畢業(yè)論文：高壓靜電法制備ALG-g-Lys微球

題目：高壓靜電法制備ALG-g-Lys微球
院（系） 化工學院
專 業(yè) 生物工程
屆 別 2012屆

摘要
以海藻酸鈉（NaALG）和L-賴氨酸鹽酸鹽（L-Lys•HCl）作為底物，用1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亞胺鹽酸鹽（EDC•HCl）和N-羥基琥珀酰亞胺（NHS）作為NaALG羧基的活化劑，制備Lys接枝的海藻酸鈉改性材料ALG-g-Lys。該材料在NaALG的基礎上引入了新的官能團-NH2，以及6個C原子組成的小支鏈，保持了NaALG的離子凝膠性能。
利用高壓靜電法制備微球的裝置制備Ga2+凝膠的ALG-g-Lys膠珠，并對各參數(shù)進行優(yōu)化，以便得到粒徑較小，分布均勻，球形度較好的微球。通過實驗最后得出最佳的滴制微球條件為： ALG-g-Lys的濃度為1.5%，高壓靜電場的電壓為8.0kv，注射泵推進速度為30mm/h，針頭型號為24G平針頭，CaCl2的濃度為1.5%。

關鍵詞：海藻酸鈉；接枝改性；L-賴氨酸；高壓靜電法；微球



Abstract
Sodium alginate ( NaALG ) and L- lysine hydrochloride ( L-Lys • HCl ) as substrates , 1-ethyl-(3-dimethylamino-propyl) carbodiimide hydrochloride (EDC•HCl) and N-hydro*ysuccinimide (NHS) as carbo*yl activators for NaALG, L-Lys is grafted onto the chain of sodium alginate to prepare ALG-g-Lys . The material on the basis of NaALG introduced a new functional
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創(chuàng)新點 27
參考文獻 28
致謝 30
附錄（文獻翻譯）
第1章 緒論
1.1 海藻酸鈉
海藻酸鈉(ALG，(C6H7O8Na)n)又名海帶膠、褐藻膠、藻酸鹽，是由海帶中提取的天然多糖碳水化合物。海藻酸鈉主要由海藻酸的鈉鹽組成，由β-D-甘露糖醛酸(M單元)與α-L-古羅糖醛酸(G單元)依靠α-(1-4)糖苷鍵連接并由不同比例的GM、MM和GG片段組成的共聚物（圖1.1）[1-3]。

圖1.1 海藻酸鈉結構式
海藻酸鈉是一種天然、生物能降解的生物高聚物，穩(wěn)定無毒，是一種陰離子型聚合物，親水性強，不溶于乙醇、乙醚及其它有機溶劑。海藻酸鈉分子鏈中含有羧基，與金屬離子Ca2+、Ba2+、Sr 2+有著較強的結合性，其中Ca2+選擇性吸附多聚葡萄糖醛酸殘基(G段)順序間的構象被稱為“egg-bo*”模型，在科學研究和生產(chǎn)上都有著廣泛的應用，如用于藥物傳輸[4-8]，但該結構的較大孔徑導致藥物突釋現(xiàn)象嚴重，難以達到控釋的效果。為了得到基于海藻酸鈉的有較好控釋效果的藥物載體材料，目前研究者們對海藻酸鈉進行了大量的改性研究。
1.2 海藻酸鈉的改性研究
海藻酸鈉作為藥物載體材料的改性主要涉及共混改性和化學改性[9-12]。
1．共混改性
共混改性包括靜電作用的成膜改性、互穿結構改性和物理共混改性。混合改性使海藻酸鈉與具有特定性質(zhì)的物質(zhì)混合，可得到部分性能較優(yōu)越的復合材料�；旌细男缘牟僮骱唵�，條件溫和。但混合改性往往通過氫鍵和靜電作用等將混合物形成網(wǎng)絡結構或者增強致密性，使混合物的剛性和孔隙率可控。近年來對該方面的研究較多，材料的選擇已經(jīng)涉及有機材料和無機材料，但因各種材料本身性質(zhì)的限制，有優(yōu)越性能的且能與海藻酸復合的材料不多，對海藻酸鈉進行混合改性得到性能優(yōu)越的復合材料，難有較大的突破。
2．化學改性
表1.1 海藻酸鈉的改性方法
按有無化合鍵生成分類 共混改性 化學改性
按反應物作用方式分類 靜電作用的成膜改性 接枝改性
互穿結構改性 交聯(lián)改性
物理共混改性 氧化改性
海藻酸鈉主鏈上存在大量的羧基與羥基，通過化學反應可在羧基和羥基上進行多種化學反應，將多種化學物質(zhì)直接或間接的接在海藻酸分子鏈上。
（1）接枝改性
通過化學改性的方法在海藻酸鈉的羧基上接上疏水的基團，增大疏水性，改善載體材料性能；海藻酸鈉接枝上溫敏或者pH敏感的材料也可得到相應的智能材料；也可以通過相應的化學反應與丙烯酸鹽聚乙二醇、丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、甲基丙烯酸鹽、殼聚糖接枝形成對藥物具有一定緩控釋能力的接枝共聚材料，海藻酸鈉還可以通過中間物作為橋梁，與另一個不易與之發(fā)生反應的物質(zhì)接枝[13]。
表1.2 海藻酸鈉的化學修飾方法
修飾基團 羥基 羧基
化學修飾方法 氧化作用 酯化
還原-胺氧化 Ugi反應
硫化 酰胺化
共聚
（2）氧化改性
海藻酸是天然多糖，因其良好的生物相容性與凝膠特性在生物材料領域備受關注，但它存在降解緩慢、降解不可控和降解釋放出的高分子鏈在體內(nèi)難以清除等不足。利用氧化劑對海藻酸進行部分氧化，海藻酸解環(huán)，兩個羥基被氧化成兩個醛基；所得部分氧化的海藻酸的氧化度與降解率可由氧化條件控制。
當前海藻酸鈉化學改性研究主要集中在構建藥物的緩釋載體。相對而言，具有特異性親和的靶向性、溫度敏感性和磁響應性的海藻酸改性材料研究得較少。今后的研究應該結合近年來分子生物學、細胞生物學和蛋白組學上取得的研究成果，通過化學改性的方法將具有親和特異性的分子或者有特殊功能的物質(zhì)結合在海藻酸上，制得靶向性高或智能響應好的載體材料，實現(xiàn)藥物的靶向運送和控制釋放。通過尋找新物質(zhì)探索新方法，相信基于海藻酸鈉定能構建出性能更優(yōu)越的藥物載體材料。
1.3 羧基激活劑
1. EDC•HCl
EDC•HCl即1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亞胺鹽酸鹽，用于多肽縮合劑和交聯(lián)劑[14]。EDC•HCl是水溶性碳二亞胺，分子呈線性結構（圖1.2），用于羧基與伯胺的縮合反應，并已獲得廣泛的用途。如在多肽合成中形成酰胺健、將半抗原結合于載體蛋白形成免疫抗原、通過與核酸5位的磷酸基團反應形成氨基反應活性的NHS-酯等。EDC 通過與氨基反應形成可與氨基反應的O-�；逯虚g體。如果該中間體不與氨基反應，則會很快水解并重新釋放出羧基基團。
2. NHS
NHS即N-羥基琥珀酰亞胺，又名N-羥基丁二酰亞胺，分子式為C4H5NO3，分子量100，是無色或類白色粉末，易吸潮[15]。其溶于醇、酯等多種有機溶劑，遇水分解成丁二酸和氨，熔點為95~98℃。
NHS是一類極為重要的精細化學品和化工原料，由于結構中含有活潑的氮羥基，可與抗原、抗體、酶及其核酸的氨基、羧基、或糖基共價結合，結合后又不影響它們的活性，故可常用作合成肽、抗生素、氨基酸、蛋白質(zhì)等的前體及親和色譜、腫瘤的診斷顯像和治療[9]。

圖1.2 EDC•HCl結構式 圖1.3 NHS結構式
3. EDC•HCl和NHS結合使用
EDC先活化羧基形成EDC/羧基活潑中間酯，由于這個酯在水中很容易水解（一般20-30min就有開始水解），導致羧基重新回到未活化狀態(tài)，所以需要加入NHS，NHS會與EDC/羧基活潑中間酯反應形成NHS/羧基活潑中間酯，這個中間酯比較穩(wěn)定，能較長時間存在。因此EDC介導的縮合反應在NHS的存在下，效率大大提高，更有利于羧基的激活。
1.4 L-Lys接枝改性ALG
運用酰胺化反應修飾海藻酸鈉羧基的原理，EDC與NHS作為羧基的活化劑，將L-Lys接枝到海藻酸鈉的分子鏈上，形成賴氨酸接枝海藻酸鈉的改性產(chǎn)物(ALG-g-Lys)。用透析法除去未參加反應的小分子物質(zhì)及生成的小分子物質(zhì)，以達到純化產(chǎn)物的目的。所得材料溶液經(jīng)冷凍干燥得到干燥的ALG-g-Lys材料。
1.5 高壓靜電法制備微球
高壓微膠囊成型裝置如圖1.2所示，輸出電壓0～20kv; 微量注射泵推進速度1～99mm/h。高壓發(fā)生器的正極接注射器針頭，負極放量杯底部。量杯內(nèi)裝氯化鈣溶液，注射器內(nèi)裝海藻酸鈉溶液。輸液泵以一定的速度向下推壓海藻酸鈉溶液，在電場力的作用下，海藻酸鈉溶液克服黏滯力和表面張力，呈一定粒徑的液滴滴入氯化鈣溶液中，凝膠化成不溶于水的海藻酸鈣凝膠珠[16-17]。

圖1.4 高壓微膠囊成型裝置示意圖
1.量杯 2.針頭 3.注射器 4.微量注射泵 5.支架 6.正極 7.負極 8.高壓發(fā)生器
ALG-g-Lys分子鏈上剩余較多的_羧基，可以與Ca2+快速形成“蛋網(wǎng)格”結構而凝膠化。利用該特性可將ALG-g-Lys溶液經(jīng)注射泵推進，在高壓電場中噴射入CaCl2溶液中，快速形成微米級的膠珠[18-20]。
1.6 本論文的主要研究內(nèi)容
1．三個不同Lys接枝度的材料ALG-g-Lys合成及表征。需要進行FTIR、CNHO元素分析、分子量測定等的表征。
2．高壓靜電法制備微球的參數(shù)優(yōu)化。以粒徑為指標對ALG-g-Lys濃度、電壓、針頭大小、推進速度和CaCl2濃度及溶劑的優(yōu)化考察。需要得到制備穩(wěn)定性好的微球的最佳參數(shù)組合。



















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