CN102469782A - 包含壳聚糖的固态共混物的制剂及方法 - Google Patents

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    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L5/00—Compositions of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08L1/00 or C08L3/00
    • C08L5/08—Chitin; Chondroitin sulfate; Hyaluronic acid; Derivatives thereof

Abstract

本发明公开了含壳聚糖的共混物及其溶解和应用方法。一种包含与干燥固态壳聚糖一起混合的固态酸或者在水存在下能够在原位产生质子的固态试剂的共混物，且可选择性的包含其它成分。共混物为干的、自由流动的、颗粒形式。溶解共混物的方法通常包括向小体积的水中加入一定量的共混物，混合，直到壳聚糖和固态酸或固态试剂溶解，之后进一步通过添加水稀释该混合物，或原样使用。还描述了包含共混物的装置和应用该装置的方法，例如用于在水体如包含杂质(如颗粒、沉积物、或悬浮物质或溶解物质)的河流中控制溶解的壳聚糖的释放，以引起所述杂质的絮凝或沉淀。

Description

包含壳聚糖的固态共混物的制剂及方法
相关申请的交叉引用
本申请享有2009年6月18日提交的美国临时申请61/187,516的权益，在此全部引用作为参考。
发明领域
本发明涉及固态壳聚糖和固态酸或者在水存在下能够原位产生质子的固态试剂的共混物制剂，其具有增强的溶解性能。本发明还涉及溶解包含在共混物中的固态壳聚糖的方法。本发明还涉及用所述的溶解方法来完成其在水性介质中絮凝的方法，所述的水性介质例如河流(stream)，其包含例如悬浮沉积物、不溶有机物、可溶有机物等物质。本发明还涉及用于在水性系统或包含所述物质的河流中絮凝的试剂盒。
背景技术
壳聚糖是一种由β-(1-4)连接的2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖单元组成的线性多糖，其天然产生于无脊椎动物的外骨骼，尤其是海洋甲壳类动物的甲壳。甲壳素化学脱乙酰产生壳聚糖，其是2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖单元和2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖单元的共聚物。
水溶性的壳聚糖可以作为凝结剂和絮凝剂从水性介质中去除杂质例如为悬浮沉积物，蛋白质，脂肪，单宁和金属。水溶性壳聚糖较常用于从建筑物上流下的雨水中去除污染物，例如悬浮沉积物和颗粒物。
壳聚糖在水，碱性溶液和大多数有机溶剂中是不溶的。它作为絮凝剂和凝结剂的效力要求其能够以可溶的形式溶解和递送至包含被絮凝和凝结物质的水性介质中。递送至包含被絮凝和凝结物质的水性介质中的可溶性壳聚糖的浓度对其作为絮凝剂和凝结剂的效果有影响。
壳聚糖在一些酸溶液中在特定的酸和壳聚糖浓度下是可溶的，在其它酸性溶液中是微溶至不溶的。酸的类型可以影响壳聚糖的粘稠度使其呈现糊状，凝胶状，或更像是假塑性体。在溶解的形式，在商业应用中，壳聚糖通常溶解于稀乙酸或乳酸中。由于溶解形式的壳聚糖具有较高的粘度，商业中壳聚糖溶液的浓度通常在1％(wt./wt.)至3％(wt./wt.)。在作为絮凝剂/凝结剂的应用中，1-3％溶解壳聚糖的溶液使用计量泵计量加入到包含杂质的水性介质中例如雨水或工业用水中。溶解的壳聚糖较高的浓度(＞3％)将导致如此高的粘度，使得利用计量泵递送变得困难和不现实。因此，由于运输的成本(以重量计)，这限制了液态壳聚糖溶液的商业应用。例如，3％壳聚糖溶液中基本上是-97％的水，因此运输成本主要归因于水。
液体制剂的替代物是制备水溶性的干的固态壳聚糖盐。这涉及到分散于有机介质中壳聚糖与有机酸的反应。之后将反应产物干燥，得到水溶性的干的固态质子化壳聚糖盐衍生物。尽管生产干的固态水溶性壳聚糖盐减轻了运输1-3％壳聚糖溶液的成本限制，但是制备壳聚糖盐的生产成本仍然限制潜在的商业应用数目。
发明概要
本概要以简化的形式介绍选择的概念，其将在下面的发明详述中做进一步的说明。本概要并非旨在确定要求保护主题的主要特征，也不是辅助用于确定要求保护主题的范围。
对溶解于酸性溶液中的壳聚糖或固态水溶性壳聚糖盐的替代方案，是制备a)固态壳聚糖，和b)固态酸或在水存在下能够原位产生质子的固态试剂(在此也称为“固态试剂”)的共混物，当加入相对少量的水时，所述共混物使得壳聚糖溶解。该溶解壳聚糖的溶液可以随后用水稀释来得到所需的壳聚糖浓度，例如3％壳聚糖溶液。
因此，本发明的一些实施方案预期一种溶解壳聚糖的方法，包括：(1)选择所需壳聚糖终浓度，其具有的水的总体积为VF；(2)获得共混物，其包含：当加入水时可部分质子化但大于80％不溶的，干的、自由流动的、颗粒形式的固态壳聚糖，和固态酸或者在水存在下能够原位产生质子的固态试剂，其中固态酸或者在水存在下能够原位产生质子的固态试剂为干的、自由流动的、颗粒形式，其中固态壳聚糖和固态酸或者在水存在下能够原位产生质子的固态试剂一起是不反应的或者没有化学键合，和其中当加入总体积的水VF时，共混物中的固态壳聚糖是不溶的；(3)向共混物中添加一或多体积的水，V1，其中V1比VF小，且V1能够在预定的时间内有效的膨胀和溶解固态壳聚糖，和当加入V1体积水后固态壳聚糖在预定时间后不膨胀和溶解时，可选择的随后加入V1或其部分体积的水；(4)当固态壳聚糖膨胀和溶解后，加水至添加的水的总体积为VF，从而得到所需浓度的溶解的壳聚糖。
还预期溶解壳聚糖的方法，包括：(1)选择所需壳聚糖终浓度，其具有的水的总体积为VF；(2)获得共混物，其包含：当加入水时可部分质子化但大于80％不溶的，干的、自由流动的、颗粒形式的固态壳聚糖，和选自固态苹果酸、固态柠檬酸和固态酒石酸的固态酸，其中各固态酸为干的、自由流动的、颗粒形式，其中固态壳聚糖和固态酸一起是不反应的或者没有化学键合，和其中当加入总体积的水VF时，共混物中的固态壳聚糖是不溶的；和可选择的选自由固态乙酸钠、甘油、固态酸的固态盐或不同固态酸的固态盐，固态防腐酸，防腐酸的固态盐，固态抗微生物剂，固态金属盐，固态中性水溶性多糖，固态阳离子水溶性多糖，固态阴离子水溶性多糖，固态有机胺，或固态无机胺及其组合组成的组的成分，其中除甘油之外的每一种成分均是干的、自由流动、颗粒形式；(3)向共混物中添加一或多体积的水，V1，其中V1比VF小，且V1能够在预定的时间内有效的膨胀和溶解固态壳聚糖，和当加入V1体积水后固态壳聚糖在预定时间后不膨胀和溶解时，可选择的随后加入V1或其部分体积的水；(4)当固态壳聚糖膨胀和溶解后，加水至添加的水的总体积为VF，从而得到所需浓度的溶解的壳聚糖。
同样提供共混物组合物。在一些实施方式中，组合物包含共混物，该共混物包含：当加入水时可部分质子化但大于80％不溶的，干的、自由流动的、颗粒形式的固态壳聚糖，和固态二乙酸钠或固态二乙酸钾或二者的结合，其为干的、自由流动的、颗粒形式，其中固态壳聚糖和固态二乙酸钠或固态二乙酸钾或二者的结合一起是不反应的或者没有化学键合。还提供溶解共混物或者包含共混物的组合物的方法。在一些实施方式中，包含当加入水时可部分质子化但大于80％不溶的，干的、自由流动的、颗粒形式的固态壳聚糖，和干的、自由流动的、颗粒形式的固态二乙酸钠或固态二乙酸钾或二者的结合，其中固态壳聚糖和固态二乙酸钠或固态二乙酸钾或二者的结合一起是不反应的或者没有化学键的共混物的组合物的溶解方法，所述方法包括：(1)选择所需壳聚糖终浓度，其具有的水的总体积为VF；(2)获得共混物；(3)向共混物中添加一或多体积的水，V1，其中V1比VF小，且V1能够在预定的时间内有效的膨胀和溶解固态壳聚糖，和当加入V1体积水后固态壳聚糖在预定时间后不膨胀和溶解时，可选择的随后加入V1或其部分体积的水；(4)当固态壳聚糖膨胀和溶解后，加水至添加的水的总体积为VF，从而得到所需浓度的溶解的壳聚糖。
此外，此处描述的任何共混物可以通过加入导致壳聚糖的浓度等于或大于约1.0％体积的水而溶解。
附图描述
结合所附的附图，参考下面的详细的描述，前述方面和本发明的许多优点将变得容易领会同时更好的理解，其中：
图1显示了本发明的一个包含分段体(部分切除)的装置的代表性实施方式；和
图2显示了一个图X中所示装置的剖视图，其更清楚地显示了装置中的共混物。
发明详述
已经发现，向包含固态壳聚糖和固态酸或在水存在下能够原位产生质子的固态试剂的共混物中加入相对少量的水时(可选以增加量形式)，固态壳聚糖可以溶解；然而，当共混物与相对大量的水一次全部混合时，固态壳聚糖不溶解。在一些实施方式中，这些方法包括将共混物加入与达到所需壳聚糖浓度所需的总量水相比相对少量的水中，且搅拌以使壳聚糖溶解来制备高粘性的糊状物或凝胶，之后缓慢加入增加量的水，达到所需的壳聚糖浓度。
在此使用的固体是干的、自由流动的、颗粒形式，指的是固体具有像沙从沙漏的一部分流动到另一部分的特性。使用的术语“固态”意为排除物质的其它形态如液态和气态。
此处提供一种溶解壳聚糖的方法，包括：(1)选择所需壳聚糖终浓度，其具有的水的总体积为VF；(2)获得共混物，其包含：当加入水时可部分质子化但大于80％不溶的，干的、自由流动的、颗粒形式的固态壳聚糖，和固态酸或者在水存在下能够原位产生质子的固态试剂，其中固态酸或者在水存在下能够原位产生质子的固态试剂为干的、自由流动的、颗粒形式，其中固态壳聚糖和固态酸或者在水存在下能够原位产生质子的固态试剂一起是不反应的或者没有化学键合，和其中当加入总体积的水VF时，共混物中的固态壳聚糖是不溶的；(3)向共混物中添加一或多体积的水，V1，其中V1比VF小，且V1能够在预定的时间内有效的膨胀和溶解固态壳聚糖，和当加入V1体积水后固态壳聚糖在预定时间后不膨胀和溶解时，可选择的随后加入V1或其部分体积的水；(4)当固态壳聚糖膨胀和溶解后，加水至添加的水的总体积为VF，从而得到所需浓度的溶解的壳聚糖。
预定时间可以为约，最多约，或最少约5，10，25，20，25，或30分钟，或由它们得到的任何范围。体积V1为大于0。体积V1可以最多达体积VF的约10％，体积V1可以最多达体积VF的约5％，体积V1可以最多达体积VF的约1％。体积可以在约，最少约，或最多约0.1％，0.5％，1％，1.5％，2％，2.5％，3％，3.5％，4％，4.5％，5％，5.5％，6％，6.5％，7％，7.5％，8％，8.5％，9％，9.5％，或10％，或由它们得到的任何范围的范围。
在一些实施方式中，上述描述的方法步骤(4)包含加入多个增量体积的水，例如2，3，4，5，6，7，8，9，或10，或由它们得到的任何范围的增量，其中每一个增量体积可以相同或者不同，每次加入之后混合，直到达到VF，因此得到所需浓度的溶解的壳聚糖。
固态壳聚糖可以具有约20,000道尔顿和约2,000,000道尔顿之间的平均分子量。在一些实施方式中，平均分子量为约、最多约、最少约20,000，50,000，100,000，150,000，200,000，250,000，500,000，750,000，1,000,000，1,250,000，1,500,000，1,750,000，或2,000,000，或由它们得到的任何范围。固态壳聚糖的脱乙酰化百分比可以为大于约50％。在一些实施方式中，固态壳聚糖脱乙酰化百分比可以为约、最少约、最多约50％，60％，70％，或80％，或更多，或由它们得到的任何范围。
在一些实施方式中，固态壳聚糖的粒径或者平均粒径在约125微米至约850微米的范围之内。在一些实施方式中，共混物中约90％的固态壳聚糖微粒在约125微米至约850微米的范围之内，或者平均粒径在约125微米至约850微米的范围之内。在一些实施方式中，固态壳聚糖的粒径或者平均粒径大于850微米。在一些实施方式中，固态壳聚糖的粒径或者平均粒径在约850微米至最多约1厘米的范围之内。在一些实施方式中，粒径或者平均粒径在约0.5厘米至约1厘米的范围之内。
在一些实施方式中，固态酸或固态试剂的粒径或者平均粒径在约125微米至约850微米的范围之内。在一些实施方式中，共混物中约90％的固态酸或固态试剂微粒在约125微米至约850微米的范围之内，或者平均粒径在约125微米至约850微米的范围之内。在一些实施方式中，固态酸或固态试剂的粒径或者平均粒径大于850微米。在一些实施方式中，固态酸或固态试剂的粒径或者平均粒径在约850微米至最多约1厘米的范围之内。在一些实施方式中，固态酸或固态试剂的粒径或者平均粒径小于固态壳聚糖的粒径或者平均粒径。在一些实施方式中，固态酸或固态试剂的粒径或者平均粒径大于固态壳聚糖的粒径或者平均粒径。
在一些实施方式中，固态壳聚糖的粒径在固态酸或者在水存在下能够原位产生质子的固态试剂的粒径的约20％之内。在一些实施方式中，固态壳聚糖的粒径在固态酸或者固态试剂的粒径的约、至多约或至少约1％，2％，3％，4％，5％，6％，7％，8％，9％，10％，11％，12％，13％，14％，15％，16％，17％，18％，19％，20％，21％，22％，23％，24％，或25％，或由它们得到的任何范围之内。
在一些实施方式中，固态酸为质子酸。固态酸例如可以是苹果酸、柠檬酸、酒石酸、二乙酸钠、二乙酸钾。固态酸可以是二乙酸钠或二乙酸钾。
在一些实施方式中，水存在下能够在原位产生质子的固态试剂选自由固态亚硫酸盐、固态有机酸内酯，和固态有机酸酐组成的组。
固态壳聚糖与固态酸或在水存在下能够在原位产生质子的固态试剂的比例可以变化。在一些实施方式中，固态壳聚糖与固态酸或在水存在下能够在原位产生质子的固态试剂的比例为约1∶10至约10∶1(wt./wt.)的范围之内。在其它实施方式中，固态壳聚糖与固态酸或在水存在下能够在原位产生质子的固态试剂的比例为约1∶1(wt./wt.)。在其它的实施方式中，固态壳聚糖与固态酸或在水存在下能够在原位产生质子的固态试剂的比例为约1∶2(wt./wt.)。
共混物可以包含其它的成分。在一些实施方式中，共混物进一步包含甘油。甘油的添加可以有助于壳聚糖的溶解。共混物可以包含固态酸的固态盐或不同固态酸的盐，其中所述的盐为干的、自由流动的、颗粒形式。共混物可以包含固态防腐酸，防腐酸的固态盐、或固态抗微生物剂，其中固态防腐酸，防腐酸的固态盐、或固态抗微生物剂为干的、自由流动的、颗粒形式。在一些实施方式中，共混物可以包含干的、自由流动的、颗粒形式的固态金属盐。共混物可以包含干的、自由流动的、颗粒形式的固态中性多糖。共混物可以包含干的、自由流动的、颗粒形式的固态阳离子或固态阴离子多糖。共混物可以包含干的、自由流动的、颗粒形式的固态有机胺。在一些实施方式中，共混物进一步包含干的、自由流动的、颗粒形式的固态无机胺。
在一些实施方式中，共混物进一步定义为固态壳聚糖、固态质子酸、和固态有机酸酐的共混物。其中固态壳聚糖、固态质子酸、和固态有机酸酐各自为干的、自由流动的、颗粒形式。
此处描述的任何共混物均可进一步包含乙酸钠。乙酸根离子有助于壳聚糖的溶解。
此处描述的包含壳聚糖的共混物可以用来制备所需壳聚糖终浓度，例如所需壳聚糖终浓度在约1％至约5％(wt./wt.)的范围内。在一些实施方式中，所需壳聚糖终浓度在约1％至约3％(wt./wt.)的范围内。
在一些实施方式中，固态酸或在水存在下能够在原位产生质子的固态试剂通过如下的方法选择，该方法包括：(A)准备测试固态壳聚糖和测试固态酸或在水存在下能够在原位产生质子的测试固态试剂的测试共混物，其中测试固态壳聚糖与测试固态酸或在水存在下能够在原位产生质子的测试固态试剂的比例为约1∶1∶1(克∶克∶升)，其中测试固态壳聚糖与测试固态酸或在水存在下能够在原位产生质子的测试固态试剂各自为干的、自由流动的、颗粒形式，和其中测试固态壳聚糖与测试固态酸或在水存在下能够在原位产生质子的测试固态试剂一起是不反应的或者没有化学键合；(B)向测试共混物中加入测试体积的水(VT)并混合；(C)观察测试固态壳聚糖是否膨胀以及测试共混物是否溶解，来决定做下面两件事情中的一种：(a)如果测试固态壳聚糖能够膨胀和测试共混物溶解，那么确定在这些条件下测试固态酸或在水存在下能够在原位产生质子的测试固态试剂能够溶解水中的测试固态壳聚糖；或者(b)如果测试固态壳聚糖不能膨胀和测试共混物不溶解，那么测试共混物实施上述描述方法的步骤(2)。
还预期溶解壳聚糖的方法，包括：(1)选择所需壳聚糖终浓度，其具有的水的总体积为VF；(2)获得共混物，其包含：当加入水时可部分质子化但大于80％不溶的，干的、自由流动的、颗粒形式的固态壳聚糖，和选自固态苹果酸、固态柠檬酸和固态酒石酸的固态酸，其中各固态酸为干的、自由流动的、颗粒形式，其中固态壳聚糖和固态酸一起是不反应的或者没有化学键合，和其中当加入总体积的水VF时，共混物中的固态壳聚糖是不溶的；和可选择的选自由固态乙酸钠、甘油、固态酸的固态盐或不同固态酸的固态盐，固态防腐酸，防腐酸的固态盐，固态抗微生物剂，固态金属盐，固态中性水溶性多糖，固态阳离子水溶性多糖，固态阴离子水溶性多糖，固态有机胺，或固态无机胺及其组合组成的组的成分，其中除甘油之外的每一种成分均是干的、自由流动、颗粒形式；(3)向共混物中添加一或多体积的水，V1，其中V1比VF小，且V1能够在预定的时间内有效的膨胀和溶解固态壳聚糖，和当加入V1体积水后固态壳聚糖在预定时间后不膨胀和溶解时，可选择的随后加入V1或其部分体积的水；和(4)当固态壳聚糖膨胀和溶解后，加水至添加的水的总体积为VF，从而得到所需浓度的溶解的壳聚糖。在这个或任何其它方法中，预定时间可以为约15至约30分钟。预定时间可以为约，最多约，或最少约5，10，25，20，25，或30分钟，或由它们得到的任何范围。体积V1为大于0。体积V1可以最多达体积VF的约10％，体积V1可以最多达体积VF的约5％，体积V1可以最多达体积VF的约1％。体积可以在约，最少约，或最多约0.1％，0.5％，1％，1.5％，2％，2.5％，3％，3.5％，4％，4.5％，5％，5.5％，6％，6.5％，7％，7.5％，8％，8.5％，9％，9.5％，或10％，或由它们得到的任何范围的范围。方法中步骤(4)可以包括加入多个增量体积的水，例如2，3，4，5，6，7，8，9，或10，或由它们得到的任何范围的增量。其中每一个增量体积可以相同或者不同，每次加入之后混合，直到达到VF，从而得到所需浓度的溶解的壳聚糖。
还提供共混物组合物。在一些实施方式中，组合物包含以下的共混物：当加入水时可部分质子化但大于80％不溶的，干的、自由流动的、颗粒形式的固态壳聚糖，和干的、自由流动的、颗粒形式的固态二乙酸钠或固态二乙酸钾或二者的结合，其中固态壳聚糖和固态二乙酸钠或固态二乙酸钾或二者的结合一起是不反应的或者没有化学键合。固态壳聚糖与固态二乙酸钠或固态二乙酸钾的比例可以在约1∶1至约1∶5(wt./wt.)的范围内。在一些实施方式中，比例在约1∶2至约1∶3(wt./wt.)的范围内。在包含固态壳聚糖和固态二乙酸钠或固态二乙酸钾的共混物的组合物中，此处描述的各组分的粒径可以是任何的粒径或平均粒径。在一些实施方式中，固态壳聚糖和固态二乙酸钠或固态二乙酸钾的粒径或者平均粒径各自在约125微米至约850微米的范围之内。在一些实施方式中，约90％的固态壳聚糖或固态二乙酸钠或固态二乙酸钾在约125微米至约850微米的范围之内。
还公开了一种溶解固态壳聚糖和固态乙酸钠或固态乙酸钾，或其组合的共混物的方法，正如上述描述的那样，包括(1)选择所需壳聚糖终浓度，其具有的水的总体积为VF；(2)制备共混物；(3)向共混物中添加一或多体积的水，V1，其中V1比VF小，且V1能够在预定的时间内有效的膨胀和溶解固态壳聚糖，和当加入V1体积水后固态壳聚糖在预定时间后不膨胀和溶解时，可选择的随后加入V1或其部分体积的水，例如2，3，4，5，6，7，8，9，或10部分(fraction)，或由它们得到的任何范围；和(4)当固态壳聚糖膨胀和溶解后，加水至添加的水的总体积为VF，从而得到所需浓度的溶解的壳聚糖。
在此所述的共混物，可加入一体积水(即非增量体积的水)致使壳聚糖浓度大于或等于约0.1％。例如包含固态壳聚糖和固态乙酸钠或固态乙酸钾的如上所述的共混物，可加入一体积水致使壳聚糖浓度大于或等于约0.1％。例如壳聚糖的浓度可以从约1％至约5％。在一些实施方式中，壳聚糖的浓度可以在约1％至约3％的范围内。壳聚糖和二乙酸钠或二乙酸钾的比例可以为约1∶2或更大。
壳聚糖：如上所述，壳聚糖是2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖单元和2-乙酰氨基2-脱氧-D-葡萄糖单元的共聚物。壳聚糖商业来源广泛，平均分子量范围和脱乙酰化百分比是多样的。例如，固态壳聚糖的平均分子量可以在约20,000道尔顿和约2,000,000道尔顿之间，和脱乙酰化百分比可以为大于约50％。当加入水中时，固态壳聚糖可以是部分质子化的，但是通常大于约、至少约、或至多约65％，70％，75％，80％，85％，90％，95％，或99％，或由他们得到的任何范围是不溶的，且是干的、自由流动的、颗粒形式。换句话说，大于特定百分比的壳聚糖没有溶解。除任何溶剂，例如水或有机溶剂外，此处描述的用于共混物中的壳聚糖是干的、自由流动的、颗粒形式。共混物中的壳聚糖不包括壳聚糖复合物。在一些实施方式中，壳聚糖可以进一步定义为不包括金属，例如螯合金属。
固态酸：此处描述的共混物中使用的固态酸为干的、自由流动的、颗粒形式。固态酸通常是分裂以提供至少一个质子(H+)的质子酸。单质子和多(如二质子)质子酸均可使用。术语“单质子酸”涉及每分子具有1个可解离氢的酸。术语“多质子酸”应当相应理解。
质子酸的非限制性的例子包括乳酸，己二酸，丙酮酸，苯丙酮酸，对羟苯基丙酮酸，对羟基丙酮酸，2-酮基戊二酸，乙醛酸，α-酮基异己酸，草酰乙酸，乙酰丙酸，乙酰乙酸，丙醛酸，戊醛酸，丙醛酸，戊醛酸，对-(3-甲酰基丙基)苯甲酸，3-氧代戊酸，2-酮基-3-羟丁酸，3-苯甲酰基丙酸，4-苯甲酰苯甲酸，辛酸，柠康酸，柠苹酸，柠嗪酸，己酸，正癸酸，谷氨酸，柠檬酸，酒石酸，苹果酸，马来酸，丙二酸，丙酸，琥珀酸，延胡索酸，乙醇酸，D-葡萄糖醛酸，苯甲酸，山梨酸，水杨酸，半乳糖醛酸，抗坏血酸，葡糖二酸，半乳糖二酸，D-阿拉伯糖酸，草酸，苯甲酸，对氨基苯磺酸，葡萄糖酸，棕榈酸，硬脂酸，乙二胺四乙酸，葡庚糖酸，烟酸，油酸，植酸，聚乳糖醛酸，氨基磺酸，尿酸，胭脂红酸，L-焦谷氨酸，D-焦谷氨酸，氨基苯甲酸，6-氨基己酸，戊二酸，十二烷基苯磺酸，辛酸，乙醛酸，异戊酸，硼酸，巯基乙酸，天门冬氨酸，丙氨酸，精氨酸，天门冬素，半胱氨酸，谷氨酸，甘氨酸，组氨酸，异亮氨酸，亮氨酸，赖氨酸，蛋氨酸，苯丙氨酸，脯氨酸，丝氨酸，苏氨酸，色氨酸，酪氨酸，缬氨酸，二乙酸钠和二乙酸钾。在一些实施方式中，固体酸是苹果酸，柠檬酸，酒石酸，二乙酸钠(乙酸和乙酸钠的组合)，或二乙酸钾(乙酸和乙酸钾的组合)。应了解，液态酸可制备成固态形式，即固态乳酸以固态形式商购获得。
上面所列的固态酸相应的固态盐也可以与其相应的固态酸或不同的固态酸组合混入所述共混物。
固态试剂：也可以应用在水存在下能够原位产生质子的固态试剂(例如溶解于水后能够提供至少一个质子的固态试剂)。对于在水存在下能够原位产生质子的固态试剂，预期亚硫酸盐，有机酸内酯、有机酸酐。
亚硫酸盐可以应用是由于其溶于水后产生亚硫酸。
有机酸内酯同样可以应用于配制固态壳聚糖共混物。内酯在水中水解，在原位产生相应的有机酸。有机酸内酯水解为相应酸的速率对于不同的有机酸内酯是不相同的。在水介质中，原位产生的酸可以影响壳聚糖的溶解度分布，可能非常不同于包含在固态相应固态酸-固态壳聚糖共混物中的壳聚糖的溶解度分布。这是控制壳聚糖溶解速率的方式之一。有机酸内酯的例子包括葡萄糖醛酸内酯，D-葡萄糖酸-1，4-内酯，葡萄糖酸内酯，半乳糖醛酸内酯，甘露糖醛酸内酯，甘油酸内酯，D-呋喃糖醛酸-6，3-内酯，和D-吡喃半乳糖醛酸-6，3-内酯。
固态有机酸酐同样可以应用于固态壳聚糖共混物中。固态有机酸酐在水中水解，在原位产生相应的有机酸。固态有机酸酐水解为相应酸的速率对于不同的有机酸内酯是不相同的。在水介质中，原位产生的酸可以影响壳聚糖的溶解度分布，可能非常不同于包含在固态相应酸-固态壳聚糖共混物中的壳聚糖的溶解度分布。这是控制壳聚糖溶解速率的方式之一。非限制性的例子包括丁二酸酐，顺丁烯二酸酐，苹果酸酐，柠康酸酐。
已经证实，在水性介质如水中，壳聚糖通过酐的反应而衍生化是可能的。由此产生的壳聚糖衍生物不再是阳离子的，而由于与来自酐的羧基官能团的共价结合而具有阴离子属性，例如丁二酸酐的丁二酰化。可以想象，包含相应的或不同的有机酸酐的固态酸-固态壳聚糖共混物，可以导致原位形成壳聚糖衍生物，由于共价结合的羧基官能团和质子化的伯胺，同时具有阳离子和阴离子属性。固态酸与壳聚糖以及固态有机酸酐的比例可以影响和控制壳聚糖衍生物的性质和属性。也可以想象，在没有添加固态有机酸的有机酸酐共混物中，通过控制加入固态壳聚糖中有机酸酐的比例，普通阳离子性壳聚糖可以原位转换为阴离子性壳聚糖。如下所述，固态有机酸酐-固态壳聚糖共混物或者固态有机酸-固态有机酸酐-固态壳聚糖共混物也可以含在能够释放衍生化壳聚糖的多孔容纳装置中。释放的衍生化壳聚糖将具有所需的属性，可以用于絮凝，凝结，沉淀(溶解的物质)，包覆等。
在一些实施方式中，固态酸不是透明质酸，烟酸(见US 5,736,532)，脂肪酸，核酸，乳酸(见US公开申请2005/0239657)，或丁二酸(见US2005/0239657)。在一些实施方式中，固体酸是不是非植物毒性的酸，如精氨酸，组氨酸，异亮氨酸，亮氨酸，赖氨酸，蛋氨酸，苯丙氨酸，苏氨酸，色氨酸，缬氨酸，丙氨酸，天门冬氨酸，瓜氨酸，胱氨酸，谷氨酸，甘氨酸，羟谷氨酸，正亮氨酸，脯氨酸，丝氨酸，酪氨酸，己二酸，盐酸，酒石酸，硝酸，甲酸，柠檬酸(见US专利4,964,894)。
在一些实施方式中，固态酸或在水存在下能够原位产生质子的固态制剂不是聚合物(见WO 2010/023463)。在一些实施方式中，固态酸不是乙醛酸(见WO2008/087845)，在一些实施方式中，固态酸不是抗坏血酸(见WO 00/024785)。
共混物：本发明进一步预期共混物。在此讨论的共混物指固态壳聚糖和一种或多种在此讨论的固态酸或试剂的任何组合，可选的包含其它成分。固态壳聚糖和固态酸或在水存在下能够原位产生质子的固态试剂的共混物指干的、自由流动的、颗粒形式的各个成分的混合物或制剂。在共混条件下，固态壳聚糖和固态酸或固态试剂一起是不反应的或者没有化学键合。也就是说，固态壳聚糖和固态酸或固态试剂是化学上彼此分开的。例如，固态壳聚糖和固态酸或固态剂之间没有共价结合，没有形成复合物，没有交联在一起，也没有一种成分“包覆”另一种成分。
共混物可能包括、基本上由，或由固态壳聚糖和固态酸或在水存在下能够原位生成酸的固态试剂组成。在一些实施例中，共混物仅有的两个组分是固态壳聚糖和固态酸或固态试剂。在基本上由固态壳聚糖和固态酸或固态试剂组成的共混物中，共混物不包含对固态壳聚糖和固态酸或固态试剂的新颖特征和基本特征有实质性影响的成分。例如，共混物基本上由固态壳聚糖，固态酸和固态试剂组成而不包含水和有机溶剂。明确设想共混物可能包括、基本上由，或由固态壳聚糖，固态酸和固态试剂组成。共混物中可能含有微量杂质。杂质可能包括，例如，几丁质形成壳聚糖过程中的消化蛋白质材料，或如钾、钙的碳酸盐或钾或钙的磷酸盐的矿物盐。
在一些实施方式中，包含固态壳聚糖和固态酸或固态试剂的共混物进一步限定为不包含于薄膜，包覆物，或片剂中。在一些实施方式中，共混物不是层状的。在一些实施方式中，共混物不包含于水凝胶中。在一些实施方式中，共混物不包括、也不包含于浆液、液体、或溶液中。在一些实施方式中，共混物中不包含碳酸盐或碳酸氢盐(见US公开申请2008/0190861)。在一些实施方式中，共混物中不包含药物(见US公开申请2006/0115525)。
固态壳聚糖与固态酸或固态试剂的不同比例可以以重量或摩尔数基础。所述的比例依赖于所用的固态酸或固态试剂的类型和固态壳聚糖的分子量和脱乙酰度。在一些实施方式中，固态壳聚糖与固态酸或固态试剂的比例为从约1∶10至约10∶1的范围内。在一些实施方式中，所述比例为约、至少约、或至多约1∶10，1∶5，3∶10，2∶5，1∶2，3∶5，7∶10，4∶5，9∶10，1∶1，10∶9，5∶4，10∶7，5∶3，2∶1，5∶2，10∶3，5∶1，或10∶1，或由它们得到的任何范围。
共混物中固态壳聚糖的粒径范围和固态酸或固态试剂的粒径范围可以不同。期望固态壳聚糖和固态酸或固态试剂具有最佳的粒径范围。实施例中现有数据表明，固态壳聚糖的粒径范围小于850微米，例如约125微米至约850微米的范围内，能够与粒径大小从食盐和颗粒状精制糖至粉末的固态酸有效共混。也可以使用较大颗粒的固态酸和固态试剂。在一些实施方式中，共混物中约90％的固态壳聚糖粒径在约125微米至约850微米的范围之内。预期粒径大于约850微米的固态壳聚糖也能够与相似粒径、较大粒径或较小粒径范围的固态酸或固态试剂有效共混。在一些实施方式中，固态壳聚糖的粒径为固态酸或固态试剂粒径的约、至多约，或至少约10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，70％，80％，或90％，或由它们得到的任何范围。当颗粒尺寸大小可比时，较大的颗粒沉降的机会减至最低。与相反的情况相比，通常更容易改变固态壳聚糖(通常是颗粒状或片状形式)的粒径以接近固态酸或固态试剂的粒径。例如，粗磨壳聚糖，通常是约0.25厘米至约0.5厘米之间，可以进一步研磨以接近更多的以粉末形式存在的固态酸或固态制剂的粒径。
附加成分：在一些实施方式中，包含固态壳聚糖和固态酸或固态试剂的共混物可以包含一种或多种附加成分。还考虑下面成分的组合。通常附加成分为干的、自由流动的、颗粒形式。但是，实施方案考虑含有甘油的共混物，以提高固态壳聚糖的溶解度。
其它的实施方案包括与固态酸和有机酸的固态盐(其中每种盐为干的、自由流动的、颗粒形式)的组合共混的固态壳聚糖。实例包括与乳酸和乳酸钙共混的固态壳聚糖，与结合乙酸钠的乳酸、乳酸钙共混的壳聚糖，与结合乙酸钠或乙酸钾的己二酸共混的壳聚糖，与结合己酸钠或己酸钾的己二酸共混的壳聚糖，与结合乙酸钠或乙酸钾的谷氨酸共混的壳聚糖，与结合己酸钠或己酸钾的谷氨酸共混的壳聚糖，与结合固态苯甲酸的固态己二酸共混的壳聚糖。这些例子并非详尽，而仅仅是提供可能类型和品种的组合的例子。这些共混物可能会影响壳聚糖的溶解性能和提供在某些应用中的好处。
另一个方案涉及含有固态防腐酸、或固态防腐酸的固态盐、或能够减缓或阻止湿共混物中的微生物如霉菌，酵母菌，真菌和细菌生长的固态抗微生物剂的共混物。这些成分为干的，自由流动的，颗粒形式。固态防腐酸的非限制性的例子包括苯甲酸，丙酸，山梨酸，或与固态酸如谷氨酸，柠檬酸，己二酸，酒石酸等共混的这些酸的固态盐。固态抗微生物剂的非限制性的例子包括对羟基苯甲酸酯和羟苯甲酸甲酯，亚硫酸盐，亚硫酸钠和亚硫酸钾，偏亚硫酸氢钠或偏亚硫酸氢钾，锌盐，吡硫翁，精油等。
另一个方案涉及含有干的，自由流动的，颗粒形式的固态金属盐。固态金属盐的非限制性的例子包括氯化镧，氧化镧，醋酸镧，醋酸锆，氧氯化锆，硫酸铝，氯化铝，三氯化铁，硫酸铁，铝酸钠，绿矾(FeSO4·7H2O)，和铁盐。
另一个方案涉及包含干的，自由流动的，颗粒形式的、通常是水溶性的中性(非-离子)固态多糖的共混物。非限制性的例子包括瓜尔胶，淀粉，葡甘露聚糖，葡聚糖，甲基纤维素，羟丙基纤维素，羟丙基甲基纤维素，半乳甘露聚糖，甘露聚糖，木糖葡聚糖。这些共混物也可以含有固态金属盐，以辅助凝结、絮凝和去除水中的杂质。
另一个方案涉及包含干的，自由流动的，颗粒形式的、通常是水溶性的固态阴离子多糖的共混物。非限制性的例子包括琼脂，卡拉胶，黄原胶，聚半乳糖醛酸盐，果胶，藻酸盐，胞外多糖和羧甲基纤维素。
共混物也可包含干的，自由流动的，颗粒形式的、通常是水溶性的固态阳离子多糖。非限制性的例子包括阳离子瓜尔胶和阳离子淀粉。
共混物也可包含干的，自由流动的，颗粒形式的固态有机或无机胺。非限制性的例子包括二烯丙基二甲基氯化铵，二甲胺，二甲氨基乙基-甲基丙烯酸酯，乙醇胺，甲胺，三乙胺。
设想固态金属盐类或固态有机胺可以与单独的固态阳离子多糖，单独的固态中性多糖，或单独的固态阴离子多糖一起用于各种组合中。例如，固态阳离子多糖可与固态金属盐或固态有机胺一起用于共混物中，其中每种成分均为干的，自由流动的，颗粒形式。或者，固态阴离子多糖可与固态壳聚糖、固态酸和固态金属盐一起用于共混物中，其中每种成分均为干的，自由流动的，颗粒形式。再或者，固态中性多糖可与固态金属盐或固态有机胺、固态壳聚糖、和固态金属酸一起用于共混物中，其中每种成分均为干的，自由流动的，颗粒形式。
装置：可以使用的装置包含此处所描述的共混物，使得溶解的壳聚糖释放到围绕部分或全部装置的水中。例如，渗透的水溶性壳聚糖供应装置可以包含此处描述的任何固态壳聚糖和固态酸或在水存在下能够原位产生质子的固态试剂的共混物。这种装置是多孔的，其中孔允许水进入和水合共混物，溶解固态壳聚糖和通过孔释放水溶性壳聚糖到装置外的水性介质中。装置的孔径和数量或构造可以在一定程度上影响可溶性壳聚糖的释放。供应装置可以是多孔织物(例如多孔“袜”)或金属或塑料容器。供应装置可以是纺织或无纺多孔材料。
另一种方案涉及包含用于控制壳聚糖释放速率或剂量的装置中的共混物。水溶性壳聚糖的溶解和释放速度可以例如通过所选择的酸的溶解性控制。例如，比较了织物小袋中固态壳聚糖/固态苹果酸共混物与固态壳聚糖/固态乳酸-固态乳酸钙共混物的水溶性壳聚糖释放入pH8水中的速率。在实施例5的条件下，与固态壳聚糖/固态苹果酸共混物相比，固态壳聚糖/固态乳酸-固态乳酸钙共混物溶解更快和表现出更快的从小袋到水中的释放速率。设想对一些含有需要迅速地去除的杂质的水来说，包含固态壳聚糖和固态酸或固态试剂的快速溶解共混物是有优势的。这可能是由于水中更高含量的杂质需要更高的剂量速率的溶解的壳聚糖。包含有机固态酸内酯和固态壳聚糖的多孔渗透性装置代表了另一种实施方案。内酯变成相应的酸的水解速率可以影响壳聚糖的溶解速率和溶解的壳聚糖的释放，且受容纳装置的孔径和孔数量影响。固态有机酸内酯和固态壳聚糖可与固态有机酸以不同的比例混合来影响壳聚糖的溶解速率也是可以理解的。
在一些实施方式中，预期一种渗透性可溶性壳聚糖供应装置包含以下的共混物：当加入水时可部分质子化但大于80％不溶的，干的、自由流动的、颗粒形式的固态壳聚糖，和固态酸或者在水存在下能够原位产生质子的固态试剂，其中固态酸或者在水存在下能够原位产生质子的固态试剂为干的、自由流动的、颗粒形式，其中如本文所述，固态壳聚糖和固态酸或者在水存在下能够原位产生质子的固态试剂一起是不反应的或者没有化学键合；以及容纳所述共混物的多孔容器。多孔容器例如可以是分段的织物袜。袜可以暴露于流水中，其中包含于袜中的共混物溶解。装置的非限制的例子公开于US专利6,749,748和6,821,427，在此每个均作为参考被纳入。
一方面，本发明提供了一种用于减少水中污染物的量的装置，每个装置包括布置于主体内的在此描述的共混物，所述主体限定多个孔，其中孔的平均直径范围可以在1μm至2000μm之间。US专利6,749,748公开了一种合适的装置，在此作为参考被纳入。
例如，图1显示了一个本发明装置10的实施方案，其包括主体12，其具有第一端14和第二端16，和柄18连于主体的第一端14。图2更清楚地显示了装置10的截面，主体12包括一个体壁20，其限定内表面22和外表面24。再次参照图1，体壁20包括缝26，其垂直于主体12的长轴，有规则的空间间隔且沿其长度将体壁20划分成段28。每段28限定内腔30。体壁20被多个孔32穿透(更清楚的示于图2)，多个孔32连接主体的内表面22和主体外表面24。
共混物34置于每一段内28的内腔30中。图1所述的实施方式中，为了更清楚的展示内腔30，紧挨着第一端14的内腔30仅部分充满了共混物34。每段28可以包括与一个或多个其它段28相同或不同的共混物34。如图1所示的装置10是柔性的。柔性通过主体12的分段促进。主体12包括第一半36，从主体的第一端14延伸到主体的中点38，和第二半40，从主体的中点38延伸到主体的第二端16。
在操作中，装置10至少部分地沉浸在包含一种或更多污染物的水流中。水渗入孔32和共混物34接触，共混物34开始溶解。溶解的共混物34通过孔32离开内腔30，与水中的污染物形成不溶的复合物(尽管在共混物34被水溶解的那一刻，不溶复合物制就可以开始形成)。
虽然当填充满共混物34时，图1所示的装置10的实施方案具有基本圆柱形的(虽然分段)的形状，但是装置10可以是任何形状，来适应在特定的应用中使用。装置主体12可以由足够强可以保留共混物34和抵抗水流过装置10时施加的压力的任何材料制备，其具有充分多的孔以让水穿过装置10与内腔30中的共混物34接触，尽管孔32不应该太大以允许共混物34的快速逸出和溶解。装置主体12的一些实施方案是可伸展的。装置10可选的包含附件，如柄18，其连接于装置主体12，当装置10置于支撑物如金属或塑料管中时，柄18用来将装置10连接于支撑物上。
方法：此处公开的是溶解固态壳聚糖的方法。如上述背景技术中讨论的那样，壳聚糖稀溶液的运输是昂贵的。因此，固态、干的壳聚糖和固态、干的酸或固态、干的试剂的共混物提供了一个供应溶液形式壳聚糖的替代方式，只要壳聚糖共混物可以溶解。已经发现，可部分质子化但加入水中时大于80％是不溶的，且为干的、自由流动的、颗粒的形态的固态干的、固态壳聚糖和固态、干的酸或固态、干的试剂的共混物，当加入大量的水如制备1-5％(wt./wt.)壳聚糖溶液的水的总量时，得不到溶解的共混物，但是当添加低量的水时，共混物将会溶解。当加入低量的水使共混物中的固态壳聚糖在预定的时间内膨胀和溶解后，可以增加其余部分的水得到预期的壳聚糖终浓度，如1-5％(wt./wt.)或1-3％(wt./wt.)。预定的时间可以为约、至少约、或至多约5，10，15，20，25或30分钟，或它们得到的任何范围。
其它的共混物将溶解于大体积的水中。因此，同样涉及当加入大量的水使得壳聚糖浓度为至少0.1％时也能够溶解的溶解共混物的方法。
还涉及释放溶解性壳聚糖到水中的方法，该方法包括将渗透性的水溶性壳聚糖供应装置与水接触，使溶解性壳聚糖释放到水中。在一些实施例中，当释放溶解性壳聚糖到水中后，水中物质的絮凝或沉淀将被引发。此处所用的“絮凝”指接触和吸附的过程，由此可以形成分散体形式的大尺寸颗粒群。絮凝与凝结是同义词。此处所用的“沉淀”是指固态物质从液体溶液中沉淀出来。物质可以是有机物。物质可以选自由颗粒、沉淀物，悬浮物质和溶解物质组成的组。水可以是流水，蒸汽水或雨水。
确定壳聚糖溶解度的方法是本领域公知的。例如，可以通过以下确定溶解度：称量固态壳聚糖样品，校正湿度，用稀酸形成溶液，使溶液过滤通过配衡滤纸，合收集配衡滤纸上的不溶物，干燥和称重滤纸，然后计算不溶物的百分比。
方法可以包括此处所述的步骤，或可以仅由这些步骤组成，以排除任何其它步骤。或者，方法可以基本由本文描述的步骤组成。基本由步骤组成的方法是排除对方法或其效果的新颖的和基本的性质不构成重大影响的成分或步骤。例如，基本由此处所述的含壳聚糖共混物中溶解壳聚糖以达到所需壳聚糖终浓度组成的方法，可以排除加入一定体积的稀酸溶液。
预期此处讨论的任何实施方式可以用本发明的任何方法，组合物，或共混物来实现，反之亦然。此外，此处所述的共混物和组合物可用来实现本发明的方法。
除非明确表示仅指选项或选项互斥，词“或”在权利要求中是指“和/或”，虽然公开的内容支持仅指选择方案和“和/或”的定义。
本申请中，词“约”是用来表示一个值，其包括用来确定所述值的装置或方法的误差的标准偏差。在上下文中与词“约”联用的数值的任何实施方式中，具体预期词“约”可以省略。
依据长期存在的专利法规，除非特别指出，在权利要求书和说明书中，当词“一”与词“包括”结合使用时表示一个或多个。
本文引用的出版物和它们引用的材料作为参考材料整体引入。
下面的实施例是用于说明、而不是限制此处公开的内容。
实施例
在下面每一个实施例中，壳聚糖研碎且过20目筛。然后使用通过筛子的固态颗粒。通过筛子的颗粒中，约有90％的颗粒在约125微米至约850微米的范围内。在每个实施例中采用的水均为去离子水。
实施例1.共混物的大体积水溶解
试验1：混合1克固态酸和1克固态壳聚糖。之后将该共混物缓慢倒入1L搅拌的去离子水中。观察壳聚糖是否溶解。见下面表1。
表1
Figure BPA00001498655800181
Figure BPA00001498655800191
用上述方法，一些固态酸能够很好的溶解壳聚糖；其它一些酸则需要更多的酸来溶解壳聚糖；还有一些酸即使如上述情况补充额外的酸，也不溶解壳聚糖。
实施例2.共混物的小体积水溶解(小体积溶解性(LVS)测试)
试验2：该试验中使用的酸选自试验1中不能溶解壳聚糖的酸，见上面表1。
混合1克固态酸和1克固态壳聚糖。然后向混合物中慢慢加水(2.5-5.0毫升)并混合。留出时间(最多5分钟)让壳聚糖膨胀，然后慢慢加入更多的水，一次约2.5-5.0毫升。留出时间让壳聚糖膨胀和溶解。确定壳聚糖是否是可溶的。如果加入10毫升水后壳聚糖还没有膨胀和溶解时，在这些条件下酸不会起作用。然后可以尝试每1克壳聚糖加2克酸或或添加乙酸钠，因为醋酸根平衡离子可改善溶解度。如果约30分钟后或加入20毫升水后，壳聚糖膨胀和溶解，那么在快速搅拌下一次加入10毫升的水。当已加入50毫升的水时，在快速混合下再加入50毫升的水。当已加入100毫升水后，在混合下以100毫升的增量添加另外的水，直至已加入500毫升时为止。然后再添加500毫升的水，共加入1000毫升水。使溶液混合。结果见下表2。
表2
  样品   酸 溶解性  结果   注释
  A   苹果酸 好  剩下约100颗粒
  B   甘氨酸   差
  甘氨酸   差   1克酸，1克壳聚糖，1.6克三水合乙酸钠
  C   柠檬酸   一般差   剩下约500颗粒
  柠檬酸   一般   剩下约100颗粒   2克酸，1克壳聚糖
  D   酒石酸   一般差   1000膨胀颗粒
  好   仅剩下一些颗粒   2克酸，1克壳聚糖
缓慢添加水时，一些固态酸能够很好的溶解壳聚糖；其它一些酸则需要更多的酸来溶解壳聚糖；还有一些其它酸应用缓慢添加水的方法，即使补充额外的酸，也不能完全溶解壳聚糖。
使用如上所述方法溶解壳聚糖时，并非所有的酸以类似的方式进行。当添加大体积的水(如在测试1)时，一些共混物中的固态壳聚糖不溶解。令人惊讶的是，当添加少量的水缓慢地加入共混物时，这些共混物中的固态壳聚糖将会溶解。一些固态酸在任何测试条件下均不溶解壳聚糖。
实施例3.不同类型壳聚糖的溶解
试验3：如同上述试验1，使用大量不同类型的固态壳聚糖确定在0.1％时其是不溶解。实施例1和2中使用的固态壳聚糖来自蟹壳。随后由冰岛的虾壳制备不同的固态壳聚糖，跟之前一样，研磨至约90％的颗粒粒径范围在约125微米至约850微米之间。由于壳聚糖是从不同的原料得到，分子量和脱乙酰化百分比在两种壳聚糖之间是不同的。所使用的固态酸为己二酸。结果与之前大量类型的固态壳聚糖的结果非常相似：固态壳聚糖溶解快，只剩下一些颗粒。
实施例4.含低浓度的壳聚糖的共混物的非常大体积水的溶解
试验4：下面的表3列出了从非常大量的水试图溶解壳聚糖、酸共混物的试验中得出的结果，与上文的试验1非常相似。但是，与上述试验1不同的是，壳聚糖固体和固体酸的浓度低10倍：固体壳聚糖浓度为0.01％相比于上述试验1的0.1％，和固体酸的浓度为0.01％相比于上述试验1的0.1％。实验需要混合0.1克固态酸和0.1克固态壳聚糖，然后慢慢加入1L水中混合。
在此酸浓度下，壳聚糖的溶解度很差。尝试使用大体积的水批量溶解的方法溶解壳聚糖时，多低的酸、壳聚糖浓度能够实现，似乎有限制。
表3.非常大体积(水)；0.01％的壳聚糖；0.1克壳聚糖与固态酸共混于1L水中。
  样品   酸 溶解性   时间   结果 注释
  1   己二酸  差   慢   剩下约1000颗粒 稍微溶解
  2   谷氨酸  差   慢   剩下约1000颗粒 没有溶解
  3   顺丁烯二酸  差   慢   剩下约1000颗粒 观察到非常少量溶解
  4   固态乳酸  差   慢   剩下约1000颗粒 可能一些溶解
实施例5.渗透性水溶性壳聚糖供应装置
试验5：在接下来的实验中，将共混物放入织物袋或者由与StormKlearGel Floc接触器相同的材料制成的小袋中。织物具有洞或小孔，能够释放溶解的壳聚糖。小袋的大小约2-1/4”x 2-1/4”，可容纳与2.25克固态壳聚糖混合的2.25克固态酸。固态酸的粒径通常比壳聚糖的粒径小，如固态酸是更多的是粉末状，如小于约125微米。然后将小装放入流动的自来水中，以确定是否释放溶解性壳聚糖。干共混物制成三个小袋——一个用固态己二酸、一个用固态乳酸和最后一个用固态苹果酸。固态己二酸和固态乳酸的壳聚糖共混物在试验1(0.1％壳聚糖浓度溶解)和试验2(低体积的溶解添加)中均可以，在试验4(很大量水溶解性，0.01％的壳聚糖)中效果不佳。另一方面，固态苹果酸在试验1中效果不佳，其只在试验2中效果较好。
所有这三个小袋在引入流动的自来水15分钟内，均出现溶解性壳聚糖。大约一个小时后，小袋置于单独的含有3.5L混合水的烧杯中，并至少搅拌一整夜。当经过至少一整夜的搅拌后观察，大量壳聚糖被溶解，小装中只剩有少量溶解的凝胶。即使大量的水通过小袋，共混物仍然能够被溶解。
实施例6.包含于渗透性的溶解性壳聚糖供应装置中的共混物的高pH溶解
试验6：在高pH值(8.5)水下应用实施例5的小袋(多孔织物袋)的试验。这个试验用以确定共混物在较高的pH值水中是否仍然可溶。
首先，将两小袋置于4加仑的循环水中，然后在当天晚些时候放入20加仑循环水中。pH值控制器和0.1N的氢氧化钠用来保持pH约8.4-8.8。一个小袋用固态苹果酸，另一个用固态乳酸。20加仑的水一天换两次，早晨一次和下午一次。换水的原因是为了移除积累的任何溶解的壳聚糖，使得在所述pH值下达不到壳聚糖的溶解度上限，因为这会延缓剩余壳聚糖的释放。试验持续超过3天，并定期检查小袋。当置于高pH值的水中时，小袋立即释放壳聚糖，溶解壳聚糖凝胶在小袋外表面可以看到。第二天，小袋已经膨胀，当按下时，壳聚糖凝胶就出来了。第三天，用乳酸的小袋的膨胀减小，但用苹果酸小袋大约是相同的。二者中好像都已经含有溶解的壳聚糖凝胶。好像在高pH值8.5的条件并不阻止壳聚糖的溶解。小袋的大小和重量是不同的，表明两共混物之间的壳聚糖释放率是不同的。含有释放的壳聚糖的水能够絮凝悬浮在水中的沉积物。
实施例7.具有较大固态壳聚糖粒径的共混物
下表显示了使用较大的壳聚糖粒径(约1700微米或以下，和约0.5到约1厘米的薄片)与前面的实施例相比的结果及其对溶解性的影响。应用能够较好溶解壳聚糖的固态酸如己二酸，0.1％浓度方法和小体积溶解(LVS)方法具有良好的溶解性结果。由于粒径较大，完全溶解需要更长的时间。在标准颗粒(也就是如上所述，其中约90％的颗粒在约125微米至约850微米的粒径范围内)具有良好的LVS的固态苹果酸，除非使用2倍于正常量的酸，其对较大的颗粒不具有如此好的溶解性(甚至允许数小时来溶解)。参见下表。
表4
样品   酸   溶解性   结果  备注
＜1700微米   己二酸   好   仅剩下一些颗粒  0.1％浓度
薄片   己二酸   好   仅剩下一些颗粒  0.1％浓度
＜1700微米   己二酸   好   仅剩下一些颗粒  小体积溶解方法(LVS)
薄片   己二酸   好   仅剩下一些颗粒  小体积溶解方法(LVS)
＜1700微米   苹果酸   差   剩下约100颗粒  小体积溶解方法(LVS)
薄片   苹果酸   差   剩下约100颗粒  小体积溶解方法(LVS)
＜1700微米   苹果酸   好   仅剩下一些颗粒  LVS，2倍的酸
薄片   苹果酸   好   仅剩下一些颗粒  LVS，2倍的酸
作为本次实验的另一部分，将含有较大粒径的共混物置于如实施例5使用的小袋内，用于确定溶解度性能。将小袋置于流动的自来水中30分钟，然后放入20加仑的pH7的水中直到试验结束。用固态己二酸的小袋能够良好的释放壳聚糖，且在试验结束后小袋中没有剩下颗粒。参见下表。含2倍于正常量的固态己二酸的小袋似乎释放壳聚糖较快。但含2倍于正常量的固态苹果酸的小袋释放壳聚糖仅到一定程度，在试验结束后小袋中剩余一些颗粒。含薄片的小袋剩下更多的颗粒。加入更多的固态酸效果可能会更好一些。
表5
Figure BPA00001498655800231
实施例8.固态壳聚糖/固态二乙酸钠的共混物
试验1：混合2克二乙酸钠和1克壳聚糖。然后将共混物缓慢倒入1L搅拌的去离子水中。溶解性：一般；时间：中。
试验2：混合3克二乙酸钠和1克壳聚糖。然后将共混物缓慢倒入1L搅拌的去离子水中。溶解性：好；时间：中。
试验3：小体积水溶解(LVS)方法：混合1克二乙酸钠和1克壳聚糖。然后向共混物中缓慢加水(2.5-5.0毫升)并混合。留出壳聚糖膨胀的时间(最多达5分钟)，然后缓慢加入更多的水，一次约2.5-5.0毫升。留出时间让壳聚糖膨胀和溶解。在该方法中壳聚糖多数均可溶。
虽然已经说明和描述了示例性的实施方案，但只要不背离本发明的范围和精神，可以在其中进行各种变化。

Claims (48)

  1. 本发明的实施方式要求的独占权或特权定义如下：
    1.一种溶解壳聚糖的方法，包括：
    (1)选择所需壳聚糖终浓度，其具有的水的总体积为，VF；
    (2)获得共混物，其包含：
    当加入水时可部分质子化但大于80％不溶的，干的、自由流动的、颗粒形式的固态壳聚糖，和
    固态酸或者在水存在下能够原位产生质子的固态试剂，
    其中固态酸或者在水存在下能够原位产生质子的固态试剂为干的、自由流动的、颗粒形式，
    其中固态壳聚糖和固态酸或者在水存在下能够原位产生质子的固态试剂一起是不反应的或者没有化学键合，和
    其中当加入总体积的水VF时，共混物中的固态壳聚糖是不溶的；
    (3)向共混物中添加一或多体积的水，V1，其中V1比VF小，且V1能够在预定时间内有效的膨胀和溶解固态壳聚糖，和当加入V1体积水后固态壳聚糖在预定时间后不膨胀和溶解时，可选的随后加入V1或其分数体积的水；
    (4)当固态壳聚糖膨胀和溶解后，加水至添加的水的总体积为VF，从而得到所需浓度的溶解的壳聚糖。
  2. 2.权利要求1所述的方法，其中预定时间为约15至约30分钟。
  3. 3.权利要求1所述的方法，其中V1最多达体积VF的约10％。
  4. 4.权利要求3所述的方法，其中V1最多达体积VF的约5％。
  5. 5.权利要求3所述的方法，其中V1最多达体积VF的约1％。
  6. 6.权利要求1所述的方法，其中步骤(4)的方法包括加入多个增量体积的水，其中每一个增量体积可以相同或者不同，每次加入之后混合，直到达到VF，因此得到所需浓度的溶解的壳聚糖。
  7. 7.权利要求1所述的方法，其中固态壳聚糖的平均分子量在约20,000道尔顿和约2,000,000道尔顿之间。
  8. 8.权利要求1所述的方法，其中固态壳聚糖的脱乙酰化百分比大于约50％。
  9. 9.权利要求1所述的方法，其中固态壳聚糖的粒径在约125微米至约850微米的范围之内。
  10. 10.权利要求1所述的方法，其中固态壳聚糖的粒径大于约850微米。
  11. 11.权利要求1所述的方法，其中固态酸为质子酸。
  12. 12.权利要求1所述的方法，其中固态酸为苹果酸、柠檬酸、酒石酸、二乙酸钠、或二乙酸钾。
  13. 13.权利要求12所述的方法，其中固态酸为二乙酸钠或二乙酸钾。
  14. 14.权利要求1所述的方法，其中在水存在下能够原位产生质子的固态试剂选自由固态亚硫酸盐、固态有机酸内酯，和固态有机酸酐组成的组。
  15. 15.权利要求1所述的方法，其中固态酸或在水存在下能够原位产生质子的固态试剂的粒径小于固态壳聚糖的粒径。
  16. 16.权利要求1所述的方法，其中固态壳聚糖与固态酸或在水存在下能够原位产生质子的固态试剂的比例为约1∶10至约10∶1(wt./wt.)的范围之内。
  17. 17.权利要求1所述的方法，其中固态壳聚糖与固态酸或在水存在下能够原位产生质子的固态试剂的比例为约1∶1(wt./wt.)。
  18. 18.权利要求1所述的方法，其中固态壳聚糖与固态酸或在水存在下能够原位产生质子的固态试剂的比例为约1∶2(wt./wt.)。
  19. 19.权利要求1所述的方法，其中固态壳聚糖的粒径在固态酸或者在水存在下能够原位产生质子的固态试剂的粒径的约20％之内。
  20. 20.权利要求1所述的方法，其中所述共混物进一步包含甘油。
  21. 21.权利要求1所述的方法，其中所述共混物进一步包含固态酸的固态盐或不同固态酸的固态盐，其中所述的盐为干的、自由流动的、颗粒形式。
  22. 22.权利要求1所述的方法，其中所述共混物进一步包含固态防腐酸，防腐酸的固态盐、或固态抗微生物剂，其中固态防腐酸，防腐酸的固态盐、或固态抗微生物剂为干的、自由流动的、颗粒形式。
  23. 23.权利要求1所述的方法，其中所述共混物进一步包含干的、自由流动的、颗粒形式的固态金属盐。
  24. 24.权利要求1所述的方法，其中所述共混物进一步包含干的、自由流动的、颗粒形式的固态中性多糖。
  25. 25.权利要求1所述的方法，其中所述共混物进一步包含固态阳离子或固态阴离子多糖，其中所述固态阳离子或固态阴离子多糖是干的、自由流动的、颗粒形式。
  26. 26.权利要求1所述的方法，其中所述共混物进一步包含干的、自由流动的、颗粒形式的固态有机胺。
  27. 27.权利要求1所述的方法，其中所述共混物进一步包含干的、自由流动的、颗粒形式的固态无机胺。
  28. 28.权利要求1所述的方法，其中共混物进一步定义为固态壳聚糖、固态质子酸、和固态有机酸酐的共混物，其中固态壳聚糖、固态质子酸、和固态有机酸酐各自为干的、自由流动的、颗粒形式。
  29. 29.权利要求1所述的方法，其中所述共混物进一步包含乙酸钠。
  30. 30.权利要求1所述的方法，其中所需壳聚糖终浓度在约1％至约5％(wt./wt.)的范围内。
  31. 31.权利要求1所述的方法，其中所需壳聚糖终浓度在约1％至约3％(wt./wt.)的范围内。
  32. 32.权利要求1所述的方法，其中固态酸或在水存在下能够原位产生质子的固态试剂通过包括如下的方法选择：
    (A)准备测试固态壳聚糖和测试固态酸或在水存在下能够原位产生质子的测试固态试剂的测试共混物，其中测试固态壳聚糖与测试固态酸或在水存在下能够原位产生质子的测试固态试剂的比例为约1∶1∶1(克∶克∶升)；
    其中测试固态壳聚糖与测试固态酸或在水存在下能够原位产生质子的测试固态试剂各自为干的、自由流动的、颗粒形式，和
    其中测试固态壳聚糖与测试固态酸或在水存在下能够原位产生质子的测试固态试剂一起是不反应的或者没有化学键合；
    (B)向测试共混物中加入测试体积的水(VT)并混合；
    (C)观察测试固态壳聚糖是否膨胀以及试验混合物是否溶解，来决定做下面两件事情中的哪一种：
    (a)如果测试固态壳聚糖能够膨胀和实验混合物能够溶解，那么确定在这些条件下测试固态酸或在水存在下能够在原位产生质子的测试固态试剂能够溶解水中的测试固态壳聚糖；或者
    (b)如果测试固态壳聚糖不能膨胀并且试验混合物不能溶解，那么测试共混物实施权利要求1的步骤(2)。
  33. 33.一种溶解壳聚糖的方法，包括：
    (1)选择所需壳聚糖终浓度，其具有的水的总体积为，VF；
    (2)获得共混物，其包含：
    当加入水时可部分质子化但大于80％不溶的，干的、自由流动的、颗粒形式的固态壳聚糖，
    选自固态苹果酸、固态柠檬酸和固态酒石酸的固态酸，其中各固态酸为干的、自由流动的、颗粒形式，其中固态壳聚糖和固态酸一起是不反应的或者没有化学键合，和
    其中当加入总体积的水VF时，共混物中的固态壳聚糖是不溶的；和
    可选的选自由固态乙酸钠、甘油、固态酸的固态盐或不同固态酸的固态盐，固态防腐酸，防腐酸的固态盐，固态抗微生物剂，固态金属盐，固态中性水溶性多糖，固态阳离子水溶性多糖，固态阴离子水溶性多糖，固态有机胺，或固态无机胺及其组合组成的组的成分，其中除甘油之外的每一种成分均是干燥、自由流动、颗粒形式；
    (3)向共混物中添加一或多体积的水，V1，其中V1比VF小，且V1能够在预定的时间内有效的膨胀和溶解固态壳聚糖，和当加入V1体积水后固态壳聚糖在预定时间后不膨胀和溶解时，可选择的随后加入V1或其分数体积的水；和
    (4)当固态壳聚糖膨胀和溶解后，加水至添加的水的总体积为VF，从而得到所需浓度的溶解的壳聚糖。
  34. 34.权利要求33所述的方法，其中预定时间为约15至约30分钟。
  35. 35.权利要求33所述的方法，其中V1最多达体积VF的约10％。
  36. 36.权利要求35所述的方法，其中V1最多达体积VF的约5％。
  37. 37.权利要求35所述的方法，其中V1最多达体积VF的约1％。
  38. 38.权利要求33所述的方法，其中方法的步骤(4)包括加入多个增量体积的水，其中每一个增量体积可以相同或者不同，每次加入之后混合，直到达到VF，因此得到所需浓度的溶解的壳聚糖。
  39. 39.一种组合物，其包含以下的共混物：
    当加入水时可部分质子化但大于80％不溶的，干的、自由流动的、颗粒形式的固态壳聚糖，和
    干的、自由流动的、颗粒形式的固态二乙酸钠或固态二乙酸钾或二者的结合，其中固态壳聚糖和固态二乙酸钠或固态二乙酸钾或二者的结合一起是不反应的或者没有化学键合。
  40. 40.权利要求39所述的组合物，其中固态壳聚糖与固态二乙酸钠或固态二乙酸钾的比例在约1∶1至约1∶5(wt./wt.)的范围内。
  41. 41.权利要求39所述的组合物，其中固态壳聚糖与固态二乙酸钠或固态二乙酸钾的比例在约1∶2至约1∶3(wt./wt.)的范围内。
  42. 42.权利要求39所述的组合物，其中固态壳聚糖和固态二乙酸钠或固态二乙酸钾的粒径各自在约125微米至约850微米的范围之内。
  43. 43.权利要求39所述的组合物，其中固态壳聚糖的粒径在约125微米至约850微米的范围之内，和二乙酸钠或二乙酸钾的粒径比其小。
  44. 44.一种溶解权利要求39所述的共混物的方法，包括：
    (1)选择所需壳聚糖终浓度，其具有的水的总体积为，VF；
    (2)获得权利要求39所述的共混物；
    (3)向共混物中添加一或多体积的水，V1，其中V1比VF小，且V1能够在预定时间内有效的膨胀和溶解固态壳聚糖，和当加入V1体积水后固态壳聚糖在预定时间后不膨胀和溶解时，可选的随后加入V1或其分数体积的水；和
    (4)当固态壳聚糖膨胀和溶解后，加水至添加的水的总体积为VF，从而得到所需浓度的溶解的壳聚糖。
  45. 45.一种溶解权利要求39所述的共混物的方法，包括：
    向权利要求39所述的共混物中加入一体积水致使壳聚糖浓度大于或等于约0.1％。
  46. 46.权利要求45所述的方法，其中壳聚糖的浓度在约1％至约5％的范围内。
  47. 47.权利要求45所述的方法，其中壳聚糖的浓度在约1％至约3％的范围内。
  48. 48.权利要求45所述的方法，其中壳聚糖与二乙酸钠或二乙酸钾的比例为约1∶2或更大。
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