APA微胶囊扩散数学模型的改进.pdf

《APA微胶囊扩散数学模型的改进.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、Vol.21高等学校化学学报No.22000年2月CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES278282APA微胶囊扩散数学模型的改进何洋谢玉冰王勇刘群马小军(中国科学院大连化学物理研究所9大连116023)摘要在膜阻力系数和膜内基质的分配系数两个新特性的基础上9重新建立了蛋白质在APA微胶囊体系上的扩散数学模型9该模型更为准确地反映出蛋白质在微胶囊上的扩散特性.关键词APA微胶囊;数学模型;阻力系数;分配系数中图分类号TO028文献标识码A文章编号0251-0790(2000)02-0278-05海藻酸钠-聚

2、赖氨酸-海藻酸钠(APA)微胶囊作为一种新型膜技术9于1981年首先用于包埋胰岛细胞进行异体移植实验9取得良好结果[1].此后9APA微胶囊作为一种免疫隔离工具广泛用于生物型人工器官~生化反应器[2]和动~植物细胞培养[3]等方面的研究.对于异种器官移植9定量掌握物质(尤其是大分子)在APA微胶囊上的扩散特性9有助于预测移植器官对受体内环境变化的应答作用;对于开发新型生化反应器9是其设计与操作条件设定的重要依据;对于动~植物细胞培养9则是深入考察培养过程中营养物质渗入与细胞产物~排泄物外泌的重要基础.我们已建立的具有普适性的球形非稳态渗透扩

3、散模型可用于分析该体系的传质规律9并得出APA微胶囊中扩散阻力集中在膜上的重要结论[4].本文根据原有模型的研究结果及新的实验发现9增加设定条件9使数学模型更为准确地反映出蛋白质在APA微胶囊上的扩散特性9理论计算值和实验值能够更好地吻合.新模型通过增加限定条件9消除了原模型在编程差分拟合中需调整初始值以防止结果发散9有利于大批数据处理.通过建立新模型9更加清晰地反映出制备条件对物质扩散性质的影响9为APA微胶囊制备条件的优化提供重要理论依据9对研究由改性甲壳素[5]替代聚赖氨酸制成的微囊化蛋白给药体系也具有指导意义.1微胶囊的扩散模型理论

4、APA微胶囊由外部海藻酸钙~聚赖氨酸(PLL)络和膜及内部液态海藻酸钠两部分构成9在应用时物质的扩散过程是由主体溶液向微胶囊内传质的过程9如图1所示.原数学模型的设定条件是[4]:(1)APA微胶囊膜外主体溶液充分混合9蛋白质浓度均一;(2)蛋白质在膜上分配系数(K2)是蛋白质在膜中溶解度与在主体溶液中溶解度的比9则6式中6为蛋白质在膜中t时刻的浓度96为mt=K26bt(mtbt蛋白质在主体溶液中t时刻的浓度);(3)蛋白质在膜上的扩散系数D不随时间或在膜中的位置而改mFig.1Proteinmodeldiffusioninmicroca

5、psule收稿日期:1999-02-20.基金项目:国家自然科学基金(批准号:29576264)资助.联系人简介:马小军(1958年出生)9男9研究员9从事生物医学材料研究.NOO2何洋等,APA微胶囊扩散数学模型的改进279变;(4)膜内基质中扩散系数D不随时间或在膜中的位置而改变O为了便于方程求解以及更直观地反映物质扩散规律9结合对本实验室大量实验数据的分析认为9可以在增加合理假设的基础上对原有方程进行简化O首先9扩散实验采用的APA微胶囊半径在1m左右9而膜厚只有几微米9所以在质量衡算时可忽略微胶囊膜上蛋白质的量O其次9APA微胶囊膜

6、阻力是蛋白质扩散的控制步骤9可认为蛋白质在膜内基质中的扩散是一快速平衡的分配过程O因此9改变原假定条件(4)9设定新条件为,(4)膜外表面进入的蛋白质量等于膜内表面渗出的蛋白质量;(5)质量衡算时9主体溶液蛋白质的减少量等于基质中蛋白质的增加量;(6)蛋白质在膜内基质中是快速平衡的分配过程9分配系数(K是蛋白质在基质中溶解度与在主体溶液中溶解度之比9则c1)jt=K1cit(式中cjt和cit分别为t时刻蛋白质在基质中和在膜内表面水溶液薄层中的浓度);(7)t=时9cbt=cb9cjt=cit=(式中cb为蛋白质在主体溶液中的初始浓度)O根

7、据条件(1)与Fick定律在球形膜上的应用得,2-Vbdcbt/dt=4TDm2R2dcm2t/dR2(1)式中9V为主体溶液体积9D为膜外表面扩散系数9R为微胶囊外半径9c为蛋白质在膜外表面tbm22m2t时刻的浓度O根据条件(2)得,K2=cmt/cbt(2)根据条件(3)9(4)得,2dcm2t2dcmtR1R2Dm2R2=DmR=Dm(cm2t-cm1t)(3)dR2dRR2-R1式中9c为蛋白质在膜上某处t时刻的浓度9R为微胶囊膜上某处半径9R为微胶囊内半径9c为蛋mt1m1t白质在膜内表面t时刻的浓度O式(1)9(2)9(3)相

8、结合得,dcbtR1R2-Vb=4TKmK2(cbt-cit)(4)dtR2-R1Vb设主体溶液体积与微胶囊的体积(VV)比为,=9膜厚为,6=R2-R19化简方程(4)得,VV