一种甲壳素/氧化石墨烯复合海绵及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于生物工程分离领域，具体涉及一种甲壳素/氧化石墨烯复合海绵及其制备方法与应用。所述制备方法包括以下步骤：甲壳素/氧化石墨烯复合海绵的制备：将甲壳素和氧化石墨烯共同低温溶解于氢氧化钠/尿素体系中，经过加热后冷冻—干燥得到甲壳素/氧化石墨烯复合海绵材料。本发明专利技术方法具有反应条件温和、成本低廉、绿色环保等优点。制备得到的用于胆红素吸附的甲壳素/氧化石墨烯复合海绵对于胆红素模板分子具有吸附量大、吸附效率高等优点，可应用于血液净化中胆红素的吸附。

Chitin / graphene oxide composite sponge and preparation method and application thereof

The invention belongs to the field of bioengineering separation, in particular to a chitin/graphene oxide composite sponge, a preparation method and application thereof. The preparation method comprises the following steps: the preparation of the chitin/graphene oxide composite sponge: the chitin and graphene oxide are dissolved together in the sodium hydroxide/urea system at low temperature, and the chitin/graphene oxide composite sponge material is obtained by freezing-drying after heating. The method has the advantages of mild reaction conditions, low cost, and environmental protection. The prepared chitin/graphene oxide composite sponge for bilirubin adsorption has the advantages of large adsorption capacity and high adsorption efficiency for bilirubin template molecule, and can be applied to the adsorption of bilirubin in blood purification.

【技术实现步骤摘要】
一种甲壳素/氧化石墨烯复合海绵及其制备方法与应用
本专利技术属于生物工程分离领域，具体涉及一种甲壳素/氧化石墨烯复合海绵及其制备方法与应用。
技术介绍
正常人体血液中胆红素的含量为0.2～1mg/dL，如果胆红素产生过多或者代谢途径受阻，会导致体内大量胆红素的积聚，产生系统毒性。近年来，随着生物材料的迅速发展，血液灌流疗法的发展也非常的迅速，逐渐得到广大患者接受，成为继药物、手术疗法后的“第三疗法”。血液灌流疗法中的核心内容是血液吸附材料的研发，目前已经制备出不少吸附材料，并有部分产品应用于临床。但是现有的吸附材料一方面吸附性能差，生物相容性较差，另一方面就是成本较高，增加了病人的治疗负担。因此，开发新型的具有良好吸附性能和血液相容性的新型吸附材料，同时尽可能降低成本具有重要的科学研究意义和临床实用价值。胆红素中含有羧基与亚胺基，吸附材料可通过非极性吸附(疏水吸附)、阴离子交换吸附(静电相互作用)或极性吸附(氢键相互作用)等对胆红素发生吸附作用。目前，用作胆红素血液灌流的吸附材料主要有两大类：活性炭和树脂。活性炭作为吸附材料，对血小板破坏严重，而且微小炭粒在血管中可造成栓塞。后来将颗粒活性炭包膜用于血液灌流，才使活性炭血液灌流进入了临床实用阶段。该技术的核心是高性能吸附材料的研发，目前也已陆续研究开发出一些高分子树脂类吸附材料用于胆红素的吸附，国外的XAD系列吸附树脂和国内的NK107，NK110等吸附树脂产品都已用于血液灌流的临床。到目前为止，所用的吸附材料的临床效果不能令人完全满意，主要原因是现有吸附材料存在吸附性能较差，血液相容性不理想，材料的成本较高等问题。近年来，环境友好型可再生资源的开发和利用可缓解地球上有限资源的枯竭和环境污染等问题，日益引人关注。甲壳素是自然界中广泛存在的可再生资源，主要存在于邮、蟹壳，真菌和藻类的细胞壁及节肢动物的外壳中，具有资源丰富、环境友好、价格低廉、生物亲和性好、可生物降解等优点，可在生物医学领域获得广泛应用。但是甲壳素结晶度高，很难溶解。氧化石墨烯因其具有巨大的比表面积、丰富的孔隙结构和含氧官能团(如–OH，–COOH，C＝O等)，具有广泛高效的吸附能力，可吸附金属、有机物和小分子等物质，是一种优秀的高效吸附材料，可用于清除水污染及毒素等，胆红素作为血液中主要的毒素，氧化石墨烯对其具有高效吸附性。因此，氧化石墨烯是一种极具潜力的血液灌流吸附材料，同时具有优异的力学性能和导电性，表面容易功能化，可与其他材料结合。但由于氧化石墨烯的生物相容性和血液相容性差，严重限制了其在生物医学中的应用。因此，目前医学领域中急需将甲壳素和氧化石墨烯相结合，制备出具有高吸附容量、高力学性能和良好血液相容性的新型胆红素吸附材料的技术。
技术实现思路
为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种甲壳素/氧化石墨烯复合海绵的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供一种甲壳素/氧化石墨烯复合海绵。本专利技术的再一目的在于提供上述甲壳素/氧化石墨烯复合海绵的应用。本专利技术涉及化学、生物、医学等领域，具有交叉学科研究的特点，首先通过绿色环保的氢氧化钠/尿素体系制备了均一、稳定的甲壳素和氧化石墨烯的混合溶液，然后对前驱混合溶液进行简单的加热得到其水凝胶，最后通过冷冻—干燥法得到甲壳素/氧化石墨烯复合海绵并用于胆红素的吸附。本专利技术的目的具体通过下述技术方案实现：一种甲壳素/氧化石墨烯复合海绵的制备方法，包括以下步骤：采用低温冷冻-熔融法将甲壳素和氧化石墨烯溶解在氢氧化钠/尿素体系中，获得含有甲壳素和氧化石墨烯的溶液；将含有甲壳素和氧化石墨烯的溶液在60-90℃下密闭加热5～12h，得到甲壳素/氧化石墨烯水凝胶；将所述水凝胶洗成中性，冷冻—干燥得到甲壳素/氧化石墨烯复合海绵材料；所述甲壳素/氧化石墨烯水凝胶中所述甲壳素和氧化石墨烯的质量比为100：5～30。优选的，所述甲壳素在所述溶液中的质量百分数为1-4wt％。优选的，所述含有甲壳素和氧化石墨烯的溶液通过如下方法配制：在-80～-40℃下将甲壳素和氧化石墨烯共同溶解于氢氧化钠/尿素溶液中，离心后得到含有甲壳素和氧化石墨烯的溶液。更优选的，所述氢氧化钠的质量百分数为8-11wt％，尿素的质量百分数为4-6wt％。更优选的，所述离心速度为3000-6000rpm，离心时间为5-30min。一种甲壳素/氧化石墨烯复合海绵，由上述甲壳素/氧化石墨烯复合海绵的制备方法制备得到。上述甲壳素/氧化石墨烯复合海绵在吸附胆红素方面的应用，尤其是针对临床上高胆红素血症患者(血液中胆红素的浓度高于20mg/dL)血液中胆红素的吸附。本专利技术利用生物相容性和血液相容性良好的甲壳素对氧化石墨烯进行改性，可大大提高其生物相容性和血液相容性，制得综合性能优异的复合材料，使其在血液灌流中得到广泛的应用。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：1.本专利技术利用简单的加热方法，以低廉的成本将甲壳素与氧化石墨烯相结合，即能够制得高孔隙率、高力学性能和血液相容性好的甲壳素/氧化石墨烯复合海绵，从而实现对胆红素的高性能吸附；2.本专利技术制备技术中，选择绿色环保的氢氧化钠/尿素体系溶解得到甲壳素和氧化石墨烯的混合溶液，然后加热、冷冻—干燥得到复合材料，反应条件温和，操作简便。3.本专利技术制备得到的甲壳素/氧化石墨烯复合海绵材料对于目标分子胆红素具有很好的吸附效果，能够快速地去除胆红素。附图说明图1为对比例1得到的甲壳素海绵的扫描电镜(SEM)图。图2为实施例2得到的甲壳素/氧化石墨烯复合海绵的扫描电镜(SEM)图。图3为对比例1和实施例1～3的血液相容性评价图。图4为对比例1和实施例1～3的力学性能图。图5为对比例1和实施例1～3的孔隙率图。图6为对比例1和实施例1～3所得产品对胆红素的动力学吸附曲线。图7为对比例1和实施例3所得产品在不同胆红素浓度下的吸附曲线。图8为对比例1和实施例1～3所得产品在模拟血液灌流条件下的动力学吸附曲线。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。下列实施例中的试剂均可从商业渠道获得。对比例1在-80℃下，采用低温冷冻—熔融的方法将2g甲壳素(Ch)溶解在98g的氢氧化钠/尿素(NaOH/Urea)体系中，6000rpm离心15min后获得纯甲壳素溶液，其中氢氧化钠(NaOH)的质量分数为11wt％，尿素(Urea)的质量分数为4wt％。然后采用密闭加热的方法，将3mL的上述甲壳素溶液加入10mL的密闭玻璃瓶中，90℃下加热12h，得到其水凝胶，洗成中性后采用冷冻—干燥的方法将水凝胶冻干后得到甲壳素海绵，其SEM图如图1所示。实施例1在-80℃下，采用低温冷冻—熔融的方法将甲壳素和氧化石墨烯溶解在氢氧化钠/尿素(NaOH/Urea)体系中，6000rpm离心15min后得到含有甲壳素和氧化石墨烯的混合溶液，其中氢氧化钠(NaOH)的质量分数为11wt％，尿素(Urea)的质量分数为4wt％，甲壳素(Ch)的质量分数为2wt％，氧化石墨烯(GO)的质量分数为0.1wt％，甲壳素和氧化石墨烯的比例为100：5。然后采用密闭加热的方法，将3mL的上述甲壳素和氧化石墨烯混合溶液加入10mL的密闭玻璃瓶中，90℃下加热12h，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种甲壳素/氧化石墨烯复合海绵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用低温冷冻‑熔融法将甲壳素和氧化石墨烯溶解在氢氧化钠/尿素体系中，获得含有甲壳素和氧化石墨烯的溶液；将含有甲壳素和氧化石墨烯的溶液在60‑90℃下密闭加热5～12h，得到甲壳素/氧化石墨烯水凝胶；将所述水凝胶洗成中性，冷冻—干燥得到甲壳素/氧化石墨烯复合海绵材料；所述甲壳素/氧化石墨烯水凝胶中所述甲壳素和氧化石墨烯的质量比为100：5～30。

【技术特征摘要】
1.一种甲壳素/氧化石墨烯复合海绵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用低温冷冻-熔融法将甲壳素和氧化石墨烯溶解在氢氧化钠/尿素体系中，获得含有甲壳素和氧化石墨烯的溶液；将含有甲壳素和氧化石墨烯的溶液在60-90℃下密闭加热5～12h，得到甲壳素/氧化石墨烯水凝胶；将所述水凝胶洗成中性，冷冻—干燥得到甲壳素/氧化石墨烯复合海绵材料；所述甲壳素/氧化石墨烯水凝胶中所述甲壳素和氧化石墨烯的质量比为100：5～30。2.根据权利要求1所述的一种甲壳素/氧化石墨烯复合海绵的制备方法，其特征在于，所述甲壳素在所述溶液中的质量百分数为1-4wt％。3.根据权利要求1所述的一种甲壳素/氧化石墨烯复合海绵的制备方法，其特征在于，所述含有甲壳素和氧化石墨烯的溶液通过如下方法配制：在-80～-40℃下将甲壳素和氧化石墨烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦延鹏，宋茜，周长忍，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44