纳米医药 第4章-表明活性剂与微乳载药系统.doc

第4章 表面活性剂与微乳载药系统 微乳状液，简称微乳，是由不相混溶的油、水和表面活性剂自发形成的的外观均匀、透明、稳定的液体。这种液体有很大实用价值。在乳状液的实际应用中，长期困扰人们的浮油、分层等问题，由此可以迎刃而解。据文献记载，最早是在1928年，美国工程师Rodawald在研制皮革上光剂时意外地得到了“透明乳状液”[1]。在配方合适的条件下，这种含有大量油、水和表面活性剂的透明的液体，可以在轻轻搅动下自动形成。它一旦形成就非常稳定，可以长期放置而不会破坏。第一个有关微乳状液的科学研究是Hoar和Schulman在1943年完成的[2]。 随后，他们继续研究了微乳状液的形成方法，并采用多种物理化学方法测试所得液体的性质。在这些研究的基础上，这种透明的油水混溶液体被认为是一种液体以微小液滴的形式分散于另一种不相混溶的液体中而构成的体系。于是，Schulman等在1959年建议将此种油水混匀液体定名为微乳状液[3]。从那时起到现在，尽管对于微乳状液本质与结构的认识已经发生了根本性的改变[4]，也有人指出这个名称是误解[5]，微乳状液这个名词还是被普遍接受，并延用至今。 随着药物合成化学的进展，越来越多的有效药物不具有良好的水溶性。为此，发展了多种载药系统。微乳状液因其生产简便，粒子细小，稳定性好等突出优点在近期受到医药界的重视，微乳载药系统得到迅速发展。 鉴于表面活性剂是构成微乳体系乃至整个胶体体系不可或缺的成分，并且是成败的关键，故本章将予以充分阐述。 4.1 表面活性剂 4.1.1 表面张力与表面自由能 液体表面最基本的特性是倾向于收缩。这表现在当外力的影响很小时,小液滴趋于球形，如常见的水银珠和荷叶上的水珠那样。从液膜自动收缩实验可以更好地认识这一现象。用玻璃丝或细金属丝弯成一个一边可以活动的方框（ 图 4-1 ）。使液体在此框上形成液膜abcd，其中 cd 为活动边，长度为l。若活动边与框架之间的摩擦很小，则欲保持液膜就必须施一适当大小的外力于活动边上。否则,cd边将自动移向ab 边。这说明液体表面存在与所施外力大小相等，方向相反的收缩力。实验 图4-1 液体的表面张力 表明，当活动边与框的摩擦力可以忽略不计时，为保持液膜所施之外力 f 与活动边的长度l成正比, 可以表示为 f=2γl (4-1) 其中γ代表液体的表面张力系数，是垂直通过液体表面上任一单位长度、与液面相切的收缩表面的力，常简称作表面张力 (surface tension)。 式(4-1)中有系数2是因为图4-1所示液膜有两个表面。表面张力是液体的基本物理化学性质之一。表面张力通常以mN/m（ 毫牛顿每米）为单位。 液体表面自动收缩的现象也可以从能量的角度来研究。考虑液膜面积变化过程的能量变化。在图4-1所示的体系中，当作用于活动边上的外力大于总表面张力2γl时，活动边沿合力方向运动。于是，液膜扩大，外力对体系做功。此功属于有用功之列。在可逆情况下 外力等于 2γl 。活动边位移距离Δd时，体系自由能增量（ΔG）为 ΔG = 2 γ l Δd = γ ΔA (4-2) 其中 ΔA = lΔd, 是体系表面积的改变量。于是， γ＝ΔG / ΔA (4-3) 这就是说，γ乃恒温恒压下增加单位表面积时体系自由能的增量，称作比表面自由能，简称为表面自由能(surface free energy)。常用单位为 mJ/m2（毫焦耳每平方米）。不难看出，表面自由能与表面张力两个物理量的量纲相同。实际上，表面张力和表面自由能分别是用力学方法和热力学方法研究液体表面现象时采用的物理量，是从不同角度对同一事物的两种描述方法，具有共存性。当采用适宜的单位时，二者同值。例如，最常见的液体是水，它在250C时的表面张力和表面自由能分别为72mN/m和72mJ/m2。 那么,液体为什么会有表面张力和表面自由能呢? 在液体与其蒸气平衡的体系中，液体的分子间距离虽不固定，但有一定的平均值。维持平均距离不使液体分子借热运动而飞散，全靠液体分子间的相互吸引作用。这种相互作用是短程的，只存在于有限距离内的分子之间。在液体内部，每个分子所受周围分子的吸引是各向同性的，就同一分子而言，所受合力为零，故处于溶液内部的分子可以自由运动。处于表面的分子则不同。即使在液体与它的蒸气成平衡的情况下，由于气相密度小得多，表面分子从气相方面受到的吸引