CN103087334B - 海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶的制备方法，是通过在海藻酸钠溶液体系中引入沙蒿胶，利用微孔碳酸钙在葡萄糖酸内酯溶液中缓慢释放出Ca2+原位形成海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶，使得海藻酸钠与沙蒿胶的性能互补，从而增强了海藻酸钠基复合水凝胶的吸水性能和机械性能，从而拓展了海藻酸钠作为药物载体和组织工程材料的应用范围。本发明制备的复合水凝胶的强度和凝胶化时间可以通过改变各组分的比例和葡萄糖酸内酯的浓度来调节优化，以满足不同领域要求。另外，本发明制备方法简单，不需要特殊设备；反应常温常压下进行，简单可控，低成本，适合推广应用。
Description
技术领域
本发明属于生物材料、组织工程材料领域，涉及一种用于药物载体或组织工程材料的海藻酸钠基复合水凝胶的制备，尤其涉及一种海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶的制备方法。
技术背景
海藻酸钠是褐藻类天然线性多糖，广泛用于化妆品、食品及药物制剂，具有无毒、无刺激的特点，可以口服和外用。海藻酸钠形成的凝胶具有良好的生物粘附性、生物相容性、生物可降解性并无毒副作用，是优良的药物载体和组织工程材料。但是，在海藻酸钠形成凝胶的过程中，Ca2+通常作为交联剂。直接加入Ca2+凝胶化速度快，所得到凝胶极不均匀。而且海藻酸钠凝胶机械强度不好，使其应用受到一定限制。微孔碳酸钙具有较大的孔径，在葡萄糖酸内酯溶液中能缓慢释放出Ca2+，海藻酸钠溶液在此体系中可得到均一程度较好的凝胶，但所形成的凝胶强度依赖与碳酸钙的加入量和以此形成的凝胶交联程度，使此方法制备的海藻酸钠凝胶应用受到较大限制。
基于海藻酸钠的复合凝胶体系已有专利和文献报道。专利ZL200310124704.1报道了海藻酸钙微球软组织增强材料及其制备方法，将海藻酸钠制备成海藻酸钙凝胶微球，再与海藻酸溶液混合而成；专利CN101205532A公开了海藻酸碳酸钙杂化凝胶固定β-葡萄糖醛酸苷酶的方法，利用碳酸钠和氯化钙溶液制备微米级碳酸钙颗粒吸附β-葡萄糖醛酸苷酶，再与海藻酸钠溶液混合而成；专利ZL200310018351.0报道了一种海藻酸钠壳聚糖共混凝胶粒的制备方法，分别制备海藻酸钠和壳聚糖溶液，滴入钙离子或硫酸根离子双重交联制备凝胶粒；专利CN102417734A公开了一种氧化海藻酸钠明胶可降解水凝胶及其制备方法，采用人体可吸收纤维与氧化海藻酸钠、明胶共混制成复合水凝胶，再用Ca2+交联而成。以上基于海藻酸钠的复合凝胶的制备方法，有的制备工艺复杂，制备条件苛刻，成本高；有些方法制备的复合凝胶吸水性能差，强度相对差。
沙蒿胶来源于菊科蒿属植物圆头蒿（Artemisia sphaerocephala），其种子中多糖类胶体含量约为20％，具有不同于其他生物胶体的特殊性能：115℃以上高温不变性，粘度是明胶的1800倍，自身吸水60倍，不溶于热的稀酸、稀碱和一般溶剂，可均匀分散于水中呈有限吸水溶胀状态，在二甲基亚砜中也呈有限溶胀状态，是具有极强吸水能力的天然胶质物质，具有高粘度、高保水性、分散性好，成膜性能稳定粘着力强等特点。但由于沙蒿胶的吸水能力极强，在水体系中无法形成均匀的凝胶，给沙蒿胶在水凝胶领域的应用带来困难。因此，在海藻酸钠溶液体系中引入沙蒿胶，或许可得到均一程度较好、强度较高的凝胶。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种制备工艺简单，成本低、强度较好的海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶的制备方法。
本发明海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶的制备方法，包括以下工艺步骤：
（1）微孔碳酸钙的制备：在Na2CO3溶液中加入聚苯乙烯磺酸钠，搅拌均匀后，迅速加入Na2CO3等摩尔量的CaCl2溶液，在1500~2000 rpm的转速下搅拌5~10min，然后在3500～4500转/分钟的转速进行离心，沉淀依次用丙酮、蒸馏水洗涤除去聚苯乙烯磺酸钠，抽滤、干燥，得微孔碳酸钙。
所述Na2CO3溶液的浓度0.2 ~0.3 mol/L，CaCl2溶液的浓度为0.2 ~0.3 mol/L。
所述聚苯乙烯磺酸钠浓度为2~4 g/L，聚苯乙烯磺酸钠的加入量为Na2CO3溶液体积的10~20%。
所述抽滤是在0.06～0.08MPa的条件下进行。
所述干燥是在50~60℃下干燥6~8h。
（2）微孔碳酸钙-海藻酸钠-沙蒿胶混合溶液的制备：将微孔碳酸钙加入到海藻酸钠溶液中搅拌均匀，形成微孔碳酸钙-海藻酸钠的混合溶液；将沙蒿胶分散于无水乙醇中搅拌均匀后，在1500~2000 rpm的转速搅拌下加入到上述微孔碳酸钙-海藻酸钠的混合溶液中，搅拌均匀，得微孔碳酸钙-海藻酸钠-沙蒿胶混合溶液。
所述微孔碳酸钙-海藻酸钠的混合溶液中，海藻酸钠与水的质量比为1:50~1:200。
所述海藻酸钠与微孔碳酸钙的质量比为1:0.03~1:0.05。
所述海藻酸钠与沙蒿胶的质量比1:0.015~1:0.15。
（3）海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶的制备：将微孔碳酸钙-海藻酸钠-沙蒿胶混合溶液与浓度为1~3g/mL的葡萄糖酸内酯水溶液混合，在1000~1500 rpm的转速下搅拌30~60s，静置5~15min，得海藻酸钠沙蒿胶复合水凝胶。
所述葡萄糖酸内酯的浓度为1~3g/mL，且微孔碳酸钙-海藻酸钠-沙蒿胶混合溶液与葡萄糖酸内酯溶液的体积比为1:1~1:3。
图1为本发明制备的海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶的扫描电镜图，图2为同等条件下未加入沙蒿胶而制备的海藻酸钠凝胶的扫描电镜图。从图1、2可以看出，海藻酸钠凝胶而呈现出不均一的多孔结构，而海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶能明显看到客体分子沙蒿胶的加入，以网络状结构存在与复合凝胶体系中，增强了复合水凝胶的强度。
图3为本发明制备的的海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶在37℃下的溶胀动力学曲线（并与同等条件下未加入沙蒿胶而制备的海藻酸钠凝胶作比较）。从图3 我们可以看出，沙蒿胶的加入，增加了复合水凝胶的溶胀率，在120分钟溶胀率由28.79g/g增加到48.34g/g。因此，本发明制备的海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶的吸水性能显著提高。
综上所述，本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明通过在海藻酸钠体系中引入机械强度较好的沙蒿胶，利用微孔碳酸钙在葡萄糖酸内酯溶液中缓慢释放出Ca2+原位形成海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶，使得海藻酸钠与沙蒿胶的性能互补，从而增强了海藻酸钠基复合水凝胶的吸水性能和机械性能，而且形成的凝胶均匀，从而拓展了海藻酸钠作为药物载体和组织工程材料的应用范围；
2、本发明所制备的复合水凝胶的强度和凝胶化时间可以通过改变各组分的比例和葡萄糖酸内酯的浓度来调节优化，以满足不同领域要求；
3、本发明制备方法简单，不需要特殊设备；反应常温常压下进行，简单可控，低成本，适合推广应用。
附图说明
图1为本发明制备的海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶的扫描电镜图；
图2为同等条件下未加入沙蒿胶而制备的海藻酸钠凝胶的扫描电镜图；
图3为海藻酸钠水凝胶和海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶在37℃下的溶胀动力学曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶的制备作进一步的说明。
实施例1
（1）室温下量取Na2CO3溶液（0.2 mol/L）100 mL，加入20 mL聚苯乙烯磺酸钠（4 g/L），搅拌均匀后迅速倒入100 mL CaCl2溶液（0.2 mol/L）中，在1500 rpm的转速下搅拌10 min，然后在4500转/分钟的转速下离心分离，收集沉淀；将沉淀物依次在丙酮和蒸馏水中各洗涤3遍；在0.07 MPa下抽滤；收集滤饼，在60℃下干燥8小时，得微孔碳酸钙；
（2）称取0.03 g微孔碳酸钙，加入到海藻酸钠溶液（海藻酸钠与水的质量比为1:100）中，搅拌均匀，得微孔碳酸钙-海藻酸钠的混合溶液；
（3）称取0.15g沙蒿胶，加入到15mL无水乙醇中，搅拌均匀后在1500 rpm的转速下以10滴/分钟的速度滴加到微孔碳酸钙-海藻酸钠的混合溶液中，得微孔碳酸钙-海藻酸钠-沙蒿胶混合溶液；
（4）将微孔碳酸钙-海藻酸钠-沙蒿胶混合溶液倒入新配制的葡萄糖酸内酯水溶液（浓度为2 g/mL，体积比为1:3）中，在1000 rpm的转速下搅拌60s使其均匀后，静置，凝胶在10分钟内形成，得海藻酸钠沙蒿胶复合水凝胶。
该复合水凝胶在120分钟时的溶胀率为48.34g/g（37℃），100 rad/s下储能模量为1.049×103 Pa（50mm平板，测量间隙1mm）。该复合水凝胶可用于药物载体或组织工程材料。
实施例2
（1）室温下量取Na2CO3溶液（0.3 mol/L）100 mL，加入20 mL聚苯乙烯磺酸钠（3 g/L），搅拌均匀后迅速倒入100 mL CaCl2溶液（0.3 mol/L）中，在2000 rpm的转速下搅拌5 min，然后在3500转/分钟的转速下离心分离，收集沉淀；将沉淀物依次在丙酮和蒸馏水中各洗涤三遍，在0.06 MPa的条件下抽滤，收集滤饼在60℃的条件干燥7小时，得微孔碳酸钙；
（2）称取0.04 g微孔碳酸钙，加入到海藻酸钠溶液（海藻酸钠与水的质量比为1:200）中，搅拌均匀，得微孔碳酸钙-海藻酸钠的混合溶液；
（3）称取0.075g沙蒿胶，加入到15mL无水乙醇中搅拌均匀后，在1500 rpm的转速下以15滴/分钟的速度滴加到微孔碳酸钙-海藻酸钠的混合溶液中，得微孔碳酸钙-海藻酸钠-沙蒿胶混合溶液；
（4）将微孔碳酸钙-海藻酸钠-沙蒿胶混合溶液倒入新鲜配制的葡萄糖酸内酯水溶液（浓度为3 g/mL，体积比为1:2）中，在1500 rpm的转速下搅拌30s使其均匀后，静置，凝胶在7-8分钟内形成，得海藻酸钠沙蒿胶复合水凝胶。
该复合水凝胶在120分钟时的溶胀率为40.04g/g（37℃），100 rad/s下储能模量为0.864×103 Pa（50mm平板，测量间隙1mm）。该复合水凝胶可用于药物载体或组织工程材料。
实施例3
（1）室温下量取Na2CO3溶液（0.3 mol/L）100 mL，加入20 mL聚苯乙烯磺酸钠（2 g/L），搅拌均匀后迅速倒入100 mL CaCl2溶液（0.3 mol/L）中，1800 rpm的转速下搅拌8 min，然后在4000转/分钟的转速下离心分离，收集沉淀；将沉淀物依次在丙酮和蒸馏水中各洗涤三遍，在0.08 MPa的条件下抽滤，收集滤饼在60℃的条件干燥6小时，得微孔碳酸钙；
（2）称取0.05 g微孔碳酸钙，加入到海藻酸钠溶液（海藻酸钠与水的质量比为1:50）中，搅拌均匀，得微孔碳酸钙-海藻酸钠的混合溶液；
（3）称取0.045g沙蒿胶，加入到15mL无水乙醇中，搅拌均匀，在1800 rpm的转速下以20滴/分钟的速度滴加到微孔碳酸钙-海藻酸钠的混合溶液中，得微孔碳酸钙-海藻酸钠-沙蒿胶混合溶液；
（4）将微孔碳酸钙-海藻酸钠-沙蒿胶混合溶液倒入新鲜配制的葡萄糖酸内酯水溶液（浓度为1 g/mL，体积比为1:3）中，在1000 rpm的转速下搅拌30s使其均匀后，静置，凝胶在15分钟内形成，得海藻酸钠沙蒿胶复合水凝胶。
该复合水凝胶在120分钟时的溶胀率为42.18g/g（37℃），100 rad/s下储能模量为0.908×103 Pa（50mm平板，测量间隙1mm）。该复合水凝胶可用于药物载体或组织工程材料。
实施例4
（1）室温下量取Na2CO3溶液（0.2 mol/L）100 mL，加入20 mL聚苯乙烯磺酸钠（4 g/L），搅拌均匀后迅速倒入100 mL CaCl2溶液（0.2 mol/L）中，1800 rpm的转速下搅拌5 min，然后在4000转/分钟的转速下离心分离，收集沉淀；将沉淀物依次在丙酮和蒸馏水中各洗涤三遍，在0.06 MPa的条件下抽滤，收集滤饼在60℃的条件干燥7小时，得微孔碳酸钙；
（2）称取0.03 g微孔碳酸钙，加入到海藻酸钠溶液（海藻酸钠与水的质量比为1:200）中，搅拌均匀，得微孔碳酸钙-海藻酸钠的混合溶液；
（3）称取0.015g沙蒿胶，加入到15mL无水乙醇中，搅拌均匀，在1500 rpm的转速下以10滴/分钟的速度滴加到微孔碳酸钙-海藻酸钠的混合溶液中，得微孔碳酸钙-海藻酸钠-沙蒿胶混合溶液；
（4）将微孔碳酸钙-海藻酸钠-沙蒿胶混合溶液倒入新鲜配制的葡萄糖酸内酯水溶液（浓度为2 g/mL，体积比为1:1）中，在1200 rpm的转速下搅拌60s使其均匀后，静置，凝胶在10分钟内形成，得海藻酸钠沙蒿胶复合水凝胶。
该复合水凝胶在120分钟时的溶胀率为34.63g/g（37℃），100 rad/s下储能模量为0.664×103 Pa（50mm平板，测量间隙1mm）。该复合水凝胶可用于药物载体或组织工程材料。
Claims (4)
1.海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶的制备方法，包括以下工艺步骤：
（1）微孔碳酸钙的制备：在Na2CO3溶液中加入聚苯乙烯磺酸钠，搅拌均匀后，迅速加入Na2CO3等摩尔量的CaCl2溶液，在1500~2000 rpm的转速下搅拌5~10min，离心，沉淀依次用丙酮、蒸馏水洗涤除去聚苯乙烯磺酸钠，抽滤、干燥，得微孔碳酸钙；所述Na2CO3溶液的浓度0.2 ~0.3 mol/L，CaCl2溶液的浓度为0.2 ~0.3 mol/L；所述聚苯乙烯磺酸钠浓度为2~4 g/L，聚苯乙烯磺酸钠的加入量为Na2CO3溶液体积的10~20%；
（2）微孔碳酸钙-海藻酸钠-沙蒿胶混合溶液的制备：将微孔碳酸钙加入到海藻酸钠溶液中搅拌均匀，形成微孔碳酸钙-海藻酸钠的混合溶液；将沙蒿胶分散于无水乙醇中搅拌均匀后，在1500~2000 rpm的转速搅拌下加入到上述微孔碳酸钙-海藻酸钠的混合溶液中，搅拌均匀，得微孔碳酸钙-海藻酸钠-沙蒿胶混合溶液；所述微孔碳酸钙-海藻酸钠的混合溶液中，海藻酸钠与水的质量比为1:50~1:200；所述海藻酸钠与微孔碳酸钙的质量比为1:0.03~1:0.05；所述海藻酸钠与沙蒿胶的质量比1:0.015~1:0.15；
（3）海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶的制备：将微孔碳酸钙-海藻酸钠-沙蒿胶混合溶液与浓度为1~3g/mL的葡萄糖酸内酯水溶液混合，在1000~1500 rpm的转速下搅拌30~60s，静置5~15min，得海藻酸钠沙蒿胶复合水凝胶；所述葡萄糖酸内酯的浓度为1~3g/mL，且微孔碳酸钙-海藻酸钠-沙蒿胶混合溶液与葡萄糖酸内酯溶液的体积比为1:1~1:3。
2.如权利要求1所述海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述所述离心是在3500～4500转/分钟的转速进行。
3.如权利要求1所述海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述抽滤是在0.06～0.08MPa的条件下进行。
4.如权利要求1所述海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述干燥是在50~60℃下干燥6~8h。
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