磁性壳聚糖纳米微粒合成工艺的优化*

★ 刘文琴 张雨恬 周盛荣 谢一辉*

(1.江西中医药大学 江西 南昌 330004；2.宜春市袁州区妇幼保健院 江西 宜春 336000)

磁性高分子微球是指通过适当方法使有机高分子与无机磁性物质结合起来形成的具有一定磁性及特殊结构的纳米级微球。因磁性高分子微球同时兼具高分子微球的众多特性和磁性纳米材料的磁响应性，不但能通过共聚及表面改性等方法赋予其表面功能基(如-OH、-COOH、-CHO、-NH2、-SH等)，使其对某类成分或某个成分产生选择性吸附，还能在外加磁场作用下方便迅速地分离，同时因磁性高分子微球为纳米级材料，其表面积巨大，因而吸附容量大。因此，磁性高分子微球是一种选择性强、分离效果好、分离成本低、分离速度快的分离工具。作为一种新型的功能材料——磁性高分子微球，在材料学、医学生物学、医学生物工程学、成分分离和隐身技术、日用品等诸多领域获得了不同程度的应用，可以预见，磁性高分子微球技术必将具有广泛的应用前景[1-3]。壳聚糖的生物相容性和血液相容性较好，可降解性，而且降解产物无毒副作用。因而壳聚糖成为磁性高分子纳米微球的首选材料。磁性壳聚糠纳米微粒是各种功能磁性高分子纳米微球的基础。高效、稳定的磁性壳聚糠合成工艺是制备各种不同功能的磁性高分子纳米微球的关键。本实验对磁性壳聚糖合成工艺进行了优化，为进一步制备不同功能的磁性高分子纳米微球奠定基础。

1 实验材料与仪器

四水合氯化亚铁(西拢化工股份有限公司)，六水三氯化铁(国药集团化学试剂有限公司)，壳聚糖(阿拉丁，上海市金桥出口加工区)，冰醋酸AR(天津市大茂化学试剂厂)，司盘-80(国药集团化学试剂有限公司，批号F20080203)，25%戊二醛(国药集团化学试剂有限公司，批号F20100827)，液体石蜡AR(国药集团化学试剂有限公司)，其它试剂均为分析纯。

GZX-9140ME数显鼓风真空干燥箱(上海博讯实业有限公司医疗设备厂)，DW-3-60W数显无极恒速搅拌器(巩义市英峪予华仪器厂)，电子扫描电镜(日本电子jsm6701f)。

2 四氧化三铁纳米微粒的制备[4]

称取9.441g FeCl3·6H2O和3.440g FeCl2·4H2O，加双蒸水100mL，使溶解，放入250mL锥形瓶中，在氮气保护下800 rpm强机械搅拌。同时升温至50℃，搅拌约半个小时以后，加入约20mL氨水(滴加)，保持溶液pH值为11。同时升温到80℃，剧烈搅拌反应2h后停止。将所制备液体在室温下晶化30min后用磁铁分离。倒掉上层清液，用去离子水反复洗涤直至中性，再用丙酮洗涤磁铁分离。并在60℃下真空干燥后，得到固体的纳米Fe3O4粒子。

3 磁性壳聚糖纳米微粒制备工艺的优化

3.1 正交实验 预实验提示磁性壳聚糖纳米微粒制备有如下几个关键因素需要优化：壳聚糖与四氧化三铁纳米微粒的重量比、乳化剂用量、交联剂用量和水相与油相体积比。为选择最佳制备工艺，通过正交设计，筛选出最佳制备条件，正交设计表见表1，每个条件重复3次，共27次实验。

表1 制备因素各条件的正交设计表

注：观察组与对照组比较：X2=5.415,P<0.05

表2 正交实验结果分析

注：“磁响应”为3次测定结果平均值。

表3 磁性壳聚糖微粒制备结果分析

考察指标为得率、微粒表征和磁响应时间。判断依据为：得率为微粒重量除以壳聚糖和四氧化三铁纳米微粒的总重量，微粒表征以显微照相目测微粒均匀性和电子扫描电镜判断纳米微粒直径进行评分，磁响应时间以微粒在水中混悬后用磁铁分离至水澄清时间。总得分权重值为：得率0.2、微粒直径0.4、磁响应时间0.4。

3.2 合成过程 取壳聚糖溶于5%的醋酸溶液中，加入Fe3O4，超声分散20min。将含有Fe3O4和壳聚糖的醋酸溶液(水相)滴加至分散相(油相)中，油相由液体石蜡和span-80组成。于室温、1000rpm下剧烈搅拌，制成反相(W/O)悬浮分散体系。1h后，加入25%戊二醛交联固化2h，反应结束后，用磁铁分离磁性壳聚糖纳米微球，分别用去离子水和乙醇洗涤3次，丙酮洗涤脱水，所得磁性壳聚糖纳米微球于60℃下真空干燥24h，置干燥品中备用。

3.3 正交实验结果统计与分析 按正交设计因素和水平条件时间实验，每个条件进行3次，共得27组数据，用SPSS进行统计分析，再将每条件的3次结果平均值进行分析，结果见表2～3。

由表2可知，影响因素大小的顺序为A>C>D>B，即壳聚糖与四氧化三铁纳米微粒的重量比>交联剂用量>水油比>乳化剂用量。最佳条件为A2B3C3D1。

将实验结果用SPSS分析，结果显示每个因素均有显著性差异，影响因素大小顺序为A>C>D>B，与上述极差分析结果一致，见表3。最佳条件为A2B3C3D1，即壳聚糖与四氧化三铁重量比为1∶1、乳化剂用量0.6mL、交联剂用量4mL和水相与油相体积比20∶35。

3.4 最佳工艺重复实验 取同批次制备的Fe3O4纳米微粒三份，按上述最佳条件的制备磁性壳聚糖纳米微粒，结果见表4。结果表明该实验条件稳定可靠。

表4 最条件制备条件实验结果

3.5 磁性壳聚糖纳米微球电镜扫描结果 将磁性壳取糖纳米微粒粘在导电胶上，用离子溅射器对聚合物喷金，然后用扫描电子显微镜(SEM)观测聚合物的形貌。图1为放大10万倍磁性壳聚糖纳米微球的SEM图，由图可以看出，微球粒径分布比较均匀，平均粒径约为50nm。

图1 磁性壳聚糖纳米微球的SEM图

[1]J.Ugelstad, A.Berge, T.Elliingsen,et al, Preparation and Application of New Monosized Polymer Particles[J]. Prog.Polym.Sci.,1992,17:87.

[2]王延梅，封麟先.磁性高分子微球的研究进展[J]. 高分子材料科学与工程，1998, 14(5):6.

[3]丁小斌,孙宗华,万国祥.磁性高分子微球的制备和应用进展[J]. 化学通报，1997(1):1.

[4]Agnihotri S A,Malliarjuna N N,Aminabhavi T M,et al.Recent advances on chitosanbased micro and nanoparticles in drug delivery[J]. Journal of ControlledRelease,2004,100(1):5-28.