CN116970100A - 一种改性海藻酸钠及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种改性海藻酸钠及其制备方法和应用，属于海藻酸钠改性技术领域。该改性海藻酸钠的制备方法包括以下步骤：将海藻酸钠溶解在蒸馏水中，使其w/v浓度为1～4％，然后加入高碘酸钠并于室温下避光搅拌，反应18‑24h后，加入乙二醇终止反应，透析处理和冷冻干燥后，得到氧化海藻酸钠，并测定其氧化度；将氧化海藻酸钠溶解在蒸馏水中，使其w/v浓度为1～2％，然后加入硼氢化钠并于室温下搅拌，反应0.8‑1.2h后，通过有机溶液将产物析出，冷冻干燥后即得改性海藻酸钠，并测定其氧化度。本申请中改性海藻酸钠不仅具有良好的交联活性、生物相容性、降解性以及低毒性，同时能够改善生物材料的细胞亲和性，作为交联剂特别适合应用于组织工程领域。
Description
技术领域
本申请涉及一种改性海藻酸钠及其制备方法和应用，属于海藻酸钠改性技术领域。
背景技术
在组织工程领域，交联剂的作用尤为重要，它可将修复或改善人体病变组织或器官的结构、功能的生物活性物质递送到目标部位，以填补组织缺陷的部位，并为细胞提供支架作用。常见的化学交联剂戊二醛等具有较高的生物毒性，往往会影响正常受体组织细胞的生长或生物功能的发挥，因此探索无毒性的生物基交联剂成为研究的重点。
海藻酸钠是从褐藻中分离出来的一种天然聚阴离子多糖，由β-D-甘露糖醛酸和α-L-古罗糖醛酸通过1-4键连接而成。海藻酸具备生物相容性好和低毒价廉的特性，被广泛应用在食品、生物医药、组织工程材料等领域。但海藻酸钠形成的凝胶在体内降解速度不可控，降解产物分子量高，难以从体内清除，因此使得其在组织工程领域的应用受到限制。
与海藻酸钠相比，氧化海藻酸钠不仅保留了海藻酸钠良好的生物相容性、降解性以及低毒性等优点，同时具有活性较高的醛基，可以偶联活性特异氨基酸序列、多肽以及蛋白等生物活性物质，提高材料与细胞之间的相互作用。然而，研究表明，氧化度为47％的氧化海藻酸钠，在高浓度下对细胞表现出明显的抑制作用，其中浓度为800μg/mL时细胞毒性达到2级(参见学术论文：梁晔，刘万顺，韩宝芹等，中国海洋大学学报，2008，38(4)：590～594)；并且醛基含量高的海藻酸钠也不能形成凝胶，因此需要对氧化海藻酸钠的氧化度进行严格控制。此外，当氧化海藻酸钠用作组织工程领域的交联剂时，作为活性物质的支架形成三维结构，因此对其分子结构和柔性也有一定要求。
发明内容
为了解决上述问题，提供了一种改性海藻酸钠及其制备方法和应用，通过调整氧化海藻酸钠的醛基含量，使其氧化度控制在适当范围内，不仅保证海藻酸钠具有良好的交联活性、生物相容性、降解性以及低毒性，同时改善生物材料的细胞亲和性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种改性海藻酸钠的制备方法，包括以下步骤：
(1)将海藻酸钠溶解在蒸馏水中，使其w/v浓度为1～4％，然后加入高碘酸钠并于室温下避光搅拌，反应18-24h后，加入乙二醇终止反应，透析处理和冷冻干燥后，得到氧化海藻酸钠，并测定其氧化度；
(2)将氧化海藻酸钠溶解在蒸馏水中，使其w/v浓度为1～2％，然后加入硼氢化钠并于室温下搅拌，反应0.8-1.2h后，通过有机溶液将产物析出，冷冻干燥后即得改性海藻酸钠，并测定其氧化度。
可选地，步骤(1)中，所述高碘酸钠与海藻酸钠的摩尔比为1∶3～1∶2。
可选地，步骤(2)中，所述硼氢化钠与氧化海藻酸钠的摩尔比为3∶10～9∶10。
可选地，步骤(1)中，所述透析处理的步骤为：
将反应后的溶液置于3000-4000Da再生纤维素透析袋中，透析2-4天，每隔5-7h换一次去离子水。
可选地，步骤(1)中，测定所述氧化海藻酸钠氧化度的步骤为：
称取0.100-0.300g氧化海藻酸钠，溶于40-60mL盐酸羟胺溶液中，通过电位滴定仪滴定，根据滴定消耗的NaOH用量，计算得到氧化海藻酸钠的氧化度。
可选地，步骤(2)中，所述有机溶液选自C1～C3的醇、醚和酮中一种或任意比例的混合物。
可选地，步骤(2)中，所述氧化海藻酸钠溶液与有机溶液的体积比为1∶2～1∶10。
可选地，步骤(2)中，测定所述改性海藻酸钠氧化度的步骤为：
称取0.100-0.200g改性海藻酸钠，溶于40-60mL盐酸羟胺溶液中，通过电位滴定仪滴定，根据滴定消耗的NaOH用量，计算得到改性海藻酸钠的氧化度。
根据本申请的另一个方面，提供了一种改性海藻酸钠，由上述任一所述的改性海藻酸钠的制备方法获得。
根据本申请的又一个方面，提供了上述所述的改性海藻酸钠在制备水凝胶中的应用。
本申请中，“室温”，是指20-30℃。
本申请的有益效果包括但不限于：
本申请的改性海藻酸钠及其制备方法和应用，通过氧化反应和还原反应调整氧化海藻酸钠的醛基含量，从而控制其氧化度在合适范围内，使制得的改性海藻酸钠具有良好的生物活性，可与活性蛋白质、多肽、单价酸序列结合，同时还具有良好的降解性能和凝胶性能，并且能够减少细胞内毒性，是一种优良的交联剂；此外，还可以交联羧甲基壳聚糖、胶原蛋白或明胶等高分子材料，以及包埋药物或者细胞，形成水凝胶，特别适用于组织工程领域。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用原料或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本申请中，所采用的海藻酸钠为市售食品级。
实施例1
一种改性海藻酸钠的制备方法，包括以下步骤：
(1)将海藻酸钠溶解在蒸馏水中，使其w/v浓度为2.5％，然后加入高碘酸钠，高碘酸钠与海藻酸钠的摩尔比为1∶2，并于室温下避光搅拌，反应24h后，加入5mL乙二醇终止反应，将反应后的溶液置于3500Da再生纤维素透析袋中，透析3天，每隔6h换一次去离子水，冷冻干燥后，得到氧化海藻酸钠；
(2)称取0.200g氧化海藻酸钠，溶于50mL盐酸羟胺溶液(w/v浓度为1.87％)中，通过电位滴定仪滴定，根据滴定消耗的NaOH用量，计算得到氧化海藻酸钠的氧化度为51.46％；
(3)将氧化海藻酸钠溶解在蒸馏水中，使其w/v浓度为1％，然后加入硼氢化钠，硼氢化钠与氧化海藻酸钠的摩尔比为0.5∶1，并于室温下搅拌，反应1h后，通过无水乙醇将产物析出，氧化海藻酸钠溶液与无水乙醇的体积比为1∶2，冷冻干燥后即得改性海藻酸钠；
(4)称取0.200g改性海藻酸钠，溶于50mL盐酸羟胺溶液(w/v浓度为1.87％)中，通过电位滴定仪滴定，根据滴定消耗的NaOH用量，计算得到改性海藻酸钠的氧化度为27.39％。
实施例2
一种改性海藻酸钠的制备方法，包括以下步骤：
(1)将海藻酸钠溶解在蒸馏水中，使其w/v浓度为3％，然后加入高碘酸钠，高碘酸钠与海藻酸钠的摩尔比为1∶3，并于室温下避光搅拌，反应20h后，加入5mL乙二醇终止反应，将反应后的溶液置于3500Da再生纤维素透析袋中，透析3天，每隔6h换一次去离子水，冷冻干燥后，得到氧化海藻酸钠；
(2)称取0.200g氧化海藻酸钠，溶于50mL盐酸羟胺溶液(w/v浓度为1.87％)中，通过电位滴定仪滴定，根据滴定消耗的NaOH用量，计算得到氧化海藻酸钠的氧化度为32.19％；
(3)将氧化海藻酸钠溶解在蒸馏水中，使其w/v浓度为1.5％，然后加入硼氢化钠，硼氢化钠与氧化海藻酸钠的摩尔比为0.4∶1，并于室温下搅拌，反应1h后，通过体积比为1:1的乙醇和乙酮混合液将产物析出，氧化海藻酸钠溶液与混合液的体积比为1∶3，冷冻干燥后即得改性海藻酸钠；
(4)称取0.200g改性海藻酸钠，溶于50mL盐酸羟胺溶液(w/v浓度为1.87％)中，通过电位滴定仪滴定，根据滴定消耗的NaOH用量，计算得到改性海藻酸钠的氧化度为20.35％。
实施例3
一种改性海藻酸钠的制备方法，包括以下步骤：
(1)将海藻酸钠溶解在蒸馏水中，使其w/v浓度为2％，然后加入高碘酸钠，高碘酸钠与海藻酸钠的摩尔比为1∶2.5，并于室温下避光搅拌，反应22h后，加入5mL乙二醇终止反应，将反应后的溶液置于3500Da再生纤维素透析袋中，透析3天，每隔6h换一次去离子水，冷冻干燥后，得到氧化海藻酸钠；
(2)称取0.200g氧化海藻酸钠，溶于50mL盐酸羟胺溶液(w/v浓度为1.87％)中，通过电位滴定仪滴定，根据滴定消耗的NaOH用量，计算得到氧化海藻酸钠的氧化度为41.84％；
(3)将氧化海藻酸钠溶解在蒸馏水中，使其w/v浓度为2％，然后加入硼氢化钠，硼氢化钠与氧化海藻酸钠的摩尔比为8∶10，并于室温下搅拌，反应1h后，通过无水乙醇将产物析出，氧化海藻酸钠溶液与无水乙醇的体积比为1∶2，冷冻干燥后即得改性海藻酸钠；
(4)称取0.200g改性海藻酸钠，溶于50mL盐酸羟胺溶液(w/v浓度为1.87％)中，通过电位滴定仪滴定，根据滴定消耗的NaOH用量，计算得到改性海藻酸钠的氧化度为8.03％。
实施例4
一种改性海藻酸钠的制备方法，包括以下步骤：
(1)将海藻酸钠溶解在蒸馏水中，使其w/v浓度为2.5％，然后加入高碘酸钠，高碘酸钠与海藻酸钠的摩尔比为1∶1，并于室温下避光搅拌，反应24h后，加入5mL乙二醇终止反应，将反应后的溶液置于3500Da再生纤维素透析袋中，透析3天，每隔7h换一次去离子水，冷冻干燥后，得到氧化海藻酸钠；
(2)称取0.200g氧化海藻酸钠，溶于50mL盐酸羟胺溶液(w/v浓度为1.87％)中，通过电位滴定仪滴定，根据滴定消耗的NaOH用量，计算得到氧化海藻酸钠的氧化度为81.44％；
(3)将氧化海藻酸钠溶解在蒸馏水中，使其w/v浓度为1％，然后加入硼氢化钠，硼氢化钠与氧化海藻酸钠的摩尔比为5∶10，并于室温下搅拌，反应1h后，通过无水乙醇将产物析出，氧化海藻酸钠溶液与无水乙醇的体积比为1∶2，冷冻干燥后即得改性海藻酸钠；
(4)称取0.200g改性海藻酸钠，溶于50mL盐酸羟胺溶液(w/v浓度为1.87％)中，通过电位滴定仪滴定，根据滴定消耗的NaOH用量，计算得到改性海藻酸钠的氧化度为43.86％。
实施例5
一种改性海藻酸钠的制备方法，包括以下步骤：
(1)将海藻酸钠溶解在蒸馏水中，使其w/v浓度为3％，然后加入高碘酸钠，高碘酸钠与海藻酸钠的摩尔比为1∶10，并于室温下避光搅拌，反应20h后，加入5mL乙二醇终止反应，将反应后的溶液置于3500Da再生纤维素透析袋中，透析3天，每隔6h换一次去离子水，冷冻干燥后，得到氧化海藻酸钠；
(2)称取0.200g氧化海藻酸钠，溶于50mL盐酸羟胺溶液(w/v浓度为1.87％)中，通过电位滴定仪滴定，根据滴定消耗的NaOH用量，计算得到氧化海藻酸钠的氧化度为8.71％；
(3)将氧化海藻酸钠溶解在蒸馏水中，使其w/v浓度为2％，然后加入硼氢化钠，硼氢化钠与氧化海藻酸钠的摩尔比为6∶10，并于室温下搅拌，反应1h后，通过无水乙醇将产物析出，氧化海藻酸钠溶液与无水乙醇的体积比为1∶2，冷冻干燥后即得改性海藻酸钠；
(4)称取0.200g改性海藻酸钠，溶于50mL盐酸羟胺溶液(w/v浓度为1.87％)中，通过电位滴定仪滴定，根据滴定消耗的NaOH用量，计算得到改性海藻酸钠的氧化度为3.73％。
应用例1
一种改性海藻酸钠在制备水凝胶中的应用，包括：
取实施例1中氧化度为27.39％的改性海藻酸钠，配制成5wt％的溶液，并加入羧甲基壳聚糖，控制醛基与氨基的摩尔比为1：1，迅速搅拌均匀后待其成胶；流变仪观察水凝胶成胶时间在2-3min，形成的水凝胶黏度和弹性较大，拉伸模量在150Pa；水凝胶空隙大小均匀，空隙之间较为连续和致密；水凝胶24h内溶胀率变化较小，变化范围在100-150％之间。该水凝胶可用于软骨工程。
应用例2
一种改性海藻酸钠在制备水凝胶中的应用，包括：
取实施例3中氧化度为8.03％的改性海藻酸钠2g，加入100mL超纯水中溶解完全，然后加入15g聚丙烯酰胺，真空脱泡1h后倒入模具，12h后取出，得到初步交联的水凝胶，随后浸入0.1M CaCl2溶液中反应2h，得到改性海藻酸钠/聚丙烯酰胺复合水凝胶。该复合水凝胶48h后的溶胀率达1200％，断裂强度为0.1MPa。该水凝胶可用于软组织充填。
效果例
取实施例2中氧化度20.35％的改性海藻酸钠以及对应的海藻酸钠原料，分别配制成2.0wt％的溶液，并各取100μL注入小鼠左腿肌肉，观察不同时间注射材料的降解情况。结果显示，注射7天后，改性海藻酸钠组已无注射材料，而海藻酸钠组注射材料清晰可见。
由此可见，与海藻酸钠相比，改性海藻酸钠具有更加优异的降解性能。
以上所述，仅为本申请的实施例而已，本申请的保护范围并不受这些具体实施例的限制，而是由本申请的权利要求书来确定。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的技术思想和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种改性海藻酸钠的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将海藻酸钠溶解在蒸馏水中，使其w/v浓度为1～4％，然后加入高碘酸钠并于室温下避光搅拌，反应18-24h后，加入乙二醇终止反应，透析处理和冷冻干燥后，得到氧化海藻酸钠，并测定其氧化度；
(2)将氧化海藻酸钠溶解在蒸馏水中，使其w/v浓度为1～2％，然后加入硼氢化钠并于室温下搅拌，反应0.8-1.2h后，通过有机溶液将产物析出，冷冻干燥后即得改性海藻酸钠，并测定其氧化度。
2.根据权利要求1所述的改性海藻酸钠的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述高碘酸钠与海藻酸钠的摩尔比为1∶3～1∶2。
3.根据权利要求1所述的改性海藻酸钠的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述硼氢化钠与氧化海藻酸钠的摩尔比为3∶10～9∶10。
4.根据权利要求1所述的改性海藻酸钠的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述透析处理的步骤为：
将反应后的溶液置于3000-4000Da再生纤维素透析袋中，透析2-4天，每隔5-7h换一次去离子水。
5.根据权利要求1所述的改性海藻酸钠的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，测定所述氧化海藻酸钠氧化度的步骤为：
称取0.100-0.300g氧化海藻酸钠，溶于40-60mL盐酸羟胺溶液中，通过电位滴定仪滴定，根据滴定消耗的NaOH用量，计算得到氧化海藻酸钠的氧化度。
6.根据权利要求1所述的改性海藻酸钠的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述有机溶液选自C1～C3的醇、醚和酮中一种或任意比例的混合物。
7.根据权利要求1所述的改性海藻酸钠的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述氧化海藻酸钠溶液与有机溶液的体积比为1∶2～1∶10。
8.根据权利要求1所述的改性海藻酸钠的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，测定所述改性海藻酸钠氧化度的步骤为：
称取0.100-0.200g改性海藻酸钠，溶于40-60mL盐酸羟胺溶液中，通过电位滴定仪滴定，根据滴定消耗的NaOH用量，计算得到改性海藻酸钠的氧化度。
9.一种改性海藻酸钠，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的改性海藻酸钠的制备方法获得。
10.权利要求9所述的改性海藻酸钠在制备水凝胶中的应用。
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|---|---|---|---|
| CN202310970100.6A CN116970100A (zh) | 2023-08-03 | 2023-08-03 | 一种改性海藻酸钠及其制备方法和应用 |
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| CN202310970100.6A CN116970100A (zh) | 2023-08-03 | 2023-08-03 | 一种改性海藻酸钠及其制备方法和应用 |
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Country Status (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117503986A (zh) * | 2024-01-04 | 2024-02-06 | 苏州心锐医疗科技有限公司 | 具有双层网络结构的可注射湿黏附水凝胶及其制备方法 |
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2023
- 2023-08-03 CN CN202310970100.6A patent/CN116970100A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN117503986B (zh) * | 2024-01-04 | 2024-03-22 | 苏州心锐医疗科技有限公司 | 具有双层网络结构的可注射湿黏附水凝胶及其制备方法 |
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