罗雪芹，李璐伶，杨 霞，姜 峰，高和军

(西华师范大学 化学化工学院，四川 南充 637002)

海藻酸钠由β-D-甘露糖醛酸(β-D-mannuronic，M)和α-L-古洛糖醛酸(α-L-guluronic，G)连接而成，是一种天然的聚阴离子多糖，其分子结构中含有大量羟基和羧基。利用羧基能够与二价阳离子(如Ca2+)发生交联反应的特点，可以将海藻酸钠制成微球[1-3]。因反应条件温和、制备工艺简单，海藻酸钠微球成为医药和环保领域的研究热点，广泛用于药物的缓释载体、吸附剂吸附污水中重金属离子等[4-7]。

目前制备海藻酸钠微球的方法主要包括注滴法、喷雾干燥法、静电造粒法和乳液模板法等[8-10]。注滴法制备时其粒径及微球形貌会受到液滴下落距离、针头孔径以及溶液黏度等因素的影响，条件不易控制，因此不适用于大规模生产。喷雾干燥法制备时需要较高的温度条件，对微球负载的药物或因子有选择性，且微球需要经破裂、膨胀以及收缩等过程，这些操作会影响微球的形貌。由静电造粒法制备的微球均匀性较好、形状较规则、表面较光滑，制备过程相对温和，但是制备工艺较复杂，对仪器方面有较高要求，因此也不适宜大规模生产。乳液模板法是在乳化剂的作用下，将海藻酸钠溶液与油相进行混合搅拌，得到稳定的油包水乳液[11]。以该乳液为模板，引入钙离子，将海藻酸钠进行交联，即可得到与乳液液滴尺寸和形貌类似的海藻酸钠微球。该方法可应用于大批量生产，制备粒径小、分散性好的微球，能够通过调节乳液液滴的尺寸调控微球的粒径，满足不同的应用需求[12]。然而，常规乳液的内相体积分数较低，通常在50%左右[13-15]。较低的内相体积分数导致乳液液滴粒径分布较宽、分散性差，导致固化后得到的海藻酸钠微球的有效产量降低，微球粒径分布宽且粘连严重,影响实际生产效率[16-18]。此外，较低的内相体积分数也使得乳液黏度较低、乳液液滴大小不一且容易聚并，导致微球黏连，尺寸分布不均[19,20]。因此，提高内相体积分数是解决问题的关键[21,22]。

为此，本文基于一种哌嗪基乳化剂，制备了以海藻酸钠溶液为内相、煤油为外相的油包水乳液，研究了搅拌速度、内相体积分数和乳化剂加量对乳液性能的影响，确定了乳液模板的配方。其中，内相体积分数可达到75%。该条件下，乳液液滴尺寸较小且分布均一。以该乳液为模板，能够制备出圆整度较高、尺寸分布均一的海藻酸钠微球。这种通过提高内相体积分数制备海藻酸钠微球的方法，能够显著提高微球的生产效率，具有较高的应用价值。

1 实验部分

1.1 试剂及仪器

海藻酸钠、煤油，上海阿拉丁试剂；无水氯化钙、无水乙醇，成都市科隆化学品有限公司；乳化剂(EA-AEP)，实验室自制。

FE-SEM型扫描电子显微镜，Gemini500；SHZ-D(Ⅲ) 型循环水真空泵，巩义市于华仪器有限责任公司；CX40光学显微镜，宁波舜宇仪器有限公司；BHS-4型恒温水浴锅，上海垒固；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器；OS40-Pro数显顶置式电动搅拌器，DLAB科学有限公司；2WV-C黏度仪，BROOKFIELD，USA；KQ2200B超声波清洗器，巩义市予华仪器有限责任公司；SQP电子天平，赛多利斯科学仪器(北京)有限公司。

1.2 海藻酸钠微球的制备

称取 6 g 海藻酸钠，缓慢加入到 394 mL 蒸馏水中，搅拌 30 min，静置脱泡 6 h，得到质量分数为1.5%的海藻酸钠溶液作为内相；称取一定量EA-AEP，使其溶于煤油中作为油相；配制质量分数为6%的氯化钙溶液作为交联剂。在 50 ℃ 的条件下，将水相加入油相中，机械搅拌 30 min，制备出油包水乳液。向乳液中滴加氯化钙溶液，反应 10 min。加入无水乙醇破乳后，抽滤得到海藻酸钠微球。

2 结果与分析

2.1 搅拌速度对乳液性能的影响

固定乳化剂加量为6%、内相体积分数为75%，研究搅拌速度对乳液性能的影响，如图1所示。从图中可以看出，随着搅拌速度的升高，乳液黏度升高。在较低搅拌速度条件下，乳液液滴尺寸较大，大小分布极不均匀，不利于微球的制备。当搅拌速度升高至 1000 r/min 时，乳液液滴被剪切分散成小液滴，且尺寸均一。此时，液滴之间相互靠近，流动阻力升高，黏度升高。因此，确定最佳搅拌速度为 1000 r/min。

2.2 内相体积分数对乳液性能的影响

固定乳化剂加量为6%，搅拌速度为 1000 r/min，研究内相体积分数对乳液性能的影响，如图2所示。内相体积分数与乳液黏度呈正相关性。内相体积分数较低时，大量煤油未参与乳化，乳液液滴较大。随着内相体积分数升高，更多的煤油参与乳化，形成均一的油包水乳液。然而，当内相体积分数升高至85%时，许多乳液液滴因为相互挤压而变形，不利于后期微球圆整度的提高，因而选择内相体积分数为75%。

(a)黏度曲线 (b)乳液显微镜图

(a)黏度曲线 (b)乳液显微镜图

2.3 乳化剂加量对乳液性能的影响

在搅拌速度和内相体积分数的研究基础上，考察了乳化剂加量对乳液性能的影响，如图3所示。从黏度曲线中可以看出，随着乳化剂加量的升高，乳液黏度升高。乳液的乳化程度与乳化剂加量密切相关。乳化剂能够降低表面张力，有利于形成稳定油水界面。同等条件下，随着乳化剂含量的升高，乳液液滴更容易分散成尺寸均一的小液滴。当乳化剂含量达到6%时，乳液液滴已经足够均一，因而选择乳化剂加量为6%。

2.4 海藻酸钠微球的粒径及形貌

上述乳液配方优化结果显示，搅拌速度为 1000 r/min、内相体积分数为75%、乳化剂加量为6%时，能够制备出尺寸较小且分布均一的油包水乳液。以该乳液为模板，向其中加入氯化钙溶液，将内相中的海藻酸钠交联，即可得到海藻酸钠微球。如图4a所示，海藻酸钠微球的平均粒径在 7 μm 左右。微球圆整度较高，且尺寸分布较均一，如图4b所示。实验结果表明，本文制备的油包水乳液能够有效用于制备海藻酸钠微球。

(a)黏度曲线 (b)乳液显微镜图

图4 海藻酸钠微球粒径分布图(a)及显微镜图(b)

进一步地，我们利用扫描电镜观察了海藻酸钠微球的微观形貌。从图5a中可以看出，海藻酸钠微球整体的圆整度较高，呈规则的球形。微球表面有凹凸不平的褶皱，有利于增加微球的比表面积，对微球相关性能(如吸附性能)的提高是有利的。作为对比，我们将内相体积分数提高至85%，此时制备的乳液属于高内相乳液范畴。该条件下，乳液液滴相互挤压变形，导致微球形貌变得不规则且有“拖尾”现象，如图5b所示。显然，过高的内相体积分数对制备具有规则几何外形的微球是不利的。

(a)内相体积分数为75% (b)内相体积分数为85%

3 结论

以自制的哌嗪基表面活性剂为乳化剂，利用改进后的乳液模板法，制备出了以海藻酸钠为内相、煤油为外相的油包水乳液。通过评价乳液液滴大小，乳液黏度及尺寸分布情况，确定了乳液的最佳配方为：搅拌速度为 1000 r/min、内相体积分数为75%、乳化剂加量为6%。该乳液具有内相体积分数高的特点。以该乳液为模板，加入氯化钙溶液进行交联固化后，能够制备出尺寸分布均一、圆整度较好且粒径为 7 μm 左右的海藻酸钠微球，具有较好的应用潜力。