不同金属离子交联剂对海藻酸盐凝胶结构及性能的影响研究

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1、I分类号：R944.5学校代码：10697密级：公开学号：201531628硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION不同金属离子交联剂对海藻酸盐凝胶结构及性能的影响研究学科名称：制药工程专业学位类别：工程硕士作者：徐佳桐指导老师:薛伟明教授刘先宁研究员西北大学学位评定委员会二○一八年IParallelComparativeStudiesonStructureandPropertyofAlginateGelswithDifferentMetalIonCrosslinersAthesissubmittedtoNorthwest

2、UniversityinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofmasterinPharmaceuticalEngineeringByJiatongXuSupervisor:WeimingXueProfessorXianningLiuResearchProfessorJune2018IIIV摘要摘要近年来，海藻酸盐微胶囊作为固定化载体在药物控释领域引起极大关注。由于海藻酸钙凝胶存在机械强度较低、缓控释能力较差等问题，研究者对其他可与海藻酸盐交联的二价金属离子（M2+）亦产生了浓

3、厚兴趣。但关于M2+与海藻酸盐交联形成凝胶的机理尚缺乏深入研究，对交联机理与凝胶结构和控制传输性能之间的关系亦缺乏清晰认识。由于不同M2+交联剂与海藻酸钠（SA）交联机制不同，形成的海藻酸盐凝胶结构与性能可能存在显著差异。本文以价键理论为基础，分析Ba2+、Zn2+、Ca2+交联剂与SA的作用机理；制备海藻酸钡（Ba-Alg）、海藻酸锌（Zn-Alg）和海藻酸钙（Ca-Alg）凝胶微球，采用红外光谱仪（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、电感耦合全谱等离子体发射光谱仪（ICP）、热重分析仪（TGA）等表征凝胶配位方式、形貌、交联金属

4、含量及热稳定性；以牛血清白蛋白（BSA）为“扩散”模型分子，评价凝胶结构对BSA分子传质性能的影响；以壳聚糖（CS）为“扩散+反应”模型分子，考察凝胶结构对CS分子扩散协同成膜行为的影响；以BSA为药物模型分子，研究负载药物的Ba-Alg/CS、Zn-Alg/CS和Ca-Alg/CS凝胶微球在模拟体液环境下的药物释放行为；采用小鼠成纤维细胞（L929）为模型细胞株，评价海藻酸盐凝胶微球的生物相容性。为海藻酸盐凝胶载体在药物控释领域的应用提供理论依据和实验支撑。主要研究结论如下：1.价键理论分析结果表明，Ba2+、Zn2+和Ca2+与S

5、A的杂化方式分别为sp3d2、sp3和dsp2，配合物构型分别为正八面体、正四面体和平面正方形；红外分析结果表明，Ba2+、Zn2+和Ca2+与SA分子为“假桥连”单齿配位和桥式配位方式混合共存；Ba-Alg、Zn-Alg和Ca-Alg凝胶结构致密性、金属含量、热稳定性和干燥速率依次减小。2.以BSA（Mw=67kDa）为扩散模型分子，扩散平衡时Ba-Alg、Zn-Alg和Ca-Alg凝胶的扩散量分别为0.27mg·g-1、0.36mg·g-1和0.46mg·g-1，结果表明，三种凝胶结构对BSA溶质分子跨膜扩散的阻滞效应为：Ba-A

6、lg>Zn-Alg>Ca-Alg。3.以CS（Mw=100kDa）为“扩散+反应”模型分子，结果表明，随着海藻酸盐凝胶结构愈加致密，CS在微球表面形成的膜层厚度、结构致密度、荧光强度及膜稳定性依次增加。4.以BSA为模型药物，载药Ba-Alg/CS、Zn-Alg/CS和Ca-Alg/CS凝胶微球的包封率ⅠABSTRACT分别为61.06%、67.43%和70.11%。载药微球在模拟胃液中释放2h后，介质浓度分别为0.24mg·mL-1、0.31mg·mL-1和0.27mg·mL-1，转移至模拟肠液中释放6h后，介质浓度分别为0.81m

7、g·mL-1、0.90mg·mL-1和0.97mg·mL-1。结果表明，在微球内部结构与聚电解质膜结构的协同作用下，Ca-Alg/CS的载药量更高，但Ba-Alg/CS的缓释效果更好。5.由MTT实验结果可知，SA、CS、Ba-Alg、Ca-Alg、Ba-Alg/CS和Ca-Alg/CS凝胶对细胞无明显抑制作用，均是生物相容性良好的材料，可用于药物缓控释系统。且当Ba-Alg/CS凝胶浓度低于2.5mg·mL-1时，对细胞增殖有促进作用，生物相容性最好。而Zn-Alg和Zn-Alg/CS凝胶对细胞增殖的抑制作用相对较强，平均细胞存活率

8、在70%左右，且随浓度的增加有略微减小的趋势。关键词：海藻酸盐凝胶，金属离子交联剂，交联机制，结构，扩散ⅦABSTRACTAbstractInrecentyears,ascarriersofimmobilization,