CN103480038B - 壳聚糖/羟基磷灰石复合水凝胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的壳聚糖/羟基磷灰石复合水凝胶的制备方法，按重量百分比含量取壳聚糖、氢氧化锂、氢氧化钠、尿素、羟基磷灰石和水；将上述组分混合后溶胀，经冷冻、解冻、过滤、离心、脱泡，得壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液；将壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液注入模具，再浸入凝固浴中凝固沉析，生成壳聚糖/羟基磷灰石复合水凝胶。本发明以碱性溶剂体系溶解壳聚糖，避免了酸性壳聚糖溶液中酸催化水解带来的分子量下降、分布变宽等不利影响，同时使壳聚糖大分子链以高度溶胀状态存在，壳聚糖大分子链排列更加紧密。使得羟基磷灰石在该溶液中以纳米状态分散，并以壳聚糖形成的网状结构为模版，成为均匀体系，提高了壳聚糖/羟基磷灰石复合水凝胶的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种壳聚糖/羟基磷灰石复合水凝胶的制备方法。
背景技术
壳聚糖具有广谱抗菌、抗菌效率高和无毒等优点；同时，又具有生物可降解性、 生物活性和吸附金属离子的能力。临床应用证明，壳聚糖具有促进新皮肤生成、加快愈合速率、减少疼痛等功能，可应用于医用缝合线，医用无纺布、止血棉、人造皮肤及组织工程等领域。以壳聚糖为原料制备的三维立体材料——壳聚糖水凝胶，具有优异的生物相容性和细胞亲和性，此外还具备生物可降解性。因此，壳聚糖水凝胶在药物释放载体、组织工程支架、止血材料、骨修复等生物医学领域，都有着广泛而深入的应用。另一方面，在骨修复领域，特别涉及到软骨修复的实施中，水凝胶的结构和天然软骨的细胞外基质相似。正是由于其结构与力学性能等特点，水凝胶成为了软骨修复和再生的一类非常重要的材料。壳聚糖水凝胶将壳聚糖的各项优良生物性能与水凝胶各项特性相结合，使其成为一种具有实际应用前景的骨组织修复材料。
羟基磷灰石是构成人骨无机质的主要成分，表现出优异的生物相容性、生物活性和骨传导性。骨修复领域实验已证明，羟基磷灰石能与骨组织形成牢固的键合，是理想的骨修复材料。尽管羟基磷灰石具有上述优点，但其应用仍存在一定制约：羟基磷灰石脆性大，单纯羟基磷灰石材料机械性能较差，在生理条件下抗疲劳性不强。因此使用壳聚糖与羟基磷灰石复合，既能使材料具有理想的机械性能，又赋予了复合材料优良的骨修复性能。
壳聚糖可溶解于多种无机酸以及某些有机酸中，如稀盐酸、乙酸等。常规壳聚糖水凝胶制备，首先将壳聚糖溶于稀酸，形成具有一定加工性的壳聚糖溶液。然而，壳聚糖分子内含有半缩醛结构的糖苷键，对于酸不稳定。壳聚糖的酸性溶液在放置过程中，发生酸催化的水解反应，其主链不断因水解而断裂，造成分子量降低和分子量多分散性增大，进而严重影响制品的机械性能等各项品质。使用氢氧化钠、氢氧化锂等碱性氢氧化物体系，在低温下制备壳聚糖碱性体系溶液可以有效避免这一问题，且所获得制品力学性能有显著提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有良好力学性能、修复功能和生物相容性的壳聚糖/羟基磷灰石复合水凝胶的制备方法，以拓展壳聚糖凝胶的应用范围。
本发明的壳聚糖/羟基磷灰石复合水凝胶的制备方法，步骤如下：
1）按重量百分比含量取各组分：壳聚糖2.0~6.0%，氢氧化锂4.0~6.0 %、氢氧化钠0.5~4.0 %、尿素6.0~9.0%、羟基磷灰石0.5~5.0%，其余为水；将上述组分混合后溶胀3h，在-60℃~-20℃冷冻1~4h，然后在室温下解冻，经过滤、离心、脱泡，得壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液；
2）将壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液注入模具，再浸入温度为30℃的凝固浴中，凝固沉析，生成壳聚糖/羟基磷灰石复合水凝胶。
上述的凝固浴可以是质量浓度为2.0~18.0 %的H2SO4水溶液，或者是质量浓度为2.0~18.0 %的H2SO4水溶液和乙醇按体积比1：10～10：1的混合液。
本发明的优点在于：
本发明以碱性溶剂体系溶解壳聚糖，避免了酸性壳聚糖溶液中酸催化水解带来的分子量下降、分布变宽等不利影响，同时使得壳聚糖大分子链以高度溶胀状态存在，壳聚糖大分子链排列更加紧密。另一方面，使得羟基磷灰石在该溶液中以纳米状态分散，并以壳聚糖形成的网状结构为模版，成为均匀体系，提高壳聚糖/羟基磷灰石复合水凝胶的力学性能。
具体实施方式
以下结合实例进一步说明本发明。
实施例1：
1）取8.0g壳聚糖，10.0g氢氧化锂、1.5g氢氧化钠、18.0g尿素、4.0g羟基磷灰石，水258.5g；将上述组分混合后溶胀3小时，将溶胀液在-60℃冷冻1h，然后在室温下解冻，经过滤、离心、脱泡，得壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液；
2）将壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液倒入模具，再浸入温度为30℃的凝固浴中凝固沉析，形成水凝胶，用去离子水冲洗至pH为7.0，得到壳聚糖/羟基磷灰石复合水凝胶，当压缩高度比为50%时，其压缩强度为：0.57MPa。
所用的凝固浴是质量浓度为18.0 %的H2SO4水溶液。
实施例2：
1）取6.0g壳聚糖，12.0g氢氧化锂、6.0g氢氧化钠、18.0g尿素、1.5g羟基磷灰石，水256.5g；将上述组分混合后溶胀3小时，将溶胀液在-50℃冷冻2h，然后在室温下解冻，经过滤、离心、脱泡，得壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液；
3）将壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液倒入模具，再浸入温度为30℃的凝固浴中凝固沉析，形成水凝胶，用去离子水冲洗至pH为7.0，得到壳聚糖/羟基磷灰石复合水凝胶，当压缩高度比为50%时，其压缩强度为：0.48MPa。
所用的凝固浴是质量浓度为10.0 %的H2SO4水溶液和乙醇按体积比1：10的混合液。
实施例3：
1）取10.0g壳聚糖，12.0g氢氧化锂、4.0g氢氧化钠、20.0g尿素、5.0g羟基磷灰石，水249g；将上述组分混合后溶胀3小时，将溶胀液在-40℃冷冻2.5h，然后在室温下解冻，经过滤、离心、脱泡，得壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液；
3）将壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液倒入模具，再浸入温度为30℃的凝固浴中凝固沉析，形成水凝胶，用去离子水冲洗至pH为7.0，得到壳聚糖/羟基磷灰石复合水凝胶，当压缩高度比为50%时，其压缩强度为：1.06MPa。
所用的凝固浴是质量浓度为8.0 % H2SO4水溶液、乙醇按体积比10：1的混合液；
实施例4：
1）取14.0g壳聚糖，14.0g氢氧化锂、6.0g氢氧化钠、23.0g尿素、8.0g羟基磷灰石，水235g；将上述组分混合后溶胀3小时，将溶胀液在-20℃冷冻4h，然后在室温下解冻，经过滤、离心、脱泡，得壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液；
2）将壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液倒入模具，再浸入温度为30℃的凝固浴中凝固沉析，形成水凝胶，用去离子水冲洗至pH为7.0，得到壳聚糖/羟基磷灰石复合水凝胶，当压缩高度比为50%时，其压缩强度为：1.21MPa。
所用的凝固浴是质量浓度为4.0 %的H2SO4水溶液和乙醇按体积比2：8的混合液；
实施例5：
1）取16.0g壳聚糖，14.0g氢氧化锂、8.0g氢氧化钠、25.0g尿素、10.0g羟基磷灰石，水227g；将上述组分混合后溶胀3小时，将溶胀液在-60℃冷冻1.5h，然后在室温下解冻，经过滤、离心、脱泡，得壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液；
2）将壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液倒入模具，再浸入温度为30℃的凝固浴中凝固沉析，形成水凝胶，用去离子水冲洗至pH为7.0，得到壳聚糖/羟基磷灰石复合水凝胶，当压缩高度比为50%时，其压缩强度为：1.30MPa。
所用的凝固浴是质量浓度为2.0 %的H2SO4水溶液；
实施例6：
1）取18.0g壳聚糖，16.0g氢氧化锂、12.0g氢氧化钠、27.0g尿素、15.0g羟基磷灰石，水212g；将上述组分混合后溶胀3小时，将溶胀液在-50℃冷冻2.5h，然后在室温下解冻，经过滤、离心、脱泡，得壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液；
2）将壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液倒入模具，再浸入温度为30℃的凝固浴中凝固沉析，形成水凝胶，用去离子水冲洗至pH为7.0，得到壳聚糖/羟基磷灰石复合水凝胶，当压缩高度比为50%时，其压缩强度为：1.77MPa。
所用的凝固浴是质量浓度为2.0 %的H2SO4水溶液和乙醇按体积比9：1的混合液；
实施例7：
1）取16.5g壳聚糖，18.0g氢氧化锂、1.5g氢氧化钠、26.0g尿素、12.0g羟基磷灰石，水226g；将上述组分混合后溶胀3小时，将溶胀液在-40℃冷冻3h，然后在室温下解冻，经过滤、离心、脱泡，得壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液；
2）将壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液倒入模具，再浸入温度为30℃的凝固浴中凝固沉析，形成水凝胶，用去离子水冲洗至pH为7.0，得到壳聚糖/羟基磷灰石复合水凝胶，当压缩高度比为50%时，其压缩强度为：1.34MPa。
所用的凝固浴是质量浓度为12.0 %的H2SO4水溶液、乙醇按体积比4：6的混合液；
实施例8：
1）取15.5g壳聚糖，15.0g氢氧化锂、5.5g氢氧化钠、25.0g尿素、13.0g羟基磷灰石，水226g；将上述组分混合后溶胀3小时，将溶胀液在-30℃冷冻4h，然后在室温下解冻，经过滤、离心、脱泡，得壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液；
2）将壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液倒入模具，再浸入温度为30℃的凝固浴中凝固沉析，形成水凝胶，用去离子水冲洗至pH为7.0，得到壳聚糖/羟基磷灰石复合水凝胶，当压缩高度比为50%时，其压缩强度为：1.52MPa。
所用的凝固浴是质量浓度为10.0 %的H2SO4水溶液、乙醇按体积比6：4的混合液。
Claims (1)
1.壳聚糖/羟基磷灰石复合水凝胶的制备方法，其特征在于如下步骤：
1）按重量百分比含量取各组分：壳聚糖2.0~6.0%，氢氧化锂4.0~6.0 %、氢氧化钠0.5~4.0 %、尿素6.0~9.0%、羟基磷灰石0.5~5.0%，其余为水；将上述组分混合后溶胀3h，在-60℃~-20℃冷冻1~4h，然后在室温下解冻，经过滤、离心、脱泡，得壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液；
2）将壳聚糖/羟基磷灰石混合溶液注入模具，再浸入温度为30℃的凝固浴中，凝固沉析，生成壳聚糖/羟基磷灰石复合水凝胶，所述的凝固浴是质量浓度为2.0~18.0 %的H2SO4水溶液，或者是质量浓度为2.0~18.0 %的H2SO4水溶液和乙醇按体积比1：10～10：1的混合液。
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