羧甲基壳聚糖/海藻酸钠聚电解质复合材料的制备及应用

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羧甲基壳聚糖(CMCS)是一种两性聚电解质,而海藻酸钠(SA)是一种典型的聚阴离子电解质,利用在水溶液中,带有相反电荷的多糖能形成聚电解质复合物的性质,CMCS和SA可以通过静电作用形成聚电解质复合物,用于蛋白质分离和药物缓释。  蛋白质与聚电解质之间主要通过静电相互作用形成复合物,一般情况下,被聚电解质吸附并固定的蛋白质,生物功能性不会被改变,因此,可以利用聚电解质复合物固载、分离和纯化蛋白质。  分别以甲壳素、壳聚糖为原料制备CMCS,并用XRD和FTIR分析CMCS的结构特征,用电位滴定法测定其脱乙酰度和取代度。壳聚糖羧甲基化反应后得到脱乙酰度为72%,取代度为54%的N,O-CMCS。  以CMCS和SA为基材,同时引入磁性纳米粒子,用锐孔聚合法制备CMCS/SA/Fe3O4磁性聚合物复合微球,并用光学电子显微镜(OM)、X-射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、等仪器对材料的形貌、结构、组成、官能团等进行表征及分析测试。结果表明CMCS含量为40%的复合微球磁响应性良好,保留Fe3O4的尖晶石结构。  系统研究CMCS/SA/Fe3O4复合微球在不同pH的缓冲溶液中的溶胀动力学以及微球的组成和介质对其溶胀性的影响。结果表明微球吸水后形成的凝胶中,根据水的不同结合状态至少可分为3种,即不冻水、冻结结合水和自由水,其中大部分为自由水。在pH为4.0和7.4的缓冲溶液中,微球的溶胀过程符合一级溶胀动力学模型,而在pH为5.0和6.0的缓冲液中,微球的溶胀过程符合二级溶胀动力学模型。微球中CMCS含量和缓冲液中的离子强度均对微球的溶胀度有显著影响。  考察在BSA吸附过程中,缓冲液中pH值、离子强度、初始浓度以及微球成分等对微球吸附性能的影响,并分析动力学反应机制。结果表明在最佳条件下,微球对BSA的吸附量可达331.89±44.96mg/g,微球对BSA的吸附动力学过程很好的符合准二级动力学模型。以NaCl浓度为0.5 mol/L的磷酸缓冲液(pH7.4)为洗脱剂,对BSA的洗脱率在90%左右,经过5次吸附-脱附循环实验,磁性微球对BSA的吸附量变化不大,表明微球具有良好的重复利用性。  制备圆柱型载药胶囊,其包封率为99.52%,载药量为24.88%。测定载药胶囊在不同pH值溶液中的缓释曲线,结果表明pH值能显著影响BSA的缓释速率和释放量。用Ritger-Peppas模型和First-order模型对pH7.4的缓释曲线进行非线性拟合,结果表明Ritger-Peppas模型比较适用于描述该载药体系中药物动力学释放行为,载药胶囊中的BSA以菲克扩散的形式释放到溶液中。在相同pH值的溶液中,由于盐离子对蛋白质的盐溶作用和盐析作用,离子强度和离子类型能显著影响载药胶囊的缓释行为。  用锐孔聚合法,通过乙酸固化和Ca2+交联反应制备了载药微球,载药量为15.15%,包封率为98.47%,相较于直接用Ca2+交联,用该法制备的微球包封率明显提高。制备的载药微球在pH7.4中的释放速率明显高于其在pH1.2中的缓释速率,表现出一定的pH敏感性。
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