CN109851716A - 一种具有温度敏感特性的水溶性壳聚糖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有温度敏感特性的水溶性壳聚糖及其制备方法。本发明利用N‑异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖大分子，通过乳液聚合法制得水溶性良好且具有温度敏感特性的聚N‑异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖。本发明制备的PNipam‑CS分子具有良好的水溶性，在低温下能保持溶液状态，在接近人体生理温度时能迅速形成水凝胶。本发明所述的水凝胶结构中的壳聚糖单元和聚N‑异丙基丙烯酰胺单元都具有优异的生物相容性，对皮肤、组织、眼睛等不形成任何刺激，因此该温敏凝胶在生化分离、细胞培养、药物控制释放系统、组织工程、敷料、皮肤修复等医药、生物和医用材料领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性壳聚糖大分子及其水凝胶，尤其涉及一种具有温度敏感特性的水溶性壳聚糖及其制备方法。
背景技术
壳聚糖是源于自然界的氨基多糖，其大分子链由乙酰氨基葡萄糖和脱乙酰氨基葡萄糖通过无规或者嵌段分布组成，具有良好的生物相容性、血液相容性、止血性能、抗菌性能以及天然的药物活性，对伤口的愈合有促进作用，在生物体内可被溶菌酶降解，最终降解产物为氨基葡萄糖，呈弱碱性，与体液的pH值吻合，可被机体吸收，在医疗领域具有巨大的应用潜能。我国壳聚糖产量丰沛且易于获取，然而，迄今壳聚糖的利用度仍然很低，其主要原因是，壳聚糖材料的加工性能非常差，未改性的壳聚糖分子不能在中兴条件下实现水溶。
在对壳聚糖资源的开发利用中，水凝胶是一种重要的形式。水凝胶材料具有多种优良特性，其应用遍布日常生活以及先进工业的各个方面。与传统水凝胶相比，智能水凝胶因其能对外界环境的细微变化产生响应而受到广泛关注。其中，对外界温度刺激产生响应的水凝胶，被称为温度敏感水凝胶，也称作温敏水凝胶。温敏水凝胶中含有一定比例的亲水基团和疏水基团，温度的变化可以影响疏水基团之间的相互作用，从而使凝胶的网络结构改变，导致水凝胶发生相转变。温敏壳聚糖水凝胶具备高吸水性、保水性、良好的生物相容性及温度敏感特性，在生化分离、细胞培养、药物控制释放系统、组织工程、皮肤修复等生物、医药、生物和医用材料领域具有广泛的应用前景。
目前报道的水溶性壳聚糖大分子主要采用小分子对壳聚糖大分子进行接枝，该方法制备的改性壳聚糖分子接枝率低时溶解性差，接枝率高时不易形成凝胶，此外，形成的水凝胶对温度响应速度慢，限制了其在医学和生物领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有温度敏感特性的水溶性壳聚糖及其制备方法。此外，本发明的具有温度敏感特性的水溶性壳聚糖大分子及其水凝胶在生化分离、细胞培养、药物控制释放系统、组织工程、皮肤修复等生物、医药、生物材料、医用材料领域具有广泛的应用前景。
本发明采用的技术方案如下：
一种具有温度敏感特性的水溶性壳聚糖，其制备方法是：按重量计，将1-20份壳聚糖(CS)、0.1-2份酸、0.01-8份引发剂、1-20份N-异丙基丙烯酰胺(Nipam)单体、50-98份去离子水加入反应器中，搅拌溶解均匀后，在40-90℃反应1-12小时，然后使用去离子水将反应产物透析至中性，真空冻干得到聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖(PNipam-CS)粉末。将得到的聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖粉末加入去离子水中，搅拌溶解均匀后得到聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖水溶液，将该水溶液置于28-60℃中5秒到10分钟，可以得到具有温度敏感特性的壳聚糖基水凝胶产物。
上述技术方案中，所述的壳聚糖分子量为3万-150万，脱乙酰度为50％-98％。
所述的酸通常为盐酸、丙烯酸、柠檬酸、乙酸中的至少一种。
所述的引发剂通常为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁基脒盐酸盐、过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钾、叔丁基过氧化氢中的至少一种。
本发明制得的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNipam)改性壳聚糖大分子具有良好的水溶性，在低温下能保持溶液状态，在接近人体生理温度时能迅速(5秒到60分钟内)形成水凝胶。且该材料制备方法简单，适合大规模生产，可用于制备成喷涂敷料、药物控制释放载体、细胞培养载体进行应用。
此外，所述的壳聚糖基大分子和凝胶具有良好的生物相容性、温度敏感特性、响应速度快；其在生化分离、细胞培养、药物控制释放系统、组织工程、皮肤修复等生物、医药、生物材料、医用材料领域均具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明制备的具有温度敏感特性的聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖的红外图谱；
图2是本发明制备的具有温度敏感特性的聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖的水溶液；
图3是本发明制备的具有温度敏感特性的聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖的水凝胶；
图4是本发明制备的聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖的流变曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实例进一步说明本发明。
实施例1:
1)称取1.5g粘均分子量为65w、脱乙酰度为90％的壳聚糖粉末、1.75g N-异丙基丙烯酰胺、0.075g过硫酸铵，分散在95毫升去离子水中，然后，加入0.2mL的盐酸，搅拌溶解均匀后，在60℃下反应8小时，然后使用去离子水将反应产物透析至中性，真空冻干得到聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖粉末；
2)称取1.0g步骤1)中得到的聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖粉末，分散在25毫升去离子水中，搅拌溶解均匀后得到质量浓度为4％的聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖水溶液；
3)将步骤2)中配置的聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖水溶液倒入模具中，然后将模具置于35℃度水浴中15秒后，得到具有温度敏感特性的壳聚糖基水凝胶产物。
本例制得的聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖的红外谱图如图1所示，2973cm-1处出现了-CH3的特征吸收峰，1651cm-1和1541cm-1处出现了酰胺键的特征吸收峰，1083cm-1和1032cm-1处出现的是壳聚糖糖环的特征吸收峰，经红外表征可看出，获得的产物是聚异丙基丙烯酰胺接枝壳聚糖；
本例制得的聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖粉末在室温下具有良好的水溶性，如图2所示，其水溶液呈现澄清透明状态。
本例制得的聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖水溶液在35℃度水浴中放置15秒后，如图3所示，壳聚糖水溶液变成白色水凝胶。
本发明制得聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖的流变性能如图4所示，在温度低于30℃时，损耗模量大于储能模量，呈现溶液状态；当温度升高到31℃时，损耗模量迅速下降，同时储能模量迅速上升，呈现溶胶-凝胶转化；当温度升高到人体生理温度37℃时，储能模量大于损耗模量，呈现凝胶状态；可以看出聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖水凝胶的凝胶化温度为32℃，而且其温度响应速度非常快。
实施例2:
1)称取1.5g粘均分子量为65w、脱乙酰度为90％的壳聚糖粉末、1.75g N-异丙基丙烯酰胺、0.075g过硫酸铵，分散在95毫升去离子水中，然后，加入0.2mL的盐酸，搅拌溶解均匀后，在60℃下反应8小时，然后使用去离子水将反应产物透析至中性，真空冻干得到聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖粉末；
2)称取1.5g步骤1)中得到的聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖粉末，分散在30毫升去离子水中，搅拌溶解均匀后得到质量浓度为5％的聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖水溶液；
3)将步骤2)中配置的聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖水溶液倒入模具中，然后将模具置于35℃度水浴中15秒后，得到具有温度敏感特性的壳聚糖基水凝胶产物。
实施例3:
1)称取1.5g粘均分子量为65w、脱乙酰度为90％的壳聚糖粉末、1.75g N-异丙基丙烯酰胺、0.075g过硫酸铵，分散在95毫升去离子水中，然后，加入0.2mL的盐酸，搅拌溶解均匀后，在60℃下反应8小时，然后使用去离子水将反应产物透析至中性，真空冻干得到聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖粉末；
2)称取1.2g步骤1)中得到的聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖粉末，分散在20毫升去离子水中，搅拌溶解均匀后得到质量浓度为6％的聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖水溶液；
3)将步骤2)中配置的聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖水溶液倒入模具中，然后将模具置于35℃度水浴中15秒后，得到具有温度敏感特性的壳聚糖基水凝胶产物。
实施例4:
1)称取1.5g粘均分子量为65w、脱乙酰度为90％的壳聚糖粉末、1.75g N-异丙基丙烯酰胺、0.075g过硫酸铵，分散在95毫升去离子水中，然后，加入0.2mL的盐酸，搅拌溶解均匀后，在60℃下反应8小时，然后使用去离子水将反应产物透析至中性，真空冻干得到聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖粉末；
2)称取1.5g步骤1)中得到的聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖粉末，分散在15毫升去离子水中，搅拌溶解均匀后得到质量浓度为10％的聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖水溶液；
3)将步骤2)中配置的聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖水溶液倒入模具中，然后将模具置于35℃度水浴中15秒后，得到具有温度敏感特性的壳聚糖基水凝胶产物。
Claims (7)
1.一种具有温度敏感特性的水溶性壳聚糖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按重量计，将1-20份壳聚糖、0.1-2份酸、0.01-8份引发剂、1-20份N-异丙基丙烯酰胺单体、50-98份去离子水加入反应器中，搅拌溶解均匀后，在40-90℃反应1-12小时；然后使用去离子水将反应产物透析至中性，真空冻干得到聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖粉末。
2.根据权利要求1所述的具有温度敏感特性的水溶性壳聚糖的制备方法，其特征在于，所述的壳聚糖分子量为3万-150万，脱乙酰度为50％-95％。
3.根据权利要求1所述的具有温度敏感特性的水溶性壳聚糖的制备方法，其特征在于，所述的酸为盐酸、丙烯酸、柠檬酸、乙酸中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的具有温度敏感特性的水溶性壳聚糖的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁基脒盐酸盐、过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钾、叔丁基过氧化氢中的至少一种。
5.一种具有温度敏感特性的水溶性壳聚糖，其特征在于，采用如权利要求1-4任一项所述的方法制备获得。
6.一种具有温度敏感特性的水溶性壳聚糖的应用，其特征在于，将如权利要求5所述的水溶性壳聚糖加入去离子水中，室温搅拌溶解得到聚N-异丙基丙烯酰胺改性壳聚糖水溶液，置于28-60℃中5秒到10分钟，得到具有温度敏感特性的壳聚糖基水凝胶。
7.如权利要求6所述的具有温度敏感特性的水溶性壳聚糖的应用，其特征在于，所述的水溶性壳聚糖可用于制备喷涂敷料、药物控制释放载体、细胞培养载体。
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