毕业论文：高压静电法制备ALG-g-Lys微球

题目：高压静电法制备ALG-g-Lys微球
院（系） 化工学院
专 业 生物工程
届 别 2012届

摘要
以海藻酸钠（NaALG）和L-赖氨酸盐酸盐（L-Lys•HCl）作为底物，用1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐（EDC•HCl）和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）作为NaALG羧基的活化剂，制备Lys接枝的海藻酸钠改性材料ALG-g-Lys。该材料在NaALG的基础上引入了新的官能团-NH2，以及6个C原子组成的小支链，保持了NaALG的离子凝胶性能。
利用高压静电法制备微球的装置制备Ga2+凝胶的ALG-g-Lys胶珠，并对各参数进行优化，以便得到粒径较小，分布均匀，球形度较好的微球。通过实验最后得出最佳的滴制微球条件为： ALG-g-Lys的浓度为1.5%，高压静电场的电压为8.0kv，注射泵推进速度为30mm/h，针头型号为24G平针头，CaCl2的浓度为1.5%。

关键词：海藻酸钠；接枝改性；L-赖氨酸；高压静电法；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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创新点 27
参考文献 28
致谢 30
附录（文献翻译）
第1章 绪论
1.1 海藻酸钠
海藻酸钠(ALG，(C6H7O8Na)n)又名海带胶、褐藻胶、藻酸盐，是由海带中提取的天然多糖碳水化合物。海藻酸钠主要由海藻酸的钠盐组成，由β-D-甘露糖醛酸(M单元)与α-L-古罗糖醛酸(G单元)依靠α-(1-4)糖苷键连接并由不同比例的GM、MM和GG片段组成的共聚物（图1.1）[1-3]。

图1.1 海藻酸钠结构式
海藻酸钠是一种天然、生物能降解的生物高聚物，稳定无毒，是一种阴离子型聚合物，亲水性强，不溶于乙醇、乙醚及其它有机溶剂。海藻酸钠分子链中含有羧基，与金属离子Ca2+、Ba2+、Sr 2+有着较强的结合性，其中Ca2+选择性吸附多聚葡萄糖醛酸残基(G段)顺序间的构象被称为“egg-bo*”模型，在科学研究和生产上都有着广泛的应用，如用于药物传输[4-8]，但该结构的较大孔径导致药物突释现象严重，难以达到控释的效果。为了得到基于海藻酸钠的有较好控释效果的药物载体材料，目前研究者们对海藻酸钠进行了大量的改性研究。
1.2 海藻酸钠的改性研究
海藻酸钠作为药物载体材料的改性主要涉及共混改性和化学改性[9-12]。
1．共混改性
共混改性包括静电作用的成膜改性、互穿结构改性和物理共混改性。混合改性使海藻酸钠与具有特定性质的物质混合，可得到部分性能较优越的复合材料。混合改性的操作简单，条件温和。但混合改性往往通过氢键和静电作用等将混合物形成网络结构或者增强致密性，使混合物的刚性和孔隙率可控。近年来对该方面的研究较多，材料的选择已经涉及有机材料和无机材料，但因各种材料本身性质的限制，有优越性能的且能与海藻酸复合的材料不多，对海藻酸钠进行混合改性得到性能优越的复合材料，难有较大的突破。
2．化学改性
表1.1 海藻酸钠的改性方法
按有无化合键生成分类 共混改性 化学改性
按反应物作用方式分类 静电作用的成膜改性 接枝改性
互穿结构改性 交联改性
物理共混改性 氧化改性
海藻酸钠主链上存在大量的羧基与羟基，通过化学反应可在羧基和羟基上进行多种化学反应，将多种化学物质直接或间接的接在海藻酸分子链上。
（1）接枝改性
通过化学改性的方法在海藻酸钠的羧基上接上疏水的基团，增大疏水性，改善载体材料性能；海藻酸钠接枝上温敏或者pH敏感的材料也可得到相应的智能材料；也可以通过相应的化学反应与丙烯酸盐聚乙二醇、丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、甲基丙烯酸盐、壳聚糖接枝形成对药物具有一定缓控释能力的接枝共聚材料，海藻酸钠还可以通过中间物作为桥梁，与另一个不易与之发生反应的物质接枝[13]。
表1.2 海藻酸钠的化学修饰方法
修饰基团 羟基 羧基
化学修饰方法 氧化作用 酯化
还原-胺氧化 Ugi反应
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与凝胶特性在生物材料领域备受关注，但它存在降解缓慢、降解不可控和降解释放出的高分子链在体内难以清除等不足。利用氧化剂对海藻酸进行部分氧化，海藻酸解环，两个羟基被氧化成两个醛基；所得部分氧化的海藻酸的氧化度与降解率可由氧化条件控制。
当前海藻酸钠化学改性研究主要集中在构建药物的缓释载体。相对而言，具有特异性亲和的靶向性、温度敏感性和磁响应性的海藻酸改性材料研究得较少。今后的研究应该结合近年来分子生物学、细胞生物学和蛋白组学上取得的研究成果，通过化学改性的方法将具有亲和特异性的分子或者有特殊功能的物质结合在海藻酸上，制得靶向性高或智能响应好的载体材料，实现药物的靶向运送和控制释放。通过寻找新物质探索新方法，相信基于海藻酸钠定能构建出性能更优越的药物载体材料。
1.3 羧基激活剂
1. EDC•HCl
EDC•HCl即1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐，用于多肽缩合剂和交联剂[14]。EDC•HCl是水溶性碳二亚胺，分子呈线性结构（图1.2），用于羧基与伯胺的缩合反应，并已获得广泛的用途。如在多肽合成中形成酰胺健、将半抗原结合于载体蛋白形成免疫抗原、通过与核酸5位的磷酸基团反应形成氨基反应活性的NHS-酯等。EDC 通过与氨基反应形成可与氨基反应的O-酰基脲中间体。如果该中间体不与氨基反应，则会很快水解并重新释放出羧基基团。
2. NHS
NHS即N-羟基琥珀酰亚胺，又名N-羟基丁二酰亚胺，分子式为C4H5NO3，分子量100，是无色或类白色粉末，易吸潮[15]。其溶于醇、酯等多种有机溶剂，遇水分解成丁二酸和氨，熔点为95~98℃。
NHS是一类极为重要的精细化学品和化工原料，由于结构中含有活泼的氮羟基，可与抗原、抗体、酶及其核酸的氨基、羧基、或糖基共价结合，结合后又不影响它们的活性，故可常用作合成肽、抗生素、氨基酸、蛋白质等的前体及亲和色谱、肿瘤的诊断显像和治疗[9]。

图1.2 EDC•HCl结构式 图1.3 NHS结构式
3. EDC•HCl和NHS结合使用
EDC先活化羧基形成EDC/羧基活泼中间酯，由于这个酯在水中很容易水解（一般20-30min就有开始水解），导致羧基重新回到未活化状态，所以需要加入NHS，NHS会与EDC/羧基活泼中间酯反应形成NHS/羧基活泼中间酯，这个中间酯比较稳定，能较长时间存在。因此EDC介导的缩合反应在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
运用酰胺化反应修饰海藻酸钠羧基的原理，EDC与NHS作为羧基的活化剂，将L-Lys接枝到海藻酸钠的分子链上，形成赖氨酸接枝海藻酸钠的改性产物(ALG-g-Lys)。用透析法除去未参加反应的小分子物质及生成的小分子物质，以达到纯化产物的目的。所得材料溶液经冷冻干燥得到干燥的ALG-g-Lys材料。
1.5 高压静电法制备微球
高压微胶囊成型装置如图1.2所示，输出电压0～20kv; 微量注射泵推进速度1～99mm/h。高压发生器的正极接注射器针头，负极放量杯底部。量杯内装氯化钙溶液，注射器内装海藻酸钠溶液。输液泵以一定的速度向下推压海藻酸钠溶液，在电场力的作用下，海藻酸钠溶液克服黏滞力和表面张力，呈一定粒径的液滴滴入氯化钙溶液中，凝胶化成不溶于水的海藻酸钙凝胶珠[16-17]。

图1.4 高压微胶囊成型装置示意图
1.量杯 2.针头 3.注射器 4.微量注射泵 5.支架 6.正极 7.负极 8.高压发生器
ALG-g-Lys分子链上剩余较多的_羧基，可以与Ca2+快速形成“蛋网格”结构而凝胶化。利用该特性可将ALG-g-Lys溶液经注射泵推进，在高压电场中喷射入CaCl2溶液中，快速形成微米级的胶珠[18-20]。
1.6 本论文的主要研究内容
1．三个不同Lys接枝度的材料ALG-g-Lys合成及表征。需要进行FTIR、CNHO元素分析、分子量测定等的表征。
2．高压静电法制备微球的参数优化。以粒径为指标对ALG-g-Lys浓度、电压、针头大小、推进速度和CaCl2浓度及溶剂的优化考察。需要得到制备稳定性好的微球的最佳参数组合。



















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