一種交替層狀殼聚糖/海藻酸復合水凝膠材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及交替層狀殼聚糖/海藻酸復合水凝膠材料的制備方法，屬于天然高分子材料和可再生資源領域。
【背景技術】
[0002]血管具有明顯的多層結構，在不同管層上含有不同細胞，這賦予了血管良好的韌性和功能性[Adv.Mater.2012，24，890]。近幾年，通過模擬血管的多層結構來構建出具有不同成分的凝膠層材料已引起很大重視，并取得較大進展。殼聚糖和海藻酸是兩種含量豐富的可再生生物質(zhì)資源，它們是兩種典型的聚電解質(zhì)，其中，殼聚糖帶正電，海藻酸帶負電。基于兩者靜電相互作用，人們已利用層層組裝法制備出一系列殼聚糖/海藻酸復合材料。然而迄今為止，交替層狀殼聚糖/海藻酸復合水凝膠材料未有任何報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種交替層狀殼聚糖/海藻酸復合水凝膠材料的制備方法，具有良好的抗溶劑性，形狀及層厚可控性，規(guī)整的多層結構及生物可降解性。
[0004]技術方案:為解決上述技術問題，本發(fā)明的一種交替層狀殼聚糖/海藻酸復合水凝膠材料的制備方法，包括以下步驟:
[0005](I)配置質(zhì)量濃度為1-2%殼聚糖，5-10%氫氧化鈉和1-2%海藻酸溶液以及質(zhì)量濃度為0.005-0.01mol/L的氯化鈣溶液，選擇棒狀或球形瓊脂作為模板；
[0006](2)將瓊脂模板置于氫氧化鈉溶液中浸泡，取出，再將瓊脂模板放入殼聚糖溶液中浸泡，然后把帶有殼聚糖凝膠層的瓊脂模板浸泡在蒸餾水中一段時間后取出；用濾紙吸取殼聚糖凝膠層表面水分，然后將瓊脂模板浸泡在氯化鈣溶液中一定時間后再放入海藻酸溶液中，凝固后取出，用蒸餾水沖洗瓊脂模板并用濾紙擦拭干凈待用；
[0007](3)依次重復步驟(2)的操作，直到得到需要的層數(shù)。
[0008]作為優(yōu)選，所述步驟(2)中瓊脂模板置于氫氧化鈉溶液中浸泡時間為1-2分鐘，瓊脂模板放入殼聚糖溶液中浸泡時間為1-2分鐘，瓊脂模板在氯化鈣溶液浸泡時間為1-2分鐘。
[0009]作為優(yōu)選，所述瓊脂模板為球形狀，直徑為3mm。
[0010]作為優(yōu)選，所述瓊脂模板為棒狀，直徑為5_。
[0011 ] 作為優(yōu)選，所述殼聚糖溶液由2wt %醋酸溶液溶解殼聚糖得到，海藻酸溶液由蒸餾水溶解海藻酸得到。
[0012]作為優(yōu)選，所述瓊脂模板由90°C下制得瓊脂水溶液在5°C下于塑料管中凝固成形或于室溫下滴落在攪拌下的二氯甲烷溶液制得。
[0013]上述方案中，所選殼聚糖和海藻酸溶液質(zhì)量濃度為1_2%，當質(zhì)量濃度偏小時，所制備凝膠層厚太小，較難保持其規(guī)整多層結構且應用不方便；另一方面，溶液質(zhì)量濃度偏大時，粘度相對過大，容易粘附在凝膠層上，不利于形成規(guī)整的多層凝膠結構。
[0014]上述殼聚糖和海藻酸溶液制備方法，可采用已知技術方法，沒有特別限制。例如，所述殼聚糖溶液由不同質(zhì)量濃度醋酸和稀鹽酸或硫酸等水溶液溶解殼聚糖得到，海藻酸可以由蒸餾水或者一定質(zhì)量濃度的堿溶液溶解制得。作為一種優(yōu)選，殼聚糖溶液由殼聚糖溶解在2wt %醋酸水溶液中得到，海藻酸溶液由海藻酸溶解在蒸餾水中制得。
[0015]本發(fā)明所用到棒狀的瓊脂模板由90°C下制得瓊脂水溶液在5°C下于塑料管中凝固成形，球狀的瓊脂模板由90°C下制得瓊脂水溶液在5°C下于室溫下滴落在攪拌下的二氯甲烷溶液制得。
[0016]所得殼聚糖溶液經(jīng)載有氫氧化鈉溶液的瓊脂模板調(diào)控凝固及組裝，制備殼聚糖凝膠層；所得海藻酸溶液經(jīng)載有氯化鈣溶液的瓊脂模板交聯(lián)和凝固成形，可制備出海藻酸凝膠層。通過改變殼聚糖和海藻酸溶液質(zhì)量濃度，以及調(diào)節(jié)凝固液的質(zhì)量濃度和浸泡時間來控制殼聚糖和海藻酸凝膠層厚度。
[0017]本發(fā)明方法通過把殼聚糖和海藻酸原料分別溶解而得到殼聚糖和海藻酸溶液，利用載有凝固液的瓊脂作為模板調(diào)控殼聚糖和海藻酸溶液的凝固及組裝。在殼聚糖凝膠層形成的過程中，經(jīng)瓊脂模板內(nèi)外氫氧化鈉及殼聚糖質(zhì)量濃度梯度(瓊脂模板內(nèi)氫氧化鈉質(zhì)量濃度高，而殼聚糖在瓊脂模板外質(zhì)量濃度高)誘導，溶液中殼聚糖分子由于被氫氧化鈉去質(zhì)子化，殼聚糖的氨基裸露出來，因而其分子鏈會通過氨基間強氫鍵相互作用而相互纏結，進而自聚集而凝膠化形成殼聚糖凝膠層。在海藻酸凝膠形成過程中，載有氯化鈣溶液的瓊脂模板所負載的鈣離子能夠交聯(lián)海藻酸的羧基，隨著瓊脂模板中鈣離子的不斷向溶液中迀移，溶液中海藻酸分子能夠不斷地被交聯(lián)，進而形成具有三維網(wǎng)絡結構的海藻酸凝膠層。通過調(diào)控殼聚糖和海藻酸溶液，凝固液質(zhì)量濃度以及浸泡時間來調(diào)控殼聚糖和海藻酸凝膠層厚度。我們已制備出每層約為36-166 μ m厚度的殼聚糖凝膠層以及63-212 μ m厚度的海藻酸凝膠層。
[0018]本發(fā)明方法所制得交替層狀殼聚糖/海藻酸凝膠具有良好的抗溶劑性，形狀及層厚可控性，規(guī)整的多層結構及生物可降解性。本發(fā)明方法工藝過程簡單無污染，易于工業(yè)化。
【附圖說明】
[0019]圖1為棒狀瓊脂模板在不同條件下的所得交替層狀殼聚糖/海藻酸凝膠照片及對應層厚的折線圖，圖(a) 1%殼聚糖和1%海藻酸依次在對應凝固液中浸泡Imin所得照片，圖(b) 1.5%殼聚糖和1.5%海藻酸依次在對應凝固液中浸泡1.5min所得照片，圖(c)2%殼聚糖和2%海藻酸依次在對應凝固液中浸泡2min所得照片，圖(d)a，b，c三圖對應數(shù)據(jù)所制得折線圖；
[0020]圖2為球狀瓊脂芯在不同殼聚糖質(zhì)量濃度條件下的交替層狀殼聚糖/海藻酸凝膠照片及對應層厚的折線圖。圖(a) 1.5%海藻酸浸泡2分鐘，1%的殼聚糖浸泡I分鐘所得交替層狀殼聚糖/海藻酸凝膠照片，圖(b) 1.5%海藻酸浸泡2分鐘，1.5%的殼聚糖浸泡I分鐘所得交替層狀殼聚糖/海藻酸凝膠照片，圖(c) 1.5%海藻酸浸泡2分鐘，2%的殼聚糖浸泡I分鐘所得交替層狀殼聚糖/海藻酸凝膠照片，圖(d)a，b，c三圖對應數(shù)據(jù)所制得折線圖；
[0021]圖3為球狀瓊脂芯在不同固液界面接觸(浸泡)時間條件下的交替層狀殼聚糖/海藻酸凝膠照片及對應層厚的折線圖。圖(a) 1.5%殼聚糖浸泡I分鐘，2%海藻酸浸泡I分鐘所得交替層狀殼聚糖/海藻酸凝膠照片，圖(b) 1.5%殼聚糖浸泡I分鐘，2%海藻酸浸泡1.5分鐘所得交替層狀殼聚糖/海藻酸凝膠照片，圖(c) 1.5%殼聚糖浸泡I分鐘，2%海藻酸浸泡2分鐘所得交替層狀殼聚糖/海藻酸凝膠照片，圖(d) a，b，c三圖對應數(shù)據(jù)所制得折線圖；
[0022]圖4為球狀瓊脂芯在不同固液界面接觸時間條件下的交替層狀殼聚糖/海藻酸凝膠照片及對應層厚的折線圖。圖(a) 1.5%海藻酸浸泡I分鐘，1%殼聚糖浸泡2分鐘所得交替層狀殼聚糖/海藻酸凝膠照片，圖(b) 1.5%海藻酸浸泡I分鐘，1.5%殼聚糖浸泡1.5分鐘所得交替層狀殼聚糖/海藻酸凝膠照片，圖(c) 1.5%海藻酸浸泡I分鐘，2%殼聚糖浸泡2分鐘所得交替層狀殼聚糖/海藻酸凝膠照片，圖(d)a，b，c三圖對應數(shù)據(jù)所制得折線圖；
[0023]圖5交替層狀殼聚糖/海藻酸凝膠在不同溶劑中浸泡前后的照片，(a)浸泡前的1wt%的氫氧化鈉溶液，圖(b)浸泡后的1wt%的氫氧化鈉溶液，圖(C)浸泡前的正己燒，圖(d)浸泡后的正己烷，圖(e)浸泡前的環(huán)己烷，圖(f)浸泡前的環(huán)己烷。
【具體實施方式】
[0024]實施例1
[0025]將棒狀瓊脂芯浸泡在5%質(zhì)量濃度氫氧化鈉溶液凝固液中l(wèi)min，然后將棒狀瓊脂浸泡在I %質(zhì)量濃度的殼聚糖溶液lmin，取出后，用蒸餾水沖洗干凈，并用濾紙小心擦拭多余水分，然后依次置于0.01mol/L質(zhì)量濃度的氯化鈣溶液和Iwt %海藻酸溶液中各lmin，再次用蒸餾水洗凈并擦拭干凈，再次浸泡在5%質(zhì)量濃度氫氧化鈉溶液中l(wèi)min，重復上述步驟即可制備出具有管狀結構的交替層狀殼聚糖/海藻酸多層水凝膠。其中，殼聚糖凝膠層的厚度從內(nèi)到外依次為:36.5，38.8和53.3微米，海藻酸凝膠層的厚度從內(nèi)到外依次為:71.1和125.3微米，交替層狀殼聚糖/海藻酸凝膠照片，如圖1(a)所示。
[0026]實施例2
[0027]將棒狀瓊脂芯浸泡在5%質(zhì)量濃度氫氧化鈉溶液凝固液中1.5min，然后將棒狀瓊脂浸泡在1.5%質(zhì)量濃度的殼聚糖溶液1.5min，取出后，用蒸餾水沖洗干凈，并用濾紙小心擦拭多余水分，然后依次置于0.01mol/L質(zhì)量濃度的氯化鈣溶液和1.5被％海藻酸溶液中各1.5min，再次用蒸餾水洗凈并擦拭干凈，再次浸泡在5%質(zhì)量濃度氫氧化鈉溶液中1.5min，重復上述步驟即可制備出具有管狀結構的交替層狀殼聚糖/海藻酸多層水凝膠。殼聚糖凝膠層的厚度從內(nèi)到外依次為:102.5，128.4和135.1微米，海藻酸凝膠層的厚度從內(nèi)到外依次為:124.3和132.7微米，交替層狀殼聚糖/海藻酸凝膠照片如圖1 (b)所示。
[0028]實施例3
[0029]把載有5%濃度氫氧化鈉溶液凝固液棒狀瓊脂芯浸泡在2%濃度的殼聚糖溶液2min,取出后，用蒸饋水沖洗干凈，并用濾紙小心擦拭多余水分，然后依次置于0.01mol/L的氯化鈣溶液和2wt%海藻酸溶液中2min，再次用蒸餾水洗凈并擦拭干凈，再次浸泡在5%濃度氫氧化鈉溶液中2min，重復上述步驟即可制備出具有管狀結構的交替層狀殼聚糖/海藻酸多層水凝膠。殼聚糖凝膠層的厚度從內(nèi)到外依次為:133.4，151.3和147.6微米，海藻酸凝膠層的厚度從內(nèi)到外依次為:144.0和193.9微米，交替層狀殼聚糖/海藻酸凝膠照片如圖1 (C)所示。
[0030]實施例4
[0031]把載有10%濃度氫氧化鈉溶液凝固液棒狀瓊脂芯浸泡在2%濃度的殼聚糖溶液2min,取出后，用蒸餾水沖洗干凈，并用濾紙小心擦拭多余水分，然后依次置于0.0lmol/L的氯化鈣溶液和2wt%海藻酸溶液中2min，再次用蒸餾水洗凈并擦拭干凈，再次浸泡在10%濃度氫氧化鈉溶液中2min，重復上述步驟即可制備出具有管狀結構的交替層狀殼聚糖/海藻酸多層水凝膠。殼聚糖凝膠層的厚度從內(nèi)到外依次為:147.2，158.7和165.8微米，海藻酸凝膠層的厚度從內(nèi)到外依次為:152.9和203.9微米。
[0032]實施例5
[0033]將球狀瓊脂芯浸泡在5%質(zhì)量濃度氫氧化鈉溶液凝固液中l(wèi)min，然后將球狀瓊脂芯浸泡在I %質(zhì)量濃度的殼聚糖溶液lmin，取出后，用蒸餾水沖洗干凈，并用濾紙小心擦拭多余水分，然后依次置于0.005mol/L的氯化|丐溶液和1.5?^%海藻酸溶液中各lmin，再次用蒸