CN103834045A - 一种双向可逆温敏凝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双向可逆温敏凝胶及其制备方法和用途。采用壳聚糖、壳聚糖季铵盐以及甘油磷酸钠室温下通过物理交联而制成。该三元凝胶体系具有快速双向可逆温敏响应性能，不仅能够在生理条件下快速由室温的溶液状态相转变形成凝胶，还能在低温下快速由室温的溶液状态相转变形成凝胶。凝胶制备方法具有操作简单易行、反应条件温和等特点。本发明制得的温敏凝胶适用于医疗、美容、食品等行业。

Description

一种双向可逆温敏凝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种双向可逆温敏凝胶及其制备方法，属于化学和生物材料领域。 
背景技术
温敏凝胶是指能够随着温度的改变，发生溶胶、凝胶变化的混合体系。因其独特的温度敏感性能，可用作药物缓控释体系、细胞支持、功能性固定化酶等的载体材料，还可用于眼部给药、鼻腔给药、局部注射给药等，亦可用作组织修复植入给药。 
壳聚糖因其良好的吸湿性、吸附性、生物相容性和可降解性广泛用于凝胶材料的研究。壳聚糖温敏凝胶的研究主要有壳聚糖和丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺共聚凝胶；壳聚糖与甘油磷酸盐共混凝胶。将壳聚糖与甘油磷酸钠以适当的比例混合，可制得性能优良的温敏凝胶。其中壳聚糖与甘油磷酸盐温敏性凝胶以其独特的温度敏感性能，再加上可注射性、优良的组织相容性、生物可降解性等特点，使得壳聚糖与甘油磷酸盐温敏凝胶在药剂学、组织工程等领域有很高的用价值。 
壳聚糖与2，3-环氧丙基三甲基氯化铵在异相条件反应，可制得2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖。该壳聚糖季铵盐制备简单，并具有良好的水溶性、保湿性、抑菌性和絮凝性，在医药、护肤产品、食品、环境保护等方面的应用日趋广泛。该壳聚糖季铵盐与壳聚糖、甘油磷酸盐组成的三元凝胶体系具有快速响应性能，能够在生理条件下快速发生溶液-凝胶的可逆相转变，可用于生物医药等领域。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种壳聚糖／壳聚糖季铵盐-甘油磷酸盐双向可逆温敏凝胶的制备方法，该凝胶室温以溶液状态存在，在高温(≥40℃)以及低温(≤4℃)状态下都能进行快速凝胶化，温度恢复室温，凝胶恢复至溶液态。 
为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：以壳聚糖为原料，溶解于适量的蒸馏水、异丙醇或者两者的混合物中，与2，3-环氧丙基三甲基氯化铵反 应制备2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖，将2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖溶于酸性溶液中，然后加入甘油磷酸盐的稀碱或水溶液得到具有温敏性的水凝胶体系，并将其在医药、护肤和食品领域应用。所述温敏性三元水凝胶体系采用以下步骤制备： 
(1)按壳聚糖与2，3-环氧丙基三甲基氯化铵的摩尔比为1：2-1：6的比例，将壳聚糖溶解于适量蒸馏水、异丙醇或者两者的混合物中，与2，3-环氧丙基三甲基氯化铵充分反应，然后用冷丙酮洗涤并搅拌、抽滤，最后用丙酮洗涤数次，烘干至恒重，得到2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖。经硝酸银滴定法，测得2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖的季胺基取代度为73.70％-98.86％。 
(2)将壳聚糖与2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖的混合物溶解于弱酸溶液中，搅拌至完全溶解，将浓度为6％-7％W／V的甘油磷酸盐逐滴加入壳聚糖混合溶液中，搅拌混合均匀，离心除去气泡，得到壳聚糖／壳聚糖季铵盐-甘油磷酸盐温敏水凝胶体系。 
其中，溶解壳聚糖／2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖混合物的弱酸溶液为0.1mol／L～0.5mol／L的盐酸、醋酸、乳酸或柠檬酸等药用酸，所用的甘油磷酸盐为甘油磷酸钠或者甘油磷酸钾等，溶解甘油磷酸盐可用0.01～0.1mol／L NaOH溶液或去离子水。 
在上述步骤(2)中，在10～25℃下向壳聚糖与2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖的混合物中滴加甘油磷酸盐，得壳聚糖／壳聚糖季铵盐-甘油磷酸盐温敏凝胶体系。 
与现有的壳聚糖及壳聚糖衍生物温敏水凝胶相比，本发明具有以下优点： 
(1)本发明所选用的壳聚糖及其衍生物无毒副作用，生物相容性、天然可降解性良好等特点； 
(2)本发明制备的温敏性水凝胶在10～25℃时流动性比较好。 
(3)本发明制备的温敏性水凝胶可双向形成凝胶，在高温(≥40℃)以及低温(≤4℃)状态下都能进行快速凝胶化，温度恢复室温，凝胶恢复至溶液态。如附图所示。 
因此，本发明提供的壳聚糖/壳聚糖季铵盐-甘油磷酸盐双向可逆温敏凝胶适用于医药、护肤产品和食品的应用。 
附图说明
附图是室温下凝胶溶液经升温或冷却进行双向可逆胶凝的照片。 
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明： 
实例1 
将2.9g壳聚糖(18mmol)分散于20ml去离子水中，再置于三口烧瓶内，当温度达到80℃时，将10.93g2，3-环氧丙基三甲基氯化铵(72mmol)的水溶液40ml倒入三口烧瓶中充分反应，其化学反应如下式所示。反应6h后，停止反应并冷却至室温，然后用冷丙酮洗涤并搅拌过夜，次日抽滤，并用丙酮洗涤数次，放入烘箱中，烘干至恒重，得到2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖，产率和取代度均≥96％。 
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室温下将1.5g壳聚糖与0.3g2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖的混合物(2％W／V)溶解于70ml0.1mol／L的盐酸溶液中，搅拌至完全溶解，加入20ml H2O以稀释溶液，并将溶液pH值调节到6.8-7.2之间，常温(≤20℃)下混合溶液15min。将6.2％(w／v)甘油磷酸钠水溶液逐滴加入壳聚糖与2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖混合溶液中，继续搅拌至混合均匀，离心除去气泡，得到壳聚糖／壳聚糖季铵盐-甘油磷酸钠温敏水凝胶体系。以试管倒置法检测，该混合体系在43℃下6min即 成凝胶；亦可在0℃下放置10min，形成凝胶。 
实例2 
按实例1制备2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖。室温下将将1.4g壳聚糖与0.4g2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖混合物(2％W／V)溶解于70ml0.1mol／L的盐酸溶液中，搅拌至完全溶解，加入20mLH2O以稀释溶液，并将溶液pH值调节到6.8～7.2之间，常温(≤20℃)下混合溶液15min。将6.2％(W／V)甘油磷酸钠溶液逐滴加入壳聚糖混合溶液中，继续搅拌至混合均匀，离心除去气泡，得到壳聚糖／壳聚糖季铵盐-甘油磷酸钠温敏水凝胶体系。在45℃下5min即成凝胶；亦可在0℃下放置12min，形成凝胶。 
制备的壳聚糖／壳聚糖季铵盐-甘油磷酸钠温敏水凝胶适用于食品、医药和护肤产品的应用。 
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。 

Claims (8)

1.一种壳聚糖／壳聚糖季铵盐-甘油磷酸盐双向可逆温敏凝胶，其特征在于：
(1)壳聚糖与2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖的混合物溶解于弱酸溶液中，搅拌至完全溶解，将甘油磷酸盐逐滴加入壳聚糖混合溶液中，搅拌混合均匀，离心除去气泡，得到壳聚糖／壳聚糖季铵盐-甘油磷酸盐温敏水凝胶体系。
(2)该凝胶室温以溶液状态存在，在高温(≥40℃)以及低温(≤4℃)状态下都能进行快速凝胶化，温度恢复室温，凝胶恢复至溶液态。
2.根据权利要求1所述壳聚糖／壳聚糖季铵盐-甘油磷酸盐双向可逆温敏凝胶，其特征在于：2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖由壳聚糖与2，3-环氧丙基三甲基氯化铵以1：2～1：6的摩尔比，在60℃下反应4～8h，采用蒸馏水、异丙醇或者水-异丙醇的混合物为分散剂制得。壳聚糖季铵盐的产率和取代度可达98.96％以上。
3.根据权利要求1所述壳聚糖／壳聚糖季铵盐-甘油磷酸盐双向可逆温敏凝胶，其特征在于：制备凝胶体系时，壳聚糖与2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖以1：2～1：6的质量百分比混合，溶于适量的溶液中，得到浓度为2％的混合物。
4.根据权利要求1所述壳聚糖／壳聚糖季铵盐-甘油磷酸盐双向可逆温敏凝胶，其特征在于：
(1)壳聚糖黏均分子量为800～1000KD，其脱乙酰度≥75％；
(2)2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖黏均分子量为800～1000KD，其脱乙酰度≥75％，取代度≥75％；
(3)浓度为6.0％～7.0％为甘油磷酸盐。
5.根据权利要求1所述壳聚糖／壳聚糖季铵盐-甘油磷酸盐双向可逆温敏凝胶，其特征在于：所述酸性溶液可用浓度为0.1mol／L～0.5mol／L盐酸、醋酸、乳酸或柠檬酸等药用酸；甘油磷酸盐可用0.01～0.1mol／L NaOH溶液或去离子水溶解。
6.根据权利要求1所述壳聚糖／壳聚糖季铵盐-甘油磷酸盐双向可逆温敏凝胶，其特征在于，实验过程中所需的甘油磷酸盐可为α，β-甘油磷酸盐或者β-甘油磷酸盐或者α-甘油磷酸盐。
7.根据权利要求1所述壳聚糖／壳聚糖季铵盐-甘油磷酸盐双向可逆温敏凝胶，其特征在于：
(1)所述凝胶的粘度为400～1000mPa.s／40℃。
(2)所述凝胶的pH值为6.8～7.5。
8.根据权利要求1所述壳聚糖／壳聚糖季铵盐-甘油磷酸盐双向可逆温敏凝胶，可用于医药、护肤和食品等行业。
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