第四章 微粒分散体系

（一）电泳（electrophoresis） 在电场作用下微粒的定向移动叫电泳。 在溶液的电场中，微粒受两种作用力，一种是静电 力Fe，另一种是摩擦力Fs，而且这两种力在恒速运 动时大小相等。 E v （4-10） E 6 rv 6 r

其中，r—球型微粒半径， σ—表面电荷密度，E—电场强度， v—恒速运动的速度。



二、微粒的动力学性质 （一）Brown运动 微粒作布朗运动时的平均位移△可用布朗运动方程表示：

RTt L3 r
(4-3)


t—时间；T—系统热力学温度； η—介质黏度 r—微粒半径；L—阿伏伽德罗常数 小的微粒在动力学上是稳定体系。 r愈小，介质粘度愈小，温度愈高，粒子的平均位移愈大， 布朗运动愈明显。
24 V I I0 4
3

2

n n 2 n 2n
2
2 0 2 0

2
（4-1）
I- 散射光强度； I0- 入射光的强度； n -分散相折射率； n0-分散介质折射率；λ-入射光波长；V-单个粒子体积； υ-单位体积溶液中粒子数目。

由上式，散射光强度与粒子体积V的平方成正比， 利用这一特性可测定粒子大小及分布。
第二节 微粒分散系的主要性质与特点

本节主要分析讨论与其粒径大小和物理稳 定性有关的性质。

一、微粒大小与测定方法
微粒大小完全均一的体系称为单分散体系； 微粒大小不均一的体系称为多分散体系； 微粒分散系中常用的粒径表示方法有几何学 粒径、比表面积径等。

1、电子显微镜法 其里面的TEM法较常用。 2、激光散射法 此种方法现今也十分常用


微粒大小与体内分布
＜ 50nm的微粒能够穿透肝脏内皮，通过毛 细血管末梢或淋巴传递进入骨髓组织。 静脉注射、腹腔注射0.1 ～ 3.0m的微粒能

很快被单核吞噬细胞系统吞噬，浓集于巨噬 细胞丰富的肝脏和脾脏等部位。 人肺毛细血管直径为2m，＞2m的粒子被 肺毛细血管滞留下来，＜2m的微粒则通过 肺而到达肝、脾等部位。 。 注射＞ 50m的微粒，可使微粒分别被 截留 在肠、肾等相应部位。

从上式可知微粒在电场作用下移动的速度与其粒径 大小成反比，其他条件相同时，微粒越小，移动越 快。

（二）微粒的双电层结构 在微粒分散体系的溶液中,微粒表面带有同种离子, 通过静电引力可使与其电荷相反的离子分布于微粒 周围,微粒表面的离子与靠近表面的反离子构成了微 粒的吸附层.同时由于扩散作用,反离子在微粒周围 呈现距微粒表面越远则浓度越稀的梯度分布,从吸附 层表面至反离子电荷为零处形成微粒的扩散层.吸附 层与扩散层所带电荷相反，共同构成双电层结构
第十一章 药物微粒分散 体系的基础理论
第一节

概
述
一、概念 分散体系（disperse system）：是一种或几种物 质高度分散在某种介质中形成的体系。被分散 的物质称为分散相，而连续的介质称为分散介 质。

异丙酚纳米乳 异丙酚 10g 1,2丙二醇 50ml 精制大豆油 10g 分散相 注射用磷脂 20g 牛璜胆酸钠 14g 注射用水 加至 1000ml 分散介质

Brown运动的位移与扩散系数之间的关系：
2 Dt
上述两公式综合可得：
（4-5）
RT 1 D L 6 r
（4-6）

可见粒子的扩散能力和粒子的大小成反比，粒径越大，扩散 能力越弱


半透膜两侧分别放入溶液和纯溶剂，这时纯溶剂侧 的溶剂分子通过半透膜的扩散到溶液侧，这种现象 称为渗透。如果没有半透膜，溶质分子将从高浓度 向低浓度方向扩散。胶体粒子比溶剂分子大得多， 不能通过半透膜，因此在溶胶和纯溶剂之间会产生 渗透压，渗透压的大小可用稀溶液的渗透压公式计 算： Π=cRT （4-7）
ζ =σε/r （4-11） σ—表面电荷密度ε—介质的介电常数 r—球形微粒的半径 从上式可见在相同条件下,微粒越小, ζ电位 越高.

第三节 微粒分散体系的物理稳定性
微粒分散药物制剂的稳定性应当包括以 下几个方面： 1．药物制剂的化学稳定性； 2．药物制剂的物理稳定性； 3．生物活性稳定性； 4．疗效稳定性； 5．毒性稳定性。


当σ≤0时，是热力学稳定体系。故制备此类分 散系时均需加入稳定剂(表面活性剂或某些电 解质离子）吸附在微粒表面上，使σ降低, 体 系就具有一定的稳定性。 制备微粒分散系制剂时增加稳定性的方法 （1）加入表面活性剂或使σ降低, 体系就具有 一定的稳定性。 （2）某些电解质离子吸附在微粒表面上，形 成机械性或电性保护膜，防止微粒间的聚结。

微粒分散系是热力学不稳定体系，是具有 巨大表面的开放体系。根据热力学理论， 体系的Gibbs自由能G的增加可用下式表示。
ΔG=σΔA σ—表面张力； (4-12)

ΔA是制备微粒分散系时体系表面积的改 变值。 当σ为正值时，ΔG则增大，具有过剩表 面自由能。由最小能量原理可知，体系 有从高能量自动地向低能量变化的趋势， 小粒子自动地聚集成大粒子，使体系表 面积减小，因此是热力学不稳定体系。

二、分类 分散体系按分散相粒子的直径大小可分为 小分子真溶液（直径＜1nm）、胶体分散体 系（直径在1~ 100nm ）粗分散体系（直径 ＞ 100nm）。将微粒直径在1nm~ 100μm范 围的分散相统称为微粒，由微粒构成的分 散体系则统称为微粒分散体系。

三、特殊性能： 1、分散相与分散介质之间存在着相界面， 会出现大量的表面现象； 2、具有较高的表面自由能是热力学不稳 定体系。 3、粒径更小的分散体系还具有明显的布 朗运动、丁铎散射公式：
I I0 24 3V 2
的非导体球型质点
2

4

2 n 2 n0 2 n 2 2n0
（4-9）

I-散射光强度；I0-入射光的强度；n -分散相折射率； n0-分散介质折射率；λ-入射光波长；V-单个粒子体积； υ-单位体积溶液中粒子数目。
溶胶粒子表面电荷的来源
电离作用：胶粒的基团解离；硅胶粒子表面的SiO2
分子与水生成H2SiO3，若解离生成SiO32-，使硅溶胶 带负电，介质含有H+离子而带正电。
吸附作用：胶粒优先吸附与自身有相同成分的离子。
如AgNO3与KI→AgI，可吸附Ag+或I-带电。
摩擦带电：非导体构成的体系中，介电常数较大的
一相易带正电，另一相带负电。如玻璃(15)在水中 (81)带负电，苯中(2)带正电。
微粒的双电层结构
固定层：微粒表面→stern面
（扩散层中反离子电性中心构 成的面）
扩散层：切动面→电势为零 ζ电位：切动面→电势为零 处的电位差，也叫动电位。
ζ电位是衡量胶粒带电荷多 少的指标。

从吸附层表面至反离子电荷为零处的电位差叫动 电位,即ζ电位。

根据瑞利公式，可得到如下结论：
（1）散射光强和入射光波长的4次方成反比。 （2）分散相与分散介质的折射率相差越大，散 射光越强。 （3）散射光强和分散体系的浓度成正比。 （4）散射光强和质点的体积成正比。体积越大， 散射光越强。

三、微粒分散体系的电学性质 微粒分散体系的电学性质主要是由微粒表面 发生的电离、吸附或摩擦等产生的电荷所表 现的性质。

粒径较大的微粒受重力作用，静置时会自 然沉降，其沉降速度服从Stoke’s定律：
2r ( 1 2 ) g V 9
2
(4-8)
V-微粒沉降速度；r-微粒半径；ρ1、ρ2-分别为微粒和分 散介质密度；-分散介质粘度；g-重力加速度常数。
r愈大，微粒和分散介质的密度差愈大，分散介质 的粘度愈小，粒子的沉降速度愈大。
第二节
微粒分散体系的性质和特点
一、微粒分散体系的热力学性质
微粒分散体系是典型的多相分散体系。随着 微粒粒径的变小，表面积A不断增加，表面自由 能的增加ΔG为：
△G
=
σ
△A
(4-2)
σ—表面张力； △ A—表面积的增加。对于 常见的不溶性微粒的水分散体系，σ为正值，而 且数值也比较大。
二、微粒分散系的动力学性质

1．电子显微镜法




测定原理：电子束射到样品上，如果能量足够 大就能穿过样品而无相互作用，形成透射电子， 用于透射电镜（TEM）的成像和衍射； 当入射电子穿透到离核很近的地方被反射，而 没有能量损失，则在任何方向都有散射，即形 成背景散射； 如果入射电子撞击样品表面原子外层电子，把 它激发出来，就形成低能量的二次电子，在电 场作用下可呈曲线运动，翻越障碍进入检测器， 使表面凸凹的各个部分都能清晰成像。 二次电子和背景散射电子共同用于扫描电镜 （SEM）的成像。


本节重点讨论微粒分散系的物理稳定性及 其影响因素及提高稳定性的方法。
一、微粒分散系的物理稳定性

微粒分散制剂大多是属于胶体分散系给药系统， 其稳定性主要是指某些性质的变化，如微粒的大 小、分散相的浓度、粘度、ζ 电位变化等，可以 用热力学稳定性、动力稳定性、聚集稳定性来表 征。

（一）热力学稳定性
微球表面形态
Scanning electron micrography of ADM-GMS

微球橙红色，形态圆整、均匀，微球表面可见孔 隙，部分微球表面有药物或载体材料结晶。
2．激光散射法

对于溶液，散射光强度、散射角大小与溶液的性 质、溶质分子量、分子尺寸及分子形态、入射光 的波长等有关，对于直径很小的微粒，瑞利散射 公式：

（二）扩散与渗透压

作为Brown运动的结果，胶体质点可自发地从高浓度 区域向低浓度区域扩散。扩散速率遵从Fick第一定律：