CN113603797B - 一种氨基纳米纤维素及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氨基纳米纤维素及其制备方法，属于氨基纳米纤维素制备技术领域。本发明利用1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺(EDC)和4‑二甲氨基吡啶(DMAP)作为催化剂，将赖氨酸接枝到纳米纤维素表面，实现纳米纤维素的氨基化；所制备的氨基纳米纤维素中，赖氨酸与纳米纤维素直接相连，有利于提高氨基纳米纤维素的生物相容性，拓展氨基纳米纤维素在生物医药领域中的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种氨基纳米纤维素及其制备方法，具体涉及一种常温常压下制备氨基纳米纤维素的方法，属于氨基纳米纤维素制备技术领域。
背景技术
纤维素是天然存在的储量最大的化合物，是一种可再生资源，由纤维素改性制备的氨基纤维素不但具有抗菌性，而且具有良好的生物相容性(如赖氨酸修饰的纳米纤维素可以降低纳米材料的细胞毒性)，在生物医药领域表现出良好的应用前景。但目前氨基化纳米纤维素的制备工艺复杂，部分反应过程中还可能引入一些对生物体有毒的化合物，这极大地提高了环境处理的成本，限制了氨基纳米纤维素在生物医药领域的应用。
发明内容
本发明针对上述问题，提供了一种氨基纳米纤维素及其制备方法，本发明以赖氨酸为改性剂，在pH缓冲溶液中，利用EDC与DMAP为交联剂将赖氨酸中的羧基与纳米纤维素中的羟基连接，生成氨基纳米纤维素。本发明制备工艺绿色环保，同时有利于保持纤维素良好的生物相容性，拓展氨基纳米纤维素再生物医药领域的应用范围。本发明的技术方案如下：
一种氨基纳米纤维素的制备方法，该方法是在常温常压下将赖氨酸交联到纳米纤维素表面，实现氨基纳米纤维素的制备，具体步骤如下：
(1)配置浓度为0.01～1M pH缓冲溶液，优选为吗啉乙磺酸(MES)缓冲液；
(2)用pH缓冲溶液将纳米纤维素稀释到固含量不大于4％(纳米纤维素质量/水的体积，g/mL)，然后利用匀浆机将纳米纤维素匀浆，待纳米纤维素分散均匀后备用，溶液的pH在5.5～7.0；
(3)取匀浆后纳米纤维素加入反应容器中，然后分别加入赖氨酸、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺(EDC)和4-二甲氨基吡啶(DMAP)，三种试剂的最终浓度分别为赖氨酸的物质的量为纳米纤维素中葡萄糖单元的物质的量的1～3倍，EDC的物质的量浓度为0.01～1M，DMAP的物质的量浓度为0.01～0.4M，获得溶液A，反应过程中溶液的pH在5.5～7.0；
(4)或将步骤(2)中反应物添加的顺序变为：用pH缓冲溶液配置赖氨酸、EDC和DMAP的混和溶液，在搅拌的条件下反应5～60分钟，然后加入步骤(2)获得的匀浆后的纳米纤维素，最终各种物质的浓度分别为赖氨酸的物质的量为纳米纤维素中葡萄糖单元的物质的量的1～3倍，EDC的物质的量浓度为0.01～1M，DMAP的物质的量浓度为0.01～0.4M，获得溶液B，反应过程中溶液的pH在5.5～7.0；
(5)将步骤(3)获得的溶液A或步骤(4)获得的溶液B在常温常压下反应2～28小时，反应过程中需通过搅拌等方法来减少纳米纤维素间的聚集，提高反应物的传质效率；
(6)反应结束后用纯水清洗纤维素，使最终的电导率不大于10μS/cm。
优选的，所述步骤(1)中缓冲溶液的溶剂为纯水。
优选的，所述步骤(2)中纳米纤维素选自纤维素纳米纤丝、纤维素纳米晶或细菌纤维素中的任意一种；
本发明还包括上述制备方法获得的氨基纳米纤维素。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明反应在常温常压环境中进行，反应条件温和，避免了有机溶剂的使用，减少了环境处理的过程，不但降低了氨基纳米纤维素的制备成本，而且提供了一种制备氨基纳米纤维素的绿色方法；
(2)通过EDC和DMAP的催化作用将赖氨酸中的羧基与纳米纤维素中的羟基直接结合，简化了氨基纳米纤维素制备的工艺流程；
(3)反应产物中赖氨酸与纳米纤维素直接相连，有利于提高氨基纳米纤维素的生物相容性，拓展氨基纳米纤维素在生物医药领域中的应用。
附图说明
图1为本发明中赖氨酸在纳米纤维素表面结合生成氨基纳米纤维素反应过程流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1：一种氨基纳米纤维素及其制备方法
步骤如下：
(1)配置浓度为0.1M的MES缓冲液，pH＝6.0；
(2)将赖氨酸、EDC和DMAP分别加入到MES缓冲液中，使三种试剂的最终浓度分别为0.6mM，0.2M和0.2M，溶解后，在搅拌的情况下反应10分钟；
(3)将纤维素纳米纤丝加入MES缓冲液中，配置成0.2％的溶液，匀浆分散均匀后加入到步骤(2)中，继续搅拌，在常温常压下反应24小时；
(4)反应结束后，用纯水清洗，直至电导率不大于10μS/cm。
实施例2：一种氨基纳米纤维素及其制备方法
步骤如下：
(1)配置浓度为0.2M的磷酸缓冲液，pH＝6.5；
(2)将赖氨酸、EDC和DMAP分别加入到磷酸缓冲液中，使三种试剂的最终浓度分别为0.2mM，0.8M和0.2M，溶解后，在搅拌的情况下反应30分钟；
(3)将细菌纤维素加入MES缓冲液(0.2M，pH＝6.5)中，配置成0.8％的溶液，匀浆分散均匀后加入到(2)中，继续搅拌，在常温常压下反应26小时；
(3)反应结束后，用纯水清洗，直至电导率不大于10μS/cm。
实施例3：一种氨基纳米纤维素及其制备方法
步骤如下：
(1)配置浓度为0.1M的MES缓冲液，pH＝6.0；
(2)将纤维素纳米晶加入MES缓冲液中，配置成0.2％的溶液，匀浆分散均匀后的纳米纤维素备用；
(3)将赖氨酸、EDC和DMAP分别加入到MES缓冲液中，使三种试剂的最终浓度分别为0.6mM，0.2M和0.2M，加入(2)中匀浆处理后的纳米纤维素，搅拌，常温常压下反应16小时；
(3)反应结束后，用纯水清洗，直至电导率不大于10μS/cm。
实施例4：一种氨基纳米纤维素及其制备方法
步骤如下：
(1)配置浓度为0.2M的磷酸缓冲液，pH＝6.8；
(2)将纤维素纳米纤丝加入磷酸缓冲液中，配置成0.5％的溶液，匀浆分散均匀后备用；
(2)将赖氨酸、EDC和DMAP分别加入到磷酸缓冲液中，使三种试剂的最终浓度分别为0.2mM，0.2M和0.2M，加入(1)中匀浆处理后的纳米纤维素，搅拌，常温常压下反应4小时；
(3)反应结束后，用纯水清洗，直至电导率不大于10μS/cm。
试验例
赖氨酸在纳米纤维素表面结合生成氨基纳米纤维素反应过程流程图如图1所示，赖氨酸在纳米纤维素表面的结合使原本带有负电荷的纳米纤维素表面带有正电荷；本发明制备的氨基纳米纤维素的Zeta电位检测如表1所示：
表1
| 样品名称 | Zeta电位(mV) |
| 纳米纤丝纤维素 | –40.5±1.9 |
| 实施例1获得的氨基纳米纤维素 | 37.3±2.3 |
| 实施例2获得的氨基纳米纤维素 | 32.3±2.3 |
| 实施例3获得的氨基纳米纤维素 | 31.8±1.7 |
| 实施例4获得的氨基纳米纤维素 | 26.5±2.6 |
Claims (3)
1.一种氨基纳米纤维素的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：在pH缓冲溶液中，利用EDC与DMAP为交联剂将赖氨酸中的羧基与纳米纤维素中的羟基连接，生成氨基纳米纤维素；
所述制备方法的具体步骤如下：
（1）配置浓度为0.01 ~ 1M pH缓冲溶液；
（2）用pH缓冲溶液将纳米纤维素稀释到固含量不大于 4%，固含量是指纳米纤维素质量与水体积的比例，g/mL，然后用匀浆机将纳米纤维素匀浆，待纳米纤维素分散均匀后备用；
（3）取匀浆后纳米纤维素加入反应容器中，然后分别加入赖氨酸、1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺（EDC）和4-二甲氨基吡啶（DMAP），三种试剂的最终浓度分别为赖氨酸的物质的量为纳米纤维素中葡萄糖单元的物质的量的1~3倍，EDC的物质的量浓度为0.01 ~1M， DMAP的物质的量浓度为0.01 ~ 0.4M，获得溶液A；
（4）或将步骤（3）中反应物添加的顺序变为：用pH缓冲溶液配置赖氨酸、EDC和DMAP的混和溶液，在搅拌的条件下反应5 ~ 60分钟，然后加入步骤（2）获得的匀浆后的纳米纤维素，最终各种物质的浓度分别为赖氨酸的物质的量为纳米纤维素中葡萄糖单元的物质的量的1~3倍，EDC的物质的量浓度为0.01 ~ 1M， DMAP的物质的量浓度为0.01 ~ 0.4M，获得溶液B；
（5）将步骤（3）获得的溶液A或步骤（4）获得的溶液B在常温常压下反应2 ~ 28小时，反应过程中需搅拌；
（6）反应结束后用纯水清洗纤维素，使最终的电导率不大于10 μS/cm；
所述步骤（1）中pH缓冲溶液为吗啉乙磺酸缓冲液。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中缓冲溶液的溶剂为纯水。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中纳米纤维素选自纤维素纳米纤丝、纤维素纳米晶或细菌纤维素中的任意一种。
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