CN117186488B - 一种β-FeOOH改性聚氨酯泡沫、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于多孔泡沫载体制备技术领域，公开了一种β‑羟基氧化铁(β‑FeOOH)改性聚氨酯泡沫、制备方法及应用，该方法包括以下步骤：(1)制备共沉积溶液；(2)制备共沉积改性聚氨酯泡沫；(3)制备β‑FeOOH改性溶液；(4)制得β‑FeOOH改性聚氨酯泡沫。本发明提供的β‑FeOOH改性聚氨酯泡沫是通过将聚氨酯泡沫依次浸入共沉积溶液和改性溶液中密封反应制得，其矿化层具有独特的微观结构，具有优越的生物相容性和物理化学性能，可作为微生物载体进行广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及多孔泡沫载体制备技术领域，具体涉及一种β-FeOOH改性聚氨酯泡沫、制备方法及应用。
背景技术
生物技术是现代科学的重要领域，特别是利用微生物(如细菌)进行生物处理，在环境修复、废水处理、生物制药等领域有着重要的应用。在这些应用中，微生物需要一个稳定、兼具良好生物相容性和物理化学性能的载体。
传统的微生物生物载体常常使用的是无机材料，如陶瓷，或有机材料，如聚合物。这些材料虽然满足了一些基本的要求，但是它们往往存在一些缺陷。例如，无机材料的生物相容性较差，而有机材料则可能缺乏足够的机械强度和耐腐蚀性。此外，传统的载体材料往往不能满足更高的要求，如调控微生物生长的能力、高比表面积以提高载体容量等。
近年来，研究人员已经开始尝试使用复合材料作为生物载体，通过将多种不同的材料结合起来，可以克服单一材料的缺点，同时发挥各自的优点。然而，这样的方法通常涉及复杂的制备过程，并且不同的材料可能相互之间存在化学或物理相容性问题。
因此，需要研究一种新型的生物载体材料以满足生物相容性、物理化学性能等多方面的需求，并简化制备过程、能有效避免不同材料间的相容性问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种β-FeOOH改性聚氨酯泡沫、制备方法及应用，通过对组分、配比及工艺的同步改进，获得具有独特微观结构的改性聚氨酯泡沫作为新型载体，其由聚氨酯泡沫通过共沉积和矿化过程引入聚多巴胺(PDA)/聚乙烯亚胺(PEI)和β-FeOOH制得，所述载体具有优越的生物相容性和物理化学性能，制备方法简洁、成本低廉，可作为细菌的生物载体，适用于各种需要利用细菌进行生物处理的场合，例如环境修复、废水处理、生物制药等。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种β-FeOOH改性聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
(1)将盐酸多巴胺和聚乙烯亚胺溶解在Tris-HCl缓冲液(pH＝7.4)中，制得共沉积溶液；
(2)将超纯水和无水乙醇清洗后的聚氨酯泡沫浸入所述共沉积溶液中，密封反应，制得共沉积改性聚氨酯泡沫；
(3)称取六水合氯化铁并溶于水，加入盐酸溶液，得到β-FeOOH改性溶液；
(4)将所述共沉积改性聚氨酯泡沫浸入所述β-FeOOH改性溶液中，密封反应，经洗涤、干燥后，制得具有特定微观结构矿化层表面的β-FeOOH改性聚氨酯泡沫材料。
在一些优选的实施方式中，步骤(1)所述共沉积溶液中所述盐酸多巴胺与所述聚乙烯亚胺的浓度为20mg/mL，所述Tris-HCl缓冲液的浓度为10mg/mL，用pH＝1的盐酸调节至共沉积溶液pH＝8.5。
在一些优选的实施方式中，步骤(2)所述密封反应的反应条件为60℃恒温摇床，转速200rpm，反应时间24h。
在一些优选的实施方式中，步骤(3)所述六水合氯化铁的溶解浓度为20mg/mL。
在一些优选的实施方式中，步骤(3)所述盐酸溶液的pH为2，调节所述改性溶液pH在3-5间的酸性环境。
所述盐酸溶液用于促进FeCl3·6H2O的溶解，生成可用于反应的离子态Fe3+，同时保持酸性环境，将矿化溶液的pH值调节在所需的范围内，以满足矿化反应的条件。
在一些优选的实施方式中，步骤(4)所述密封反应的反应温度为60℃，反应时间为24h。
本发明的另一方面在于提供一种β-FeOOH改性聚氨酯泡沫，所述β-FeOOH改性聚氨酯泡沫前述的制备方法制备得到。
本发明的再一方面在于提供一种所述β-FeOOH改性聚氨酯泡沫的具体应用方法，具体是作为微生物载体的应用，适用于生物工程、环保和废水处理等领域。
本发明的有益效果为：
1、本发明提供的β-FeOOH改性聚氨酯泡沫、制备方法及应用，通过对组分、配比及工艺的同步改进、在材料表面构造出矿化层，获得具有独特微观结构矿化层的改性聚氨酯泡沫作为新型载体；具体是由聚氨酯泡沫通过共沉积和矿化过程引入PDA/PEI和β-FeOOH制得具有独特矿化层表面微观结构(图2所示)的改性泡沫材料；并且使所述载体具有优越的生物相容性和物理化学性能，制备方法简洁、成本低廉，可作为细菌的生物载体，适用于各种需要利用细菌进行生物处理的场合，例如环境修复、废水处理、生物制药等。
2、本发明研究的β-FeOOH改性聚氨酯泡沫是一种新型的生物载体材料，可以满足生物相容性、物理化学性能等多方面的需求，并有效简化了制备过程、能有效避免不同材料间的相容性问题。
3、本发明针对现有载体难以同时满足生物相容性和物理化学性能的问题，制备的β-FeOOH改性聚氨酯泡沫，依次通过共沉积和矿化过程，在聚氨酯泡沫上引入PDA/PEI和β-FeOOH，制得具有独特矿化层表面微观结构的改性泡沫材料，并且使所述改性聚氨酯泡沫具有优越的生物相容性和物理化学性能，其在微生物细胞的培养和生长中表现出优异的性能，同时，这种新型的生物载体还具有更高的比表面积和改良的物理化学性能，可广泛应用于生物工程、环保、废水处理等领域，是一种理想的细菌生物载体。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例改性前的聚氨酯泡沫的电子显微镜图；
图2是本发明实施例β-FeOOH改性后的聚氨酯泡沫的电子显微镜图；
图3是本发明实施例改性处理前后的聚氨酯泡沫的FTIR图；
图4是本发明实施例处理前后的聚氨酯泡沫的XRD图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例
一种β-FeOOH改性聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
(1)将盐酸多巴胺和聚乙烯亚胺溶解在Tris-HCl缓冲液(pH＝7.4)中，制得共沉积溶液；
(2)将超纯水和无水乙醇清洗后的聚氨酯泡沫浸入所述共沉积溶液中，密封反应，制得共沉积改性聚氨酯泡沫；所述共沉积溶液中所述盐酸多巴胺与所述聚乙烯亚胺的浓度为20mg/mL，所述Tris-HCl缓冲液的浓度为10mg/mL，用pH＝1的盐酸调节至共沉积溶液pH＝8.5。
(3)称取六水合氯化铁并溶于水，加入盐酸溶液，得到β-FeOOH改性溶液；所述密封反应的反应条件为60℃恒温摇床，转速200rpm，反应时间24h。所述六水合氯化铁的溶解浓度为20mg/mL。所述盐酸溶液的pH为2，调节所述改性溶液pH在3-5间的酸性环境。
所述盐酸溶液用于促进FeCl3·6H2O的溶解，生成可用于反应的离子态Fe3+，同时保持酸性环境，将矿化溶液的pH值调节在所需的范围内，以满足矿化反应的条件。
(4)将所述共沉积改性聚氨酯泡沫浸入所述β-FeOOH改性溶液中，密封反应，经洗涤、干燥后，制得具有特定微观结构矿化层表面的β-FeOOH改性聚氨酯泡沫材料。所述密封反应的反应温度为60℃，反应时间为24h。
一种β-FeOOH改性聚氨酯泡沫，所述β-FeOOH改性聚氨酯泡沫前述的制备方法制备得到。
一种所述β-FeOOH改性聚氨酯泡沫的具体应用方法，具体是作为微生物载体的应用，适用于生物工程、环保和废水处理等领域。
实施例1
本实施例提供的β-FeOOH改性聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
(1)共沉积溶液制备
分别称取盐酸多巴胺10g、PEI 10g，Tris 6g于烧杯中。添加适量超纯水稀释后，以pH＝1的盐酸将溶液pH调至8.5，添加超纯水将溶液体积调至500mL，保持pH为8.5，磁力搅拌器搅拌20min，制得所述共沉积溶液，其中，所述盐酸多巴胺和PEI的浓度均为20mg/mL，Tris-HCl缓冲液浓度为10mg/mL；
(2)PDA/PEI共沉积改性泡沫制备
将聚氨酯泡沫用超纯水和无水乙醇清洗后，浸入到所述共沉积溶液中，在恒温摇床上60℃密封反应24h，转速为200rpm，制得PDA/PEI共沉积改性聚氨酯泡沫；
(3)β-FeOOH改性溶液制备
称取FeCl3·6H2O 4.0g，将其溶解在200mL超纯水中，得到浓度为20mg/mL的溶液，加入pH＝2的盐酸100mL，磁力搅拌器搅拌20min，制得所述β-FeOOH改性溶液；
(4)β-FeOOH改性聚氨酯泡沫制备
将所述共沉积改性聚氨酯泡沫浸入所述β-FeOOH改性溶液中，在60℃下封闭反应24h，得到具有β-FeOOH矿化层的改性聚氨酯泡沫，最后用超纯水清洗并在60℃的条件下烘干，干燥后制得具有特定微观结构矿化层表面的β-FeOOH改性聚氨酯泡沫。
未经过聚多巴胺/聚乙烯亚胺和β-FeOOH改性处理的聚氨酯泡沫的微观结构(SEM)参见附图1；经过聚多巴胺/聚乙烯亚胺和β-FeOOH共沉积和矿化改性处理后的聚氨酯泡沫的微观结构(SEM)参见附图2，其相比图1的表面微观结构已经出现了巨大的变化，在材料表面分布着形貌均匀、乳突状层叠的矿化层，该矿化层完全包覆材料表面；该矿化层的微观结构是共沉积和矿化改性过程共同构造形成的；聚多巴胺/聚乙烯亚胺和β-FeOOH改性处理前后的聚氨酯泡沫的FTIR图参见附图3；聚多巴胺/聚乙烯亚胺和β-FeOOH改性处理前后的聚氨酯泡沫的XRD图参见附图4。
综上，本发明实施例提供的β-FeOOH改性聚氨酯泡沫是通过将聚氨酯泡沫依次浸入共沉积溶液和改性溶液中密封反应获得独特微观结构的矿化层，使该泡沫材料具有优越的生物相容性和物理化学性能，可作为微生物载体进行广泛应用。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (7)
1.一种微生物载体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备共沉积溶液：将盐酸多巴胺和聚乙烯亚胺溶解在三羟甲基氨基甲烷-盐酸(Tris-HCl)缓冲液中，制得共沉积溶液；
(2)制备共沉积改性聚氨酯泡沫：将超纯水和无水乙醇清洗后的聚氨酯泡沫浸入所述共沉积溶液中，密封反应，制得共沉积改性聚氨酯泡沫；
(3)制备β-FeOOH改性溶液：称取六水合氯化铁并溶于水，加入盐酸溶液，得到β-FeOOH改性溶液；
(4)制得β-FeOOH改性聚氨酯泡沫：将所述共沉积改性聚氨酯泡沫浸入所述β-FeOOH改性溶液中，密封反应，经洗涤、干燥后制得具有矿化层表面的β-FeOOH改性聚氨酯泡沫。
2.根据权利要求1所述微生物载体的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述共沉积溶液中所述盐酸多巴胺与所述聚乙烯亚胺的浓度为20mg/mL，所述Tris-HCl缓冲液的浓度为10mg/mL，用pH＝1的盐酸调节至共沉积溶液pH＝8.5。
3.根据权利要求1所述微生物载体的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述密封反应的反应条件为60℃恒温摇床，转速200rpm，反应时间为24h。
4.根据权利要求1所述微生物载体的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述六水合氯化铁的溶解浓度为20mg/mL。
5.根据权利要求1所述微生物载体的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述盐酸溶液的pH为2，调节所述改性溶液pH在3-5间的酸性环境。
6.根据权利要求1所述微生物载体的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述密封反应的反应温度为60℃，反应时间为24h。
7.一种微生物载体，其特征在于，由权利要求1-6之一所述方法制备得到。
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