臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要以聚乙烯醇（PVA）與不同餵入比（0.5~1）的苯乙烯磺酸鈉（SSS）接枝共聚合成水膠，藉由小分子溶質（Benzoic acid，Vitamin K3 and Caffeine）在其水膠內通透過程，探討水膠結構和溶質對擴散行為的影響。在水膠結構方面，SSS接枝率越高，水膠平衡含水率也越高。水膠高分子體積分率越小，交聯點間平均分子量和高分子網目則越大。由於溶質通透主要受溶質在水膠內擴散行為和溶質在水膠網目內與鄰近高分子鏈的交互作用兩大影響，而實驗發現溶質大小對高分子網目大小比值（λ）越小，擴散速率越大，溶質在水膠內的繞曲度越小，但繞曲度比多孔硬物質中溶質擴散模型預測結果較大。溶質分子越大，溶解度越大，擴散及滲透速率越小。由結果得知溶質通透是由擴散控制。溶質擴散實驗結果與自由體積模型相比對，以擴散係數取自然對數與自由體積倒數的關係作圖，發現實驗結果的斜率比自由體積模型預測較小。在水膠中溶解度大的溶質其穩態吸附因子比在水膠中溶解度小的溶質較小，初始吸附因子隨著SSS的接枝率增加而增加，因為SSS為帶有離子性基團，會使水膠與溶質產生離子性作用，使得溶質受到吸附的影響。水膠網目越大，吸附越多，表面吸附作用對溶解度較差溶質較明顯。

Polyvinyl alcohol gels crosslinked with sodium styrenesulfonate（SSS） with SSS grafting ratio from 1.3×10-3 to 3.5×10-3 were prepared and drugs（Benzoic acid , Vitamin K3 and Caffeine）permeation and diffusion through gels were determined. The mesh size of gels were determined with hydrogel water contents（swelling）and elasticity data. The diffusion coefficients increase with swelling, and the solubility increases with drug size. Diffusion coefficient and solubility were presented in terms of the ratio of drug diameter to that of mesh size. The diffusion is a controlling step driving the permeation. The tortuosity of drug diffusion data in gels was calculated, which is significantly greater than the predicted value from the transport model in rigid porous media. This deviation is due to the complex structure of gels. Solute diffusion data are fitted with free volume model. We found that the slope of solute diffusion data versus the reciprocal of free volume is smaller than free volume estimation from the relation of ln（D/D0） and （1/H-1）. In the hydrogels, the steady-state adsorption factors of the solutes with higher solubility is smaller than the solute with lower solubility. The initial adsorption factors increase with SSS grafting ratio, because SSS have ionic groups interacting with the solutes. The adsorption increase with the mesh size，and the surface adsorption has greater effect for the solute with lower solubility.

聚(乙烯醇-苯乙烯磺酸鈉)水膠中藥物擴散與吸附
一、 前言 ...........................................1
二、 實驗方法 ...........................................6
2.1 水膠共聚物之製備 ..................................6
2.2 SSS檢量曲線之標定 ..................................6
2.3 水膠平衡膨潤測定 ..................................7
2.4 溶質擴散實驗 ...........................................7
三、 結果與討論 .................................11
3.1 水膠特性與結構 .......................................11
3.1.1 接枝率與平衡含水率關係 ........................11
3.1.2 水膠網目大小與平衡含水率關係 ...............13
3.2 溶質對PVA-g-SSS水膠擴散係數、滲透係數、溶解度的關係 ...................................................19
3.3 溶質在孔洞擴散行為與模型結果比較 ........................27
3.4 自由體積理論與孔洞擴散行為關係 ........................33
3.5 從擴散數據分析溶質在高分子水膠上的吸附 ...............37
四、 結論 ..........................................50
五、 參考文獻 ..........................................52
圖表索引
Table 1. 不同接枝比聚（乙烯醇-苯乙烯磺酸鈉）水膠30℃之SSS接枝比（G）、SSS和PVA之莫耳比（B）、平衡含水率（HEWC） ......14
Table 2. 不同接枝比聚（乙烯醇-苯乙烯磺酸鈉）水膠30℃之高分子體積分率（ν2,S）、Flory-Huggins交互作用參數（χ）、交聯平均分子量（Mc）、網目大小（ξ） .................................20
Table 3. 不同溶質在不同接枝比聚（乙烯醇-苯乙烯磺酸鈉）水膠30℃之擴散係數（D）、滲透係數（P）、溶解度（S） ...............28
Table 4. 不同溶質在不同接枝比聚（乙烯醇-苯乙烯磺酸鈉）水膠30℃之分子直徑與高分子網目比（λ）與繞曲度（τ） ...............31
Table 5.a 不同溶質在不同接枝比聚（乙烯醇-苯乙烯磺酸鈉）水膠30℃，當無因次時間為0.4之穩態吸附因子（C2/C1）與初始吸附因子（C0/C1） ..........................................48
Table 5.b 不同溶質在不同接枝比聚（乙烯醇-苯乙烯磺酸鈉）水膠30℃，當無因次時間為0.6之穩態吸附因子（C2/C1）與初始吸附因子（C0/C1） ..........................................49
Figure 1. 聚（乙烯醇-苯乙烯磺酸鈉）水膠化學結構示意圖 ....................................................9
Figure 2. 擴散裝置示意圖 .................................10
Figure 3. 不同接枝比聚（乙烯醇-苯乙烯磺酸鈉）水膠在UV範圍190~400nm之吸收度 ..........................................12
Figure 4.a 不同溶質在聚（乙烯醇-苯乙烯磺酸鈉）水膠S-1 30℃之通透 ...................................................23
Figure 4.b 不同溶質在聚（乙烯醇-苯乙烯磺酸鈉）水膠S-2 30℃之通透 ...................................................24
Figure 4.c 不同溶質在聚（乙烯醇-苯乙烯磺酸鈉）水膠S-3 30℃之通透 ...................................................25
Figure 5. 不同溶質在聚（乙烯醇-苯乙烯磺酸鈉）水膠中溶解度與水膠網目大小之關係 .................................29
Figure 6. 繞曲度與溶質分子直徑對高分子網目比之關係 ......34
Figure 7. Theophylline在PVA水膠中繞曲度與溶質分子直徑對高分子網目比之關係（文獻23之數據） ........................35
Figure 8. 不同溶質在P-HEMA水膠中繞曲度與溶質分子直徑對高分子網目比之關係（文獻19之數據） ........................36
Figure 9. 溶質相對擴散係數與水膠（1/ H - 1）之關係 .......38
Figure 10. 特性比例常數與溶質分子之關係 ................39
Figure 11. 當初使吸附因子為零（C0/C1＝0），不同穩態吸附因子之透滲曲線 ....................................................43
Figure 12. 當穩態吸附因子為零（C2/C1＝0），不同初始吸附因子之滲透曲線 ....................................................44
Figure 13.a 不同溶質在聚（乙烯醇-苯乙烯磺酸鈉）水膠S-1 30℃，無因次溶質擴散通過累積量與無因次時間之關係 ...............45
Figure 13.b 不同溶質在聚（乙烯醇-苯乙烯磺酸鈉）水膠S-2 30℃，無因次溶質擴散通過累積量與無因次時間之關係 ...............46
Figure 13.c 不同溶質在聚（乙烯醇-苯乙烯磺酸鈉）水膠S-3 30℃，無因次溶質擴散通過累積量與無因次時間之關係 ...............47

1. E. L. Lee, H. K. Lonsdale, R. W. Baker, E. Drioli and P. A. Bresnahan, J. Membr. Sci., 24, 125（1985）
2. S. X. Chen and R. T. Lostritto, J. Control. Release, 38, 185（1996）
3. F. Theeuwes, R. M. Gale and R. W. Baker, J. Membr. Sci., 1, 3（1976）
4. G. H. Hsiue, Y. S. Yang and J. F. Kuo, J. Appl. Polym. Sci., 34, 2187（1987）
5. T. Nonaka, T. Ogata and S. Kurihara, J. Appl. Polym. Sci., 52, 951（1994）
6. L. Masaro, X. X. Zhu and P. M. Macdonald, J. Polym. Sci., B, Polym. Phys., 37, 2396（1999）
7. P. C. Farrell and A. L. Babb, J. Biomed. Mater. Res., 7, 275（1973）
8. C. K. Colton, K. A. Smith, E. W. Merrill and P. C. Farrell, J. Biomed. Mater. Res., 5, 459（1971）
9. H. Yasuda, A. Peterlin, C. K. Colton, K. A. Smith and E. W. Merrill, Makromol. Chem., 126, 177（1969）
10. W. Brown and R. M. Johnsen, Polymer, 22, 185（1981）
11. L. Haggerty, J. H. Sugarman and R. K. Prud’homme, Polymer, 29, 1058（1988）
12. D. Papini, V. J. Stella and E. M. Topp, J. Control. Release., 27, 47（1993）
13. N. A. Peppas and E. W. Merrill, J. Polym. Sci., Polym. Chem. Ed., 14, 459（1976）
14. N. A. Peppas and E. W. Merrill, J. Appl. Polym. Sci., 21, 1763（1977）
15. T. Canal and N. A. Peppas, J. Biomed. Mater. Res., 23, 1183（1989）
16. R. W. Korsmeyer and N. A. Peppas, J. Membr. Sci., 9, 211（1981）
17. W. R. Vieth, “ Diffusion in and Through Polymers ” , Oxford University Press, New York, pp. 28（1991）
18. G. L. Flynn, S. H. Yalkowsky and T. J. Roseman, J. Pharm. Sci., 63, 479（1974）
19. S. W. Kim, J. R. Cardinal, S. Wisniewski and G. W. Zentner, “ Water in Polymer ” , American Chemical Society, ACS Symposium Series 127, 347（1980）
20. N. A. Peppas, “ Hydrogels in Medicine and Pharmacy ” vol 1 , CRC Press, pp. 63（1988）
21. R. J. Pace and A. Datyner, J. Polym. Sci., Polym. Phys. Ed., 17, 437（1979）
22. H. Yasuda, C. E. Lamaze and L. D. Ikenberry, Makromol. Chem., 118, 19（1968）
23. A. S. Hickey and N. A. Peppas, J. Membr. Sci., 107, 229（1995）
24. M. Miyajima, T. Okano, S. W. Kim and W. I. Higuchi, J. Control. Release, 5, 179（1987）
25. S. R. Lustig and N. A. Peppas, J. Appl. Polym. Sci., 36, 735（1988）
26. D. J. Lyman and S. W. Kim, J. Polym. Sci. Symp., 41, 139（1973）
27. G. M. Zentner, J. R. Cardinal, J. Feijen and S. Z. Song, J. Pharm. Sci., 68, 970（1979）
28. K. Ulbrich, M. Ilavsky, K. Dusek and J. Kopecek, Europ. Polym. J., 13, 579（1977）
29. P. J. Flory, “ Principles of Polymer Chemistry ” , Cornell University Press, Ithaca, pp. 576（1953）
30. 陳美瓊, 聚（乙烯醇－苯乙烯磺酸鈉）水膠之黏彈行為與界面熱力學, 台灣科技大學碩士論文,（民國88年）
31. J. C. Bray and E. W. Merrill, J. Appl. Polym. Sci., 17, 3779（1973）
32. J. Crank, “ The Mathematics of Diffusion ” , 2nd Ed., Oxford University Press, New York, pp. 47（1975）
33. R. Ek, T. Gren, U. Henriksson, H. Nyqvist, C. Nyström and L. Ödberg, Int. J. Pharm., 124, 9（1995）
34. E. L. Cussler, “ Diffusion： Mass Transfer in Fluid Systems ” , 2nd Ed., Cambridge University Press, Edinburgh Building, pp. 112（1997）
35. R. C. Reid, J. M. Prausnitz and B. E. Poling, “ The Properties of Gases and Liquids ” , 4th Ed., McGraw-Hill, New York（1987）
36. H. Matsuyama, M. Teramoto and H. Urano, J. Membr. Sci., 126, 151（1997）
37. E. M. Renkin, J. Gen. Physiol., 38, 225（1954）
38. J. L. Anderson and J. A. Quinn, Biophys. J., 14, 130（1974）
39. A. Einstein, “ Investigations on the Theory of the Brownian Movement ” , R. Furth, Ed., Dover, New York（1956）
40. V. D. L. Frits, L. T. Fred and K. T. David, “ The Water Encyclopedia ” , 2nd Ed., Lewis Publishers, Michigan, p.777（1990）