CN105860100A - 一种高强度壳聚糖水凝胶及其制品的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度壳聚糖水凝胶及其制品的制备。本发明使用一种由氢氧化钠和尿素组成的水性溶剂在低温条件下溶解壳聚糖，在不添加任何交联剂的情况下可通过升温凝胶化，通过去除胶体内的无机成分凝胶强度大大增加，其壳聚糖水溶液具有温度敏感性，可通过调整原料比得到不同成胶温度的壳聚糖溶液，且该凝胶具有一定可逆的温度响应性，将壳聚糖水溶液注入一定形状的模具冻干后可得壳聚糖气凝胶，水凝胶及其制品具有无毒、可降解等优良特性有望作为温敏材料或应用于伤口辅料、止血材料、防止重金属污染等领域。

Description

一种高强度壳聚糖水凝胶及其制品的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强度水凝胶及其制品的制备方法，尤其是一种利用其水溶液的温敏性制备高强度水凝胶及其制品的方法。
背景技术
壳聚糖是唯一的天然碱性多糖，其在自然界中的储量仅次于纤维素，这种天然高分子的生物相容性、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。针对患者，壳聚糖降血脂、降血糖的作用已有研究报道，同时，壳聚糖被作为增稠剂、被膜剂列入国家食品添加剂使用标准GB-2760，而其来源与丰富的储量，使得壳聚糖材料的开发和应用兼具改善人类生活品质与充分利用自然资源的双重意义。
壳聚糖的分子内和分子间存在大量氢键，从而可以形成网状结构水凝胶，壳聚糖水凝胶具有优良的亲水性和生物相容性，在卫生用品、载药、烧伤敷料等领域有良好应用。然而，已有的壳聚糖水凝胶制品存在机械性能差的问题限制了其应用，随着技术的进步通过对壳聚糖进行不同的基团修饰或交联大大提高了其机械性能，如京尼平、戊二醛等。但采用修饰或交联也存在许多问题，许多交联剂的生物相容性不明确，或具有一定生物毒性，交联后可能会降低壳聚糖本身的生物相容性。因此，开发一种高强度单一壳聚糖水凝胶具有广阔的前景。
壳聚糖属于大分子多糖，传统的方法是将壳聚糖溶解于多种无机酸以及某些有机酸中，如盐酸、乙酸等，但是壳聚糖长期存在于酸性环境中可能发生一系列的降解，造成分子量下降或分布分散这也可能影响其生物相容性和成胶性质，以及成胶后的机械性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种不使用任何交联剂，具有一定温敏性以及生物相容性的高强度壳聚糖水凝胶及其制品的制备方法。
本发明制备高强度壳聚糖水凝胶及其制品可分为5个步骤。
（1）壳聚糖的纯化：将壳聚糖粉末溶于醋酸溶液中，加入氢氧化钠析出壳聚糖，沉淀洗至中性后冻干备用。
（2）按质量百分比称取各组分：冻干壳聚糖1%-7%，氢氧化钠4%-10%，尿素1%-40%，其余为水，将上述组分混合后在-10℃-80℃冷冻0.5h-24h，然后在室温下解冻既得壳聚糖水性溶液。
（3）将制备的壳聚糖水溶液注入一定形状的模具，在15℃-90℃水浴1min以上即可得壳聚糖水凝胶。
（4）将制备的水凝胶去除模具后在去离子水中透析，当溶液达到中性后得到去除无机物的高强度中性壳聚糖水凝胶。
（5）将制备的中性高强度壳聚糖水凝胶进行干燥，既得高强度的壳聚糖气凝胶，干燥方法可采取冷冻干燥、液氮干燥、超临界干燥法。
本发明的优点在于
碱性体系下对壳聚糖进行溶解，避免了壳聚糖在酸性环境中降解导致其分子量的改变。
本体系中无任何交联剂的使用，且成胶温度具有可控性，有望作为一种温敏材料。
本体系不受壳聚糖分子量的限制，可以对不同分子量的壳聚糖进行溶解或成胶。
本体系能对壳聚糖达到完全溶解，不会产生溶解不彻底，也不用采取离心去沉淀。
相比于其他已知的发明体系具有碱性物质用量大大较少，冷冻温度降低，成胶时间大大缩短等优势，有利于产业化。
干燥后的气凝胶形状保持不变。
附图说明
图 1、所制备的壳聚糖水凝胶照片。
图 2、制备的壳聚糖水凝胶机械性能表征。
图 3、制备的壳聚糖气凝胶。
具体实施方式
下面用附图和实施例详细说明本发明，但本发明并不局限于下列实施例。
实施例 1
称取1g壳聚糖溶于醋酸溶液中，随后加入氢氧化钠析出壳聚糖，用水洗至中性，冻干；称取4g氢氧化钠和4g尿素溶解于91g水中静置于4℃到恒温，然后逐滴加入到1g纯化壳聚糖中搅拌使其均匀分布于溶液，在-10℃下处理12h后室温溶解；溶液在90℃凝胶化1min，将凝胶块置于去离子中透析得中性高强度壳聚糖水凝胶，将制备的水凝胶在冷冻干燥机中冻干得壳聚糖气凝胶。
实施例 2
称取2g壳聚糖溶于醋酸溶液中，随后加入氢氧化钠析出壳聚糖，用水洗至中性，冻干；称取10g氢氧化钠和1g尿素溶解于87g水中静置于4℃到恒温，然后逐滴加入到2g纯化壳聚糖中搅拌使其均匀分布于溶液，在-20℃下处理6h后室温溶解；溶液在40℃凝胶化30min，将凝胶块置于去离子中透析得中性高强度壳聚糖水凝胶，将制备的水凝胶在液氮中干燥得壳聚糖气凝胶。
实施例 3
称取3g壳聚糖溶于醋酸溶液中，随后加入氢氧化钠析出壳聚糖，用水洗至中性，冻干；称取6g氢氧化钠和40g尿素溶解于51g水中静置于4℃到恒温，然后逐滴加入到3g纯化壳聚糖中搅拌使其均匀分布于溶液，在-80℃下处理30min后室温溶解；溶液在70℃凝胶化5min，将凝胶块置于去离子中透析得中性高强度壳聚糖水凝胶，将制备的水凝胶进行超临界干燥得壳聚糖气凝胶。
实施例 4
称取7g壳聚糖溶于醋酸溶液中，随后加入氢氧化钠析出壳聚糖，用水洗至中性，冻干；称取6g氢氧化钠和8g尿素溶解于79g水中静置于4℃到恒温，然后逐滴加入到7g纯化壳聚糖中搅拌使其均匀分布于溶液，在-20℃下处理24h后室温溶解；溶液在15℃凝胶化1h，将凝胶块置于去离子中透析得中性高强度壳聚糖水凝胶，将制备的水凝胶进行超临界干燥得壳聚糖气凝胶。

Claims (4)

1.一种高强度壳聚糖水凝胶及其制品的制备方法包括如下步骤：
1）壳聚糖的纯化：将壳聚糖粉末溶于醋酸溶液中，加入氢氧化钠析出壳聚糖，洗至中性后冻干2）将步骤1所得壳聚糖）在氢氧化钠和尿素组成的水性溶剂中低温处理后溶解3）将步骤2所得溶液）升温形成物理凝胶4）将步骤3所得胶体）透析处理得到高强度的水凝胶5）将凝胶冷冻干燥得到壳聚糖气凝胶制品。
2.根据权利要求1所述的制备方法方法，其特征在于步骤1）水性溶剂组成成分质量分数为4%-10%的氢氧化钠，1%-40%的尿素其余为水，处理温度为-10℃--80℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法方法，其特征在于步骤1）壳聚糖的脱乙酰度在55%以上，最终溶液的质量分数为1%-7%。
4. 根据权利要求1所述的制备方法方法，其特征在于步骤1）壳聚糖水溶液的成胶温度为15℃以上（包含15℃），凝胶时间为1min以上。
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