【中國鞋網】摘要:采用β-環糊精包合皮革防霉劑N-辛基-4-異噻唑啉-3-酮(OIT)制得了緩釋長效防霉劑,研究了OIT與β-環糊精的質量比、包合時間、包合溫度對產物包合率的影響,得到了最佳包合條件,最后對產物進行了表征和緩釋性能的測定.

    關鍵詞:β-環糊精;N-辛基-4-異噻唑啉-3-酮;包合物;皮革;防霉劑

    中圖分類號:TS529.1文獻標識碼:A

    0前言

    N-辛基-4-異噻唑啉-3-酮(OIT)是目前皮革工業常用的一種低毒、高效、廣譜型的防霉劑,對霉菌具有很強的殺滅作用,能達到理想的防霉效果[1,2].但其直接使用時藥效散發快,持續時間短,產生局部毒性大,因此影響了它的使用效果.本文利用β-環糊精對藥品的優良包合與緩釋作用對皮革防霉劑OIT進行了包合,制得了使用方便、安全,可用于皮革的緩釋型防霉劑.

    1實驗

    1.1主要儀器與試劑

    主要儀器:熱重分析儀TGAQ500,美國TA公司;JJ-1型定時電動攪拌器,金壇市華峰儀器有限公司;凱式定氮儀B-324,瑞士BUCHI公司.

    主要試劑:β-環糊精(β-CD),陜西禮泉化工有限實業公司;N-辛基-4-異噻唑啉-3-酮(OIT)98%,石家莊博雅化工公司.

    1.2OIT包合物的制備

    1.2.1環糊精包合OIT機理

    β-環糊精是由淀粉經酶解環化而成的由7個吡喃葡萄糖單元以α-1,4甙鍵連接的環狀低聚糖化合物,它形成了一種中空立體結構的籠狀化合物,如圖1所示.吡喃葡萄糖環上的氫原子位于空腔內并覆蓋了配糖氧原子,使空腔內部成為疏水性空間,環糊精分子空腔邊緣含有羥基,使空腔外部表現為吸水性.這種憎水性內腔可與很多油溶性物質結合形成一種特殊的包合物,而親水的外腔可增大油溶性物質在水中的溶解性,形成具有緩釋作用的微囊,它已在醫藥、食品、農藥、化肥的緩釋上得到了較好的應用[4-6].

　　N-辛基-4-異噻唑啉-3-酮(OIT)作為處理高檔皮革的一種低毒、高效、廣譜型防霉劑,對霉菌具有很強的殺滅作用,但是它僅溶于有機溶劑而微溶于水,使用過程不方便.通過β-環糊精包合OIT不但可增大它的溶解性,而且可產生緩釋作用,延長藥物的作用時間.

    1.2.2包合物的制備

    將去離子水按實驗設定條件加熱至實驗溫度,再加入4.0gβ-環糊精制成飽和溶液,緩慢滴加實驗量OIT到β-環糊精溶液中,攪拌反應至一定時間,趁熱取出,放置至室溫,在冰箱3~5℃下冷藏24h,抽濾,沉淀物用少量去離子水洗滌,再用無水乙醇淋洗兩次,于40℃真空干燥得白色粉末狀包合物.

    1.3包封率的測定

    精密稱取上述一定質量的β-環糊精包合物,加0.2g硫酸銅,3g硫酸鉀及20mL硫酸,在消化爐中消解45min后自然冷卻.放冷后,用全自動凱式定氮儀測定包合物中氮的摩爾量即為包合物中含OIT的摩爾量,并按中國藥典2000年版微囊、微球與脂質體制劑指導原則計算包封率和收得率:

包封率和收得率

　　1.4實驗因素的確定

　　環糊精包接油性客體物質的動力學原因是:在水溶液中,環糊精親脂腔體中的水分子形成氫鍵的傾向得不到滿足,因而比溶液中的水分子具有更高的熱焓,并且親脂性藥物整個分子能通過置換環糊精腔體內的水分子來降低體系能量.環糊精可以在水溶液中選擇性地與有機小分子結合,借范德華力、氫鍵、偶極互相作用而形成具有不同穩定性的包合物,這是一個平衡過程,當形成1∶1的包合物時可以用下式表征這一過程:

　　式中:O為有機客體分子,Ka是結合常數,Kb是解離常數[7].結合包合原理,為了提高反應活性,增大結合常數可使包合過程向正方向進行,因此本實驗固定β-環糊精加入量為4.00g,考察OIT與β-環糊精的質量比、反應溫度、反應時間對包合物包封率與收得率的影響,以得到最佳條件.

　　1.5熱重分析實驗

    對得到的包合物采用熱重分析(TGA)進行驗證.測試條件為:鉑坩堝;氣氛為氮氣;斜坡設定:升溫速率10℃/min.

    1.6釋放性能測定

    將β-環糊精包合物配成一定濃度的乙醇-水溶液均勻浸涂于實驗用原皮上,在自然條件下暴露于空氣中,每隔一定時間用乙醇定期萃取同面積的原皮,將濾液處理后用UV-3000紫外分光光度計在Kmax=276nm下測定其吸光度,同時將經計算與包合物中等量的OIT配成同濃度乙醇-水溶液做同上的對比實驗,分析包合物的OIT釋放和保留性能.

    2結果與討論

    2.1OIT加入量的影響

    OIT的用量影響到所得產品的包封率和成本,因為β-CD的空腔容納OIT有一飽和量.OIT加入量的影響如圖2所示,包封率曲線顯示,當OIT加入量從0.40g增加到0.80g時,隨著OIT投入量的增加,包封率基本保持不變,都在70%以上,此后再增加OIT投入量包封率不斷減少.這是由于提高OIT的投入量,雖然可以使包合物中OIT的絕對量稍有提高,但同時有大量的藥物游離在外.而從收得率曲線可以看出,當OIT投入量為0.8g以下時,收得率很低,說明有很多的β-CD過量未參與反應;當OIT投入量為0.8g,收得率達到最大值時,再增加OIT投入量則收得率降低,說明此時的OIT為過量,故從包封率和收得率曲線可以看出,OIT投入量以0.8g為最佳.

    2.2包合時間的影響

  包合時間的影響

　　β-CD包合OIT的過程實際上就是水分子與OIT分子在范德華力的作用下,相互置換的重排和移去過程,因此會有一個時間的平衡過程.包合時間的影響如圖3所示,包封率曲線顯示包合時間由0.5h提高到1.5h時,包封率增加很快,但是在1.5h以后,再延長包合時間,包封率提高已不明顯.這是因為增加包合時間能為β-環糊精和OIT提供更多的相互碰撞機會,有利于包合物的形成,提高包合率.但當包合物充分形成后,β-CD的空腔已經飽和,再增加包合時間對促進包合物的形成效果甚微,收得率曲線顯示包合時間對收得率影響不大,但在1.5h時收得率較高,綜合包封率和收得率曲線,選擇1.5h包合時間為最佳.

　　2.3包合溫度的影響

    通過對包合物形成過程的熱力學分析可知,環糊精分子空腔無論是在固相還是在水溶液中并非是空著的,而是結合有水分子,范德華力和疏水鍵互相作用、氫鍵和釋放能量、電荷轉移以及π-π堆積都是包合物形成與穩定的驅動力.伴隨包合物的形成會有明顯的熱量變化,因此溫度也是包合過程重要的影響因素.包合溫度過低,則β-環糊精在水中溶解度較小,不利于包結絡合過程,此時Ka迅速下降,影響包合向產物方向進行.包合溫度的影響如圖4所示,由包封率曲線可知,溫度為40~55℃,包封率隨溫度的升高而增加,在55℃時包封率最高.當包合溫度上升至60℃時,包封率反而降低.這是因為在一定溫度范圍內,提高包合溫度能增加β-環糊精的溶解度,并為OIT的絡合提供動能,促進二者的相互碰撞幾率,有利于包合物的生成.但當包合達到平衡后,過高的溫度又促進了已形成的包合物中OIT分子的熱運動,導致包合物的解絡.由收得率曲線可以看出,包合溫度對收得率影響不大,在55℃時收得率相對較高,故溫度以55℃為宜.

包合溫度的影響

　　3包合物的檢測

    3.1熱重分析(TGA)

    對OIT、β-CD、二者物理混合物和β-CD-OIT包合物4種樣品進行熱重分析,結果如圖5所示.由圖5可見,物理混合物的圖譜基本上是OIT和β-CD的圖譜的簡單疊加,它與包合物的圖譜有明顯的區別.熱重曲線顯示β-CD-OIT包合物(A)的明顯失重溫度約為252℃;溫度升至350℃左右時,總失重率達到60%;β-CD(B)的明顯失重溫度為278℃,溫度升至350℃時,總失重率達75%.TGA曲線說明,經過包合反應后獲得的新物質的失重起始溫度向低溫區遷移了26℃,同時顯示經過包合后熱穩定性增強,證明了包合物的形成.

包合物的緩釋性能

  3.2包合物的緩釋性能

    對實驗樣品和對照樣品進行原皮藥物釋放性能測定,結果如圖6所示.

    從圖6可以看出,經過β-CD包合,皮革在放置一個月后其中的OIT濃度減少了69.78%,放置兩個月后減少了31.46%,而直接浸涂OIT的皮革樣品則其在放置20天左右已基本揮發殆盡,故可證明經本實驗β-CD包合的OIT具有良好的緩釋性能.

　　4結論

　　研究得到β-環糊精包合皮革防霉劑OIT的最佳工藝條件為:OIT加入量為0.8g,包合時間為1.5h,包合溫度為55℃.對反應產物的熱重分析結果證明β-CD-OIT包合物已經形成,并具有良好的藥物緩釋性能.

    參考文獻

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