一种水溶性改性壳聚糖的制备方法与流程

本发明属于壳聚糖改性领域，具体涉及一种水溶性改性壳聚糖的制备方法。

背景技术：

壳聚糖是自然界中仅次于纤维素的第二大生物大分子，在产业化中应用广泛，具有生物相容性、止血性、抗菌性和促伤口愈合的能力。然而纯壳聚糖水溶性、抗菌性能不佳，将壳聚糖改性而制得的多种壳聚糖衍生物均具有一定的抗菌性能，其中，季铵化壳聚糖的抗菌性能明显要优于纯壳聚糖以及其他壳聚糖的衍生物。此外，壳聚糖的季铵化还可以显著提高壳聚糖的水溶性，赋予壳聚糖更高效、更环保的后修饰能力。

聚噁唑啉(pox)作为一种类多肽结构的聚合物，具有生物相容性好，细胞毒性低，亲水性极强，抗蛋白粘附等优点，已被广泛用于靶向载药等医用生物材料领域。端羧基化的聚噁唑啉可通过酰胺化反应接枝到壳聚糖，提高季铵化壳聚糖的水溶性、抗粘附性能和生物相容性。

水溶性改性的壳聚糖，兼具抗菌、抗粘附作用和生物相容性优异的特点，有望用于表界面功能化涂层的制备、纳米胶束及载药等医用生物材料领域。

技术实现要素：

本发明的目的是优化现有材料，提供一种水溶性改性壳聚糖的制备方法，通过对壳聚糖的季铵化可提高其水溶性和抗菌性能，对壳聚糖的聚噁唑啉化可提高其水溶性、抗粘附性能和生物相容性，从而获得兼具良好水溶性、抗菌抗粘附、及生物相容性的材料。

本发明的技术方案如下：

一种水溶性改性壳聚糖的制备方法，包括如下步骤：首先制备季铵化壳聚糖和端羧基化的聚噁唑啉，然后端羧基化的聚噁唑啉酰胺化反应接枝到季铵化壳聚糖上，即制得一种水溶性改性壳聚糖。

进一步的，所述的季铵化壳聚糖的制备步骤如下：在壳聚糖醋酸水溶液中加入氯化缩水甘油三甲基铵，加热反应3-10小时，即得季铵化壳聚糖。

进一步的，所述的端羧基化的聚噁唑啉的制备步骤如下：首先在无水无氧70℃加热条件下，加入1,4-二溴-2-丁烯催化，在超干乙腈溶剂中，进行单体2-甲基-2-噁唑啉的阳离子开环聚合，然后加入丙烯酸终止反应，得到端羧基化的聚噁唑啉。

进一步的，所述的酰胺化反应的步骤如下：首先将季铵化的壳聚糖和端羧基化的聚噁唑啉溶解于水溶液中，然后加入1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺，反应6-12小时。

本发明具体通过以下步骤实现：

(1)配制质量分数1％-5％的壳聚糖醋酸水溶液；

(2)在壳聚糖醋酸水溶液中加入氯化缩水甘油三甲基铵，加热反应3-10小时；

(3)同时在超干乙腈溶剂中加入1,4-二溴-2-丁烯催化，进行单体2-甲基-2-噁唑啉的阳离子开环聚合，然后加入丙烯酸终止反应；

(4)将步骤(3)中制得的端羧基化的聚噁唑啉加入步骤(2)制得的季铵化壳聚糖中，进一步酰胺化反应。

上述方法中所得到的一种水溶性改性壳聚糖，兼具抗菌、抗粘附作用，生物相容性优异。

本发明相对于现有技术具有以下优点：

1)本发明将壳聚糖季铵化改性，利用壳聚糖上的活泼氨基与环氧基团的开环反应，接枝季铵盐基团到壳聚糖上，可提高壳聚糖的水溶性和抗菌性。

2)本发明将壳聚糖聚噁唑啉化，利用壳聚糖上的活泼氨基与改性聚噁唑啉上的端羧基的酰胺化反应，接枝端羧基化的聚噁唑啉到壳聚糖上，可提高壳聚糖的水溶性、抗粘附性和生物相容性。

附图说明

图1是本发明季铵化壳聚糖和接枝端羧基化聚噁唑啉的壳聚糖的反应过程示意。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

采用的壳聚糖为分子量为3万-150万，脱乙酰度为50％-95％。

实施例1：

1)配制如下溶液待用：质量分数为5％的壳聚糖醋酸水溶液；

2)在7ml壳聚糖醋酸水溶液中加入1.5ml氯化缩水甘油三甲基铵，加热反应10小时；

3)同时在无水无氧70℃加热条件下，在超干乙腈溶剂中加入1,4-二溴-2-丁烯催化，进行单体2-甲基-2-噁唑啉的阳离子开环聚合，然后加入丙烯酸终止反应；

4)将上述3)中制得的端羧基化的聚噁唑啉加入上述2)制得的季铵化壳聚糖中，进一步酰胺化反应，即可得到水溶性改性壳聚糖。

实施例2：

1)配制一定浓度的如下溶液待用：壳聚糖醋酸水溶液1％；

2)在6ml壳聚糖醋酸水溶液中加入5ml氯化缩水甘油三甲基铵，加热反应6小时；

3)同时在无水无氧70℃加热条件下，在超干乙腈溶剂中加入1,4-二溴-2-丁烯催化，进行单体2-甲基-2-噁唑啉的阳离子开环聚合，然后加入丙烯酸终止反应；

4)将上述3)中制得的端羧基化的聚噁唑啉加入上述2)制得的季铵化壳聚糖中，进一步酰胺化反应，即可得到水溶性改性壳聚糖。

实施例3：

1)配制一定浓度的如下溶液待用：壳聚糖醋酸水溶液2％；

2)在3ml壳聚糖醋酸水溶液中加入0.5ml氯化缩水甘油三甲基铵，加热反应3小时；

3)同时在无水无氧70℃加热条件下，在超干乙腈溶剂中加入1,4-二溴-2-丁烯催化，进行单体2-甲基-2-噁唑啉的阳离子开环聚合，然后加入丙烯酸终止反应；

4)将上述3)中制得的端羧基化的聚噁唑啉加入上述2)制得的季铵化壳聚糖中，进一步酰胺化反应，即可得到水溶性改性壳聚糖。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种水溶性改性壳聚糖的制备方法，主要包括如下步骤：首先制备季铵化壳聚糖；同时通过阳离子开环聚合制备端羧基化的聚噁唑啉；然后通过酰胺化反应在季铵化壳聚糖上接枝端羧基化的聚噁唑啉，从而制得一种水溶性改性壳聚糖。该水溶性改性壳聚糖兼具抗菌、抗粘附性能，生物相容性优异的特点。

技术研发人员：王征科;鲍晓炯;董晓飞;刘樟;乔丰慧;姜质琦;金晓强;傅倍佳;胡巧玲
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2019.02.01
技术公布日：2019.05.21