CN109851818B

CN109851818B - 一种明胶-硬脂酸复合凝胶制备方法

Info

Publication number: CN109851818B
Application number: CN201910155453.4A
Authority: CN
Inventors: 靳利娥; 庞国忠; 史泽毅; 杨冬花; 曹青
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2021-08-03
Anticipated expiration: 2039-02-25
Also published as: CN109851818A

Abstract

一种明胶‑硬脂酸复合凝胶制备方法，属于功能材料技术领域，可解决现有技术中明胶和硬脂酸单独使用中存在的缺陷的问题，将一定质量分数的明胶水溶液加热溶解，然后将一定质量比（明胶：硬脂酸）的硬脂酸加入助溶剂乙二醇使硬脂酸溶解，将二者充分搅拌混合均匀，最后加入一定量的交联剂柠檬酸60℃反应一定时间，然后，利用冷冻‑解冻法得到明胶‑硬脂酸复合凝胶。本发明的凝胶可将明胶和硬脂酸有机的结合，制备的凝胶均匀，机械强度较纯明胶凝胶增加；所用原料均为生物代谢中间产物，生物相容性好，无毒；制备工艺简单、条件温和，可作为药物缓释载体，组织工程材料等，扩展了明胶的应用范围。

Description

一种明胶-硬脂酸复合凝胶制备方法

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种明胶-硬脂酸复合凝胶制备方法。

背景技术

明胶是胶原蛋白的部分水解产物，为一种天然两性生物高分子，由于其可再生、成本低、生物相容性和可生物降解性等特点广泛应用于食品、医药等领域。明胶除了持水性、成膜性、乳化性、起泡性的特性外，还具有独特的凝胶性，是制备凝胶的最佳原料，其实，明胶分子结构上有大量的羟基、羧基和氨基，有利于化学交联对其进行改性制备复合凝胶，目前公开的专利中使用的交联剂有壳聚糖、聚乙醇、淀粉等，但是，由于明胶分子链柔性差，导致制备的复合凝胶机械性能和保持水的稳定性较差，限制其应用。硬脂酸是一种疏水性强的饱和脂肪酸，但是硬脂酸在溶液中的溶解度低，分散性差，从而影响其应用，如果能找到一种方法通过共价交联将二者有效的融合形成复合凝胶，可以互补二者的缺点，扩展其应用范围。

发明内容

本发明针对现有技术中明胶和硬脂酸单独使用中存在的缺陷的问题，提供一种明胶-硬脂酸复合凝胶制备方法。利用该方法制备的复合凝胶具有保水性和机械强度较强的特点。

本发明采用如下技术方案：

一种明胶-硬脂酸复合凝胶制备方法，包括如下步骤：

配制质量分数为10~20%的明胶水溶液，60℃加热1h，完全溶解，按照明胶和硬脂酸的质量比为10:1~50:1的比例，称取硬脂酸，称取助溶剂乙二醇，将硬脂酸和乙二醇混合加热溶解后，加入明胶水溶液中，搅拌混合均匀，得到混合溶液，再向混合溶液中加入交联剂柠檬酸，继续反应1~4h，反应结束后，将得到的反应溶液倒入圆柱模具中，室温下冷却形成凝胶，置于冰箱中，4℃条件下，放置24h固定形状，冷冻干燥48h，得到明胶-硬脂酸复合凝胶。

所述助溶剂乙二醇的添加量为硬脂酸的质量的10~50%。

所述交联剂柠檬酸的添加量为明胶质量的3~25%。

本发明的有益效果如下：

柠檬酸是含有三个羧基和一个羟基的生物体代谢中间产物，具有亲水性，反应活性较强，其结构中的羧基能够与明胶中的羟基、氨基反应，羟基能与硬脂酸的羧基作用生成酯类大分子聚合物，因此柠檬酸可以作为交联剂将明胶与硬脂酸有机的结合形成均匀的凝胶，制备的凝胶具有较强的保水性和机械强度。

本发明利用柠檬酸为交联剂可将溶解性不同的物质有机结合，制备成性能相互互补的复合凝胶明胶和硬脂酸有机的结合，制备的凝胶均匀，机械强度增加；生物相容性好，无毒；制备工艺简单、条件温和，可作为药物缓释载体，组织工程材料等，扩展了明胶的应用范围，具有较强的实用价值。

附图说明

图1是本发明制备的明胶-硬脂酸复合凝胶工艺流程图。

图2是明胶-硬脂酸复合物的结构示意图。

图3是本发明制备的明胶-硬脂酸复合凝胶实物图。

图4 是制备的明胶-硬脂酸复合凝胶结构示意图。

具体实施方式

凝胶溶胀性能测试：如果凝胶结构疏松，可以容纳溶剂分子的有效自由空间较大，使得凝胶内部可以容纳大量的溶剂分子，溶胀率较大；如果凝胶分子链间的交联密度大，水分子向内渗透的有效通道孔径收缩，溶胀率减小。

将制备的凝胶试样室温下置于100mL pH=7.4的磷酸缓冲溶液中，每隔一段时间取出，用滤纸吸干试样表面水分，称其重量，直到重量不发生变化，达到溶胀平衡。凝胶在t时刻的吸水溶胀率（W）按照公式（1）计算。

W=(m－m₀)/m₀×100%，式（1），其中，m₀为试样初始重量，m为t时刻的溶胀试样重量。

凝胶压缩强度、断裂应变率测试：将直径1cm、高度1cm的凝胶圆柱试样置于WDW-05型电子万能试验机上，以2mm/min的压缩速率测试，压缩强度按照公式（2）计算和断裂应变率按照公式（3）计算。每组试样进行三次，取平均值。

压缩强度 L=F/(π·r²)，式（2），其中，L为压缩强度（N/m²）；F为压缩应力（N）；r为圆柱试样半径（m）。

断裂应变率E=（h₀- h）/ h₀ ×100%，式（3），其中，h₀为测试初试样的高度。h为试样破碎时的高度。

实施例1

取1g明胶溶于9mL水中，60℃加热1h，充分溶解；然后在0.02g硬脂酸中加入1mL的乙二醇，加热溶解后倒入上述明胶溶液中，充分搅拌使其混合均匀；在混合液中，再加入质量分数为3%的柠檬酸溶液1mL，继续反应1~4h，将反应溶液倒入圆柱形的模具中，室温下冷却形成凝胶，置于冰箱（4℃）中放置24h固定形状，冷冻干燥48h，得到明胶-硬脂酸复合凝胶。测定的溶胀率为95%，压缩强度为0.050MPa，断裂应变率41.2%。

实施例2

称取1.5g明胶，溶于10mL水中，60℃加热1h，充分溶解。然后在0.06g硬脂酸中加入1mL的助溶剂乙二醇，加热溶解后倒入上述明胶溶液中，充分混合。在混合液中，再加入质量分数为4%的柠檬酸溶液1mL，继续反应1~4h，将反应溶液倒入圆柱形的模具中，室温下冷却形成凝胶，置于冰箱（4℃）中放置24h固定形状，冷冻干燥48h，得到明胶-硬脂酸复合凝胶。测定的溶胀率为110%，压缩强度为0.246 MPa，断裂应变率为45.5%。

实施例3

称取2g明胶，溶于10mL水中，60℃加热1h，充分溶解。然后在0.16g硬脂酸中加入2mL的助溶剂乙二醇，加热溶解后倒入上述明胶溶液中，充分混合。在混合物中，加入质量分数为5%的柠檬酸溶液1mL，继续反应1~4h，将反应溶液倒入圆柱形的模具中，室温下冷却形成凝胶，置于冰箱（4℃）中放置24h固定形状，冷冻干燥48h，得到明胶-硬脂酸复合凝胶。测定的溶胀率162%，压缩强度0.288MPa，断裂应变率47.6%。

实施例4

称取2g明胶，溶于10mL水中，60℃加热1h，充分溶解。然后在0.16g硬脂酸中加入2mL的助溶剂乙二醇，加热溶解后倒入上述明胶溶液中，充分混合。在混合物中，加入质量分数为3%的柠檬酸溶液1mL，继续反应1~4h，将反应溶液倒入圆柱形的模具中，室温下冷却形成凝胶，置于冰箱（4℃）中放置24h固定形状，冷冻干燥48h，得到明胶-硬脂酸复合凝胶。测定的溶胀率144%，压缩强度0.373MPa，断裂应变率62.1%。

实施例5

称取10g明胶，溶于50mL水中，60℃加热1h，充分溶解。然后在0.8g硬脂酸中加入10mL的助溶剂乙二醇，加热溶解后倒入上述明胶溶液中，充分混合。在混合物中，加入质量分数为4%的柠檬酸溶液5mL，继续反应1~4h，将反应溶液倒入圆柱形的模具中，室温下冷却形成凝胶，置于冰箱（4℃）中放置24h固定形状，冷冻干燥48h，得到明胶-硬脂酸复合凝胶。测定的溶胀率113%，压缩强度0.39MPa，断裂应变率70.1%。

将制备的明胶-硬脂酸复合凝胶和单纯利用明胶制备的明胶凝胶进行性能测试，结果如表1。

从表1分析可知：制备的明胶-硬脂酸复合凝胶与纯明胶凝胶相比结构更加稳定，机械性能增强，溶胀率下降，可能是由于复合凝胶其分子链间的交联密度增加，网格减小，抑制了大分子链的移动，其溶胀性能和力学性能均得到了较大改善。

Claims

1.一种明胶-硬脂酸复合凝胶制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种明胶-硬脂酸复合凝胶制备方法，其特征在于：所述助溶剂乙二醇的添加量为硬脂酸的质量的10~50%。

3.根据权利要求1所述的一种明胶-硬脂酸复合凝胶制备方法，其特征在于：所述交联剂柠檬酸的添加量为明胶质量的3~25%。