CN105504334B - 一种具有超大孔隙的琼脂糖晶胶基质颗粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有超大孔隙的琼脂糖晶胶基质颗粒及其制备方法。其特征在于所述的超大孔琼脂糖晶胶基质为多孔颗粒，具有数十至数百微米的超大孔隙，其粒径2～5 mm，孔径5～200μm，孔隙率94～97%；本发明还提供了一种利用多微管反应器液滴成形及溶剂结晶致孔制备所述琼脂糖晶胶基质颗粒的方法。本发明提供的琼脂糖基质颗粒不仅具有很好的生物相容性，而且有相互连通的超大孔隙，孔隙率高，渗透性能优异，容易实现目标物在孔内的对流传质，因此，可以作为固定化载体、生物分离介质的基质。本发明提供的制备方法简单，可以并行放大，规模化工业制备方便，在生物分离、组织工程、酶或细胞的固定化等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种具有超大孔隙的琼脂糖晶胶基质颗粒及其制备方法

技术领域

本发明属于生物化工和分离技术领域，具体涉及一种具有超大孔隙的琼脂糖晶胶基质颗粒及其制备方法。

背景技术

晶胶介质是近几年出现的一种具有孔径数微米到数百微米的超大孔隙的新型生物分离介质，也是一种新型的超大孔弹性多孔材料。晶胶不仅可以作为分离填料，在生物分离领域具有广阔的应用前景，而且还可以作为新的载体，用作组织工程支架载体、微生物细胞的包埋和固定化酶的载体。现有的晶胶的骨架材料主要是聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸羟乙酯等人工合成的高分子聚合物，而天然高分子材料的晶胶介质的研究开发很少。

琼脂糖是一种来源于海洋藻类的天然线性半乳聚糖聚合物，其生物相容性优良，在固定化、组织工程、生化分析和生物分离领域广泛应用。但是，天然的琼脂糖只溶于热水，常温条件下不溶于水，制备为晶胶介质不易。现有的琼脂糖生物分离介质的孔径主要在亚微米范围，粒径在微米量级。而孔径数微米到数百微米的琼脂糖基质及其分离介质则鲜有研究，特别是粒径1 mm以上的大尺寸晶胶基质颗粒及其制备方法的研究开发十分缺乏。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明目的在于提供一种具有超大孔隙的琼脂糖晶胶基质颗粒及其制备方法。

本发明采取如下的技术方案：

一种具有超大孔隙的琼脂糖晶胶基质颗粒，其特征在于所述的超大孔琼脂糖晶胶基质颗粒为球形多孔颗粒，其内部拥有孔径数微米到数百微米的超大孔隙，颗粒的骨架材料为琼脂糖，孔隙率94～97%。

所述的一种具有超大孔隙的粒状琼脂糖晶胶基质，其特征在于所述的多孔颗粒的粒径范围在2～5 mm。

所述的一种具有超大孔隙的粒状琼脂糖晶胶基质，其特征在于所述的多孔颗粒琼脂糖骨架内部具有与常规琼脂糖凝胶类似的亚微米小孔隙，骨架周围具有孔径5~200 μm的超大孔隙。

本发明还提供一种超大孔琼脂糖晶胶基质颗粒的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括如下步骤：

1）将琼脂糖在水中加热溶解，制成一定温度和浓度的琼脂糖水溶液；

2）将步骤1）得到的琼脂糖水溶液以一定流速通过多微管反应器，形成尺寸均一的琼脂糖水溶液液滴；

3）将步骤2）得到的琼脂糖水溶液液滴在油相中进行溶剂冷冻结晶致孔，待琼脂糖固化后融化冰晶，得到超大孔隙的琼脂糖晶胶基质颗粒。

所述的超大孔琼脂糖晶胶基质颗粒的制备方法，其特征在于所述的琼脂糖水溶液的质量百分比浓度为3～6%，温度70～95℃。

所述的具有超大孔琼脂糖晶胶基质颗粒的制备方法，其特征在于所述的琼脂糖水溶液流经多微管反应器的流速0.9～5 cm/s。

所述的具有超大孔琼脂糖晶胶基质颗粒的制备方法，其特征在于所述的琼脂糖液滴结晶致孔所用的油相为含有表面活性剂且与琼脂糖溶液不互溶的液体。

所述的具有超大孔琼脂糖晶胶基质颗粒的制备方法，其特征在于所述的琼脂糖液滴结晶致孔所用的油相为含有表面活性剂的乙酸乙酯溶液。

通过采用上述技术，本发明具有如下有益效果：

1）本发明提供的琼脂糖晶胶基质颗粒，是一种具有超大孔隙的多孔弹性材料，骨架材料为天然琼脂糖，其生物相容性优良，可重复利用，具有很好的安全性，可以作为组织工程支架、生物层析分离介质和固定化酶的新载体和新基质，因此，在生物分离、组织工程、固定化等领域具有广阔的应用前景；

2）本发明提供的琼脂糖晶胶基质颗粒，是一种具有超大孔隙的粒状晶胶基质，其微观结构与常规琼脂糖凝胶不同，与常规琼脂糖凝胶基质相比，本发明提供的琼脂糖晶胶基质不仅具有常规琼脂糖凝胶类似的亚微米小孔隙，还具有孔径在数微米到数百微米范围的超大孔隙，孔径尺寸远大于现有的琼脂糖凝胶基质（孔径一般在亚微米量级），在实际应用时很容易从流体中分离回收；同时，本发明提供的琼脂糖晶胶基质颗粒孔隙率高达94%~97%，远高于现有的常规琼脂糖介质，这种具有超大孔隙和高孔隙率的晶胶可允许含有微生物细胞或细胞碎片的发酵液、培养液或其它含有微细颗粒的复杂生物料液流体顺利通过，在实际应用中具有孔径大、孔隙率高、渗透率性能好、传质迅速等优点；

3）本发明提供的琼脂糖晶胶基质颗粒的制备方法简单、操作方便，颗粒粒径均匀可控，适于规模化工业制备应用。

附图说明

图1为本发明的超大孔隙的琼脂糖粒状晶胶基质的结构剖面示意图；

图2为本发明的超大孔隙的琼脂糖粒状晶胶基质的实际形貌图。

图中：1 -琼脂糖骨架，2-超大孔隙，3-亚微米小孔隙。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1

以3g琼脂糖溶解于97mL 75~95℃的去离子水中，制成3%的琼脂糖溶液；然后，将所得琼脂糖溶液以5 cm/s的流速经多微管反应器（微管内径0.5mm）进行液滴成形，于含有3%Span 80表面活性剂的乙酸乙酯溶液中冷冻结晶致孔，室温下融化冰晶，得到超大孔琼脂糖晶胶基质，其实际形貌如图2所示，其剖面放大结构如图1所示，经测定，该超大孔琼脂糖晶胶基质平均粒径约2 mm，孔隙率97%，其中的骨架为琼脂糖骨架1，该琼脂糖骨架1占颗粒总体积的3%，骨架内为亚微米小孔隙3，骨架周围为超大孔隙2，如图所示，超大孔隙的孔径5~200μm，在水中具有良好的弹性。

实施例2

以6g琼脂糖溶解于94mL 75~95℃的去离子水中，制成6%的琼脂糖溶液；然后，将所得琼脂糖溶液以0.9 cm/s的流速经多微管反应器（微管内径2.2 mm）进行液滴成形，于含有2%Span 80的庚酸乙酯溶液中冷冻结晶致孔，室温下融化冰晶，得到超大孔琼脂糖晶胶基质。测定其平均粒径约4.3 mm，孔隙率94%，晶胶基质骨架占颗粒总体积的6%，骨架内为亚微米小孔隙，骨架周围超大孔隙孔径5~150 μm，在水中具有良好的弹性。

实施例3

以6g琼脂糖溶解于194 mL 75~95℃的去离子水中，制成3%的琼脂糖溶液；然后，将所得琼脂糖溶液以4.2 cm/s的流速经多微管反应器（微管内径2.2 mm）进行液滴成形，于含有Span 80质量百分含量为3%的环己烷溶液中冷冻结晶致孔，室温下融化冰晶，得到超大孔琼脂糖晶胶基质，该琼脂糖粒状晶胶基质的结构剖面示意图如图1所示，其实际形貌图如图2所示。测定其平均粒径约5 mm，孔隙率97%，晶胶基质骨架占颗粒总体积的3%，骨架内为亚微米小孔隙，骨架周围超大孔隙孔径5~200μm，在水中具有良好的弹性。

Claims (7)

1.一种具有超大孔隙的琼脂糖晶胶基质颗粒的制备方法，所述超大孔隙的琼脂糖晶胶基质颗粒为球形多孔颗粒，颗粒的骨架材料为琼脂糖，其内部拥有孔径为数微米到数百微米的超大孔隙，孔隙率94～97%，多孔颗粒的粒径范围在2～5 mm，多孔颗粒琼脂糖骨架内部具有亚微米小孔隙，骨架周围具有孔径5~200 μm的超大孔隙，其特征在于具体步骤如下：

1）将琼脂糖在水中加热溶解，制成一定温度和浓度的琼脂糖水溶液；

2）将步骤1）得到的琼脂糖水溶液以一定流速通过多微管反应器，形成尺寸均一的琼脂糖水溶液液滴；

3）将步骤2）得到的琼脂糖水溶液液滴在油相中进行溶剂冷冻结晶致孔，待琼脂糖固化后融化冰晶，得到超大孔隙的琼脂糖晶胶基质颗粒。

2.根据权利要求1所述的具有超大孔隙的琼脂糖晶胶基质颗粒的制备方法，其特征在于步骤1）中琼脂糖水溶液的质量百分比浓度为为3～6%，温度为70～95℃。

3.根据权利要求1所述的具有超大孔隙的琼脂糖晶胶基质颗粒的制备方法，其特征在于步骤2）中琼脂糖水溶液流经多微管反应器的流速为0.9～5 cm/s。

4.根据权利要求1所述的具有超大孔隙的琼脂糖晶胶基质颗粒的制备方法，其特征在于步骤3）中琼脂糖液滴结晶致孔所用的油相为含有表面活性剂且与琼脂糖溶液不互溶的含表面活性剂液体。

5.根据权利要求4所述的具有超大孔隙的琼脂糖晶胶基质颗粒的制备方法，其特征在于所述含表面活性剂液体为含有Span 80的乙酸乙酯、含有Span 80的庚酸乙酯或含有Span80的环己烷。

6.根据权利要求5所述的具有超大孔隙的琼脂糖晶胶基质颗粒的制备方法，其特征在于所述含表面活性剂液体为含有Span 80的质量百分含量为2-4%。

7.根据权利要求5所述的具有超大孔隙的琼脂糖晶胶基质颗粒的制备方法，其特征在于所述含表面活性剂液体为含有Span 80的质量百分含量为3%。