專利名稱：一種甲殼素水凝膠及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種甲殼素水凝膠及其制備方法，屬于高分子材料和可再生資源領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
甲殼素是地球上含量?jī)H次于甲殼素的可再生資源，而且甲殼素材料廢棄后可被微 生物分解，屬于環(huán)境友好材料。不使用也不產(chǎn)生有害物質(zhì)，利用可再生資源生產(chǎn)環(huán)境友好材 料是當(dāng)今世界前沿領(lǐng)域。近來(lái)，水凝膠的制備和應(yīng)用發(fā)展比較迅速，諸多優(yōu)點(diǎn)如吸水性、環(huán) 境敏感性、保水性、生物相容性等使其備受關(guān)注，特別是基于天然高分子水凝膠的制備引起 科研工作者的廣泛重視。甲殼素很難溶于一般溶劑中，因此尚未見到直接溶解甲殼素后制 備水凝膠或其他材料的報(bào)道，迄今為止，只有殼聚糖水凝膠的報(bào)道，尚未發(fā)現(xiàn)有關(guān)甲殼素水 凝膠的任何報(bào)道。而但由于殼聚糖是甲殼素脫乙?；漠a(chǎn)物，所以以殼聚糖為原料加大了 生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種甲殼素水凝膠及其制備方法和用途。本發(fā)明甲殼素水凝膠，其是由甲殼素水溶液經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)凝膠化后制得。所述甲殼 素水溶液中甲殼素含量?jī)?yōu)選為0. 5 3wt%。用于交聯(lián)反應(yīng)的交聯(lián)劑包括但不限于戊二 醛、甲醛、環(huán)氧氯丙烷等。優(yōu)選為環(huán)氧氯丙烷。所述甲殼素采用常規(guī)甲殼素即可，較佳地是 采用重均分子量為IX IO5 2X IO6的甲殼素，優(yōu)選為IX IO5 5X IO5。本發(fā)明還提供上述甲殼素水凝膠的制備方法，其包括如下步驟1)制備甲殼素水 溶液；2)向甲殼素水溶液中加入交聯(lián)劑；3)置于凝膠化溫度下直至形成凝膠。其中步驟1)制備甲殼素水溶液的方法可以是將甲殼素加入到含NaOH 8 12wt%、尿素4 12襯％的水溶液中，通過(guò)冷凍再解凍過(guò)程使甲殼素溶解。所述冷凍再解凍 過(guò)程可采用在-10 -20°C冷凍5 24小時(shí)，再解凍攪拌。冷凍再解凍的目的是使甲殼素 容易溶解，冷凍溫度可以再提高或者降低，達(dá)到溶解的目的即可。其中步驟2)中所述交聯(lián)劑的為環(huán)氧氯丙烷，按照每IOg甲殼素水溶液滴入1 1. 5ml環(huán)氧氯丙烷。其中步驟3)是將加入交聯(lián)劑后的溶液在30 80°C下處理0. 5 12小時(shí)。在該 條件下，溶液進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)凝膠化。在凝膠化后，還可進(jìn)一步用水沖洗以去除凝膠中殘留的NaOH、尿素和交聯(lián)劑。例如 用蒸餾水進(jìn)行反復(fù)沖洗。本發(fā)明水凝膠是以甲殼素為原料制得的，甲殼素是生物質(zhì)原料，因此所得產(chǎn)品具 有較好的生物相容性和生物可降解性。這種可生物降解的甲殼素水凝膠可以應(yīng)用于水處理 吸附劑、生物醫(yī)用、藥物的控制釋放等領(lǐng)域。本發(fā)明以甲殼素為原料，直接用溶劑溶解不需要衍生化，溶解過(guò)程為簡(jiǎn)捷、無(wú)污染。將甲殼素直接在溶液中進(jìn)行交聯(lián)，交聯(lián)反應(yīng)十分迅速，對(duì)溫度要求不高，有利于工業(yè)化 生產(chǎn)，廢液容易回收循環(huán)使用。本發(fā)明以氫氧化鈉、尿素、水為原料，價(jià)格便宜，操作簡(jiǎn)單方 便，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容，但不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。在不背離 本發(fā)明精神和實(shí)質(zhì)的情況下，對(duì)本發(fā)明方法、步驟或條件所作的修改或替換，均屬于本發(fā)明 的范圍。若未特別指明，實(shí)施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段。實(shí)施例1將0. 1克甲殼素(重均分子量Mw= 1. 6 X IO5)分散于9. 9克含8wt% NaOH和4wt% 尿素的混合水溶液中，預(yù)冷至-20°C，24小時(shí)后解凍攪拌得到透明的甲殼素溶液，甲殼素溶 液濃度為lwt%。然后將Iml的環(huán)氧氯丙烷滴加到混合溶液中，升溫至凝膠溫度30°C，2小 時(shí)后得到甲殼素水凝膠。將形成的甲殼素水凝膠反復(fù)用蒸餾水沖洗、去除殘留的NaOH、尿素 和交聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷。得到的甲殼素水凝膠的壓縮強(qiáng)度為9. 5千帕。實(shí)施例2將0.2克甲殼素(重均分子量Mw = 2· 5X IO5)分散于9. 8克含IOwt % NaOH和 12襯％尿素的混合水溶液中，預(yù)冷至-10°C，24小時(shí)后解凍攪拌得到透明的甲殼素溶液，甲 殼素溶液濃度為2wt %。將Iml的環(huán)氧氯丙烷滴加到混合溶液中，升溫至凝膠溫度60°C，0. 5 小時(shí)后得到甲殼素水凝膠。將形成的甲殼素水凝膠反復(fù)用蒸餾水沖洗、去除殘留的NaOH、尿 素和交聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷。得到的甲殼素水凝膠的壓縮強(qiáng)度為22千帕。實(shí)施例3將0.15克甲殼素(重均分子量Mw = 2. 5 X IO5)分散于9. 85克含9wt % NaOH和 8襯％尿素的混合水溶液中，預(yù)冷至-20°C，12小時(shí)后解凍攪拌得到透明的甲殼素溶液，甲 殼素溶液濃度為1. 5wt%。將Iml的環(huán)氧氯丙烷滴加到混合溶液中，升溫至50°C，6小時(shí)后 得到甲殼素水凝膠。將形成的甲殼素水凝膠反復(fù)用蒸餾水沖洗、去除殘留的NaOH、尿素和交 聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷。得到的甲殼素水凝膠的壓縮強(qiáng)度為18千帕。實(shí)施例4將0.3克甲殼素(重均分子量Mw= 1. 2X IO5)分散于9. 7克含8wt % NaOH和 12襯％尿素的混合水溶液中，預(yù)冷至-15°C，5小時(shí)后解凍攪拌得到透明的甲殼素溶液，甲 殼素溶液濃度為3wt%。將1. 5ml的環(huán)氧氯丙烷滴加到混合溶液中，升溫至40°C，8小時(shí)后 得到甲殼素水凝膠。將形成的甲殼素水凝膠反復(fù)用蒸餾水沖洗、去除殘留的NaOH、尿素和交 聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷。得到的甲殼素水凝膠的壓縮強(qiáng)度為40. 6千帕。實(shí)施例5將0.3克甲殼素(重均分子量Mw= 1.0X IO5)分散于9. 7克含8wt % NaOH和 12襯％尿素的混合水溶液中，預(yù)冷至-10°C，10小時(shí)后解凍攪拌得到透明的甲殼素溶液，甲 殼素溶液濃度為3wt%。將1. 5ml的環(huán)氧氯丙烷滴加到混合溶液中，升溫至80°C，12小時(shí)后 得到甲殼素水凝膠。將形成的甲殼素水凝膠反復(fù)用蒸餾水沖洗、去除殘留的NaOH、尿素和交 聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷。得到的甲殼素水凝膠的壓縮強(qiáng)度為43千帕。實(shí)施例6
將0.2克甲殼素(重均分子量Mw = 2. 5X IO5)分散于9. 8克含IOwt % NaOH和 4襯％尿素的混合水溶液中，預(yù)冷至-10°C，24小時(shí)后解凍攪拌得到透明的甲殼素溶液，甲 殼素溶液濃度為2wt%。將Iml的環(huán)氧氯丙烷滴加到混合溶液中，升溫至凝膠溫度50°C，2 小時(shí)后得到甲殼素水凝膠。將形成的甲殼素水凝膠反復(fù)用蒸餾水沖洗、去除殘留的NaOH、尿 素和交聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷。得到的甲殼素水凝膠的壓縮強(qiáng)度為20. 8千帕。實(shí)施例7 將0.2克甲殼素(重均分子量Mw = 2. 5X IO5)分散于9. 8克含12wt % NaOH和 8襯％尿素的混合水溶液中，預(yù)冷至-15°C，12小時(shí)后解凍攪拌得到透明的甲殼素溶液，甲 殼素溶液濃度為2wt %。將Iml的環(huán)氧氯丙烷滴加到混合溶液中，升溫至凝膠溫度40°C，10 小時(shí)后得到甲殼素水凝膠。將形成的甲殼素水凝膠反復(fù)用蒸餾水沖洗、去除殘留的NaOH、尿 素和交聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷。得到的甲殼素水凝膠的壓縮強(qiáng)度為19. 5千帕。實(shí)施例8將實(shí)施例1，2，3中的水凝膠材料冷凍干燥后作為組織工程支架材料進(jìn)行293T細(xì) 胞培養(yǎng)，細(xì)胞黏附，增殖情況良好，其細(xì)胞成活率分別為96. 1 %，91. 4%，94. 5%。該材料表 現(xiàn)出良好的生物相容性，是一種很有前途的支架材料。
權(quán)利要求
一種甲殼素水凝膠，其是由甲殼素水溶液經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)凝膠化后制得。
2.如權(quán)利要求1所述的甲殼素水凝膠，其特征在于，所述甲殼素水溶液中甲殼素含量 為 0. 5 3wt%。
3.如權(quán)利要求1所述的甲殼素水凝膠，其特征在于，用于交聯(lián)反應(yīng)的交聯(lián)劑為環(huán)氧氯丙烷。
4.如權(quán)利要求1 3任一項(xiàng)所述的甲殼素水凝膠，其特征在于，所述甲殼素的重均分子 量為 1X105 5X105。
5.權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述甲殼素水凝膠的制備方法，其包括如下步驟1)制備甲 殼素水溶液；2)向甲殼素水溶液中加入交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)；3)置于凝膠化溫度下直至形 成凝膠。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，其中步驟1)制備甲殼素水溶液的方法是將 甲殼素加入到含NaOH 8 12wt%、尿素4 12wt%的水溶液中，通過(guò)冷凍再解凍過(guò)程使甲殼素溶解。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述冷凍再解凍過(guò)程是在-10 -20°C冷凍 5 24小時(shí)，再解凍攪拌。
8.如權(quán)利要求5 7任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，其中步驟2)中所述交聯(lián)劑的為 環(huán)氧氯丙烷，按照每10g甲殼素水溶液滴入1 1. 5ml環(huán)氧氯丙烷，所述交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間為 0. 5 12小時(shí)。
9.如權(quán)利要求5 7任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，其中步驟3)將加入交聯(lián)劑的溶 液在30 80°C下處理0. 5 12小時(shí)。
10.如權(quán)利要求5 7任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，其還包括將步驟3)得到的凝膠 用水沖洗以去除凝膠中殘留的NaOH、尿素和交聯(lián)劑。
11.權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的水凝膠作為組織工程支架材料的應(yīng)用。
12.由權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的水凝膠制成的組織工程支架。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種甲殼素水凝膠，其是直接溶解甲殼素，經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)制得。這種甲殼素水凝膠可應(yīng)用于生物醫(yī)用以及藥物控制釋放等領(lǐng)域。本發(fā)明還涉及該水凝膠的制備方法，包括步驟將甲殼素溶解于NaOH/尿素的水溶液中，通過(guò)冷凍-解凍得到甲殼素溶液，然后加入交聯(lián)劑經(jīng)化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，置于凝膠溫度下直至形成甲殼素水凝膠。該方法簡(jiǎn)單，無(wú)污染，易于工業(yè)化。
文檔編號(hào)A61L27/20GK101857684SQ201010201888
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者劉慧 , 常春雨, 張俐娜 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)