羅雪芹，李璐伶，楊 霞，姜 峰，高和軍

(西華師范大學 化學化工學院，四川 南充 637002)

海藻酸鈉由β-D-甘露糖醛酸(β-D-mannuronic，M)和α-L-古洛糖醛酸(α-L-guluronic，G)連接而成，是一種天然的聚陰離子多糖，其分子結構中含有大量羥基和羧基。利用羧基能夠與二價陽離子(如Ca2+)發(fā)生交聯(lián)反應的特點，可以將海藻酸鈉制成微球[1-3]。因反應條件溫和、制備工藝簡單，海藻酸鈉微球成為醫(yī)藥和環(huán)保領域的研究熱點，廣泛用于藥物的緩釋載體、吸附劑吸附污水中重金屬離子等[4-7]。

目前制備海藻酸鈉微球的方法主要包括注滴法、噴霧干燥法、靜電造粒法和乳液模板法等[8-10]。注滴法制備時其粒徑及微球形貌會受到液滴下落距離、針頭孔徑以及溶液黏度等因素的影響，條件不易控制，因此不適用于大規(guī)模生產。噴霧干燥法制備時需要較高的溫度條件，對微球負載的藥物或因子有選擇性，且微球需要經破裂、膨脹以及收縮等過程，這些操作會影響微球的形貌。由靜電造粒法制備的微球均勻性較好、形狀較規(guī)則、表面較光滑，制備過程相對溫和，但是制備工藝較復雜，對儀器方面有較高要求，因此也不適宜大規(guī)模生產。乳液模板法是在乳化劑的作用下，將海藻酸鈉溶液與油相進行混合攪拌，得到穩(wěn)定的油包水乳液[11]。以該乳液為模板，引入鈣離子，將海藻酸鈉進行交聯(lián)，即可得到與乳液液滴尺寸和形貌類似的海藻酸鈉微球。該方法可應用于大批量生產，制備粒徑小、分散性好的微球，能夠通過調節(jié)乳液液滴的尺寸調控微球的粒徑，滿足不同的應用需求[12]。然而，常規(guī)乳液的內相體積分數較低，通常在50%左右[13-15]。較低的內相體積分數導致乳液液滴粒徑分布較寬、分散性差，導致固化后得到的海藻酸鈉微球的有效產量降低，微球粒徑分布寬且粘連嚴重,影響實際生產效率[16-18]。此外，較低的內相體積分數也使得乳液黏度較低、乳液液滴大小不一且容易聚并，導致微球黏連，尺寸分布不均[19,20]。因此，提高內相體積分數是解決問題的關鍵[21,22]。

為此，本文基于一種哌嗪基乳化劑，制備了以海藻酸鈉溶液為內相、煤油為外相的油包水乳液，研究了攪拌速度、內相體積分數和乳化劑加量對乳液性能的影響，確定了乳液模板的配方。其中，內相體積分數可達到75%。該條件下，乳液液滴尺寸較小且分布均一。以該乳液為模板，能夠制備出圓整度較高、尺寸分布均一的海藻酸鈉微球。這種通過提高內相體積分數制備海藻酸鈉微球的方法，能夠顯著提高微球的生產效率，具有較高的應用價值。

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

海藻酸鈉、煤油，上海阿拉丁試劑；無水氯化鈣、無水乙醇，成都市科隆化學品有限公司；乳化劑(EA-AEP)，實驗室自制。

FE-SEM型掃描電子顯微鏡，Gemini500；SHZ-D(Ⅲ) 型循環(huán)水真空泵，鞏義市于華儀器有限責任公司；CX40光學顯微鏡，寧波舜宇儀器有限公司；BHS-4型恒溫水浴鍋，上海壘固；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器；OS40-Pro數顯頂置式電動攪拌器，DLAB科學有限公司；2WV-C黏度儀，BROOKFIELD，USA；KQ2200B超聲波清洗器，鞏義市予華儀器有限責任公司；SQP電子天平，賽多利斯科學儀器(北京)有限公司。

1.2 海藻酸鈉微球的制備

稱取 6 g 海藻酸鈉，緩慢加入到 394 mL 蒸餾水中，攪拌 30 min，靜置脫泡 6 h，得到質量分數為1.5%的海藻酸鈉溶液作為內相；稱取一定量EA-AEP，使其溶于煤油中作為油相；配制質量分數為6%的氯化鈣溶液作為交聯(lián)劑。在 50 ℃ 的條件下，將水相加入油相中，機械攪拌 30 min，制備出油包水乳液。向乳液中滴加氯化鈣溶液，反應 10 min。加入無水乙醇破乳后，抽濾得到海藻酸鈉微球。

2 結果與分析

2.1 攪拌速度對乳液性能的影響

固定乳化劑加量為6%、內相體積分數為75%，研究攪拌速度對乳液性能的影響，如圖1所示。從圖中可以看出，隨著攪拌速度的升高，乳液黏度升高。在較低攪拌速度條件下，乳液液滴尺寸較大，大小分布極不均勻，不利于微球的制備。當攪拌速度升高至 1000 r/min 時，乳液液滴被剪切分散成小液滴，且尺寸均一。此時，液滴之間相互靠近，流動阻力升高，黏度升高。因此，確定最佳攪拌速度為 1000 r/min。

2.2 內相體積分數對乳液性能的影響

固定乳化劑加量為6%，攪拌速度為 1000 r/min，研究內相體積分數對乳液性能的影響，如圖2所示。內相體積分數與乳液黏度呈正相關性。內相體積分數較低時，大量煤油未參與乳化，乳液液滴較大。隨著內相體積分數升高，更多的煤油參與乳化，形成均一的油包水乳液。然而，當內相體積分數升高至85%時，許多乳液液滴因為相互擠壓而變形，不利于后期微球圓整度的提高，因而選擇內相體積分數為75%。

(a)黏度曲線 (b)乳液顯微鏡圖

(a)黏度曲線 (b)乳液顯微鏡圖

2.3 乳化劑加量對乳液性能的影響

在攪拌速度和內相體積分數的研究基礎上，考察了乳化劑加量對乳液性能的影響，如圖3所示。從黏度曲線中可以看出，隨著乳化劑加量的升高，乳液黏度升高。乳液的乳化程度與乳化劑加量密切相關。乳化劑能夠降低表面張力，有利于形成穩(wěn)定油水界面。同等條件下，隨著乳化劑含量的升高，乳液液滴更容易分散成尺寸均一的小液滴。當乳化劑含量達到6%時，乳液液滴已經足夠均一，因而選擇乳化劑加量為6%。

2.4 海藻酸鈉微球的粒徑及形貌

上述乳液配方優(yōu)化結果顯示，攪拌速度為 1000 r/min、內相體積分數為75%、乳化劑加量為6%時，能夠制備出尺寸較小且分布均一的油包水乳液。以該乳液為模板，向其中加入氯化鈣溶液，將內相中的海藻酸鈉交聯(lián)，即可得到海藻酸鈉微球。如圖4a所示，海藻酸鈉微球的平均粒徑在 7 μm 左右。微球圓整度較高，且尺寸分布較均一，如圖4b所示。實驗結果表明，本文制備的油包水乳液能夠有效用于制備海藻酸鈉微球。

(a)黏度曲線 (b)乳液顯微鏡圖

圖4 海藻酸鈉微球粒徑分布圖(a)及顯微鏡圖(b)

進一步地，我們利用掃描電鏡觀察了海藻酸鈉微球的微觀形貌。從圖5a中可以看出，海藻酸鈉微球整體的圓整度較高，呈規(guī)則的球形。微球表面有凹凸不平的褶皺，有利于增加微球的比表面積，對微球相關性能(如吸附性能)的提高是有利的。作為對比，我們將內相體積分數提高至85%，此時制備的乳液屬于高內相乳液范疇。該條件下，乳液液滴相互擠壓變形，導致微球形貌變得不規(guī)則且有“拖尾”現象，如圖5b所示。顯然，過高的內相體積分數對制備具有規(guī)則幾何外形的微球是不利的。

(a)內相體積分數為75% (b)內相體積分數為85%

3 結論

以自制的哌嗪基表面活性劑為乳化劑，利用改進后的乳液模板法，制備出了以海藻酸鈉為內相、煤油為外相的油包水乳液。通過評價乳液液滴大小，乳液黏度及尺寸分布情況，確定了乳液的最佳配方為：攪拌速度為 1000 r/min、內相體積分數為75%、乳化劑加量為6%。該乳液具有內相體積分數高的特點。以該乳液為模板，加入氯化鈣溶液進行交聯(lián)固化后，能夠制備出尺寸分布均一、圓整度較好且粒徑為 7 μm 左右的海藻酸鈉微球，具有較好的應用潛力。