CN115608329B - 一种贯穿多级孔多糖微球的制备新方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种新型的贯穿多级孔多糖微球制备新方法。本发明的关键点在于：采用半溶解的壳聚糖或琼脂糖作为致孔剂构建多级孔纤维素或甲壳素微球。半溶解的壳聚糖或琼脂糖作为双模板致孔剂，其中，溶解的部分作为微/介孔模板，而未溶解的主体部分作为大孔模板。由于溶解的模板与未溶解的模板仍然相连，造成所形成的孔结构贯通。本发明相比过去报道的方法，不仅制备工艺简单，孔结构贯通，而且可通过调节半溶解壳聚糖或琼脂糖的溶解浓度和程度来控制纤维素或甲壳素微球的多级孔结构。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，涉及一种贯穿多级孔多糖微球的制备新方法。
背景技术
多级孔微球被认为是一种理想的色谱分离介质，特别是针对生物大分子，如黄酮类化合物、蛋白质、多肽等。大孔结构不仅可以加速介质在其微球内部的传质，缩短扩散距离，降低传质阻力，而且可以提高微/介孔结构的利用率；与此同时，微/介孔提供了大量的活性位点，保证了介质的高分离容量。目前，常用的多级孔方法主要有固体模板法、双乳化法、相分离法等。然而，这些方法存在各自的局限性。例如，固体模板法容易形成孤岛状的大孔，与微/介孔并不相通，分离性能提升有限；双乳化法过于巨大的乳滴导致超大孔结构产生，降低了介质的机械强度；相分离法所形成的孔结构孔径较小，导致生物大分子在孔内扩散阻力大，分离速度缓慢。
针对目前常规致孔方法的局限，本发明提出了一种新型的贯穿多级孔多糖微球的制备新方法。本发明的关键点在于：采用半溶解的壳聚糖或琼脂糖作为致孔剂构建多级孔纤维素或甲壳素微球。其中，半溶解的壳聚糖或琼脂糖作为双模板致孔剂，溶解的部分作为微/介孔模板，而未溶解的主体部分作为大孔模板。由于溶解的模板与未溶解的模板仍然相连，造成所形成的孔结构贯通。本发明相比过去报道的方法，此方法不仅制备工艺简单，孔结构贯通，而且可通过调节半溶解壳聚糖或琼脂糖的溶解浓度和程度来控制纤维素或甲壳素微球的多级孔结构。
发明内容
本发明利用半溶解的壳聚糖或琼脂糖作为致孔剂，构建贯通多级孔纤维素或甲壳素微球。利用本发明所述方法制备出的纤维素或甲壳素微球不仅同时具有大孔、介孔和微孔三种孔结构；更重要的是，由于壳聚糖和琼脂糖本身的强氢键作用，它们溶解的部分仍然与未溶解的主体部分相连，实现了大孔与微/介孔之间的贯通相连，提高了微球的渗透性。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的。
一种贯穿多级孔多糖微球的制备新方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将纤维素或甲壳素在低温下溶于11 wt% NaOH/4 wt% urea溶液，形成的透明纤维素或甲壳素溶液；
（2）将壳聚糖或琼脂糖加入到NaOH/urea溶液中，通过改变溶解温度、溶解时间、溶剂中成分比例，获得一定浓度的半溶解不透明壳聚糖或琼脂糖溶液；
（3）将上述完全溶解的纤维素或甲壳素溶液与半溶解的壳聚糖或琼脂糖溶液以一定体积比例在冰浴下两两混合，可获得四种混合溶液，包括纤维素/壳聚糖溶液、甲壳素/壳聚糖溶液、纤维素/琼脂糖溶液、甲壳素/琼脂糖溶液；
（4）将上述两两混合溶液加入到液体石蜡油相中，水油比例低于3/7，以Span80为表面活性剂，形成油包水乳液；
（5）乳化一段时间后，采用相应的再生方法固化微球并除去半溶解的壳聚糖或琼脂糖，获得贯穿多级孔纤维素或甲壳素微球。
优选地，步骤（1）中所述纤维素或甲壳素溶液浓度为4 wt%~7 wt%；
优选地，步骤（1）中所述低温溶解纤维素和甲壳素的温度分别为-12℃和-30℃；
优选地，步骤（2）中所述可改变的溶解温度范围为-20℃~-4℃；
优选地，步骤（2）中所述可改变的溶解时间范围为3 min~20 min；
优选地，步骤（2）中所述可改变的溶剂中成分比例范围，即NaOH/urea范围为1/14~14/1；
优选地， 步骤（2）中所述半溶解的壳聚糖和琼脂糖溶液浓度为2 wt%~6 wt%；
优选地，步骤（3）中所述以一定体积比例混合，全溶解多糖与半溶解多糖的体积比例大于7/3；
优选地，步骤（5）中所述相应的再生方法，其中以半溶解壳聚糖为模板的微球采用酸溶液再生，以半溶解琼脂糖为模板的微球采用温度高于80℃的热水再生；
优选地，步骤（5）中半溶解壳聚糖为模板的采用酸溶液再生，酸即可为无机酸也可为有机酸。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
（1）以半溶解多糖为双模板，同时实现大孔和微/介孔构建；
（2）由于半溶解多糖模板与全溶解多糖具有相似线性分子结构和溶解体系，促进了半溶解多糖模板在微球内的分散，保证了致孔的充分性和均匀性；
（3）半溶解多糖模板由于溶解部分与未溶解部分相连，实现了孔结构之间的贯通；
（4）本发明制备的多糖微球材料具有贯通相连的多级孔结构，微孔和介孔提供了较大的表面积，而大孔则提供了宽阔的孔道促进传质，适用于生物大分子分离。
附图说明
图1是本发明实施实例1多级孔纤维素微球的扫描电镜图；
图2是本发明实施实例1中多级孔纤维素微球、微孔纤维素微球与大孔纤维素微球的背压曲线图；
实施方式
为了更好地理解本发明，下面将结合实施实例和附图对本发明作进一步解释。但需要特别说明的是，实施实例仅用于对本发明进行进一步解释，本发明要求保护的范围并不局限于实施实例表示的范围。
实施实例1
将5 g纤维素在-12℃溶于95 g 11 wt% NaOH/4 wt% urea溶液，形成的5 wt%透明纤维素溶液；将3 g壳聚糖加入到97 g 11 wt% NaOH/4 wt% urea溶液中，在-20℃下和300rpm下溶解10 min，形成3 wt%浑浊的半溶解壳聚糖溶液；将前述获得的全溶解纤维素溶液和半溶解壳聚糖溶液以8:2的体积比在冰浴下混合20 min，形成浑浊的纤维素/壳聚糖溶液；将10 mL的纤维素/壳聚糖溶液加入到100 mL液体石蜡中，再加入2.5 g Span80，乳化1h。然后将70 mL 5 wt%盐酸倒入，搅拌15 min，固化纤维素并除去壳聚糖，获得多级孔纤维素微球。此外，为了更好的对比，我们也制备了微孔纤维素微球和大孔纤维素微球，制备流程与上述流程大致相同。但微孔纤维素微球未使用半溶解壳聚糖模板，直接采用纤维素溶液乳化后获得；大孔纤维素微球使用未溶解的壳聚糖颗粒作为模板。
实验结果显示，半溶解的壳聚糖溶液呈现浑浊状态，粘度达到250 mpa·s，然而离心之后，半溶解壳聚糖沉淀到底部，上清液变得透明，上清液粘度下降至10 mpa·s，证明了大部分溶解的壳聚糖仍与未溶解主体部分相连。图1展示了多级孔纤维素微球微观形貌，大孔孔径约为200-300 nm。图2展示了多级孔纤维素微球、微孔纤维素微球和大孔纤维素微球渗背压曲线。从图可以看出，在相同流速下，多级孔纤维素微球表现出最低的背压，说明了贯通相连的多级孔结构提高了微球的渗透性。
实施实例2
将5 g纤维素在-12℃溶于95 g 11 wt% NaOH/4 wt% urea溶液，形成的5 wt%透明纤维素溶液；将2.5 g琼脂糖加入到97.5g 11 wt% NaOH/4 wt% urea溶液中，在-15℃和300rpm下溶解5 min，形成2.5 wt%浑浊的半溶解壳聚糖溶液；将上一步所得全溶解的纤维素溶液和半溶解的壳聚糖溶液以9:1的体积比在冰浴条件下混合20 min，形成浑浊的纤维素/琼脂糖溶液；将10 mL的纤维素/琼脂糖溶液加入到100 mL液体石蜡中，再加入2.5 g Span80，乳化1h。然后将250 mL 90℃热水倒入，搅拌10 min，固化纤维素并除去琼脂糖，获得多级孔纤维素微球。
Claims (10)
1.一种贯穿多级孔多糖微球的制备新方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将纤维素或甲壳素在低温下溶于11 wt% NaOH/4 wt% urea溶液，形成一定浓度的完全溶解的透明纤维素或甲壳素溶液；
（2）将壳聚糖或琼脂糖加入到11 wt% NaOH/4 wt% urea溶液中，通过改变溶解温度、溶解时间、溶剂中成分比例，获得一定浓度的半溶解不透明壳聚糖或琼脂糖溶液；
（3）将上述完全溶解的纤维素或甲壳素溶液与半溶解的壳聚糖或琼脂糖溶液以一定体积比例在冰浴下两两混合，可获得四种混合溶液，包括纤维素/壳聚糖溶液、甲壳素/壳聚糖溶液、纤维素/琼脂糖溶液、甲壳素/琼脂糖溶液；
（4）将上述两两混合溶液加入到液体石蜡油相中，水油比例低于3/7，以Span80为表面活性剂，形成油包水乳液；
（5）乳化一段时间后，采用相应的再生方法固化微球并除去半溶解的壳聚糖或琼脂糖，获得贯穿多级孔纤维素或甲壳素微球。
2. 根据权利要求1所述的一种贯穿多级孔多糖微球的制备新方法，其特征在于步骤（1）中所述纤维素或甲壳素溶液浓度为4 wt%~7 wt%。
3.根据权利要求1所述的一种贯穿多级孔多糖微球的制备新方法，其特征在于步骤（1）中所述低温溶解纤维素和甲壳素的温度分别为-12℃和-30℃。
4.根据权利要求1所述的一种贯穿多级孔多糖微球的制备新方法，其特征在于步骤（2）中所述可改变的溶解温度范围为-20℃~-4℃。
5. 根据权利要求1所述的一种贯穿多级孔多糖微球的制备新方法，其特征在于步骤（2）中所述可改变的溶解时间范围为3 min~20 min。
6.根据权利要求1所述的一种贯穿多级孔多糖微球的制备新方法，其特征在于步骤（2）中所述可改变的溶剂中成分比例范围，即NaOH/urea范围为1/14~14/1。
7. 根据权利要求1所述的一种贯穿多级孔多糖微球的制备新方法，其特征在于步骤（2）中所述半溶解的壳聚糖和琼脂糖溶液浓度为2 wt%~6 wt%。
8.根据权利要求1所述的一种贯穿多级孔多糖微球的制备新方法，其特征在于步骤（3）中所述以一定体积比例混合，全溶解多糖与半溶解多糖的体积比例大于7/3。
9.根据权利要求1所述的一种贯穿多级孔多糖微球的制备新方法，其特征在于步骤（5）中所述相应的再生方法，其中以半溶解壳聚糖为模板的微球采用酸溶液再生，以半溶解琼脂糖为模板的微球采用温度高于80℃的热水再生。
10.根据权利要求1所述的一种贯穿多级孔多糖微球的制备新方法，其特征在于步骤（5）中半溶解壳聚糖为模板的采用酸溶液再生，酸可为无机酸也可为有机酸。
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "High-surface-area interconnected macroporous nanofibrous cellulose microspheres: a versatile platform for large capacity and high-throughput protein separation";Liangzhi Qiao et al.;《Cellulose》;第28卷;第2127页实验部分，2130页第2、4段 * |
| "天然多糖微球的制备及功能应用";乔亮智等;《化工进展》;第40卷(第8期);4305-4313 * |
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|---|---|
| CN115608329A (zh) | 2023-01-17 |
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