RU2627540C1 - Способ получения нанокристаллитов низкомолекулярного хитозана - Google Patents
Способ получения нанокристаллитов низкомолекулярного хитозана Download PDFInfo
- Publication number
- RU2627540C1 RU2627540C1 RU2016114428A RU2016114428A RU2627540C1 RU 2627540 C1 RU2627540 C1 RU 2627540C1 RU 2016114428 A RU2016114428 A RU 2016114428A RU 2016114428 A RU2016114428 A RU 2016114428A RU 2627540 C1 RU2627540 C1 RU 2627540C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- molecular weight
- solution
- chitosan
- kda
- sulfuric acid
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
- C08B37/00—Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof
- C08B37/0006—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid
- C08B37/0024—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid beta-D-Glucans; (beta-1,3)-D-Glucans, e.g. paramylon, coriolan, sclerotan, pachyman, callose, scleroglucan, schizophyllan, laminaran, lentinan or curdlan; (beta-1,6)-D-Glucans, e.g. pustulan; (beta-1,4)-D-Glucans; (beta-1,3)(beta-1,4)-D-Glucans, e.g. lichenan; Derivatives thereof
- C08B37/0027—2-Acetamido-2-deoxy-beta-glucans; Derivatives thereof
- C08B37/003—Chitin, i.e. 2-acetamido-2-deoxy-(beta-1,4)-D-glucan or N-acetyl-beta-1,4-D-glucosamine; Chitosan, i.e. deacetylated product of chitin or (beta-1,4)-D-glucosamine; Derivatives thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам получения нанокристаллитов низкомолекулярного хитозана и может быть использовано в химическом производстве для создания нановолокнистых полимерных материалов, пленок, гранул, волокон, в качестве стабилизатора в пищевой промышленности, в косметологии и в сельском хозяйстве. Способ предусматривает диспергирование в воде высокомолекулярного хитозана с молекулярной массой 190-250 кДа при интенсивном перемешивании, последующую обработку в 9,00-17,00%-ном водном растворе серной кислоты при 100-120°C в течение 20-55 минут для проведения гомогенного гидролиза. Затем высаживают продукт гидролиза из сернокислого раствора путем введения в горячий раствор 10%-ного раствора гидроксида натрия при объемном соотношении гидроксида натрия и серной кислоты 1:0,667. Полученный продукт промывают и сушат при комнатной температуре. Изобретение позволяет получить низкомолекулярный хитозан с молекулярной массой 5-20 кДа с высокой степенью кристалличности, термостабильностью, антимикробной активностью и биологической совместимостью. 1 табл., 3 пр.
Description
Изобретение относится к способам получения производных хитина, а именно к способу получения низкомолекулярного хитозана, и может быть использовано в химических производствах для создания новых лекарственных и косметических препаратов.
В России на протяжении последних лет природный полимер хитозан находит широкое использование в различных отраслях промышленности и медицины благодаря сочетанию его уникальных специальных свойств и широкой доступности.
Хитозан является физиологически активным соединением природного происхождения и представляет собой высокомолекулярные углеводы, построенные из остатков моносахаридов и не содержащие никаких компонентов неуглеводного характера. Хитозан представляет собой биополимер с высокой молекулярной массой 1000 кДа и выше, низкой биологической активностью, высокой вязкостью и низкой растворимостью в нейтральных средах.
В настоящее время актуальными являются исследования процессов деструкции высокомолекулярного хитозана (ВМХ) для получения низкомолекулярных препаратов, обладающих более высокой биологической активностью, чем природный полимер и разработка новых современных технологий для их производства.
Известны различные способы деструкции хитозана, например, достаточное распространение получил способ ферментативного гидролиза хитозана с использованием специфических ферментов; обработка хитозана в кислых средах; облучение ультразвуком; деструкция в токе плазмы.
Известен способ получения низкомолекулярного водорастворимого хитозана путем ферментативного расщепления ВМХ, заключающийся в том, что ферментативное расщепление проводят с использованием иммобилизованного на инертном носителе хитиназного комплекса в две стадии: сначала при рН 4,5-5,0 и температуре 45-50°С в течение 16 часов при массовом соотношении хитозан: иммобилизованный на инертном носителе хитиназный комплекс 1:10, а затем при рН 6,0-6,5, температуре 37°С в течение 8-12 часов при том же их массовом соотношении.
Известный способ позволяет получать низкомолекулярный хитозан (НМХ) с молекулярной массой 1000-3000 дальтон, обладающий хорошей растворимостью и может быть использован в качестве носителя биологически активных соединений и как противовирусный препарат (RU 2073016, С08В 37/08, опубл. 10.02.1997).
Недостатками известного способа являются длительность процесса и его низкая производительность, к тому же процесс идет в кислой среде с образованием солей, которые в промышленных условиях трудно выводить.
Известен способ получения НМХ в бессолевой среде путем ферментативной деполимеризации, включающий переосаждение исходного ВМХ, отмывку переосажденного хитозана с помощью крупнопористого фильтра, растворение переосажденного хитозана в растворе кислоты до оптимального для ферментативной деполимеризации значения рН 5,5 с последующей ферментативной деполимеризацией хитозана с использованием ферментного препарата целловиридин Г20Х.
Полученный НМХ имеет молекулярную массу (мм) 2-20 кДа, высокую биологическую активность и способность растворяться в нейтральных растворах (RU 2425844, С08В 37/08, опубл. 10.08.2011).
Однако известно, что ферментные препараты работают в узких диапазонах рН, в связи с чем необходимо устанавливать и поддерживать в процессе реакции заданное значение рН, что технологически является достаточно сложным и дорогим.
Известен способ получения НМХ, включающий приготовление раствора ВМХ в 1% водной уксусной кислоте, прибавление к нему раствора пероксида водорода в количестве 0,5-1,5 мас. % к общей массе раствора в присутствии каталитических количеств оксида марганца, выдерживание при температуре 18-50°С в течение 30 мин, добавление по окончании времени реакции водного раствора аммиака, доводя рН реакционной смеси до 6,9-7,0, после выпадения осадка в реакционную массу прибавляют ацетон и выдерживают в течение 2 часов, осадок отфильтровывают, промывают дистиллированной водой и ацетоном, сушат.
По известному способу получают НМХ с молекулярной массой 30 кДа; 9 кДа; 3 кДа (RU 2417088, С08В 37/08, опубл. 27.04.2011).
Недостатком известного способа является длительность технологического процесса, что удорожает производство.
Известен способ получения наночастиц сукцината хитозана, включающий взаимодействие хитозана и янтарной кислоты с последующим выделением целевого продукта, причем готовят 0,11-0,17% раствор янтарной кислоты при комнатной температуре, фильтруют нерастворившуюся янтарную кислоту и вносят в полученный раствор предварительно очищенный НМХ с молекулярной массой 3 кДа; 9 кДа; 30 кДа, выдерживают при перемешивании со скоростью 200 об/мин в течение 2 часов, по окончании реакции добавляют этанол и центрифугируют, твердый осадок фильтруют и сушат в вакуумном сушильном шкафу при температуре 30°С.
Размер частиц НМХ составляет 165 Нм; 186 Нм; 205 Нм; 270 Нм (RU 2562721, С08В 37/08, опубл. 10.09.2015).
Известен способ получения наночастиц глутамата хитозана, включающий взаимодействие хитозана с водным раствором глутаминовой кислоты при комнатной температуре и перемешивании с последующим извлечением глутамата хитозана, отличающийся тем, что используют НМХ молекулярной массы 3 кДа; 9 кДа; 30 кДа, который обрабатывают в течение 2 часов 0,005-0,1375% раствором глутаминовой кислоты при соотношении хитозан: глутаминовая кислота 1:0,864 при перемешивании со скоростью 200 об/мин, по окончании реакции прибавляют этанол и центрифугируют, твердый осадок фильтруют и сушат в вакуумном сушильном шкафу при температуре 30°С. Получают глутамат хитозана с наночастицами от 40 до 100 Нм (RU 2562723, С08В 37/08, опубл. 10.09.2015)
В известных способах для получения наночастиц НМХ обрабатывают НМХ с молекулярной массой 3 кДа; 9 кДа; 30 кДа. Однако по известным технологиям невозможно получить НМХ с высокой степенью кристалличности.
Известен способ получения наночастиц НМХ, включающий приготовление раствора предварительно очищенного НМХ в фильтрованной 1-2 мас. % водной уксусной кислоте, прибавление растворов гидроксидов щелочных металлов или аммония в течение 2 часов, диспергирование системы с помощью механической мешалки со скоростью 200-300 об/мин при температуре 20°С до рН 6,9-7,0, по окончании процесса дисперсию центрифугируют со скоростью 10000 об/мин и полученный твердый осадок редиспергируют в бидистилляте при механическом перемешивании со скоростью 200-300 об/мин при 20°С.
Размер полученных наночастиц составляет 30 Нм; 50 Нм; 83 Нм (RU 2428432, С08В 37/08, опубл. 10.09.2011).
Однако следует отметить, что выше описанные известные способы не решают проблему получения нанокристаллитов НМХ.
Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является способ получения микрокристаллического хитозана путем его осаждения из водного кислого раствора водным раствором щелочи, заключающийся в том, что водный кислый раствор 0,01-2,1 мас. хитозана (мм 600-700 кДа) и водный раствор щелочи с концентрацией 0,1-20,0 мас, одновременно вводят в реактор с получением смеси, имеющей рН, равной или выше 7, при скорости подачи раствора хитозана 1,2 5,3 об.ч./час и раствора щелочи 0,7 10 об.ч./час на 1 об.ч. реактора, а образующуюся дисперсию непрерывно выводят из реактора со скоростью, необходимой для поддержания постоянного объема дисперсии в реакторе, с последующей очисткой дисперсии, концентрированием и высушиванием. Размер полученных частиц составляет 0,1-10 мкм; 5-15 мкм; 15-20 мкм; 20-30 мкм; 40-50 мкм (RU 2046800, С08В 37/08, опубл. 27.10.1995).
Одним из основных недостатков известного способа является получение хитозана с высокой молекулярной массой (90-500 кДа) и с низкой биологической активностью.
Технический результат от использования изобретения заключается в создании высокоэффективной технологии получения низкомолекулярного хитозана с высокой степенью кристалличности, повышенной термостабильностью, высокой антимикробной активностью и с повышенной биологической совместимостью.
Данный технический результат достигается за счет предлагаемого способа получения нанокристаллитов низкомолекулярного хитозана при интенсивном перемешивании, включающего диспергирование в воде высокомолекулярного хитозана с молекулярной массой 190-250 кДа, последующую обработку в 9,0-17,0%-ном водном растворе серной кислоты при 100-120°С в течение 20-55 мин для проведения гомогенного гидролиза, высаживание продукта гидролиза из сернокислого раствора, путем введения в горячий раствор 10%-ного раствора гидроксида натрия при объемном соотношении гидроксида натрия и серной кислоты, равном соответственно 1:0,667, промывку и сушку полученного продукта при комнатной температуре.
Испытания проводили с использованием современных методов: ИК-спектроскопия; ядерно-магнитный резонанс; атомно-силовая микроскопия (АСМ); термогравиметрический анализ (ТГА); потенциометрия, УФ-фотокалориметрия, сорбционные, биохимические и другие. Обрабатывали полученные данные методами математической статистики.
По предлагаемому способу в процессе осаждения продукта гидролиза из сернокислого раствора при гомогенном гидролизе происходит формирование кристаллической структуры. Сопоставление уровней степени полимеризации и степени кристалличности полученного НМХ свидетельствуют о получении в предложенных условиях нанокристаллитов.
Исследования методом ТГА показали, что структура полученного НМХ более упорядочена и вследствие этого более термоустойчива по сравнению с исходным хитозаном, а именно полученный НМХ обладает повышенной термостабильностью.
НМХ в твердой фазе обладает высокой степенью кристалличности (90%), т.е. получен чистый продукт, не содержащий примесей, хорошо растворим в подкисленной воде, который может быть диспергирован в жидкой среде до наночастиц.
При исследовании морфологии полученных наночастиц НМХ методом АСМ определен их средний размер 100 Нм в диаметре и 20 Нм в высоту, что свидетельствует о получении в принятых условиях кристаллических структур. Наночастицы представляют собой агрегаты, состоящие из 12-25 кристаллитов.
Разработана высокоэффективная технология получения нанокристаллитов НМХ, а именно в едином технологическом процессе получен НМХ и нанокристаллиты, получен новый продукт - НМХ в виде нанокристаллитов с новыми свойствами.
Предложенный способ, по которому деструкцию ВМХ проводят сернокислотным гомогенным гидролизом, более эффективен в сравнении, например, с уксуснокислым гидролизом. Так продолжительность реакции до получения НМХ с молекулярной массой 5-30 кДа сокращается с 1500 до 20-55 мин.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Конкретные примеры осуществляют в лабораторном реакторе при постоянном интенсивном перемешивании со скоростью от 20 до 90 об/мин.
Пример 1
В сухой реактор при комнатной температуре загружают 5 г ВМХ мм 190 кДа, затем при перемешивании со скоростью 20-25 об/мин подают 90 мл дистиллированной воды и диспергируют 10 мин, полученную дисперсию нагревают до 100°С и вводят 10 мл 9%-ного водного раствора серной кислоты при скорости перемешивания 60-70 об/мин, проводят гомогенный гидролиз в течение 20 мин. По истечении времени гидролиза скорость перемешивания увеличивают до 80-90 об/мин и для высаживания продукта гидролиза в горячий раствор вводят 10%-ный раствор гидроксида натрия, при объемном соотношении гидроксида натрия и серной кислоты 1:0,667, а последующие промывки ведут дистиллированной водой до нейтральной среды и ацетоном, сушку осуществляют при комнатной температуре.
Полученный НМХ мм 30 кДа со степенью кристалличности 87%, со степенью полимеризации 185.
Пример 2
Обработку ведут по примеру 1, но берут ВМХ мм 250 кДа, вводят 10 мл 17%-ного водного раствора серной кислоты, проводят гомогенный гидролиз в течение 30 мин при 115°С.
Получают НМХ мм 25 кДа, степень кристалличности 90%, степень полимеризации 155.
Пример 3
Обработку ведут по примеру 1, но вводят 10 мл 17%-ного водного раствора серной кислоты, проводят гомогенный гидролиз в течение 55 мин при 120°С.
Получают НМХ мм 5 кДа, степень кристалличности 85%, степень полимеризации 30.
Предложена новая технология снижения молекулярной массы хитозана, получен новый НМХ с молекулярной массой 5-30 кДа с высокой степенью кристалличности, низкой степенью полимеризации с повышенными физико-механическими и функциональными свойствами, что дает возможность получать новые полимерные материалы с использованием низкомолекулярных нанокристаллитов хитозана и разрабатывать нановолокнистые полимерные пленки, гранулы, волокна для медицины, а также использовать полученный новый НМХ в качестве стабилизатора в косметологии, в пищевой промышленности и в сельском хозяйстве.
Полученный предлагаемым способом новый НМХ обладает ранозаживляющими, антимикробными свойствами. Нановолокнистый материал, изготовленный с его использованием, является перспективным для применения в качестве аппликативного покрытия для гнойных, ожоговых и послеоперационных ран.
Были проведены испытания по определению биологической активности нового НМХ по выживаемости клеток линии мышиных фибробластов L 929 после 24 часов инкубирования с экстрактами и контроль (100%) - клетки, культивируемые в среде без добавления экстрактов.
Согласно полученным данным по результатам МТТ теста установлено, что культивирование клеток в присутствии экстрактов материалов (нового НМХ) не снижает жизнеспособность клеток и не влияет на их морфологию, а следовательно, новый НМХ обладает высокой биологической совместимостью.
Антимикробную активность полученного нановолокнистого материала с использованием нового НМХ определяли по отношению к грамположительной микрофлоре Staphylococcus aureus и к грамотрицательной микрофлоре Escherichia coli.
Нановолокнистый материал с использованием нового НМХ обладает повышенной антимикробной активностью по сравнению с волокнистыми материалами с использованием исходного ВМХ, а по сравнению с нановолокнистым материалом, содержащим мирамистин, разница в размерах зон лизиса составляет 1-2 мм (см. таблицу).
Claims (1)
- Способ получения нанокристаллитов низкомолекулярного хитозана при интенсивном перемешивании, включающий диспергирование в воде высокомолекулярного хитозана с молекулярной массой 190-250 кДа, последующую обработку в 9,00-17,00%-ном водном растворе серной кислоты при 100-120°C в течение 20-55 минут для проведения гомогенного гидролиза, высаживание продукта гидролиза из сернокислого раствора путем введения в горячий раствор 10%-ного раствора гидроксида натрия при объемном соотношении гидроксида натрия и серной кислоты, равном соответственно 1:0,667, промывку и сушку полученного продукта при комнатной температуре.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016114428A RU2627540C1 (ru) | 2016-04-14 | 2016-04-14 | Способ получения нанокристаллитов низкомолекулярного хитозана |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016114428A RU2627540C1 (ru) | 2016-04-14 | 2016-04-14 | Способ получения нанокристаллитов низкомолекулярного хитозана |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2627540C1 true RU2627540C1 (ru) | 2017-08-08 |
Family
ID=59632572
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016114428A RU2627540C1 (ru) | 2016-04-14 | 2016-04-14 | Способ получения нанокристаллитов низкомолекулярного хитозана |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2627540C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2703437C1 (ru) * | 2018-08-29 | 2019-10-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Способ получения низкомолекулярного олигомерного хитозана и его производных |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2046800C1 (ru) * | 1989-06-30 | 1995-10-27 | Фирэкстра Ой | Способ получения микрокристаллического хитозана |
WO2008038134A1 (en) * | 2006-09-26 | 2008-04-03 | Yau Shan Szeto | Method for preparing chitosan nano-particles |
RU2428432C1 (ru) * | 2010-03-30 | 2011-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ФАРМХИМ" (ООО "ФАРМХИМ") | Способ получения наночастиц низкомолекулярного хитозана |
US20120269729A1 (en) * | 2011-04-20 | 2012-10-25 | Swadeshmukul Santra | Stabilized chitosan-based nanoparticles and methods for making the same |
-
2016
- 2016-04-14 RU RU2016114428A patent/RU2627540C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2046800C1 (ru) * | 1989-06-30 | 1995-10-27 | Фирэкстра Ой | Способ получения микрокристаллического хитозана |
WO2008038134A1 (en) * | 2006-09-26 | 2008-04-03 | Yau Shan Szeto | Method for preparing chitosan nano-particles |
RU2428432C1 (ru) * | 2010-03-30 | 2011-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ФАРМХИМ" (ООО "ФАРМХИМ") | Способ получения наночастиц низкомолекулярного хитозана |
US20120269729A1 (en) * | 2011-04-20 | 2012-10-25 | Swadeshmukul Santra | Stabilized chitosan-based nanoparticles and methods for making the same |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2703437C1 (ru) * | 2018-08-29 | 2019-10-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Способ получения низкомолекулярного олигомерного хитозана и его производных |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Reddy et al. | Purification and characterization of hyaluronic acid produced by Streptococcus zooepidemicus strain 3523-7. | |
CN106995502B (zh) | 双功能基团改性壳聚糖衍生物及其制备方法 | |
CN110734465B (zh) | 一种氨基葡萄糖硫酸钾盐的制备方法 | |
JP2020507666A (ja) | オゾンを用いた多糖類の分解方法 | |
BR112012008053B1 (pt) | método de produção de heparosano substancialmente puro a partir de e. coli k5 | |
CN115181195A (zh) | 一种含喹啉基团的壳寡糖季铵盐衍生物及制备方法和应用 | |
RU2627540C1 (ru) | Способ получения нанокристаллитов низкомолекулярного хитозана | |
CN113173956B (zh) | 一种乳糖酸克拉霉素的制备方法 | |
CN107602726B (zh) | 低分子量c6-羧基甲壳素及其制备方法 | |
Funes et al. | Theoretical and experimental studies of chitin nanocrystals treated with ionic liquid or deep eutectic solvent to afford nanochitosan sheets | |
Gotoh et al. | Preparation and characterization of conjugates of silk fibroin and chitooligosaccharides | |
Takeda et al. | Enzymatic degradation of β-1, 4-linked N-acetylglucosaminoglucan prepared from Thiothrix nivea | |
Vokhidova et al. | Synthesis and study of the structure of N-succinyl chitosan Bombyx mori and their biological applications | |
US20040242537A1 (en) | Acetylation method of chitosan | |
RU2627870C1 (ru) | Способ получения низкомолекулярного хитозана и олигомеров хитозана | |
Gülsu et al. | Preparation of gentamicin conjugated cellulose nanocrystals and evaluation of efficacy on different microorganisms | |
US7345165B2 (en) | Method for preparing water-soluble free amine chitosan | |
CN110982862B (zh) | 一种大规模制备高纯度不饱和透明质酸二糖的方法 | |
Chen et al. | Preparation of amphoteric N, O‐carboxymethyl hydroxypropyl chitosan by a two‐step reaction | |
Huang et al. | Ultrasonic-assisted preparation, characterization and antibacterial activity of β-chitosan from squid pens | |
RU2417088C1 (ru) | Способ получения низкомолекулярного хитозана | |
Ibram | Studies on chitosan, chitin and chitooligosaccharides and their biomedical properties | |
JP2758475B2 (ja) | キトサンオリゴマー及びその製造法 | |
CN102803298B (zh) | 透明质酸的提纯方法 | |
KR100316345B1 (ko) | 키토산의분자량조절제법 |