CN108250323A - 一种壳聚糖-hpmcp接枝共聚物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种壳聚糖‑HPMCP接枝共聚物的制备方法,属于功能高分子材料领域。本方法以壳聚糖和HPMCP为原料,将1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐及N‑羟基琥珀酰亚胺连用作为偶联剂,制备壳聚糖‑HPMCP接枝共聚物。本发明在接枝共聚物制备过程中选用EDC/NHS缩合体系为偶联剂,有效避免了传统方法中引入难以去除的有机溶剂和催化剂,接枝率较高;该方法工艺流程简单,反应条件易实现,操作便捷、安全,适用范围广;通过接枝共聚的方法将HPMCP接枝到壳聚糖分子链上,使两者在性能上相互改进,改善单一原料的性能,获得更优异的生物医用材料。
Description
技术领域
本发明属于功能高分子材料领域,具体涉及一种壳聚糖-HPMCP接枝共聚物的制备方法,所得到的接枝共聚物可应用于生物医药、环境保护、食品等领域。
技术背景
壳聚糖(Chitosan,CS)是自然界中分布很广的碱性多糖,是甲壳素脱乙酰度达60%以上的产物,又名甲壳胺、脱乙酰甲壳素,化学名称为(1,4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖。壳聚糖分子链上分布着反应活性很强的氨基、羟基和N-乙酰氨基,可与多种化学基团发生反应。壳聚糖不仅具有良好的生物可降解性、生物相容性、成膜性等特点,还有不致敏、无细胞毒性、抗菌性、抗癌性、止血性等优异特性。壳聚糖在生物医药领域的实际应用相当广泛,如伤口敷料、药物缓释载体、术后粘连材料和组织工程支架材料等。
羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯(Hydroxy proprl methyl celluloxe phthalate,HPMCP)、2-羟丙基甲基酞酸酯纤维素醚,是非常重要的纤维素类聚合物药用辅料。符合标准美国药典、欧洲药典、日本药典,溶于有机溶剂混合溶液,具有成膜机械性能好,透湿性优于目前常用的丙烯酸树脂等特点。在生物医药领域中常用作成膜剂,缓释剂,黏合剂和微胶囊成分等。
壳聚糖和HPMCP都是生物相容性及生物可降解性能优异的生物医用材料,但是二者有各自的局限性。由于强大的氢键作用,壳聚糖分子刚性强,不易加工,成膜机械性能差。HPMCP成膜性较差,对水汽、药物及盐酸液的透过性小。
发明内容
本发明针对现有技术用于壳聚糖-HPMCP接枝共聚物的制备,存在有机溶剂残留量多、接枝率较低等缺点,提供了一种成本低、安全便捷、接枝率高的壳聚糖-HPMCP接枝共聚物的制备方法。
本发明的技术方案具体如下:一种壳聚糖-HPMCP接枝共聚物的制备方法,包括如下步骤:
(1)壳聚糖醋酸溶液的配制:将分子量为50000~1000000的壳聚糖溶解于2%(v/v)的醋酸溶液中,配制成浓度为20mg/mL的壳聚糖醋酸溶液;
(2)羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯溶液的配制:将0.2-1g羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯依次溶解于90mL乙醇、30mL二氯甲烷中;
(3)羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯的活化:将步骤(2)配制的羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯溶液加入到20mL~40mL、50mmol的2-(N-吗啉代)乙磺酸(MES)缓冲溶液中,并用氢氧化钠溶液调节溶液至pH为5~5.5,再向溶液中加入EDC/NHS,氮气保护条件下冰浴活化1~3h,所述EDC与NHS的质量比为1:1~3:1;EDC为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐,NHS为N-羟基琥珀酰亚胺,EDC/NHS为二者的混合物,是本领域常见的缩合剂;
(4)壳聚糖-HPMCP接枝共聚物的制备:活化结束后向步骤(3)反应体系中逐滴加入步骤(1)配制的壳聚糖醋酸溶液,氮气保护条件下,室温(23-28℃)下反应48h;反应结束后,将反应溶液倒入至过量的NaOH溶液中,搅拌离心析出沉淀,用水洗涤沉淀物至中性,冷冻干燥即得壳聚糖-HPMCP接枝共聚物。
进一步的,所述步骤(1)中壳聚糖分子量为50000。
进一步的,所述步骤(2)中羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯的用量为1g。
进一步的,所述步骤(3)中EDC与NHS的质量比例为2:1。
进一步的,所述步骤(4)壳聚糖醋酸溶液的添加量为10mL。
本发明与现有技术相比,具有以下优点及突出性效果:
(1)在接枝共聚物制备过程中选用EDC/NHS缩合体系为偶联剂,有效避免了传统方法中引入难以去除的有机溶剂和催化剂,接枝率较高;
(2)该方法工艺流程简单,反应条件易实现,操作便捷、安全,适用范围广;
(3)本发明通过接枝共聚的方法将HPMCP接枝到壳聚糖分子链上,使两者在性能上相互改进,改善单一原料的性能,获得更优异的生物医用材料。
附图说明
图1为壳聚糖-HPMCP接枝共聚物反应原理图;
图2为壳聚糖、HPMCP及壳聚糖-HPMCP接枝共聚物的FT-IR谱图;
其中:a为壳聚糖,b为HPMCP,c为壳聚糖-HPMCP接枝共聚物。
图3为壳聚糖、壳聚糖-HPMCP接枝共聚物的DSC谱图;
其中:a为壳聚糖,b为壳聚糖-HPMCP接枝共聚物。
图4为壳聚糖、壳聚糖-HPMCP接枝共聚物的XRD谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明,本发明所用原料若无特殊说明,均市售可得。
实施例1
(1)壳聚糖醋酸溶液的配制
量取20mL醋酸,用蒸馏水定容至1000mL,配制成浓度为2%(v/v)的醋酸溶液;再称取2g的分子量为50000的壳聚糖于烧杯中,加入50mL的醋酸溶液,65℃加热搅拌充分溶解后,冷却定容100mL,配制成浓度为20mg/mL的壳聚糖醋酸溶液;
(2)羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯溶液的配制
称取1g羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯加入至90mL乙醇中充分溶胀,再向该溶液中加入30mL二氯甲烷,充分搅拌溶解,即可快速得到羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯溶液;
(3)羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯的活化
称取0.5425gMES加入30mL蒸馏水搅拌溶解,定容至50mL,配制成50mmol/L的MES缓冲溶液,用氢氧化钠溶液调节至pH=5.5,量取20mLMES缓冲溶液加入至250mL三口烧瓶中;将配制好的HPMCP溶液缓慢滴加到MES缓冲溶液中,加入质量比为2:1的EDC/NHS,氮气保护条件下,冰浴活化2h;
(4)壳聚糖-HPMCP接枝共聚物的制备
将配制好的10mL、20mg/mL分子量为50000的壳聚糖醋酸溶液逐滴滴加到步骤(3)反应体系,氮气保护条件下,室温(25℃)反应48h。反应结束后,将反应液加入到过量的NaOH溶液中,析出产物,用去离子水充分洗涤离心沉淀物至呈中性,冷冻干燥得到壳聚糖-HPMCP接枝共聚物,其接枝率为73.42%。
实施例2
(1)壳聚糖醋酸溶液的配制
量取20mL醋酸,用蒸馏水定容至1000mL,配制成浓度为2%(v/v)的醋酸溶液;再称取2g的分子量为50000的壳聚糖于烧杯中,加入50mL的醋酸溶液,65℃加热搅拌充分溶解后,冷却定容100mL,配制成浓度为20mg/mL的壳聚糖醋酸溶液;
(2)羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯溶液的配制
称取0.5g羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯加入至90mL乙醇中充分溶胀,再向该溶液中加入30mL二氯甲烷,充分搅拌溶解,即可快速得到羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯溶液;
(3)羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯的活化
称取0.5425gMES加入30mL蒸馏水搅拌溶解,定容至50mL,配制成50mmol/L的MES缓冲溶液,用氢氧化钠溶液调节至pH=5.5,量取20mL缓冲溶液加入至250mL三口烧瓶中;将配制好的HPMCP溶液缓慢滴加到MES缓冲溶液中,加入质量比为1:1的EDC/NHS,氮气保护条件下,冰浴活化2h;
(4)壳聚糖-HPMCP接枝共聚物的制备
将配制好的10mL、20mg/mL分子量为50000的壳聚糖醋酸溶液逐滴滴加到以上反应体系,氮气保护条件下,室温(23℃)反应48h。反应结束后,将反应液加入到过量的NaOH溶液中,析出产物,用去离子水充分洗涤离心沉淀物至呈中性,冷冻干燥得到壳聚糖-HPMCP接枝共聚物,其接枝率为59.92%。
实施例3
(1)壳聚糖醋酸溶液的配制
量取20mL醋酸,用蒸馏水定容至1000mL,配制成浓度为2%(v/v)的醋酸溶液;再称取2g的分子量为200000的壳聚糖于烧杯中,加入50mL的醋酸溶液,65℃加热搅拌充分溶解后,冷却定容100mL,配制成浓度为20mg/mL的壳聚糖醋酸溶液;
(2)羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯溶液的配制
称取0.2g羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯加入至90mL乙醇中充分溶胀,再向该溶液中加入30mL二氯甲烷,充分搅拌溶解,即可快速得到羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯溶液;
(3)羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯的活化
称取0.5425gMES加入30mL蒸馏水搅拌溶解,定容至50mL,配制成50mmol/L的MES缓冲溶液,用氢氧化钠溶液调节至pH=5,量取20mL缓冲溶液加入至250mL三口烧瓶中;将配制好的HPMCP溶液缓慢滴加到MES缓冲溶液中,加入质量比为3:1的EDC/NHS,氮气保护条件下,冰浴活化2h;
(4)壳聚糖-HPMCP接枝共聚物的制备
将配制好的10mL、20mg/mL分子量为200000的壳聚糖醋酸溶液逐滴滴加到以上反应体系,氮气保护条件下,室温(28℃)反应48h。反应结束后,将反应液加入到过量的NaOH溶液中,析出产物,用去离子水充分洗涤离心沉淀物至呈中性,冷冻干燥得到壳聚糖-HPMCP接枝共聚物,其接枝率为34.70%。
实施例4
(1)壳聚糖醋酸溶液的配制
量取20mL醋酸,用蒸馏水定容至1000mL,配制成浓度为2%(v/v)的醋酸溶液;再称取2g的分子量为200000的壳聚糖于烧杯中,加入50mL的醋酸溶液,65℃加热搅拌充分溶解后,冷却定容100mL,配制成浓度为20mg/mL的壳聚糖醋酸溶液;
(2)羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯溶液的配制
称取1g羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯加入至90mL乙醇中充分溶胀,再向该溶液中加入30mL二氯甲烷,充分搅拌溶解,即可快速得到羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯溶液;
(3)羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯的活化
称取0.5425gMES加入30mL蒸馏水搅拌溶解,定容至50mL,配制成50mmol/L的MES缓冲溶液,用氢氧化钠溶液调节至pH=5.5,量取20mL缓冲溶液加入至250mL三口烧瓶中;将配制好的HPMCP溶液缓慢滴加到MES缓冲溶液中,加入质量比为1:1的EDC/NHS,氮气保护条件下,冰浴活化2h;
(4)壳聚糖-HPMCP接枝共聚物的制备
将配制好的10mL、20mg/mL分子量为200000的CS溶液逐滴滴加到以上反应体系,氮气保护条件下,室温(28℃)反应48h。反应结束后,将反应液加入到过量的NaOH溶液中,析出产物,用去离子水充分洗涤离心沉淀物至呈中性,冷冻干燥得到壳聚糖-HPMCP接枝共聚物,其接枝率为40.52%。
实施例5
(1)壳聚糖醋酸溶液的配制
量取20mL醋酸,用蒸馏水定容至1000mL,配制成浓度为2%(v/v)的醋酸溶液;再称取2g的分子量为1000000的壳聚糖于烧杯中,加入50mL的醋酸溶液,65℃加热搅拌充分溶解后,冷却定容100mL,配制成浓度为20mg/mL的壳聚糖醋酸溶液;
(2)羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯溶液的配制
称取0.2g羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯加入至90mL乙醇中充分溶胀,再向该溶液中加入30mL二氯甲烷,充分搅拌溶解,即可快速得到羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯溶液;
(3)羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯的活化
称取0.5425gMES加入30mL蒸馏水搅拌溶解,定容至50mL,配制成50mmol/L的MES缓冲溶液,用氢氧化钠溶液调节至pH=5.5,量取20mL缓冲溶液加入至250mL三口烧瓶中;将配制好的HPMCP溶液缓慢滴加到MES缓冲溶液中,加入质量比为2:1的EDC/NHS,氮气保护条件下,冰浴活化2h;
(4)壳聚糖-HPMCP接枝共聚物的制备
将配制好的10mL、20mg/mL分子量为200000的壳聚糖醋酸溶液逐滴滴加到以上反应体系,氮气保护条件下,室温(28℃)反应48h。反应结束后,将反应液加入到过量的NaOH溶液中,析出产物,用去离子水充分洗涤离心沉淀物至呈中性,冷冻干燥得到壳聚糖-HPMCP接枝共聚物,其接枝率为21.11%。
本发明采用EDC/NHS缩合体系作为偶联剂制备壳聚糖-HPMCP接枝共聚物,该制备方法反应原理如图1所示。
图2对比了壳聚糖、HPMCP及壳聚糖-HPMCP接枝共聚物的红外谱图。由图中可以看出,c的红外光谱在1750cm-1处存在HPMCP中羰基的伸缩振动峰,1650cm-1处存在酰胺Ⅰ谱带(乙酰基的C=O伸缩振动吸收峰)和1550cm-1处存在酰胺Ⅱ谱带(N-H弯曲振动吸收峰)。这些特征吸收峰证明了HPMCP的羧基与壳聚糖的氨基通过酰胺共价键成功的连接起来。
如图3所示,经差示扫描量热仪(DSC)测试,壳聚糖-HPMCP在285℃时未出现热分解放热峰,表明壳聚糖-HPMCP的热稳定性较壳聚糖有显著的提高。
如图4所示,经X-衍射(XRD)测试,结果显示经过接枝后的壳聚糖-HPMCP的衍射峰强度明显减弱,结晶度明显下降。
下表1为壳聚糖分子量、HPMCP使用量及EDC/NHS比例对接枝率的影响,从表中可知,当壳聚糖分子量为50000,HPMCP用量为1g,EDC/NHS质量比例为2:1时,接枝率最大,可达到73.42%。
表1.壳聚糖分子量、HPMCP浓度及EDC/NHS比例对接枝率的影响
Claims (5)
1.一种壳聚糖-HPMCP接枝共聚物的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)壳聚糖醋酸溶液的配制:将分子量为50000~1000000的壳聚糖溶解于2%(v/v)的醋酸溶液中,配制成浓度为20mg/mL的壳聚糖醋酸溶液;
(2)羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯溶液的配制:将0.2-1g羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯依次溶解于90mL乙醇、30mL二氯甲烷中;
(3)羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯的活化:将步骤(2)配制的羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯溶液加入到20mL~40mL、50mmol的2-(N-吗啉代)乙磺酸缓冲溶液中,并用氢氧化钠溶液调节溶液至pH为5~5.5,再向溶液中加入EDC/NHS,氮气保护条件下冰浴活化1~3h,所述EDC与NHS的质量比为1:1~3:1;
(4)壳聚糖-HPMCP接枝共聚物的制备:活化结束后向步骤(3)反应体系中逐滴加入步骤(1)配制的壳聚糖醋酸溶液,氮气保护条件下,反应48h;反应结束后,将反应溶液倒入至过量的NaOH溶液中,搅拌离心析出沉淀,用水洗涤沉淀物至中性,冷冻干燥即得壳聚糖-HPMCP接枝共聚物。
2.根据权利要求1所述的一种壳聚糖-HPMCP接枝共聚物的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中壳聚糖分子量为50000。
3.根据权利要求1所述的一种壳聚糖-HPMCP接枝共聚物的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯的用量为1g。
4.根据权利要求1所述的一种壳聚糖-HPMCP接枝共聚物的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中EDC与NHS的质量比例为2:1。
5.根据权利要求1所述的一种壳聚糖-HPMCP接枝共聚物的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)壳聚糖醋酸溶液的添加量为10mL。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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