专利名称：一种壳聚糖羟丁基衍生物的制备方法
技术领域：
本发明涉及了一种壳聚糖羟丁基衍生物的制备方法。特别是涉及具有较好的水溶性、温度和PH敏感性的壳聚糖衍生物-羟丁基壳聚糖的制备方法。属于生物技术领域。
背景技术：
壳聚糖(chitosan)是广泛存在于自然界的一种氨基多糖，是甲壳素(chitin)经脱乙酰后的产物。具有生物相容性、无毒、生物可降解及抗菌性等优良性质，在生物医学领域被广泛用作药物释放载体、组织工程支架、伤口敷料等。但是由于大分子链上分布着许多氨基和羟基，能够形成分子内和分子间氢键，导致壳聚糖的结晶性较高、溶解性差，极大地限制了其开发和应用。通过化学改性制备水溶性壳聚糖衍生物是改善壳聚糖性能、拓宽其应用范围的重要途径之一。现有的改性方法包括酯化、醚化、酰基化、烷基化、羧甲基化、接枝交联化和季铵化等。研究已发现，羟丁基壳聚糖改性后产物易溶解于水，且其水溶液具有温度敏感性和溶液PH敏感性，机械强度和生物组织相容性良好，可以被生物体降解吸收， 无残留，在智能生物材料研究，特别是组织工程支架、微创注射、局部药物缓释、美容技术等应用方面有巨大的潜力，将成为研究和开发的热门材料。目前虽然国际上有关于羟丁基壳聚糖作为生物材料的研究报道，也有制备方法的专利技术公开，但其制备工艺周期较长，制备效率低，难以形成规模化生产，导致至今还没有羟丁基壳聚糖商品销售，大大限制了其进一步研究和应用开发。
发明内容
本发明的目的是提供一种羟丁基壳聚糖的制备方法，以克服现有技术的不足。本发明通过以壳聚糖为原料，1，2-环氧丁烷为醚化剂，在异丙醇水溶液分散体系中，在微波作用下，控制反应温度和时间进行壳聚糖的羟丁基化改性，成功制备出壳聚糖衍生物-羟丁基壳聚糖，大大缩短了制备周期，提高了制备效率。本发明的步骤如下步骤一称取一定量壳聚糖粗产品，溶于的HCl水溶液中，用量为每克壳聚糖 50ml，至全部溶解，滤去不溶物，搅拌下向滤液中滴加lmol/1的NaOH溶液至溶液pH值大于 7,得到絮状沉淀，蒸馏水洗涤至中性，用70 %乙醇溶液脱盐，95 %乙醇溶液脱水，50°C下干燥，即得到纯化的壳聚糖。步骤二 首先称取一定量纯化后的壳聚糖粉末分散于50%的NaOH水溶液中进行碱化处理，NaOH水溶液用量为每克壳聚糖10ml，N2保护，搅拌下用功率600W-1200W微波作用Mh，滤除多余碱液，挤干除去液体，得到固形物；然后将固形物加入到异丙醇水溶液中， 异丙醇水溶液的用量为每克壳聚糖20ml，随后加入一定体积的1，2-环氧丁烷，反应1小时， 用功率600W-1200W微波作用，提升至一定的反应温度，继续保温搅拌一定时间进行反应， 停止微波结束反应，冷却至升温前的温度；最后调节体系的PH至中性，滤去不溶物，加入乙醇，离心，真空干燥，得到羟丁基壳聚糖产品。
本发明以1，2-环氧丁烷为醚化剂，采用异丙醇水溶液为分散体系，分散效果更均勻，提高了反应效率。反应过程中先后采用微波作用，通过控制反应温度和时间进行壳聚糖的羟丁基化改性，缩短了制备周期。本发明所得产品更广泛的PH溶解范围，具有在弱酸性、 中性和弱碱性水溶液中溶解的性能，即改善了壳聚糖只能溶于酸或者酸性溶液的局限性， 其水溶液具有温度敏感性，可以通过调节温度使其在水溶液和水凝胶之间相互转化。本发明对拓展壳聚糖类产品应用价值的开发具有重要意义，而可广泛应用于生物医学、组织工程、药物载体、化工、食品、化妆品等领域。以下结合附表、附图和实施例对本发明做出进一步说明。
图1、壳聚糖(CS)和羟丁基壳聚糖(HBC)的红外光谱图。图2、壳聚糖(CS)和羟丁基壳聚糖(HBC)固体"C共振波谱图。图3、壳聚糖(CS)和羟丁基壳聚糖(HBC)在不同pH条件下的光吸收图。
具体实施例方式步骤一称取一定量壳聚糖粗产品，溶于的HCl水溶液中，HCl水溶液用量为每克壳聚糖50ml，至全部溶解，滤去不溶物，搅拌下向滤液中滴加lmol/1的NaOH溶液至溶液 PH值大于7，得到絮状沉淀，蒸馏水洗涤至中性，用70%乙醇溶液脱盐，95%乙醇溶液脱水， 50°C下干燥，即得到纯化的壳聚糖。步骤二 首先称取一定量纯化的壳聚糖粉末分散于50%的NaOH水溶液中进行碱化处理，NaOH水溶液用量为每克壳聚糖10ml，队保护，搅拌下功率600W-1200W微波作用 Mh，滤除多余碱液，挤干除去液体，得到固形物；然后将固形物加入到异丙醇水溶液中，异丙醇水溶液的用量为每克壳聚糖20ml，异丙醇与水的比例按照附表1中配置(19 1至 1 19)。随后加入一定体积的1，2-环氧丁烷，具体的体积范围按附表2中制备(每克纯化的壳聚糖用量为5-25ml)，反应1小时，同时用功率600W-1200W微波作用，提升至一定的反应温度，继续保温搅拌一定时间进行反应，具体的温度和时间按附表3中的范围控制，其中提升温度的范围是25°C -80°C，反应时间的范围是Mh-72h，停止微波结束反应，冷却至升温前的温度；最后调节体系的PH至中性，滤去不溶物，加入乙醇，离心，真空干燥，得到羟丁基壳聚糖产品。实施例1称取20g壳聚糖，溶于1000ml 1 %的HCl水溶液中，过滤，向滤液中滴加lmol/1的 NaOH溶液，得沉淀，蒸馏水多次洗涤至中性，70%乙醇脱盐，95%乙醇脱水，50°C干燥得纯化壳聚糖样品。称取Ig纯化后的壳聚糖分散于IOml 50%的NaOH水溶液中，队保护，搅拌下功率600W微波作用Mh，过滤，挤出多余碱液得固形物。将所得固形物加入到20ml异丙醇水溶液(异丙醇水(V V) = 19 1)搅拌Mh，滴加25ml的1，2-环氧丁烷，反应lh， 然后在功率1200W微波下，升温60°C反应48h。冷却至室温，向反应液中滴加10% HCl水溶液调节体系PH至中性。滤去不溶物，3倍体积乙醇沉淀，离心(12000rpm，IOmin)，沉淀干燥，即得羟丁基壳聚糖产物。实施例2
称取20g壳聚糖，溶于1000ml 1 %的HCl水溶液中，过滤，向滤液中滴加lmol/1的 NaOH溶液，得沉淀，蒸馏水洗涤至中性，70%乙醇脱盐，95%乙醇脱水，50°C干燥得纯化壳聚糖样品。取Ig纯化后的壳聚糖分散于IOml 50%的NaOH水溶液中，N2保护，搅拌下功率 1200W微波作用Mh，过滤，挤出多余碱液得固形物。将所得固形物加入到20ml异丙醇水溶液(异丙醇水(V V) = 10 10)搅拌Mh，滴加20ml的1，2-环氧丁烷，反应lh，功率 1000W微波，升温至25°C反应72h。冷却至室温，向反应液中滴加10% HCl水溶液调节体系 PH至中性。滤去不溶物，3倍体积乙醇沉淀，离心(12000rpm，lOmin)，沉淀干燥，得羟丁基壳聚糖产物。实施例3称取20g壳聚糖，溶于IOOOml 1 %的HCl水溶液中，过滤，向滤液中滴加lmol/1 的NaOH溶液，得沉淀，蒸馏水洗涤至中性，70 %乙醇脱盐，95%乙醇脱水，50°C干燥得纯化壳聚糖样品。取Ig纯化后的壳聚糖分散于IOml 50%的NaOH水溶液中，N2保护，搅拌下功率IOOOW微波作用Mh，过滤，挤出多余碱液得固形物。将所得固形物加入到20ml异丙醇水溶液(异丙醇水(V V) = 1 19)搅拌Mh，滴加5ml的1，2-环氧丁烷，反应lh，功率 600W微波作用，升温至80°C反应Mh。冷却至室温，向反应液中滴加10% HCl水溶液调节体系PH至中性。滤去不溶物，3倍体积乙醇沉淀，离心(12000rpm，IOmin)，沉淀干燥，即锝羟丁基壳聚糖产物。本发明制备出的壳聚糖衍生物-羟丁基壳聚糖。其红外光谱(附图1)和固体"C 共振波谱(附图2)分析产物结构的结果表明，羟丁基化发生在C6-OH和C2-NH2上。溶解性及PH敏感性测试表明，显然本发明的产物比原料壳聚糖具有更好的溶解性及更广泛的pH 溶解范围(附图3)。附表说明表1、反应介质对羟丁基壳聚糖性质的影响。表2、1，2-环氧丁烷用量对羟丁基壳聚糖性质的影响。表3、反应温度和时间对羟丁基壳聚糖性质的影响。表4、羟丁基取代度与溶解性的关系。表1反应介质对羟丁基壳聚糖性质的影响
权利要求
1.一种壳聚糖羟丁基衍生物的制备方法，其特征在于其步骤为步骤一称取一定量壳聚糖粗产品，溶于1 %的HCl水溶液中，用量为每克壳聚糖50ml， 至全部溶解，滤去不溶物，搅拌下向滤液中滴加lmol/1的NaOH溶液至溶液pH值大于7，得到絮状沉淀，蒸馏水洗涤至中性，用70%乙醇溶液脱盐，95%乙醇溶液脱水，50°C下干燥，即得到纯化的壳聚糖。步骤二 首先称取一定量纯化后的壳聚糖粉末分散于50%的NaOH水溶液中进行碱化处理，NaOH水溶液用量为每克壳聚糖10ml，队保护，搅拌下用功率600W-1200W微波作用 Mh，滤除多余碱液，挤干除去液体，得到固形物；然后将固形物加入到异丙醇水溶液中，异丙醇水溶液的用量为每克壳聚糖20ml，随后加入一定体积的1，2-环氧丁烷，反应1小时， 用功率600W-1200W微波作用，提升至一定的反应温度，继续保温搅拌一定时间进行反应， 停止微波结束反应，冷却至升温前的温度；最后调节体系的PH至中性，滤去不溶物，加入乙醇，离心，真空干燥，得到羟丁基壳聚糖产品。
2.如权利要求1所述的壳聚糖羟丁基衍生物的制备方法，其特征在于步骤二中异丙醇水溶液中异丙醇水的体积比为19 1至1 19。
3.如权利要求1所述的壳聚糖羟丁基衍生物的制备方法，其特征在于步骤二中1，2_环氧丁烷的用量为每克纯化的壳聚糖用5-25ml。
4.如权利要求1所述的壳聚糖羟丁基衍生物的制备方法，其特征在于步骤二中“提升至一定的反应温度，继续保温搅拌一定时间进行反应”，其中提升温度的范围是25°C-80°C， 反应时间的范围是Mh-72h。
全文摘要
本发明涉及了一种壳聚糖羟丁基衍生物的制备方法。以壳聚糖为原料，1，2-环氧丁烷为醚化剂，在异丙醇水溶液分散体系中，在微波作用下，控制反应温度和时间进行壳聚糖的羟丁基化改性，成功制备出壳聚糖衍生物-羟丁基壳聚糖，大大缩短了制备周期，提高了制备效率。反应过程中先后采用微波作用，通过控制反应温度和时间进行壳聚糖的羟丁基化改性，缩短了制备周期。其产品有更广泛的pH溶解范围，具有在弱酸性、中性和弱碱性水溶液中溶解的性能，即改善了壳聚糖只能溶于酸或者酸性溶液的局限性，其水溶液具有温度敏感性，可以通过调节温度使其在水溶液和水凝胶之间相互转化，而广泛用于生物医学、组织工程、药物载体、化工、食品、化妆品等领域。
文档编号C08B37/08GK102276756SQ20111021477
公开日2011年12月14日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者李晶晶, 王倩倩, 程晓杰, 陈西广 申请人:中国海洋大学