一種藻酸鹽基材料外部可控離子交聯(lián)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種藻酸鹽基材料外部可控離子交聯(lián)方法，所述方法步驟如下：1）將三價(jià)或二價(jià)金屬鹽、無水乙醇與去離子水按照質(zhì)量比為1～5:5～40:60～95的比例混合，配制成離子交聯(lián)溶液；2）將海藻酸鈉基材料浸入步驟1）所制備的離子交聯(lián)溶液10分鐘～10小時(shí)進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，隨后用去離子水洗除殘留交聯(lián)液，干燥即得交聯(lián)藻酸鹽基材料。本方法解決了內(nèi)部可控離子交聯(lián)工藝復(fù)雜、成本高、效率低、難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的問題，以簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保、低成本的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)藻酸鹽基材料的外部可控離子交聯(lián)，降低了較快交聯(lián)速率導(dǎo)致的交聯(lián)不均一、尺寸收縮嚴(yán)重、美觀度差的問題，為藻酸鹽基材料的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)。
【專利說明】一種藻酸鹽基材料外部可控離子交聯(lián)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種天然高分子基材料的制備方法，具體涉及一種藻酸鹽基材料的外部可控離子交聯(lián)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]海藻酸是由甘露糖醛酸(G)和古羅糖醛酸(M)構(gòu)成的多糖，已被用作生物基體材料幾十年。通常，海藻酸以海藻酸鈉的形式存在和使用。但由于海藻酸鈉是水溶性高分子，在水溶液或者高濕度環(huán)境中會(huì)迅速溶解或坍塌。因此，將海藻酸鈉轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂薪宦?lián)結(jié)構(gòu)的材料，改善其耐水性、力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)完整性、剛性以及藥物可控緩釋等性能是其使用的前提。
[0003]目前，已經(jīng)開發(fā)出的海藻酸鈉基材料交聯(lián)方法包括:離子交聯(lián)、熱交聯(lián)、化學(xué)交聯(lián)以及細(xì)胞交聯(lián)。然而，工藝復(fù)雜的熱交聯(lián)與細(xì)胞交聯(lián)的藻酸鹽材料通常強(qiáng)度較低，無法滿足實(shí)際使用，而化學(xué)交聯(lián)會(huì)產(chǎn)生有毒殘留物，使其無法作為生物材料使用。因此，與工業(yè)和生物技術(shù)應(yīng)用最相關(guān)、相對(duì)最簡(jiǎn)單、最容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的交聯(lián)方法是海藻酸鈉與某些三價(jià)或二價(jià)陽離子的外部離子交聯(lián)。三價(jià)或二價(jià)陽離子(如Fe3+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、CU2+)趨向于替換海藻酸分子鏈中G鏈段結(jié)合的鈉離子，產(chǎn)生交聯(lián)“蛋盒”結(jié)構(gòu)，完成交聯(lián)過程。
[0004]外部離子交聯(lián)可以簡(jiǎn)單的通過將海藻酸鈉材料浸入三價(jià)或二價(jià)金屬陽離子水溶液中，隨著金屬陽離子擴(kuò)散進(jìn)入藻酸鹽基體中交聯(lián)，形成凝膠。然而，外部離子交聯(lián)過程速率太快、可控度較差，導(dǎo)致所得材料易產(chǎn)生局部交聯(lián)和尺寸收縮，影響材料的均勻性和美觀度。為了解決這個(gè)問題，研究人員開發(fā)出了內(nèi)部離子緩釋交聯(lián)方法，即通過在酸性環(huán)境下從不可溶性二價(jià)或三價(jià)金屬鹽中緩慢釋放三價(jià)或二價(jià)陽離子從而得到均質(zhì)的基體，但是內(nèi)部離子交聯(lián)過程復(fù)雜難控制、成本較高、效率低，不適于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
[0005]外部離子交聯(lián)海藻酸鈉的過程包括兩步，首先是水分子滲透進(jìn)入海藻酸分子鏈，引起海藻酸分子鏈溶脹，這一步是交聯(lián)速率的控制步驟；第二步是二價(jià)或三價(jià)金屬離子進(jìn)入分子鏈，發(fā)生瞬時(shí)離子交換反應(yīng)。由于海藻酸鈉的親水性非常強(qiáng)，容易吸收水分子而溶解，導(dǎo)致其交聯(lián)速率控制步驟即水分子的滲透速率過快，最終導(dǎo)致在二價(jià)或三價(jià)金屬陽離子水溶液中的外部交聯(lián)速率過快，以至無法控制。而海藻酸鈉在無水乙醇中是不溶的，從而海藻酸鈉在無水乙醇作為溶劑的交聯(lián)劑溶液中是無法交聯(lián)的。因此，通過向二價(jià)或三價(jià)金屬陽離子水溶液中加入無水乙醇，可以干擾水分子滲入海藻酸鈉基體的過程，延遲水分子滲透進(jìn)入海藻酸鈉分子鏈，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)交聯(lián)過程的控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明通過向二價(jià)或三價(jià)金屬陽離子水溶液中加入無水乙醇，提供一種新型藻酸鹽材料外部可控離子交聯(lián)方法，實(shí)現(xiàn)外部離子交聯(lián)過程的延遲與可控，為藻酸鹽基材料的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)提供基礎(chǔ)。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下: 一種藻酸鹽基材料外部可控離子交聯(lián)方法，包括以下步驟:
1)將三價(jià)或二價(jià)金屬鹽、無水乙醇與去離子水按照質(zhì)量比為I?5:5?40:60?95的比例混合配制成離子交聯(lián)溶液；所述三價(jià)或二價(jià)金屬鹽為Fe3+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Cu2+陽離子金屬鹽的一種或多種；
2)將海藻酸鈉基材料浸入步驟I)所制備的離子交聯(lián)溶液10分鐘?10小時(shí)進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，隨后用去離子水洗除殘留交聯(lián)液，干燥即得交聯(lián)藻酸鹽基材料；所述藻酸鹽基材料可為微球、膜、海綿以及涂層等。
[0008]作為上述方案的優(yōu)選，所述Fe3+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Cu2+三價(jià)或二價(jià)金屬陽離子鹽分別為氯化鐵、硫酸鐵、氯化亞鐵、氯化錳、氯化鈣、氯化鍶、氯化鋇、硫酸銅、氯化銅。
[0009]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果:
1、本發(fā)明采用不同質(zhì)量百分比的三價(jià)或二價(jià)金屬鹽、無水乙醇與去離子水混合配制成不同可控度的離子交聯(lián)溶液，并通過將海藻酸鈉材料浸入交聯(lián)溶液交聯(lián)一定時(shí)間，得到交聯(lián)藻酸鹽基材料，過程簡(jiǎn)單、綠化環(huán)保、成本低，并解決了內(nèi)部可控離子交聯(lián)工藝復(fù)雜、成本高、效率低、難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的問題。
[0010]2、本發(fā)明可以通過調(diào)節(jié)三價(jià)或二價(jià)金屬鹽、無水乙醇與去離子水的質(zhì)量百分比得到不同可控度的交聯(lián)溶液，交聯(lián)速率，降低了較快交聯(lián)速率導(dǎo)致的交聯(lián)不均一、尺寸收縮嚴(yán)重、美觀度差的問題，為藻酸鹽基材料的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為使用2wt.%氯化鈣水溶液交聯(lián)制備的藻酸鈣微球(左)和實(shí)施例1所制備的藻酸韓微球(右);
圖2為使用2wt.%氯化鈣水溶液交聯(lián)制備的藻酸鈣膜(左)和實(shí)施例2所制備的藻酸鈣膜(右);
圖3為使用2wt.%氯化鈣水溶液交聯(lián)制備的藻酸鈣海綿(左)；實(shí)施例3所制備的藻酸隹丐海綿(右)；
圖4為使用2wt.%氯化鈣水溶液交聯(lián)制備的藻酸鈣涂覆止血紗布(上)和實(shí)施例4所制備的藻酸鈣涂覆止血紗布(下)。

【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[0013]實(shí)施例1
本實(shí)施例提供了一種外部可控離子交聯(lián)的藻酸鈣微球的制備方法，其步驟如下:
一、配制外部可控離子交聯(lián)溶液:將氯化鈣2g、去離子水80g、無水乙醇18g混合均勻，配制成可控離子交聯(lián)溶液。
[0014]二、將2g海藻酸鈉溶于98ml去離子水中，50°C下，400r/min攪拌4小時(shí)，并超聲波處理除去氣泡，使用注射器將溶液滴入不斷攪拌的氯化鈣/乙醇/去離子水交聯(lián)溶液中，得到藻酸鈣凝膠微球，交聯(lián)I小時(shí)后，取出干燥12小時(shí)，即得藻酸鈣微球。
[0015]由圖1可知，氯化鈣水溶液交聯(lián)制備的藻酸鈣微球收縮嚴(yán)重，顆粒變形大，表面褶皺；而本發(fā)明氯化鈣/乙醇/水溶液交聯(lián)劑制備的藻酸鈣微球干燥以后收縮小，表面均勻光滑，具有較好的改善效果。
[0016]實(shí)施例2
本實(shí)施例提供了一種外部可控離子交聯(lián)的藻酸鈣膜的制備方法，其步驟如下:
一、配制外部可控離子交聯(lián)溶液:將氯化鈣2g、去離子水80g、無水乙醇18g混合均勻，配制成可控離子交聯(lián)溶液。
[0017]二、將2g海藻酸鈉溶于98ml去離子水中，50°C下，400r/min攪拌4小時(shí)，并超聲波處理除去氣泡，隨后澆筑于培養(yǎng)皿(直徑為6cm)，并置于35°C鼓風(fēng)干燥箱中干燥24小時(shí)。從培養(yǎng)皿中剝離干燥后的澆筑膜，浸入配制好的氯化鈣/乙醇/去離子水交聯(lián)溶液中交聯(lián)30分鐘，隨后用去離子水沖洗除去殘留交聯(lián)溶液，干燥以后即得藻酸鈣膜。
[0018]由圖2可知，氯化鈣水溶液交聯(lián)制備的藻酸鈣膜表面由于交聯(lián)不均而產(chǎn)生了褶皺、卷曲現(xiàn)象以及嚴(yán)重的尺寸收縮；而本發(fā)明氯化鈣/乙醇/水溶液交聯(lián)劑制備的藻酸鈣膜表面光滑無褶皺，透明度高，具有較好的改善效果。
[0019]實(shí)施例3
本實(shí)施例提供了一種外部可控離子交聯(lián)的藻酸鈣海綿的制備方法，其步驟如下:
一、配制外部可控離子交聯(lián)溶液:將氯化鈣2g、去離子水80g、無水乙醇18g混合均勻，配制成可控離子交聯(lián)溶液。
[0020]二、將2g海藻酸鈉溶于98ml去離子水中，50°C下,400r/min攪拌4小時(shí)，并超聲波處理除去氣泡后，澆筑于培養(yǎng)皿(直徑為6cm ;高度5mm)，然后放入_20°C冰箱中預(yù)凍20小時(shí)，隨后取出放入冷凍干燥機(jī)，干燥溫度為-25° C，真空度為40Pa以下，冷凍干燥24小時(shí)，脫模得到成形的海藻酸鈉海綿。將海藻酸鈉海綿浸潰于氯化鈣/乙醇/去離子水交聯(lián)溶液中交聯(lián)5小時(shí)，即得藻酸鈣海綿。
[0021]由圖3可知，氯化鈣水溶液交聯(lián)制備的藻酸鈣海綿結(jié)構(gòu)均一性、完整性差；而本發(fā)明氯化鈣/乙醇/水溶液交聯(lián)劑制備的藻酸鈣海綿結(jié)構(gòu)均一、完整性好，具有較好的改善效果O
[0022]實(shí)施例4
本實(shí)施例提供了一種外部可控離子交聯(lián)的藻酸鈣涂層的制備方法，其步驟如下:
一、配制外部可控離子交聯(lián)溶液:將氯化鈣2g、去離子水80g、無水乙醇18g混合均勻，配制成可控離子交聯(lián)溶液。
[0023]二、將2g海藻酸鈉溶于98ml去離子水中，50°C下，400r/min攪拌4小時(shí)，配制成質(zhì)量濃度為2%的海藻酸鈉溶液。將提前稱量好的待涂覆止血紗布浸入海藻酸鈉溶液中，并進(jìn)行機(jī)械攪拌(50r/min)。然后取出止血紗布浸潰于氯化鈣/乙醇/去離子水交聯(lián)溶液中2小時(shí)，隨后用去離子水沖洗除去殘留交聯(lián)液，置于鼓風(fēng)干燥箱中30°C下干燥20小時(shí)即可在止血紗布表面涂覆一層外部可控離子交聯(lián)藻酸鈣的涂層。
[0024]由圖4可知，氯化鈣水溶液交聯(lián)制備的藻酸鈣涂覆的止血紗布表面局部交聯(lián)不均一，易產(chǎn)生褶皺，紗布顏色由于交聯(lián)過度而顯暗黃；本發(fā)明氯化鈣/乙醇/水溶液交聯(lián)劑制備的藻酸鈣涂覆改性的止血紗布表面均一，具有較好的改善效果。
[0025]實(shí)施例5 本實(shí)施例提供了一種外部可控離子交聯(lián)的藻酸鋇微球的制備方法，其步驟如下:
一、配制外部可控離子交聯(lián)溶液:將氯化鋇1.Sg、去離子水85g、無水乙醇23g混合均勻，配制交可控離子交聯(lián)溶液。
[0026]二、將2g海藻酸鈉溶于98ml去離子水中，50°C下，200r/min攪拌5小時(shí)，并超聲波處理除去氣泡，使用注射器將溶液滴入不斷攪拌的氯化鋇/乙醇/去離子水交聯(lián)溶液中，得到藻酸鋇凝膠微球，交聯(lián)I小時(shí)后，取出干燥12小時(shí)，即得藻酸鋇微球。
[0027]實(shí)施例6
本實(shí)施例提供了一種外部可控離子交聯(lián)的藻酸鐵涂層的制備方法，其步驟如下:
一、配制外部可控離子交聯(lián)溶液:將氯化鐵2g、去離子水80g、無水乙醇18g混合均勻，配制成可控離子交聯(lián)溶液。
[0028]二、將2g海藻酸鈉溶于98ml去離子水中，50°C下,400r/min攪拌4小時(shí)，配制成質(zhì)量濃度為2%的海藻酸鈉溶液。將提前稱量好的待涂覆止血紗布浸入海藻酸鈉溶液中，并進(jìn)行機(jī)械攪拌(50r/min)。然后取出止血紗布浸潰于氯化鐵/乙醇/去離子水交聯(lián)溶液中2小時(shí)，隨后用去離子水沖洗除去殘留交聯(lián)液，置于鼓風(fēng)干燥箱中30°C下干燥20小時(shí)即可在止血紗布表面涂覆一層外部可控離子交聯(lián)藻酸鐵的涂層。
[0029]實(shí)施例7
本實(shí)施例提供了一種外部可控離子交聯(lián)的藻酸鈣/藻酸鋇復(fù)合膜的制備方法，其步驟如下:
一、配制外部可控離子交聯(lián)溶液:將氯化鈣lg、氯化鋇lg、去離子水80g、無水乙醇18g混合均勻，配制成可控離子交聯(lián)溶液。
[0030]二、將2g海藻酸鈉溶于98ml去離子水中，50°C下,400r/min攪拌4小時(shí)，并超聲波處理除去氣泡，隨后澆筑于培養(yǎng)皿(直徑為6cm)，并置于35°C鼓風(fēng)干燥箱中干燥24小時(shí)。從培養(yǎng)皿中剝離干燥后的澆筑膜，浸入配制好的氯化鈣/氯化鋇/乙醇/去離子水交聯(lián)溶液中交聯(lián)40分鐘，隨后用去離子水沖洗除去殘留交聯(lián)溶液，干燥以后即得藻酸鈣/藻酸鋇復(fù)合膜。
【權(quán)利要求】
1.一種藻酸鹽基材料外部可控離子交聯(lián)方法，其特征在于所述方法步驟如下: 1)將三價(jià)或二價(jià)金屬鹽、無水乙醇與去離子水按照質(zhì)量比為I?5:5?40:60?95的比例混合，配制成離子交聯(lián)溶液； 2)將海藻酸鈉基材料浸入步驟I)所制備的離子交聯(lián)溶液10分鐘?10小時(shí)進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，隨后用去離子水洗除殘留交聯(lián)液，干燥即得交聯(lián)藻酸鹽基材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藻酸鹽基材料外部可控離子交聯(lián)方法，其特征在于所述三價(jià)或二價(jià)金屬鹽為Fe3+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Cu2+陽離子金屬鹽的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藻酸鹽基材料外部可控離子交聯(lián)方法，其特征在于所述Fe3+金屬鹽為氯化鐵或硫酸鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藻酸鹽基材料外部可控離子交聯(lián)方法，其特征在于所述Fe2+金屬鹽為氯化亞鐵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藻酸鹽基材料外部可控離子交聯(lián)方法，其特征在于所述Mn2+金屬鹽為氯化錳。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藻酸鹽基材料外部可控離子交聯(lián)方法，其特征在于所述Ca2+金屬鹽為氯化鈣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藻酸鹽基材料外部可控離子交聯(lián)方法，其特征在于所述Sr2+金屬鹽為氯化鍶。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藻酸鹽基材料外部可控離子交聯(lián)方法，其特征在于所述Ba2+金屬鹽為氯化鋇。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藻酸鹽基材料外部可控離子交聯(lián)方法，其特征在于所述Cu2+金屬鹽為硫酸銅或氯化銅。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藻酸鹽基材料外部可控離子交聯(lián)方法，其特征在于所述藻酸鹽基材料的類型為微球、膜、海綿或涂層。
【文檔編號(hào)】D06M11/83GK104262667SQ201410477249
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】賀金梅, 李紀(jì)偉, 王梓橋, 黃玉東 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)