专利名称：一种壳聚糖单分子层薄膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及薄膜材料制备领域，特别是指一种生物薄膜的制备方法。
背景技术：
现有技术在制备壳聚糖薄膜材料时，是将壳聚糖溶解于2%乙酸中，在平板玻璃或聚乙烯膜上流延成膜，然后室温下蒸发掉溶剂干燥后剥离，得到壳聚糖薄膜。发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下缺点在利用传统方法制备壳聚糖薄膜时，通常采用浓度在lg/L以上，剂量在ImL以上的壳聚糖溶液进行薄膜的制备。这种壳聚糖薄膜的厚度都在微米量级以上。在使用纳米量级的原子力显微镜观察时，发现壳聚糖分子的形貌依然是颗粒状，所制备的薄膜不够均匀。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种壳聚糖单分子层薄膜的制备方法，能够制备超薄的单分子层壳聚糖薄膜，并且保证薄膜的均匀性，有利于研究壳聚糖薄膜的本质特性。本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的将壳聚糖粉末溶于乙酸溶液中，经过酸催化后滴加在云母片上，待溶剂挥发后在云母表面形成壳聚糖单分子层薄膜，其膜厚为I. 5nm-2. 5nm，薄膜的覆盖率为70% -85%。本发明还提供了上述壳聚糖单分子层薄膜的制备方法将壳聚糖粉末溶于乙酸溶液中并进行搅拌，当充分溶解后放置在室温下让其酸催化24天，然后汲取定量的溶液滴加在云母片上，在室温下自然挥发成膜。利用原子力显微镜成像观察成膜后的壳聚糖样品，通过观察其均匀性和薄膜覆盖率的大小来控制实验过程，并对实验进行调整。通过调整壳聚糖溶液浓度、搅拌时间、浸泡时间，以及汲取溶液剂量与成膜面积的配比度来控制成膜质量和膜的覆盖面积。其中，所述壳聚糖选用的分子量为114200道尔顿，溶剂为2%浓度的乙酸，所配成的壳聚糖原溶液的浓度为O. 03g/L。其中，搅拌使用的是磁力搅拌器，通过搅拌2小时使壳聚糖溶液充分溶解。其中，所述壳聚糖原溶液在初始状态下，其溶液中的壳聚糖分子为纳米颗粒状，若要得到成膜后的壳聚糖分子，必须在室温条件下，让壳聚糖分子在溶液中进行酸催化反应 (分子自组装过程)24天。其中，所述汲取壳聚糖溶液的剂量为20mL。其中，所述基底为亲水性基底，而且基底带负电性。其中，所述基底为云母。其中，基底的面积为lcm2。本发明具有以下有益效果上述方案中，首先配制出壳聚糖原溶液，然后将经过不同酸催化时间的壳聚糖溶液滴加在解离后的云母表面，并利用原子力显微镜观察壳聚糖薄膜的形貌、厚度、均匀性以及薄膜的覆盖率，从而调整实验参数，比如壳聚糖溶液的浓度，搅拌时间，酸催化时间以及滴加样品的量。通过此方法经多次试验得到形成均匀壳聚糖单分子层薄膜的各个参数。该方法制备出的壳聚糖单分子层薄膜突破了传统方法制备壳聚糖薄膜厚度的极限，而且薄膜的均匀性也得到了大幅度的提高。
图I为本发明在制备过程中壳聚糖在未经过酸化时的分子形貌图。图2为本发明在制备完成后得到的壳聚糖单分子层薄膜的形貌图。
具体实施例方式为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施方案进行详细描述。本发明针对现有技术中制备壳聚糖薄膜时所面临的薄膜厚度大、粗糙度高等一系列问题。提出了一种制备壳聚糖单分子层薄膜的新方法，此方法不但能保证薄膜的单分子层特性，还使壳聚糖分子在纳米层面依然能保持在薄膜形态，对壳聚糖在纳米领域的进一步研究打下了基础。原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM)是一种高分辨的扫描探针显微镜，它是根据扫描隧道显微镜的原理设计的高速拍摄三维图像的显微镜，通常包括探针、电子控制系统、计算器处理系统及光电检测系统四个子系统。利用AFM对样品进行多次扫描， 对所得到壳聚糖薄膜形貌图进行分析，从而进一步对实验条件进行调整，最终得到均匀的壳聚糖单分子层薄膜。本发明的制备流程如下步骤101 :壳聚糖溶液的制备是将壳聚糖粉末加入乙酸溶液中，搅拌两个小时充分溶解后，制成壳聚糖原溶液。此时得到的壳聚糖分子为颗粒状，如图I所示。步骤102 :若要得到薄膜状的壳聚糖分子，需要将壳聚糖原溶液在室温下放置24 天，其目的是让溶液中的乙酸对壳聚糖分子进行酸催化反应，改变壳聚糖主链的结构，进而使壳聚糖分子由颗粒转化成薄膜形态。步骤103 :壳聚糖单分子层薄膜的制备，是将经过酸催化后的壳聚糖溶液滴加在云母基底上，在室温下自然挥发成膜，如图2所示。下面具体说明本发明的制备步骤一、环境要求在制备壳聚糖单分子层薄膜时，整个过程必须在室温下，湿度约15%的稳定环境下进行。因为壳聚糖膜是由溶液自然挥发成膜，所以受温度、湿度和环境洁净度的影响非常大，本实验是在千级超净间中进行。二、基底的选择基底分为亲水性和疏水性两种，亲水性基底比疏水基底有更高的浸润性，而薄膜的制备需要浸润性较好的基底。由于云母具有较高的亲水性，并且云母的负电性有助于将带正电的壳聚糖分子扩展的更为充分，从而提高薄膜的均匀性。因此，在壳聚糖薄膜的制备过程中选择云母作为基底。三、壳聚糖原溶液的制备壳聚糖的溶解性受分子量及脱乙酰度大小的影响，本专利选用的是分子量为 114200道尔顿，脱乙酰度为92%的壳聚糖。先将3mg的壳聚糖粉末加入IOOmL浓度为2%的乙酸溶液中，使用磁力搅拌器搅拌2小时，使壳聚糖充分溶解，得到了 IOOmL浓度为O. 03g/ L的壳聚糖原溶液。此时溶液中壳聚糖分子的形貌为颗粒状，如图I所示。四、壳聚糖单分子层薄膜的制备在壳聚糖原溶液中，壳聚糖分子依然是纳米颗粒形态，还需将溶液继续进行酸催化反应24天，从而得到转化完成后的壳聚糖溶液，然后汲取20 μ L溶液滴加在面积为Icm2 的云母片上，等其在室温下自然挥发，得到壳聚糖单分子层薄膜。利用原子力显微镜扫描得到薄膜的形貌图，如图2所示。本发明的技术方案需要将壳聚糖溶液滴加在基底上的量与基底面积的比例控制在规定范围内，本发明中薄膜的最佳覆盖率为85%。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种壳聚糖单分子层薄膜的制备方法，其特征是取壳聚糖粉末加入乙酸作为水解催化剂，在常温下搅拌使壳聚糖充分溶解，得到壳聚糖原溶液。将壳聚糖原溶液放置在室温下进行酸催化反应24天之后，汲取一定量溶液滴加在云母片上，待溶剂在室温下自然挥发，得到壳聚糖单分子层薄膜。
2.根据权利要求I所述的壳聚糖单分子层薄膜的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖单分子层薄膜的成膜材料为壳聚糖，壳聚糖选用的分子量范围在50000-120000道尔顿，脱乙酰度范围在80% -99%。
3.根据权利要求2所述的壳聚糖单分子层薄膜的制备方法，其特征在于，所述溶剂为浓度2%的乙酸，所配成的壳聚糖溶液的浓度为O. 03g/L。
4.根据权利要求I所述的壳聚糖单分子层薄膜的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖原溶液需要经过24天的酸催化反应。
5.根据权利要求4所述的壳聚糖单分子层薄膜的制备方法，其特征在于，所述从经过酸催化反应后的壳聚糖溶液中，汲取20 μ L溶液滴加在面积为Icm2的云母片上，在室温下自然挥发成膜。
6.根据权利要求I所述的壳聚糖单分子层薄膜的制备方法，其特征在于，所述基底为亲水性基底，而且基底本身带负电性。
7.根据权利要求I所述的壳聚糖单分子层薄膜的制备方法，其特征在于，所述基底为云母。
全文摘要
本发明涉及一种纳米尺寸的阳离子聚多糖单分子层薄膜的制备方法，属于生物薄膜制备领域。该生物薄膜的制备方法包括选用脱乙酰度92％、分子量114200道尔顿的壳聚糖溶解于浓度为2％的乙酸稀溶液，制备得0.03g/L的壳聚糖溶液，在室温下经过24天的酸催化反应后，汲取20μL壳聚糖溶液滴加在面积为1cm2的云母片上，等其自由挥发后成膜，利用原子力显微镜扫描得到反馈信息，来调整浸泡时间，乙酸溶液浓度以及汲取溶液的剂量来控制薄膜质量及覆盖面积，最终得到致密均匀的单分子层壳聚糖薄膜。本发明的生物薄膜的制备方法，能够制备超薄的单分子层壳聚糖薄膜，并且保证此生物薄膜的均匀性。本发明的技术方案适用于生物薄膜的制备中。
文档编号C08J5/18GK102604136SQ20121005746
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月7日 优先权日2012年3月7日
发明者刘凯, 刘波, 李银丽, 梁浩 申请人:河南大学