CN104151630A - 一种具有电活性的壳聚糖基复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有电活性的壳聚糖基复合材料的制备方法，属于导电高分子和生物材料领域。该包括以下步骤：用质量百分比为1～10％的醋酸水溶液溶解壳聚糖，得到质量百分比为0.1～7％的壳聚糖溶液；将壳聚糖溶液进入到质量百分比为3～20％的凝固液中，洗涤、干燥后得到壳聚糖材料；将壳聚糖纤维浸泡在浓度为0.1～20％的吡咯单体或苯胺单体水溶液中得到壳聚糖吡咯单体或苯胺单体复合材料；将壳聚糖吡咯单体或苯胺单体复合材料浸泡在浓度为0.1～20％的氧化剂中，取出后洗涤、干燥得到具有电活性的壳聚糖聚吡咯或聚苯胺复合材料。利用该方法制备得到的壳聚糖基复合材料具有电活性和生物相容性。
Description
技术领域
本发明属于导电高分子和生物材料领域，特别涉及一种具有电活性的壳聚糖基复合材料的制备方法。
背景技术
壳聚糖是自然界含量丰富的碱性多糖，具有良好的吸附性、抗菌活性，在医用辅料、抗菌材料和食品包装材料上得到广泛应用。壳聚糖材料具有可完全生物降解和良好的生物相容性的特点。能通过湿法纺丝制备壳聚糖纤维，通过锐孔成球、喷雾干燥等方法制备壳聚糖基小球，通过流延成膜，旋转喷涂等方法制备壳聚糖膜材料。
聚吡咯和聚苯胺等导电活性聚合物具有半导体特性，具有良好的抗静电性、较低的电导率，在电磁屏蔽的领域有广阔的应用前景。通过控制聚合过程可以制备不同功能的聚吡咯和聚苯胺等电活性材料，如利用聚吡咯的氧化和还原反应，将聚吡咯与锂离子结合，可以设计出性能独特的超级电容器。此外，聚吡咯具有良好的生物相容性，通过控制设计可以得到一系列具有生物活性，能与蛋白质结合的新型材料，用于细胞的生长和控制，如在含聚吡咯培养基中培养的大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤细胞，在电刺激的诱导下可以显著增强细胞的神经突生长和传播。
目前文献报道的壳聚糖-导电高分子复合材料常将壳聚糖作为分散剂，用于稳定分散导电高分子，如壳聚糖作为聚吡咯-银微球的分散剂。壳聚糖-聚吡咯复合凝胶是将吡咯单体直接添加到壳聚糖的醋酸溶液中，再通过过硫酸钾氧化剂将吡咯氧化成聚吡咯，将上述复合溶液放到去离子水溶液中凝固成凝胶。该方法存在氧化剂在氧化吡咯单体的同时与壳聚糖形成交联，影响聚吡咯的聚合度及其导电性能。
发明内容
本发明的目的是为解决上述问题而提供了一种具有电活性和生物相容性的壳聚糖基复合材料的制备方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种具有电活性的壳聚糖基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)用质量百分比为1～10％的醋酸水溶液溶解壳聚糖，得到质量百分比为0.1～7％的壳聚糖溶液；
(2)将上述步骤得到的壳聚糖溶液进入到质量百分比为3～20％的凝固液中，洗涤、干燥后得到壳聚糖材料；
(3)将上述步骤得到的壳聚糖材料浸泡在浓度为0.1～20％的吡咯单体或苯胺单体水溶液中得到壳聚糖吡咯单体或苯胺单体复合材料；
(4)将上述步骤得到的壳聚糖吡咯单体或苯胺单体复合材料浸泡在浓度为0.1～20％的氧化剂中，取出后洗涤、干燥得到具有电活性的壳聚糖聚吡咯或聚苯胺复合材料。
优选地，所述步骤(2)中的凝固液为氢氧化钠水溶液。
优选地，所述步骤(4)中的氧化剂为三氯化铁、过硫酸钾以及过硫酸铵。
进一步地，所述步骤(2)得到的壳聚糖材料可以为壳聚糖纤维、壳聚糖小球以及壳聚糖膜。
优选地，所述壳聚糖纤维采用湿法纺丝制备得到，壳聚糖纤维的直径为0.06～0.5mm。
优选地，所述壳聚糖小球通过喷雾、锐孔成球或注射器滴加成球的方法制备得到，壳聚糖小球的直径为0.5～3.0mm。
优选地，所述壳聚糖膜采用流延成膜、旋转喷涂方法制备得到，壳聚糖膜的厚度为0.1～3mm。
更进一步地，所述步骤(2)得到的壳聚糖材料为壳聚糖纤维时，所述步骤(3)得到的是壳聚糖吡咯单体或苯胺单体复合纤维，所述步骤(4)得到的是具有电活性的壳聚糖聚吡咯或聚苯胺复合纤维。
更进一步地，所述步骤(2)得到的壳聚糖材料为壳聚糖小球时，所述步骤(3)得到的是壳聚糖吡咯单体或苯胺单体复合小球，所述步骤(4)得到的是具有电活性的壳聚糖聚吡咯或聚苯胺复合小球。
更进一步地，所述步骤(2)得到的壳聚糖材料为壳聚糖膜时，所述步骤(3)得到的是壳聚糖吡咯单体或苯胺单体复合膜，所述步骤(4)得到的是具有电活性的壳聚糖聚吡咯或聚苯胺复合膜。
本发明具有以下优点：
本发明通过壳聚糖纤维、小球或膜材料吸附吡咯或苯胺单体，使吡咯或苯胺单体在壳聚糖材料内均匀分布，并被氧化剂氧化成聚吡咯等导电高分子，可以避免聚吡咯的团聚及其聚合度受到影响的问题，使导电高分子能均匀分散在壳聚糖基材料内，并与壳聚糖形成牢固结合，复合材料的聚吡咯的聚合度高。本发明的制备方法简单，易于操作，生产成本低，材料具有电活性和生物相容性的特点，将在防辐射织物，细胞通信、控制释放器件和化学传感器等领域得到应用。
具体实施方式
实施例1
用质量百分比为1％的醋酸溶液溶解壳聚糖得到质量百分比为1％的壳聚糖溶液，将壳聚糖溶液挤压到凝固液中制备壳聚糖纤维，凝固液为质量百分比为3％的氢氧化钠水溶液，将壳聚糖纤维洗涤、干燥得到直径为0.06mm的壳聚糖纤维。将壳聚糖纤维浸泡在百分比为1％的吡咯水溶液中得到壳聚糖吡咯单体复合纤维，再将复合纤维浸泡在质量百分比为1％的过硫酸钾溶液中，纤维取出后洗涤干燥得到具有电活性的壳聚糖-聚吡咯复合纤维。
实施例2
用质量百分比为10％的醋酸溶液配制质量百分比为7％的壳聚糖溶液，将壳聚糖溶液通过注射器注射到凝固液的方法制备壳聚糖纤维，凝固液为质量百分比为20％的氢氧化钠水溶液，将壳聚糖纤维洗涤、干燥得到直径为0.5mm的壳聚糖纤维。将壳聚糖纤维浸泡在质量百分比为10％的吡咯水溶液中得到壳聚糖-吡咯单体复合纤维，将复合纤维浸泡在质量百分比为10％的三氯化铁溶液中，纤维取出后洗涤干燥得到具有电活性的壳聚糖-聚吡咯复合纤维。
实施例3
用质量百分比为1％的醋酸溶液配制质量百分比为0.1％的壳聚糖溶液，质量分数为3％的氢氧化钠水溶液作为凝固浴。将壳聚糖溶液通过注射器滴加到凝固液中得到小球，将小球洗涤干燥得到直径为0.5mm的壳聚糖小球。将小球浸泡在质量分数为0.1％的苯胺水溶液中得到壳聚糖-苯胺单体复合小球，然后将复合小球浸泡在质量百分比为0.1％的过硫酸钾溶液中，将小球取出后洗涤干燥得到具有电活性的壳聚糖聚苯胺复合小球。
实施例4
用体积分数为10％的醋酸溶液配制质量分数为7％的壳聚糖溶液，质量分数为20％的氢氧化钠水溶液作为凝固浴。将壳聚糖溶液通过注射器滴加到凝固液中得到小球，将小球洗涤干燥得到直径为3mm的壳聚糖小球。将壳聚糖小球浸泡在质量分数为20％的吡咯水溶液中得到壳聚糖-吡咯单体复合小球，然后将复合小球浸泡在质量百分比为20％的过硫酸铵溶液中，将小球取出后洗涤干燥得到具有电活性的壳聚糖聚吡咯复合小球。
实施例5
用质量百分比为1％的醋酸溶液配制质量百分比为5％的壳聚糖溶液，将壳聚糖溶液流延到玻璃板上，将玻璃板浸泡到质量分数为10％的氢氧化钠水溶液中得到壳聚糖膜，将膜洗涤干燥后得到厚度为3mm的壳聚糖膜。将壳聚糖膜浸泡在质量分数为10％的苯胺水溶液中得到壳聚糖-苯胺单体复合膜，将复合膜浸泡在质量百分比为10％的三氯化铁水溶液中，将膜取出后洗涤干燥得到具有电活性的壳聚糖聚吡咯复合膜。
实施例6
用质量百分比为10％的醋酸溶液配制质量百分比为1％的壳聚糖溶液，将壳聚糖溶液流延到玻璃板上，将玻璃板浸泡到质量分数为3％的氢氧化钠水溶液中得到壳聚糖膜，将膜洗涤干燥后得到厚度为0.1mm的壳聚糖膜。将壳聚糖膜浸泡在质量分数为10％的吡咯水溶液中得到壳聚糖-吡咯单体复合膜，将复合膜浸泡在质量百分比为0.1％的三氯化铁水溶液中，将膜球取出后洗涤干燥得到具有电活性的壳聚糖聚吡咯复合膜。
以上实施例制备得到的壳聚糖基复合材料通过壳聚糖纤维、小球或膜材料吸附吡咯或苯胺单体，使吡咯或苯胺单体在壳聚糖材料内均匀分布，并被氧化剂氧化成聚吡咯等导电高分子，可以避免聚吡咯的团聚及其聚合度受到影响的问题，使导电高分子能均匀分散在壳聚糖基材料内，并与壳聚糖形成牢固结合，复合材料的聚吡咯的聚合度高。本发明的制备方法简单，易于操作，生产成本低，材料具有电活性和生物相容性的特点，将在防辐射织物，细胞通信、控制释放器件和化学传感器等领域得到应用。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种具有电活性的壳聚糖基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)用质量百分比为1～10％的醋酸水溶液溶解壳聚糖，得到质量百分比为0.1～7％的壳聚糖溶液；
(2)将上述步骤得到的壳聚糖溶液进入到质量百分比为3～20％的凝固液中，洗涤、干燥后得到壳聚糖材料；
(3)将上述步骤得到的壳聚糖材料浸泡在浓度为0.1～20％的吡咯单体或苯胺单体水溶液中得到壳聚糖吡咯单体或苯胺单体复合材料；
(4)将上述步骤得到的壳聚糖吡咯单体或苯胺单体复合材料浸泡在浓度为0.1～20％的氧化剂中，取出后洗涤、干燥得到具有电活性的壳聚糖聚吡咯或聚苯胺复合材料。
2.根据权利要求1所述的具有电活性的壳聚糖基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的凝固液为氢氧化钠水溶液。
3.根据权利要求1所述的具有电活性的壳聚糖基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的氧化剂为三氯化铁、过硫酸钾以及过硫酸铵。
4.根据权利要求1所述的具有电活性的壳聚糖基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)得到的壳聚糖材料可以为壳聚糖纤维、壳聚糖小球以及壳聚糖膜。
5.根据权利要求4所述的具有电活性的壳聚糖基复合材料的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖纤维采用湿法纺丝制备得到，壳聚糖纤维的直径为0.06～0.5mm。
6.根据权利要求4所述的具有电活性的壳聚糖基复合材料的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖小球通过喷雾、锐孔成球或注射器滴加成球的方法制备得到，壳聚糖小球的直径为0.5～3.0mm。
7.根据权利要求4所述的具有电活性的壳聚糖基复合材料的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖膜采用流延成膜、旋转喷涂方法制备得到，壳聚糖膜的厚度为0.1～3mm。
8.根据权利要求4或5所述的具有电活性的壳聚糖基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)得到的壳聚糖材料为壳聚糖纤维时，所述步骤(3)得到的是壳聚糖吡咯单体或苯胺单体复合纤维，所述步骤(4)得到的是具有电活性的壳聚糖聚吡咯或聚苯胺复合纤维。
9.根据权利要求4或6所述的具有电活性的壳聚糖基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)得到的壳聚糖材料为壳聚糖小球时，所述步骤(3)得到的是壳聚糖吡咯单体或苯胺单体复合小球，所述步骤(4)得到的是具有电活性的壳聚糖聚吡咯或聚苯胺复合小球。
10.根据权利要求4或7所述的具有电活性的壳聚糖基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)得到的壳聚糖材料为壳聚糖膜时，所述步骤(3)得到的是壳聚糖吡咯单体或苯胺单体复合膜，所述步骤(4)得到的是具有电活性的壳聚糖聚吡咯或聚苯胺复合膜。
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