CN114702607B - 一种水溶性羟甲基丙基壳聚糖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种羟甲基丙基壳聚糖及其制备方法。其制备方法包括以下步骤，首先配置无机酸水溶液；然后，制备壳聚糖酸性水溶液；接着壳聚糖酸性水溶液和环氧丁烷反应；最后经过透析，离心，冷冻干燥得到产物。本发明的羟甲基丙基壳聚糖，其水溶液低温下呈溶液状态，当温度升高到37℃附近时，即可形成乳浊液。由于羟甲基丙基的引入，增加了材料的水溶性和温敏性。该法制备的羟甲基丙基壳聚糖在组织工程、药物递送系统、细胞培养和化妆品等方面可能具有广泛的应用前景。

Description

一种水溶性羟甲基丙基壳聚糖及其制备方法
技术领域
本发明属于生物材料技术领域，涉及一种水溶性羟甲基丙基壳聚糖及其制备方法。
背景技术
壳聚糖是天然多糖中唯一的碱性多糖，广泛应用于食品添加剂、纺织、农业、环保、美容保健、化妆品、抗菌剂、医用纤维、医用敷料、人造组织材料、药物缓释材料、基因转导载体、生物医用领域、医用可吸收材料、组织工程载体材料、医疗以及药物开发等众多领域和其他日用化学工业。由于壳聚糖的水溶性较差，限制了壳聚糖的应用。因此科学家一直致力于开发水溶性的改性壳聚糖，其中羟丁基壳聚糖、羧甲基壳聚糖是壳聚糖的重要衍生物。羟丁基壳聚糖是壳聚糖和环氧丁烷在碱性条件下制备所得，其在组织工程，术后预防粘连，药物输送和药物领域等多个领域中发挥着重要作用。(Biomacromolecules 2020,21,1351-1367)。羧甲基壳聚糖是壳聚糖经羧甲基化而得的一种水溶性多糖，具有比壳聚糖更广泛的应用范围。(Food and Drug 2013，15，210-213)
目前，壳聚糖衍生物的制备过程，往往需要较高浓度的强碱、产生较多的碱性废水、容易增加壳聚糖的脱乙酰度，在实际应用中受到了较多等限制。另外，碱性条件下，氨基(-NH2)会作为亲核试剂参与反应；而在酸性条件下，氨基(-NH2)会和氢离子生产铵根离子(-NH3 +)，从而降低氨基亲核能力，使亲电试剂选择性和壳聚糖的羟基(-OH)反应。此外，1,2-环氧丁烷在碱性和酸性条件下开环方式也有差异，分别为SN2、SN1亲核取代反应，因此1,2-环氧丁烷和壳聚糖在碱、酸条件下制备的产物会有所不同，得到的取代基分别是羟丁基(-CH2CHOHCH2CH3)和羟甲基丙基(-CH(CH2OH)CH2CH3)。
发明内容
本发明的目的是提供一种羟甲基丙基壳聚糖及其制备方法，该法制备的羟甲基丙基壳聚糖具有良好的水溶性和温敏性，在组织工程、药物递送系统、细胞培养和化妆品等方面可能具有广泛的应用前景。
根据本发明目的第一方面，本发明采用以下技术方案：
一种羟甲基丙基壳聚糖，其特征在于所述的巯基化壳聚糖为羟甲基丙基改性的壳聚糖。所述羟甲基丙基壳聚糖可以用下式表达：
Figure BDA0003513665620000021
根据本发明目的的另一个方面，本发明采用以下技术方案：
一种式(I)所述的羟甲基丙基壳聚糖的制备方法，以壳聚糖为原料，通过引入羟甲基丁基基团合成了一种羟甲基丙基壳聚糖HMPC，其具体步骤如下：(1)配置一定浓度的无机酸水溶液(2)向壳聚糖中加入步骤(1)无机酸水溶液，制备壳聚糖酸性水溶液；(3)将1，2-环氧丁烷加入壳聚糖酸性水溶液中搅拌反应；(4)反应完毕后，调节反应液至中性，依次用氢氧化钠溶液、纯化水透析；(5)将透析液进行离心；(6)将离心后上清液冷冻干燥，得到羟甲基丙基壳聚糖。
所述方法的合成步骤也可如下式表示：
Figure BDA0003513665620000022
进一步地，所述步骤(1)中无机酸可以为盐酸、醋酸、磷酸、硫酸中的一种或几种。
如何在酸性条件下制备水溶性的壳聚糖，是本发明所解决的关键问题。利用1，4-环氧丁烷的酸性开环反应，将壳聚糖转化为水溶性的羟甲基丙基壳聚糖。此羟甲基丙基壳聚糖不仅具有水溶性，其水溶液还具有温敏性。
本发明的羟甲基丙基壳聚糖，其水溶液低温下呈溶液状态，当温度升高到37℃附近时，即可形成乳浊液。本方法制备的羟甲基丙基壳聚糖在组织工程、药物递送系统、细胞培养和化妆品等方面可能具有广泛的应用前景。
以下结合附图和实施例对本发明做出进一步说明。
附图说明
图1是本发明制备的羟甲基丙基壳聚糖HMPC-1溶液的温度响应图。
图2是本发明制备的羟甲基丙基壳聚糖HMPC-1和壳聚糖CS的红外图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的，HMPC壳聚糖进行具体描述，但本发明并不限于这些实施例，该领域技术人员在本发明核心指导思想下做出的非本质改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。
实施例1，制备羟甲基丙基壳聚糖HMPC-1
(1)配置1％的盐酸水溶液。
(2)向称取0.3g壳聚糖中加入30mL盐酸水溶液，制备壳聚糖酸性水溶液；
(3)将20mL的1，2-环氧丁烷加入壳聚糖酸性水溶液中，25℃搅拌反应3天；
(4)反应完毕后，调节反应液体至中性，依次用氢氧化钠溶液(pH＝12)、纯化水透析6天；
(5)将透析液进行离心；
(6)将离心后上清液冷冻干燥，得到羟甲基丙基壳聚糖HMPC-1。
将羟甲基丙基壳聚糖HMPC-1和壳聚糖CS分别做红外吸收光谱图，结果如图2所示，羟甲基丙基壳聚糖HMPC-1比壳聚糖CS在1300-1500cm-1处明显多了烷基的吸收峰，这说明环氧丁烷和壳聚糖在酸性条件下发生了化学反应，得到了羟甲基丙基壳聚糖HMPC-1。
实施例2，制备羟甲基丙基壳聚糖HMPC-2
(1)配置2％的醋酸水溶液。
(2)向称取1g壳聚糖中加入100mL醋酸水溶液，制备壳聚糖酸性水溶液；
(3)将50mL的1，2-环氧丁烷加入壳聚糖酸性水溶液中，35℃搅拌反应1天；
(4)反应完毕后，调节反应液体至中性，依次用氢氧化钠溶液(pH＝12)、纯化水透析6天；
(5)将透析液进行离心；
(6)将离心后上清液冷冻干燥，得到羟甲基丙基壳聚糖HMPC-2。
实施例3，制备羟甲基丙基壳聚糖HMPC-3
(1)配置0.5％的硫酸水溶液。
(2)向称取0.5g壳聚糖中加入50mL硫酸水溶液，制备壳聚糖酸性水溶液；
(3)将30mL的1，2-环氧丁烷加入壳聚糖酸性水溶液中，25℃搅拌反应2天；
(4)反应完毕后，调节反应液体至中性，依次用氢氧化钠溶液(pH＝12)、纯化水透析6天；
(5)将透析液进行离心；
(6)将离心后上清液冷冻干燥，得到羟甲基丙基壳聚糖HMPC-3。
实施例4，温度响应测试
测试方法：称取一定量HMPC-1于4℃溶解于纯化水，配置成0.5％的HMBC-1溶液。将该溶液多次置于4℃和37℃下，结果如图1所示。
结论：结果如图1所示，该溶液在4℃为透明溶液，37℃下成乳浊液，且该转变随着温度变化具有可逆性，说明该羟甲基丙基壳聚糖的水溶液具备温度响应性。

Claims (2)

1.一种水溶性羟甲基丙基壳聚糖，其特征在于所述的壳聚糖为羟甲基丙基改性的壳聚糖，所述羟甲基丙基壳聚糖用下式表达：
Figure FDA0004009613070000011
所述羟甲基丙基壳聚糖的制备方法包括以下步骤：(1)配制无机酸水溶液；(2)向壳聚糖中加入步骤(1)配制的无机酸水溶液，制备壳聚糖酸性水溶液；(3)将1，2-环氧丁烷加入壳聚糖酸性水溶液中搅拌反应；(4)反应完毕后，调节反应液至中性，依次用氢氧化钠溶液、纯化水透析；(5)将透析液进行离心；(6)将离心后上清液冷冻干燥，得到所述的羟甲基丙基壳聚糖。
2.根据权利要求1所述的一种水溶性羟甲基丙基壳聚糖，其特征在于所述步骤(1)中无机酸为盐酸、醋酸、磷酸、硫酸中的一种或几种。
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