的个数， nC2 = 6；MO 是氧元素的相对分子量；MC 是碳元素的相对分子量；D 是改性产物海藻酸辛酯的取代度。

1.5 荧光检测

采用稳态荧光探针法检测海藻酸辛酯在溶液中的临界聚集浓度。以芘作为荧光探针，将一定量的芘溶解于乙醇中得到一个0.04mg/mL的溶液。取40μL该芘溶剂加入10mL离心管中，用氮气吹干乙醇。在每个离心管中加入10mL不同浓度的海藻酸辛酯溶液。将离心管超声40分钟后，置于30oC振荡水浴槽中静置平衡12小时。不同浓度下芘的发射光谱用荧光分光光度计仪测得。其中：探针的激发波长是335nm，激发电压700V，激发狭缝EX和发射狭缝EM 均为2.5nm，发射光谱收集范围335-500nm。波长373nm和384nm处的荧光强度之比（I1/I3）与海藻酸辛酯浓度的对数作图得到临界聚集浓度。

1.6 表面张力检测

将海藻酸和海藻酸辛酯分别配置成10g/L的溶液30mL水溶液样品，采用铂金板法298K 下测定其表面张力γ，每个样品测三次。

1.7 制备微胶囊

取1.00g海藻酸辛酯溶解于200mL超纯水中待用。将0.50g阿维菌素、1mL溶剂油、一定量的海藻酸辛酯溶液和超纯水置于50mL圆底烧瓶中，水浴55oC，5000r/min搅拌2min制得乳液。然后逐滴滴入一定量CaCl2溶液（5mg/mL），恒温30r/min搅拌60min，即可得到2.50%的阿维菌素微胶囊悬浮液。

2 结果与讨论

2.1 海藻酸辛酯接枝率测定

调节海藻酸钠与辛酰氯加入量，制得了不同接枝率的海藻酸辛酯。通过元素分析仪分析海藻酸辛酯的C/O比得到其接枝率如表1所示。结果表明：随着辛酰氯比例的增加，接枝率呈上升趋势。然而海藻酸钠与辛酰氯的摩尔比超过1：2后，接枝率增加速率减缓。

2.2 海藻酸辛酯结构表征

原料海藻酸钠和产物海藻酸辛酯的1H-NMR分析结果，对比谱图，δ在3.5ppm至4.5ppm 间的峰归属为海藻酸钠G、M链上次甲基质子的化学位移。在0.9ppm至1.6ppm間的峰归属为链上的甲基和亚甲基质子的化学位移，其中：δ0.9=CH3（辛酰胺支链C1），δ1.4=CH2（辛酰胺支链C2-6），δ1.6=CH2（辛酯支链C7）；δ1.9=CH2（辛酯支链C8）。这些质子信号的出现，表明辛酯侧链的存在。

2.3 表面张力的测定

分别测定了海藻酸钠和海藻酸辛酯在298K下的表面张力γ随其浓度对数lgC的变化曲线，如图1-1和1-2所示。由图可见，海藻酸钠和海藻酸辛酯的表面张力都随着其浓度的增加而减小最后趋于稳定，表明两者都具有一定表面活性。计算得到海藻酸钠和海藻酸辛酯的临界

胶束浓度（CMC）分别为2.3648g/L和3.6392g/L。对应的表面张力γ分别为52.63mN/m和30.28mN/m。可知：改性后的产物海藻酸辛酯的临界胶束浓度增大，而表面张力减小。

2.4 荧光表征

海藻酸钠和不同接枝率（13.11%，19.12%）海藻酸辛酯浓度变化对I1/I3值的影响如图2所示。由图可见，随着海藻酸钠质量浓度的增加，芘的I1/I3发射光谱近基本保持在1.9左右，仅微弱下降，表明海藻酸钠亲水性较强在水溶液中呈分散状态。当海藻酸辛酯质量浓度小于0.1g/L时，I1/I3发射光谱微弱下降，海藻酸辛酯分散于溶液中；然而，随着海藻酸辛酯浓度继续增加，I1/I3值出现明显的下降，表明海藻酸辛酯在溶液中开始聚集，芘由极性较大的水溶液向低极性微区迁移。另外，由图4得到：接枝率13.11%的海藻酸辛酯临界缔合浓度为

0.93g/L，接枝率19.12%海藻酸辛酯的临界缔合浓度为0.70g/L。

海藻酸辛酯具有亲水的头基（羧酸钠、羟基）和疏水的尾基（辛酯），表现出一定的表面活性。聚合物质量浓度增加至临界缔合浓度（CAC），聚合物分子出现缔合现象。随着聚合物质量浓度的继续增加，溶液中的胶束数量迅速增加。另外，随着辛酯的接枝率增加，海藻酸辛酯在水溶液中的疏水缔合能力增强，具体表现为临界缔合浓度的下降及疏水域增溶作用加强。

在不同pH值下，接枝率19.12%的海藻酸辛酯质量浓度变化对I1/I3值的影响如图2所示。结果表明：pH值越大，聚合物I1/I3值越大。随着溶液pH值上升，海藻酸上的-COOH解离度增加，离子间的静电排斥作用增强，分子链伸展，疏水缔合能力下降。

2.5 显微镜观察

微胶囊溶液使用光学显微镜×400倍如图3所示。微胶囊分散性好，颗粒较均匀。首先，具有表面活性的海藻酸辛酯和溶有阿维菌素的溶剂油在匀质机的作用下形成乳液。然后，滴入氯化钙溶液，海藻酸与钙离子交联，形成2.5%阿维菌素的微胶囊溶液。通过激光粒度仪测得为将囊的平均直径Dav=12.36um。

3 结论

海藻酸的骨架上引入辛酯链后，可以在水溶液中聚集，并且伴随着取代度的增加，临界聚集浓度下降，采用乳化凝聚法可制备出微胶囊。