CN105771909A

CN105771909A - 一种密胺海绵/壳聚糖复合型吸附材料及其制备方法

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Publication number: CN105771909A
Application number: CN201410504358.8A
Authority: CN
Inventors: 孙怀艳; 张瑞丰; 李伟逊; 梁云霄; 江峰; 肖通虎; 龙能兵
Original assignee: Ningbo University
Current assignee: Ningbo University
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2034-09-16
Also published as: CN105771909B

Abstract

本发明是关于一种密胺海绵/壳聚糖复合型吸附材料及其制备方法，利用商品化密胺海绵特有的三维骨架结构，将壳聚糖溶液引入并在碱性条件下凝固于海绵中，再通过冷冻的方法将壳聚糖中水分分离，最终形成独特的三维大孔体系，其中密胺海绵起到了机械稳定与支撑作用，而壳聚糖被充分的分散，形成蜂窝状薄膜，吸附效率明显提高，复合材料中壳聚糖的含量在45～51wt.％，比表面积在45.3～52.6m²/g范围，该复合型吸附材料可作为整体吸附柱，用于提取人尿激肽释放酶，取得较好的效果，这种材料的优点是：吸附能力强，操作简便，材料能多次循环使用，降低成本，提高生产效率。

Description

一种密胺海绵/壳聚糖复合型吸附材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及用于生物活性物质提取的高分子吸附材料领域，尤其是一种密胺三维骨架与壳聚糖薄膜的复合物及其制备方法，它可以用来快速高效提取人尿激肽释放酶这种生物活性物质。

背景技术

壳聚糖又称脱乙酰甲壳素，是由自然界广泛存在的几丁质(chitin)经过脱乙酰作用得到的，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖。这种天然高分子的生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等优良性能被各行各业广泛关注，在医药、食品、化工、化妆品、水处理、金属提取及回收、生化和生物医学工程等诸多领域的应用研究取得了重大进展。壳聚糖的一个显著特性是吸附能力。许多低分子量的材料，比如金属离子、胆固醇、甘油三酯、胆酸和有机汞等，都可以被壳聚糖吸附。特别是壳聚糖不仅可以吸附镁、钾，而且可以吸附锌、钙、汞和铀。壳聚糖的吸附活性可以有选择地发挥作用。壳聚糖的吸附能力的大小取决于其脱乙酰度。脱乙酰度越大，吸附能力越强。壳聚糖具有更高的蛋白吸附能力，因而常用于生物活性物质的提取与纯化。

尽管壳聚糖具有非常优异的性能，但是作为吸附材料使用的话，在材料制备上仍然有一些技术问题有待于完善和改进。如果壳聚糖以小颗粒形式使用，虽然吸附面积增大，但是在使用操作上不是很方便；最理想的是既能充分的分散，又能以整体块状的形式来使用，那样其单位重量的利用效率以及在实际操作的效率上都会有优势，但是单纯的壳聚糖很难达到这种状态，本发明提供一种密胺三维骨架聚合物与壳聚糖薄膜的复合型吸附材料，其结构如图1所示，密胺海绵提供了三维骨架结构，具有约100μm的孔径，它起到了机械稳定与支撑作用，而壳聚糖形成蜂窝状的薄膜，薄膜的厚度在1μm左右，充分分散的形貌导致表面积大大增加，骨架与薄膜互相穿插，构成三维多孔体系。复合结构通透性好，可以使液体很快的流动，因而该复合材料是一种整体型吸附柱子，在实际使用中能显著提高操作效率，在本发明提供的应用实例中，该材料在对人尿激肽释放酶的提取中取得了非常好的效果。

人尿激肽释放酶能将激肽原水解为激肽，从而发挥一系列的生理功能，具有抗凝血、溶血栓、降低血液粘度、降血压等作用。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题是提供一种密胺海绵/壳聚糖复合型吸附材料，它在人尿激肽释放酶的快速高效提取中能发挥重要的作用。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供上述密胺海绵/壳聚糖复合型吸附材料的制备方法，它切实可行，操作简便，易于大量制备。

本发明所要解决的再一个技术问题是提供一种上述复合型吸附材料在人尿激肽释放酶提取中的具体应用。

1、本发明解决首要技术问题所采用的技术方案为：一种密胺海绵/壳聚糖复合型吸附材料，其结构具有如图1所示的特征，其中壳聚糖所占的重量在45～51％范围，该材料既具有三维网络结构和100微米的贯通孔道，又具有约1微米厚的壳聚糖三维蜂窝状薄膜，其比表面积达到45.3～52.6m²/g，吸附效率高，并能很容易将吸附物质洗脱，实现材料的多次循环使用。

非常有益的是，构建复合结构使两种材料的优势互补，不但提高了单位重量壳聚糖的利用效率，同时密胺海绵提供了机械稳定性和强度，复合所形成的大孔结构通透性好，可以使液体很快的流动，因而该复合材料可制成整体性吸附柱子，在实际使用中能显著提高操作效率。

2、本发明解决另一个技术问题所采用的技术方案为：上述密胺海绵/壳聚糖复合型吸附材料的制备方法，其特征步骤为：1)将商品的脱乙酰度大于95％、粘度大于400mpa.s的壳聚糖溶于稀醋酸水溶液中，配成2～2.5wt.％的浓度，加入少量阳离子表面活性剂(如十二烷基三甲基氯化铵，溶液中的浓度为0.1～0.2wt.％)；2)将市售的密胺海绵(三聚氰胺与甲醛交联反应制成的泡沫材料，现已商品化)浸泡在溶液中1～2小时，取出后迅速放入pH＝9～10的碳酸钠溶液中浸泡2～3小时；3)将复合物放入冰箱中于-3～-5℃下冷冻4～5小时，取出后放在常温下的清水中漂洗，经过冷冻处理后材料内部的水分与聚合物分离，因而很容易通过真空吸出，待充分干燥后就可以使用。

非常有益的是，壳聚糖酸性溶液在碱性环境中迅速凝固，经过冷冻处理，可以形成如图1所示的蜂窝状形貌，并且这种形貌与原有的三维骨架穿插在一起，壳聚糖不能在干燥过程中粘结成团，从而保持其较大的比表面积，两种材料复合后其机械强度更高，抗压能力更强，完全适合用于整体型吸附柱。

3、本发明解决再一个技术问题所采用的技术方案为：上述密胺海绵/壳聚糖复合型吸附材料在人尿激肽释放酶提取中的应用方法，其特征在于将若干块圆柱型材料叠加在一起，置于一个玻璃柱子中，构成整体型吸附柱子，将原料溶液浸润并流过该材料，提取物被吸附于聚合物的骨架上，再通过洗脱将提取物收集，以达到分离与提纯的目的。

非常有益的是，上述处理方法比一般的壳聚糖粉末与提取液直接混合的方法要高效快捷，不存在扩散受阻的传质问题，经过试验发现，每一克壳聚糖能够吸附117～135毫克的人尿激肽释放酶。

本发明的优点在于：1)通过复合实现了壳聚糖的充分分散，提高吸附效率；2)三维网络结构起到机械稳定与支撑作用，抗压性好；3)复合所形成的大孔结构通透性好，有利于液体的流通，流动阻力明显减小。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

材料制备：

1)将商品的脱乙酰度大于95％，粘度大于400mpa.s的壳聚糖溶于稀醋酸水溶液中，配成2～2.5wt.％的浓度，加入少量阳离子表面活性剂(如十二烷基三甲基氯化铵，溶液中的浓度为0.1～0.2wt.％)；

2)将市售的密胺海绵(三聚氰胺与甲醛交联反应制成的泡沫材料，现已商品化)浸泡在溶液中1～2小时，取出后迅速放入pH＝9～10的碳酸钠溶液中浸泡2～3小时；

3)将复合物放入冰箱中于-3～-5℃下冷冻4～5小时，取出后放在常温下的清水中漂洗，经过冷冻的复合物内部形成大孔结构，其中的水分很容易通过真空吸出，待充分干燥后就可以使用，通过6次制备实验，用重量法测定，材料中壳聚糖含量在45～51wt.％范围，含量的变化主要源于密氨海绵的密度变化以及壳聚糖溶液的浓度小幅变化，用比表面仪测定材料的比表面积在45.3～52.6m²/g范围。

人尿激肽释放酶的提取按以下操作步骤进行：

a.预处理，将新鲜或冷藏的男性尿用尼龙布过滤，收集滤液；

b.酸化，将滤液倾入搪瓷缸中，在搅拌下缓慢滴加6mol/L的HCl溶液，调至pH至6.0～6.5范围，继续搅拌1～2小时；

c.吸附与清洗，将上述酸化尿液通过由密胺海绵/壳聚糖复合型吸附材料制成的整体柱(直径为10cm，高度为100cm，由5块圆柱状样品叠加而成)，尿液的体积与柱子的体积与之比应为1∶2～1∶2.5，流速控制在50～60mL/min，最后用空气将剩余的液体压出柱子；

d.洗脱，用柱子体积3倍量的含有1.0mol/LNH₄Ac和0.3mol/LNaCl的溶液洗脱柱子，用空气压出最后的液体，收集洗脱液；

e.沉淀，将洗脱液倾入搪瓷缸中，在搅拌下加入2倍量的预先冷却的丙酮，继续搅拌5～10分钟，在0～4℃下静置1～2小时，析出絮状沉淀，离心收集沉淀；

f.干燥，将沉淀用冷丙酮洗2次，冷乙醚洗1次，真空干燥，得到人尿激肽释放酶干粉，人尿激肽释放酶比活为28～31U/mg，活力回收率为72～78％。

材料吸附能力评估：

密胺海绵/壳聚糖复合型吸附材料的干态密度一般为0.04～0.05g/mL，整体柱的体积为7.85L，其总重量为314～393g，平均值定为353g，按照壳聚糖含量的平均值48wt.％计算，壳聚糖的总重量为170g，整体柱经过充分吸附后，经过洗脱、提纯后每次获得的人尿激肽释放酶的量为20～23g，因此每克壳聚糖能吸附的人尿激肽释放酶的量在117～135mg范围，而用壳聚糖粉末作为吸附材料直接与尿液混合，壳聚糖吸附能力只有34～46mg/g，由此可见，本发明提供的材料在吸附能力上有明显优势，这主要归功于壳聚糖在复合材料中特殊的蜂窝状形貌。

附图说明

图1密胺海绵/壳聚糖复合型吸附材料的SEM图像。

Claims

1.一种密胺海绵/壳聚糖复合型吸附材料，其特征在于该材料既具有密胺海绵三维网络结构和100微米的贯通孔道，又具有约1微米厚的壳聚糖蜂窝状薄膜，两种形貌互相穿插，构成稳定的大孔结构。

2.根据权利要求1所述的密胺海绵/壳聚糖复合型吸附材料，其特征在于所述的聚合物的比表面积达到45.3～52.6m²/g，壳聚糖含量在45～51wt.％范围。

3.根据权利要求1或2所述的密胺海绵/壳聚糖复合型吸附材料，其特征在于所述的吸附材料能以整体性柱子的方式从尿液中吸附人尿激肽释放酶，达到快速高效提取人尿激肽释放酶的目的。

4.一种权利要求1所述的密胺海绵/壳聚糖复合型吸附材料制备方法，其特征在于步骤依次为：

(1)将密胺海绵浸泡在壳聚糖溶液中1～2小时，取出后迅速放入pH＝9～10的碳酸钠溶液中浸泡2～3小时；

(2)将复合物放入冰箱中于-3～-5℃下冷冻4～5小时，取出后放在常温下的清水中漂洗，经过冷冻后的复合物内部形成大孔结构，其中的水分很容易通过真空吸出，待充分干燥后就可以使用。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于壳聚糖本身的粘度要大于400mpa.s，所配溶液的浓度在2.0～2.5wt.％范围。