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淀粉微球是近三十年来开始发展的一种新型淀粉产品,因其具有可生物降解、生物相容性,无毒性,无免疫原性及原料来源广泛、价格低廉等显著优点,所以其在靶向药物、化妆品、食品添加剂等方面的应用越来越受到国内外研究者的重视。但是在微球制备中,主要还存在如下的问题:(1)由于受到实验条件的制约,要做到细致观测和深入研究微球形成过程微观结构变化及其对性能的影响,难度较大;(2)现在的微球制备中,普遍存在颗粒分布不均匀、粒径较大等缺点。
本研究运用Materials Studio软件DPD模块对淀粉乳液体系的相分离过程、工艺参数进行模拟,根据模拟结果对淀粉微球合成机理的微观过程及微球合成的工艺参数范围进行分析;采用模拟与实验相结合分析影响微球合成的关键因素,并用反相乳液聚合法制备微球产品,通过正交实验,确定淀粉微球的最佳合成工艺;利用扫描电镜、红外光谱对合成的淀粉微球的基本性质包括微球的粒径大小、表面形态、红外吸收等进行研究;以阿司匹林为模型药物,对本研究中合成的淀粉微球的吸附性能进行研究,通过吸附动力学模型,分析了药物的吸附速率及扩散过程;另外通过模拟人体的体液环境,分析了载药微球的在体外的缓释性能,为载药微球的医学应用提供理论基础。本论文的主要研究结论如下:
1.对淀粉微球的形成过程进行了耗散粒子动力学(DPD)模拟及实验研究。模拟结果表明,淀粉微球的形成过程存在四个阶段,即淀粉与乳化剂分子无规则分散阶段、小聚集体形成阶段、球状聚集体形成阶段和稳定平衡阶段;并且发现油水比是影响聚集体能否能形成球状的关键因素;油水比小于7的条件下,油水两相分离较难,水相呈现片状、十字型状、柱状及椭球状等形状;当油水比增加到8,水相能形成微球且微球粒径随油水比增加而减小。同时实验结果表明,油水比为8时,微球粘连,几乎看不清球状形貌,油水比为10-20时,微球的粒径随油水比的增大而减小;实验结果很好地吻合了模拟结果。
2.考察了不同因素对微球的平均粒径及产率的影响,并进行了正交实验优化制备工艺。利用扫描电镜、红外光谱对产物进行了表征,结果表明,制备微球的优化工工艺是:油水比15:1,搅拌速度1000r/min,乳化剂用量12%,淀粉乳浓度7.5%;制备的阴离子淀粉微球粒径较小(大部分小于10μm),球形圆整,表面较光滑。
3.以阿司匹林为模型药物,研究了淀粉微球对阿司匹林的吸附性能及缓释性能。吸附性能实验结果表明:微球吸附药物的吸附类型为二级吸附,扩散过程包括外扩散和内扩散,外扩散进行的较快,而颗粒内扩散占据主要的速率控制地位。阴离子淀粉微球的吸附量(64.96mg/g)是中性淀粉微球(30.89mg/g)的两倍。缓释性能实验结果表明:样品阿司匹林溶液快速释放,而载药微球的释药明显分为突释阶段和缓释两个阶段,且两种载药微球在突释阶段的释药差别不太,而在缓释阶段,中性淀粉微球的释放速度较快,10h的累积释药百分率达到近90%,而阴离子载药微球释药曲线比较平缓,10h的累积释药百分率也只有70%左右。
本论文的创新之处主要体现在:提出用介观模拟对淀粉微球形成机理进行分析;将模拟研究与实验研究相结合,研究了乳液体系的相分离过程的微观结构变化和微球的形成过程,指导淀粉微球的实验制备;结合了单因素实验与吸附动力学模型研究10μm以下得淀粉微球对阿司匹林的吸附过程及扩散机理,使吸附过程优化及可控。