一种酶法制备导电凝胶的方法【
技术领域：
】[0001]本发明涉及一种酶法制备导电凝胶的方法，属于生物医学材料领域。【
背景技术：
】[0002]在生物医学材料领域，导电聚合物(如聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩)单独使用具有天然的缺陷，这些人工聚合物的生物相容性普遍不好，而且单纯的导电聚合物机械强度低。为改善其性能，人们将导电聚合物与一些能形成凝胶的高分子(如PVA)共聚，制成导电凝胶。目前制作导电凝胶的方法通常有3种:模板法、导电聚合物穿插在已有凝胶物质中、混合前体法(两种物质同时合成或者先合成凝胶物质再合成导电聚合物)。最常用的形成导电凝胶的方法是导电聚合物在凝胶中的穿插聚合。先制得吸水性凝胶后投入含有导电单体的溶液中溶胀，然后再通过引发导电单体的聚合形成导电高聚物。导电凝胶中有导电聚合物和凝胶两种组份，其中的凝胶组份可以是单成份也可以是混合成份，可以根据用途来选择。[0003]目前，关于导电水凝胶的研宄主要集中在利用人工合成的高分子聚合物作为凝胶组分，并利用强酸或者大量的化学氧化剂来合成导电聚合物。人工合成的高聚物凝胶的难降解性及导电凝胶合成过程中一些对人体有害化学试剂的残留问题会限制产品的使用范围。[0004]自然界中有一类多聚糖类高分子，如壳聚糖、透明质酸等，具有很好的生物相容性，用天然高分子特别是聚多糖来制备导电凝胶的凝胶组分具有无可比拟的优势。酶，作为高效的生物催化剂，需要的反应条件温和。酶催化反应具有选择性高、效率高和环境友好的特点。如果能在导电凝胶两个组成部分(天然高分子凝胶制作和导电聚合物生成过程)中用酶部分或者全部代替高能量射线或化学试剂进行催化，可望解决常规导电凝胶生物相容性不好及有害物质的残留问题。[0005]本技术将选用天然多聚糖高分子(壳聚糖和透明质酸)作为导电凝胶的凝胶组份，用漆酶作为催化剂，催化吡咯等单体在天然高分子凝胶中合成导电性高聚物。凝胶组分采用天然高分子聚合物将使导电凝胶具有良好的生物相容性，而且由于酶促聚合反应条件温和，能有效避免导电单体聚合过程中各种化学添加剂所产生的有害物质。【
发明内容】[0006]本发明旨在提供一种酶法制备导电凝胶的方法，包括制备壳聚糖-透明质酸复合凝胶和制备导电凝胶，是先将透明质酸和壳聚糖充分混合，并加入戊二醛进行交联，然后将制得的凝胶与吡咯混合，在漆酶的催化下获得导电凝胶。[0007]本发明技术方案主要包括以下步骤:将450mg-600mg壳聚糖溶于30mL的1-2%的醋酸溶液中，在室温条件下搅拌至壳聚糖溶解；加入10-30mg透明质酸，搅拌至透明质酸全部溶解，然后缓慢加入占壳聚糖与透明质酸总质量的10-30%的戊二醛，搅拌均匀，恒温恒湿条件下放置得到壳聚糖-透明质酸复合凝胶；将制备好的壳聚糖-透明质酸复合凝胶切成Icm3左右的正方体，放置于150-180mLpH=4.0的醋酸-醋酸钠缓冲体系中，加入50-200mM吡咯及适量漆酶，室温下搅拌得到导电凝胶。[0008]在本发明的一种实施方式中，壳聚糖用量为450mg。[0009]在本发明的一种实施方式中，醋酸溶液的浓度为2%。[0010]在本发明的一种实施方式中，透明质酸的用量为30mg。[0011]在本发明的一种实施方式中，戊二醛的用量占壳聚糖与透明质酸总质量的30%。[0012]在本发明的一种实施方式中，吡咯的用量为50mM。[0013]在本发明的一种实施方式中，将450mg壳聚糖溶于30mL2%(v/v)的醋酸溶液中，在室温条件下搅拌至壳聚糖溶解，加入30mg透明质酸，搅拌至透明质酸全部溶解，然后缓慢加入占壳聚糖与透明质酸总质量的30%的戊二醛，搅拌均匀，将混合体系放置于恒温恒湿箱中24h得到壳聚糖-透明质酸复合凝胶；将制备好的壳聚糖-透明质酸复合凝胶切成Icm3的正方体，放置于180mLpH=4.0的醋酸-醋酸钠缓冲体系中，加入200mM吡咯及5μM漆酶，反应体系在室温下搅拌24h，得到导电凝胶。[0014]本发明采用酶促合成的方法，通过漆酶催化自由基在凝胶内部聚合得到导电凝胶，在温和的条件下进行，反应过程生态环保，避免了使用化学氧化剂带来的环境污染。【附图说明】[0015]图1是戊二醛交联制备壳聚糖-透明质酸凝胶示意图[0016]图2是壳聚糖-透明质酸-聚吡略导电凝胶制备示意图[0017]图3是导电凝胶红外图谱；CS:壳聚糖；HA:透明质酸；PPY:聚吡咯。[0018]图4是导电凝胶X射线衍射图谱；CS-HAGEL:壳聚糖_透明质酸凝胶；CS:壳聚糖；HA:透明质酸；PPY:聚吡咯；CS-HA-PPYGEL:壳聚糖-透明质酸_聚吡咯凝胶。[0019]图5是导电凝胶循环伏安曲线；CS-HA-PYGEL:只含吡咯单体的壳聚糖-透明质酸凝胶；CS-HA-PPYGEL:含有聚吡咯的壳聚糖-透明质酸凝胶。[0020]图6是导电凝胶热重分析；CS-HA:壳聚糖-透明质酸凝胶；CS-HA-PPYGEL:含有聚吡咯的壳聚糖-透明质酸凝胶；PPY:聚吡咯。【具体实施方式】[0021]原料及药品:壳聚糖(色谱纯，分子量约为40万左右)，东京化成工业株式会社；透明质酸(医用级，分子量约为100万左右)，无锡新光化工有限公司；戊二醛(分析纯)，国药集团化学试剂公司；乙酸(分析纯)，上海试剂一厂。[0022]主要仪器:TA.XTPlus型质构仪，英国StableMicroSystem公司；SU1510型傅里叶红外变谱仪，日本日立公司；NICOLETislO型扫描电子显微镜，赛默飞世尔科技(中国)有限公司；FD-1A_50型冷冻干燥机，北京博医康实验仪器有限公司。[0023]实施例1[0024](I)壳聚糖-透明质酸复合凝胶的制备:[0025]450mg壳聚糖溶于30mL2%(v/v)的醋酸溶液中，在室温条件下搅拌至壳聚糖溶解。加入30mg透明质酸，搅拌至透明质酸全部溶解，然后缓慢加入占壳聚糖与透明质酸总质量的30%的戊二醛，搅拌均匀，将混合体系放置于恒温恒湿箱中24h。反应线路如图1所不O[0026](2)导电凝胶制备[0027]将制备好的壳聚糖-透明质酸凝胶切成Icm3的正方体，放置于180mLpH=4.0的醋酸-醋酸钠缓冲体系中，加入200mM吡咯及5μM漆酶，反应体系在室温下搅拌24h，得到导电凝胶。反应线路如图2所示。[0028](3)红外光谱分析[0029]将壳聚糖-透明质酸凝胶、导电凝胶及原料进行红外测试，结果如图3所示。在壳聚糖-透明质酸复合水凝胶红外谱图中2958CHT1附近无醛基的费米共振吸收峰，1720cm―1附近羰基(-C=O)的伸展吸收峰消失，说明戊二醛的醛基发生了交联反应。壳聚糖主链上伯胺基(-NH2)和戊二醛上的羰基(-C=O)发生缩水聚合反应生成亚胺键(-CH=N-)，即生成了希夫碱(Shiff碱)，该伸缩振动吸收峰出现在163701^1处。透明质酸通过轻基与戊二醛形成醚键进行交联(1150cm-1附近为醚键吸收峰)，并且透明质酸带负电的羧酸基团和壳聚糖中带正电的氨基之间还能通过静电作用形成盐键。在壳聚糖-透明质酸-聚吡咯导电凝胶中，1544cm—1为C-C和C=C伸缩振动组合，HOlcnT1位C-N的伸缩振动，1023CHT1为C-H和N-H面内形变振动，以上特征峰均证明了在凝胶中合成了导电聚吡咯。[0030](4)X射线衍射分析[0031]如图4所示，在壳聚糖的衍射图谱中，2Θ=10.54°为壳聚糖的结晶峰，在2Θ=21.59°的一个宽峰中表示其非晶态结构的存在。在2Θ=10.86°为透明质酸的结晶峰，在2Θ=22.98°处出现一个宽的峰。而聚吡咯中则未出现特征的结晶峰，这说明吡咯在聚合形成聚吡咯的时候，由于去分子间键的链接，破坏了其晶体结构。在壳聚糖-透明质酸及其导电水凝胶中可以发现，壳聚糖及透明质酸的特征峰消失，这表明可能是因为壳聚糖与透明质酸的结合改变了其原有物质的晶体结构，而导电凝胶中在2Θ=22.52°处的宽峰明显增强，这说明聚吡咯的形成影响了水凝胶的无定型结构。[0032](5)循环伏安曲线[0033]将壳聚糖-透明质酸-吡咯及壳聚糖-透明质酸-聚吡咯复合水凝胶置于200mM的醋酸-醋酸钠缓冲溶液中(pH=4)进行电化学性能试验，循环伏安曲线如图5所示。在壳聚糖-透明质酸-吡咯中没有氧化还原峰。在壳聚糖-透明质酸-聚吡咯中可以发现在-0.699V处有一明显的还原峰，在0.4257V及0.6823V处有明显的氧化峰，这组可逆对称的氧化还原峰证明了导电水凝胶具有高度的电化学活性，这也证明了该导电水凝胶具有在电化学方面应用的潜在性能。[0034](5)热重分析[0035]如图6所示，测定了壳聚糖-透明质酸、壳聚糖-透明质酸-聚吡咯经冷冻干燥后的水凝胶及聚吡咯粉末的热重分析图。壳聚糖-透明质酸、壳聚糖-透明质酸-聚吡咯在50和150°C之间具有明显的质量下降，这是因为其内部尚存的水分。而聚吡咯粉末则质量下家的十分缓慢，这是由于其聚合后分子间连接的十分紧密。另外从图中我们可以发现，单纯的壳聚糖-透明质酸的最高分解温度为244°C，而形成聚吡咯后导电水凝胶的最高分解温度为260°C，可见导电水凝胶具有更好的热性能。[0036]虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。【主权项】1.一种酶法制备导电凝胶的方法，其特征在于，包括制备壳聚糖-透明质酸复合凝胶和制备导电凝胶，是先将透明质酸和壳聚糖充分混合，并加入戊二醛进行交联，然后将制得的凝胶与吡咯混合，在漆酶的催化下获得导电凝胶。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将450mg-600mg壳聚糖溶于30mL的1_2%的醋酸溶液中，在室温条件下搅拌至壳聚糖溶解；加入10-30mg透明质酸，搅拌至透明质酸全部溶解，然后缓慢加入占壳聚糖与透明质酸总质量的10-30%的戊二醛，搅拌均匀，恒温恒湿条件下放置得到壳聚糖-透明质酸复合凝胶；将制备好的壳聚糖-透明质酸复合凝胶切成Icm3左右的正方体，放置于150-180mLpH=4.0的醋酸-醋酸钠缓冲体系中，加入50-200mM吡咯及适量漆酶，室温下搅拌得到导电凝胶。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，壳聚糖用量为450mg。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，醋酸溶液的浓度为2%。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，透明质酸的用量为30mg。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，戊二醛的用量占壳聚糖与透明质酸总质量的30%。7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，吡咯的用量为50mM。8.根据权利要求1-7任一所述的方法制备得到的导电凝胶。9.权利要求8所述导电凝胶在生物医学材料领域的应用。【专利摘要】本发明公开了一种酶法制备导电凝胶的方法，属于生物医学材料领域。本发明先将壳聚糖和透明质酸制成复合凝胶，再采用酶促合成的方法，通过漆酶催化自由基在凝胶内部聚合得到导电凝胶。播放方面在温和的条件下进行，反应过程生态环保，避免了使用化学氧化剂带来的环境污染。【IPC分类】C08J7-16,C08J3-075,C08K5-07,C08L5-08,C08J3-24【公开号】CN104725657【申请号】CN201510146074【发明人】张颖,雷宏宇,张阳阳,王强,范雪荣,王平,崔莉,袁久刚,余圆圆,徐进【申请人】江南大学【公开日】2015年6月24日【申请日】2015年3月30日