一种柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶的制备方法，将壳聚糖和柠檬酸在乙醇介质中反应制备得到柠檬酸接枝壳聚糖，然后溶于水进行冰冻，再用碱溶液处理溶化和水洗至中性，得到一种高强度柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶。本发明将壳聚糖接枝柠檬酸后可溶于水，避免了酸性溶解带来的不利影响；本发明使用冰冻-碱热处理冻胶的凝胶形成方法，可以快速制备多孔、不同形状的壳聚糖基水凝胶；本发明制备的壳聚糖基水凝胶的机械强度高，在压缩比为30％时，压缩强度最高可达0.23MPa，且有效地兼顾了壳聚糖的生物相容性。
【专利说明】一种柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水凝胶的制备领域，特别涉及一种柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶的制备方法。
【背景技术】
[0002]壳聚糖作为除纤维素外第二大类天然高分子材料，是唯一一种可生物再生的碱性多糖类高分子，由甲壳素经脱乙酰得到。壳聚糖具有来源丰富、生物相容性良好、生物可降解、药物活性、抗肿瘤活性和抗菌性等特点，在食品工业、纺织工业、环境保护、医药保健等领域受到广泛青睐，因此对壳聚糖材料的进一步开发和应用有着重要的意义。
[0003]水凝胶是一种亲水三维网状高分子聚合物，吸水后重量可达到自身重量的几十到几百倍，自身不溶于水，可以在水中保持其形貌和特性。壳聚糖的多糖单元结构，决定其分子内和分子间存在大量氢键，从而可以形成网状结构水凝胶。壳聚糖水凝胶具有良好的亲水性和生物相容性，已广泛用于卫生用品、载药、烧伤敷料、术后防粘连等领域。然而其湿态下的机械强度较差仍是难以克服的问题。目前研究者常用化学或/和物理交联改性来提高凝胶强度:化学交联常选用的交联剂有戊二醛、甲醛、京尼平等；物理交联法则利用氢键等分子间作用力形成凝胶(如聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙烯醇胺等)。但以上方法都存在弊端，许多交联剂的生物相容性不明确，或具有一定生物毒性，且交联处理后的壳聚糖水凝胶的力学性能仍不太理想，压缩强度范围一般为0.059~0.125MPa(Biomaterials, 2005，26，3919 - 3928 ；J.Biomed.Mater.Res.，Part A, 2005，75，742 - 753.)。此外，由于壳聚糖的生物大分子特性，难以采用熔融等方法进行加工，通常是将壳聚糖首先制备成溶液来赋予壳聚糖加工性。壳聚糖可溶解于多种无机酸以及某些有机酸中，如稀盐酸、乙酸等，以聚阳离子形式存在于溶液中。但酸溶剂体系会引起壳聚糖降解，导致分子量下降和分散性增大，进而严重影响制备的壳聚糖材料的强度。因此，开发一种易溶于水的壳聚糖和具有高强度的壳聚糖基水凝胶具有重大意义和挑战。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶的制备方法，该发明将壳聚糖接枝柠檬酸后可溶于水，避免酸性溶解带来的不利影响；制备得到的壳聚糖及水凝胶的机械强度高，在压缩比为30%时，压缩强度最高可达0.23MPa，且有效地兼顾了壳聚糖的生物相容性。
[0005]本发明的一种柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶的制备方法，包括:
[0006](I)将质量比为1:2的壳聚糖和柠檬酸分散在溶剂中，在25_60°C条件下，反应2-4h，离心提纯，沉析洗涤，得到沉析物，干燥至恒重，得到柠檬酸接枝壳聚糖；
[0007](2)将上述柠檬酸接枝壳聚糖溶于水中，得到柠檬酸接枝壳聚糖水溶液，然后注入模具中，冷冻，得到冰冻的柠檬酸接枝壳聚糖冻胶；
[0008](3)将上述柠檬酸接枝壳聚糖冻胶用碱液进行解冻，脱模后浸入水中洗至中性，即得柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶。
[0009]所述步骤⑴中溶剂为乙醇；壳聚糖和溶剂的质量比为1:100。
[0010]所述步骤(1)中沉析洗涤为:用蒸馏水溶解，加无水乙醇沉析洗涤2-5次至pH值为4。
[0011]所述步骤(1)中干燥温度为50-60°C。
[0012]所述步骤(2)中柠檬酸接枝壳聚糖水溶液的浓度为l_4wt%。 [0013]所述步骤(2)中冷冻温度为-80~_20°C，冷冻时间为8_24h。
[0014]所述步骤(3)中解冻温度为室温，解冻时间为2_4h。
[0015]所述步骤(3)中碱液为0.5M的氢氧化钠溶液。
[0016]本发明首先将壳聚糖和柠檬酸在乙醇介质中反应制备得到柠檬酸接枝壳聚糖，然后溶于水进行冰冻，再用碱溶液处理溶化和水洗至中性，得到一种高强度柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶。柠檬酸接枝壳聚糖易溶于水，所制备的水凝胶具有较高的机械强度。
_7] 有益.效果
[0018](I)本发明将壳聚糖接枝柠檬酸后可溶于水，避免了酸性溶解带来的不利影响；
[0019](2)本发明使用冰冻-碱热处理冻胶的凝胶形成方法，可以快速制备多孔、不同形状的壳聚糖基水凝胶；
[0020](3)本发明制备的壳聚糖基水凝胶的机械强度高，在压缩比为30%时，压缩强度最高可达0.23MPa，且有效地兼顾了壳聚糖的生物相容性。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为柠檬酸接枝壳聚糖的红外光谱图；
[0022]图2为实施例1-4制备得到的柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶的外观图；其中a为实施例1，b为实施例2，c为实施例3，d为实施例4 ；
[0023]图3为实施例1-4制备得到的柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶的压缩性能图；其中a为实施例1，b为实施例2，c为实施例3，d为实施例4。
【具体实施方式】
[0024]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0025]实施例1
[0026]在室温下，称取0.1g壳聚糖和0.2g柠檬酸分散在IOg乙醇中，然后在磁力搅拌下室温25°C反应4h，反应结束后将产物离心提纯，再用蒸馏水溶解和加无水乙醇沉析洗涤3次至溶液pH = 4不变，将沉析物在55°C下恒温干燥至恒重，得到柠檬酸接枝壳聚糖(如图1，柠檬酸接枝壳聚糖的红外光谱中出现酰胺键中的羰基峰，说明化学接枝成功)。称取0.1g的柠檬酸接枝壳聚糖溶于IOg蒸馏水中，取少量溶液到模具中，然后在-20°C冰箱中冷冻12h形成冻胶。将冻胶用0.5M NaOH溶液室温融化4h，然后用蒸馏水洗涤凝胶至中性，得到高强度的柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶(图2a)。当压缩比为30%时，其压缩强度为0.07MPa (图 3a)。
[0027]实施例2
[0028]在室温下，称取0.1g壳聚糖和0.2g柠檬酸分散在IOg乙醇中，然后在磁力搅拌下37 V反应4h，反应结束后将产物离心提纯，再用蒸馏水溶解和加无水乙醇沉析洗涤3次至PH = 4不变，将沉析物在55°C下恒温干燥至恒重，得到柠檬酸接枝壳聚糖。称取0.2g的柠檬酸接枝壳聚糖溶于IOg蒸馏水中，取少量溶液到模具中，然后在-20°C冰箱中冷冻12h形成冻胶。将冻胶用0.5M NaOH溶液室温融化4h，然后用蒸馏水洗涤凝胶至中性，得到高强度的柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶(图2b)。当压缩比为30%时，其压缩强度为0.13MPa(图3b)。
[0029]实施例3
[0030]在室温下，称取0.1g壳聚糖和0.2g柠檬酸分散在IOg乙醇中，然后在磁力搅拌下50°C反应4h，反应结束后将产物离心提纯，再用蒸馏水溶解和加无水乙醇沉析洗涤3次至溶液PH = 4不变，将沉析物在55°C下恒温干燥至恒重，得到柠檬酸接枝壳聚糖。称取
0.3g的柠檬酸接枝壳聚糖溶于IOg蒸馏水中，取少量溶液到模具中，然后在-20°C冰箱中冷冻12h形成冻胶。将冻胶用0.5M NaOH溶液室温融化4h，然后用蒸馏水洗涤凝胶至中性，得到高强度的柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶(图2c)。当压缩比为30%时，其压缩强度为
0.20MPa(图 3c)。
[0031]实施例4
[0032]在室温下 ，称取0.2g壳聚糖和0.4g柠檬酸分散在20g乙醇中，然后在磁力搅拌下60V反应4h，反应结束后将产物离心提纯，再用蒸馏水溶解和加无水乙醇沉析洗涤3次至溶液PH = 4不变，将沉析物在55°C下恒温干燥至恒重，得到柠檬酸接枝壳聚糖。称取
0.4g的柠檬酸接枝壳聚糖溶于IOg蒸馏水中，取少量溶液到模具中，然后在-20°C冰箱中冷冻12h形成冻胶。将冻胶用0.5M NaOH溶液室温融化4h，然后用蒸馏水洗涤凝胶至中性，得到高强度的柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶(图2d)。当压缩比为30%时，其压缩强度为
0.23MPa (图 3d)。
【权利要求】
1.一种柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶的制备方法,包括: (1)将质量比为1:2的壳聚糖和柠檬酸分散在溶剂中，在25-60°C条件下，反应2-4h，离心提纯，沉析洗涤，得到沉析物，干燥至恒重，得到柠檬酸接枝壳聚糖； (2)将上述柠檬酸接枝壳聚糖溶于水中，得到柠檬酸接枝壳聚糖水溶液，然后注入模具中，冷冻，得到柠檬酸接枝壳聚糖冻胶； (3)将上述柠檬酸接枝壳聚糖冻胶用碱溶液进行解冻，脱模后浸入水中洗至中性，即得柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶的制备方法，其特征在于:所述步骤(1)中溶剂为乙醇；壳聚糖和溶剂的质量比为1:100。
3.根据权利要求1所述的一种柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶的制备方法，其特征在于:所述步骤(1)中沉析洗涤为:用蒸馏水溶解，加无水乙醇沉析洗涤至pH值为4。
4.根据权利要求1所述的一种柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶的制备方法，其特征在于:所述步骤(1)中干燥温度为50-60°C。
5.根据权利要求1所述的一种柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中柠檬酸接枝壳聚糖水溶液的浓度为l-4wt%。
6.根据权利要求1所述的一种柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中冷冻温度为-80~-20°C，冷冻时间为8-24h。
7.根据权利要求1所述的一种柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中解冻温度为室温，解冻时间为2-4h。
8.根据权利要求1所述的一种柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中碱溶液为0.5M的氢氧化钠溶液。
【文档编号】C08B37/08GK103992501SQ201410220065
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】张彦中, 袁卉华, 李碧云, 娄向新, 赵庆华 申请人:东华大学