CN101602814B - 羧甲基可德胶物理水凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高分子材料技术领域的羧甲基可德胶物理水凝胶及其制备方法，所得水凝胶中羧甲基可德胶的质量百分比为3-20％，余量为水。其制备方法包括：配制羧甲基可德胶水溶液；调节pH值和冷冻解冻处理，与现有技术相比，本发明采用冷冻-解冻法制备羧甲基可德胶物理水凝胶，制备方法简单方便，所得凝胶的强度也可通过增加冷冻解冻循环次数，降低冷冻温度，延长冷冻时间等方式进行增强；冷冻解冻法形成凝胶过程中，不引入对生物体有毒副作用的化学交联剂和有机溶剂；由于羧甲基可德胶具有免疫活性和抗肿瘤活性，该物理凝胶在生物医药方面，如作为药物缓释载体，有着潜在的应用，而且较其它亲水胶体具有更大优势。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种高分子材料技术领域的水凝胶及其制备方法，具体是一种羧甲基可德胶物理水凝胶及其制备方法。
背景技术
在众多可用于形成亲水胶体的高分子材料中，多糖由于其亲水性，生物相容性，可生物降解性等优良特性，是最理想的选择。可德胶多糖(curdlan)作为一种微生物发酵的直链型纯1，3-β-D-葡聚糖，除了上述性质外，还具有独特的凝胶特性，其水悬浮液根据加热温度的高低，可形成热可逆和热不可逆凝胶[KNishinari，H Zhang&T.Funami.Curdlan.In Handbook ofHydrocolloids(2ndEd.)，Chapter 20，567-591，G.O Phillips&P.A.Williams，Eds.，WoodheadPublishing Ltd.：England，2009]。但可德胶不溶于水，限制了其在生物医药、化妆品和食品等领域的应用。可德胶经羧甲基化改性后，溶解性及生物活性都有明显提高。作为一种聚阴离子的可德胶多糖衍生物，羧甲基可德胶具有良好的抗肿瘤活性和较强的免疫活性，可作为免疫化妆品中重要的添加剂，在作为药物缓释载体方面也有应用前景。
多糖水凝胶按交联方式的不同分为化学凝胶和物理凝胶。通过共价键交联的方法形成的化学凝胶，由于涉及化学交联剂及有机溶剂的使用，而且这些有机物不易完全除尽，在凝胶中有残留，因此一般由化学交联制备的凝胶可能具有潜在的细胞毒性。美国专利US005574023A描述了1，3-β-D-葡聚糖的分子内交联方法，其中使用的交联剂就包括二胺、二酰肼等。迄今有不少研究表明，化学交联产物的安全性、副作用和风险尚有很大存疑[Ghosh P.；Guidolin D.PotentialMechanism of Action of Intra-articular Hyaluronan Therapy inOsteoarthritis：Are the Effects Molecular Weight Dependent？(用于骨关节炎治疗的关节内注射透明质酸的作用机理：分子量的依赖性？)Seminars inArthritis and Rheumatism 2002，32，10-37；Reichenbach，S.；Blank，S.；Rutjes，A.W.S.；Shang，A.；King，E.A.；Dieppe，P.A.；Juni，P.；Trelle，S..Hylan versus hyaluronic acid for osteoarthritis of the knee：Asystematic review and meta-analysis(在治疗骨关节炎中交联与未交联透明质酸的对比：系统综述和荟萃分析).Arthritis&Rheumatism-Arthritis Care&Research 2007，57，1410-1418]。
有别于化学交联，用物理交联的方法则可以避免这些不足。物理交联是通过诸如静电作用的离子交联、结晶、氢键作用或疏水作用所导致的分子自聚集等形成的。冷冻解冻法是一种简单易行的物理方法，这种方法是将一定浓度的高分子水溶液在低温下冷冻一段时间，再在较高温度下解冻，即会形成物理交联的高分子水凝胶。一般所形成的水凝胶具有一定强度，在水中只能溶胀而不溶解，而且经过多次冷冻解冻循环的水凝胶强度可得到较大提高。可德胶经羧甲基改性后，溶解性虽有明显提高，但却也丧失了在加热条件下形成凝胶的特性[Y.Jin，HZhang，Y.Yin，K Nishinari.Comparison of curdlan and itscarboxymethylated derivative by means of Rheology，DSC，and AFM(可德胶及其羧甲基衍生物的流变学、DSC和AFM比较研究).Carbohydrate Research，2006，341：90-99]。因此寻求制备羧甲基可德胶凝胶可在更大程度上提高其应用价值、扩展其应用范围。
经对现有技术文献的检索发现，目前尚未有利用冷冻解冻法制备羧甲基可德胶物理水凝胶的技术公开报道。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种羧甲基可德胶物理水凝胶及其制备方法，采用冷冻解冻法制备羧甲基可德胶物理凝胶，即在不添加任何化学交联剂的情况下，首先将羧甲基可德胶配成不同浓度的水溶液，再调节其pH值，继而将所得溶液置于低温下冷冻一段时间后再在室温下解冻，通过一次或多次冷冻解冻循环，最终制得不同强度的羧甲基可德胶水凝胶。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及羧甲基可德胶物理水凝胶中羧甲基可德胶的质量百分比为3-20％，余量为水。
所述的羧甲基可德胶的分子式为：
其中：R为CH2COOH或H，CH2COOH的取代度为0.50～1.0，n的取值为3000～12000。
本发明涉及上述羧甲基可德胶物理水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
第一步、将羧甲基可德胶溶于二次蒸馏水中，搅拌使其完全溶解，配成羧甲基可德胶水溶液。
所述的羧甲基可德胶水溶液的质量百分比浓度为0.5％～3％；
第二步、采用酸调节法调节第一步中制得的羧甲基可德胶溶液的pH值至0.67～2.4，并静置备用。
所述的酸调节法是指：采用1mol/L浓度的HCl逐滴加入到羧甲基可德胶溶液中以调节其pH值。
第三步、将第二步中制得的溶液密封，置于低温恒温槽中，在-80℃～-18℃温度下冷冻24～72小时，然后取出后在0～40℃下解冻1～24小时，重复上述冷冻解冻过程2～5次，最后采用去离子水进行透析，制得羧甲基可德胶物理凝胶。
与现有技术相比，本发明采用冷冻-解冻法制备羧甲基可德胶物理水凝胶，制备方法简单方便，所得凝胶的强度也可通过增加冷冻解冻循环次数，降低冷冻温度，延长冷冻时间等方式进行增强；冷冻解冻法形成凝胶过程中，不引入对生物体有毒副作用的化学交联剂和有机溶剂；由于羧甲基可德胶具有免疫活性和抗肿瘤活性，该物理凝胶在生物医药方面，如作为药物缓释载体，有着潜在的应用，而且较其它亲水胶体具有更大优势。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
(1)准确称取0.10g的羧甲基可德胶溶于二次蒸馏水中，配制浓度为1％的羧甲基可德胶水溶液。
(2)用1mol/L的HCl调节步骤(1)制得的羧甲基可德胶水溶液pH值，使其pH＝1.50，静置备用。
(3)将步骤(2)制得的溶液密封，置于低温恒温槽中，在-24℃温度下冷冻48小时，然后取出置于室温下解冻2小时，一次冷冻解冻循环后对所得凝胶在去离子水中透析除尽酸和氯化钠等组分即制得海绵状的羧甲基可德胶物理凝胶，该水凝胶组分含量为6.7％，羧甲基可德胶的分子式为：
其中：R为CH2COOH或H，CH2COOH的取代度为0.83，n的取值为3000。
实施例2：
(1)准确称取0.10g的羧甲基可德胶溶于二次蒸馏水中，配制浓度为1％的羧甲基可德胶水溶液。
(2)用1mol/L的HCl调节步骤(1)制得的羧甲基可德胶水溶液pH值，使其pH＝1.50，静置备用。
(3)将步骤(2)制得的溶液密封，置于低温恒温槽中，在-24℃温度下冷冻48小时，然后取出置于室温下解冻2小时，再进行二次上述冷冻解冻循环，对所得凝胶在去离子水中透析除尽酸和氯化钠等组分即制得海绵状的羧甲基可
德胶物理凝胶，该水凝胶组分含量为7.4％，羧甲基可德胶的分子式为：
其中：R为CH2COOH或H，CH2COOH的取代度为0.83，n的取值为3000。
实施例3：
(1)准确称取0.10g的羧甲基可德胶溶于二次蒸馏水中，配制浓度为1％的羧甲基可德胶水溶液。
(2)用1mol/L的HCl调节步骤(1)制得的羧甲基可德胶水溶液pH值，使其pH＝1.50，静置备用。
(3)将步骤(2)制得的溶液密封，置于低温恒温槽中，在-24℃温度下冷冻48小时，然后取出置于室温下解冻2小时，再进行四次上述冷冻解冻循环，对所得凝胶在去离子水中透析除尽酸和氯化钠等组分即制得海绵状，强度较大的羧甲基可德胶物理凝胶，该水凝胶组分含量为7.9％，羧甲基可德胶的分子式为：
其中：R为CH2COOH或H，CH2COOH的取代度为0.83，n的取值为3000。
实施例4：
(1)准确称取0.10g的羧甲基可德胶溶于二次蒸馏水中，配制浓度为1％的羧甲基可德胶水溶液。
(2)用1mol/L的HCl调节步骤(1)制得的羧甲基可德胶水溶液pH值，使其pH＝1.50，静置备用。
(3)将步骤(2)制得的溶液密封，置于低温恒温槽中，在-24℃温度下冷冻48小时，然后取出置于室温下解冻2小时，再进行四次上述冷冻解冻循环，对所得凝胶在去离子水中透析除尽酸和氯化钠等组分即制得粘稠状的羧甲基可
德胶物理凝胶，该水凝胶组分含量为3.0％，羧甲基可德胶的分子式为：
其中：R为CH2COOH或H，CH2COOH的取代度为0.50，n的取值为3000。
实施例5：
(1)准确称取0.10g的羧甲基可德胶溶于二次蒸馏水中，配制浓度为1％的羧甲基可德胶水溶液。
(2)用1mol/L的HCl调节步骤(1)制得的羧甲基可德胶水溶液pH值，使其pH＝1.50，静置备用。
(3)将步骤(2)制得的溶液密封，置于低温恒温槽中，在-24℃温度下冷冻48小时，然后取出置于室温下解冻2小时，再进行四次上述冷冻解冻循环，对所得凝胶在去离子水中透析除尽酸和氯化钠等组分即制得海绵块状的羧甲基可德胶物理凝胶，该水凝胶组分含量为18.3％，羧甲基可德胶的分子式为：
其中：R为CH2COOH或H，CH2COOH的取代度为0.50，n的取值为12000。
实施例6：
(1)准确称取0.10g的羧甲基可德胶溶于二次蒸馏水中，配制浓度为1％的羧甲基可德胶水溶液。
(2)用1mol/L的HCl调节步骤(1)制得的羧甲基可德胶水溶液pH值，使其pH＝1.50，静置备用。
(3)将步骤(2)制得的溶液密封，置于低温恒温槽中，在-24℃温度下冷冻48小时，然后取出置于室温下解冻2小时，再进行四次上述冷冻解冻循环，对所得凝胶在去离子水中透析除尽酸和氯化钠等组分即制得海绵块状的羧甲基可德胶物理凝胶，该水凝胶组分含量为20.0％，羧甲基可德胶的分子式为：
其中：R为CH2COOH或H，CH2COOH的取代度为1.0，n的取值为12000。
实施例7：
(1)准确称取0.10g的羧甲基可德胶溶于二次蒸馏水中，配制浓度为1％的羧甲基可德胶水溶液。
(2)用1mol/L的HCl调节步骤(1)制得的羧甲基可德胶水溶液pH值，使其pH＝2.40，静置备用。
(3)将步骤(2)制得的溶液密封，置于低温恒温槽中，在-24℃温度下冷冻48小时，然后取出置于室温下解冻2小时，再进行四次上述冷冻解冻循环，对所得凝胶在去离子水中透析除尽酸和氯化钠等组分即制得粘稠状的羧甲基可德胶物理凝胶，该凝胶未成块状，其组分含量为3.9％，羧甲基可德胶的分子式
为：
其中：R为CH2COOH或H，CH2COOH的取代度为0.83，n的取值为3000。
实施例8：
(1)准确称取0.10g的羧甲基可德胶溶于二次蒸馏水中，配制浓度为1％的羧甲基可德胶水溶液。
(2)用1mol/L的HCl调节步骤(1)制得的羧甲基可德胶水溶液pH值，使其pH＝0.67，静置备用。
(3)将步骤(2)制得的溶液密封，置于低温恒温槽中，在-24℃温度下冷冻48小时，然后取出置于室温下解冻2小时，再进行四次上述冷冻解冻循环，对所得凝胶在去离子水中透析除尽酸和氯化钠等组分即制得海绵状，强度大的羧甲基可德胶物理凝胶，该水凝胶组分含量为18.5％，羧甲基可德胶的分子式为：
其中：R为CH2COOH或H，CH2COOH的取代度为0.83，n的取值为3000。
实施例9：
(1)准确称取0.05g的羧甲基可德胶溶于二次蒸馏水中，配制浓度为0.5％的羧甲基可德胶水溶液。
(2)用1mol/L的HCl调节步骤(1)制得的羧甲基可德胶水溶液pH值，使其pH＝1.50，静置备用。
(3)将步骤(2)制得的溶液密封，置于低温恒温槽中，在-24℃温度下冷冻48小时，然后取出置于室温下解冻2小时，再进行四次上述冷冻解冻循环，对所得凝胶在去离子水中透析除尽酸和氯化钠等组分即制得海绵状的羧甲基可
德胶物理凝胶，该水凝胶组分含量为8.3％，羧甲基可德胶的分子式为：
其中：R为CH2COOH或H，CH2COOH的取代度为0.83，n的取值为3000。
实施例10：
(1)准确称取0.30g的羧甲基可德胶溶于二次蒸馏水中，配制浓度为3％的羧甲基可德胶水溶液。
(2)用1mol/L的HCl调节步骤(1)制得的羧甲基可德胶水溶液pH值，使其pH＝1.50，静置备用。
(3)将步骤(2)制得的溶液密封，置于低温恒温槽中，在-24℃温度下冷冻48小时，然后取出置于室温下解冻2小时，再进行四次上述冷冻解冻循环，对所得凝胶在去离子水中透析除尽酸和氯化钠等组分即制得海绵状的羧甲基可
德胶物理凝胶，该水凝胶组分含量为13.7％，羧甲基可德胶的分子式为：
其中：R为CH2COOH或H，CH2COOH的取代度为0.83，n的取值为3000。
比较例1：
同上述过程，但调整羧甲基可德胶水溶液pH＝3.50，经过五次冷冻解冻循环，其结果是羧甲基可德胶水溶液无变化，即未凝胶化。
实施例8：羧甲基可德胶的溶解性试验
将实施例3制得的羧甲基可德胶物理凝胶冷冻干燥后置于200mL磷酸盐缓冲液(pH＝7.4)中定时观察，30天后也未完全溶解。
将实施例3制得的羧甲基可德胶物理凝胶冷冻干燥后浸入200mL去离子水中，用1mol/L的NaOH调节其pH＝11.5，30天后也未完全溶解。
将实施例3制得的羧甲基可德胶物理凝胶冷冻干燥后浸入70℃去离子水中，加热20小时也未完全溶解。
比较例2：
测定实施例1-10中制得的羧甲基可德胶物理凝胶的平衡溶胀比以及强度，其值列于下表：
Claims (1)
1.一种羧甲基可德胶物理水凝胶的制备方法，该羧甲基可德胶的质量百分比为3-20％，余量为水，所述的羧甲基可德胶的分子式为：
其中：R为CH2COOH或H，n的取值为3000～12000，CH2COOH的取代度为0.50～1.0，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
第一步、将羧甲基可德胶溶于二次蒸馏水中，搅拌使其完全溶解，配成羧甲基可德胶水溶液；
第二步、采用酸调节法调节第一步中制得的羧甲基可德胶溶液的pH值至0.67～2.4，并静置备用；
第三步、将第二步中制得的溶液密封，置于低温恒温槽中，在-80℃～-18℃温度下冷冻24～72小时，然后取出后在0～40℃下解冻1～24小时，重复上述冷冻解冻过程2～5次，最后采用去离子水进行透析，制得羧甲基可德胶物理凝胶；
所述的羧甲基可德胶水溶液的质量百分比浓度为0.5％～3％；
所述的酸调节法是指：采用1mol/L浓度的HCl逐滴加入到羧甲基可德胶溶液中以调节其pH值。
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