一种胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料的制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种生物基质材料领域，为解决现有技术中合成价格较高，不可自然降解，不具有诱发释放功能，不具有靶向性和缓释性，兼容性不大等问题，本发明专利技术提出了一种胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料的制备方法与应用，（1）在邻苯二甲酸酐对壳聚糖C2的-NH2进行保护的条件下，通过对壳聚糖进行羧甲基化反应，合成O-羧甲基壳聚糖，（2）通过胆固醇与羧甲基壳聚糖C6上的-COOH进行酯化反应，合成胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料。利用本发明专利技术的胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料，可以开发出具有高效、低残留的绿色环保纳米胶囊缓释抗菌农药新剂型，可以延长农药作用持效期、降低农业农药施用量、农药高效利用和环境保护。

【技术实现步骤摘要】
一种胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料的制备方法与应用
本专利技术涉及一种生物基质材料领域，具体地说设计一种胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料的制备方法与应用。
技术介绍
农药缓释制剂可以控制原药在适当长的时间内缓慢释放出来，从而达到提高农药利用率，减少环境污染的目的，是最节省、最安全的制剂，属于农药制剂市场中发展迅速的新兴领域。农药缓释剂在农林业害虫防治和环境保护方面具有潜在的应用价值，它具有多方面的优势：(1)改善药剂物理性能，提高农药的稳定性；(2)有效降低了环境因素如光、水和微生物对原药的分解；(3)降低了农药的毒性；(4)延长农药的作用持效期，减少农药使用量，进而改善农药对人、畜和环境的影响。农药缓释剂具有的这些优势，弥补了传统杀菌剂的缺点，而且其缓释能力具有可控性，是近年来新型农药剂型研究的前沿。制备缓释农药关键在于基质缓释材料，纳米胶囊作为农药领域里重要的剂型载体，其应用效果与基质壁材的选择有非常重要的关系，壁材的选择对纳米胶囊的性能有很大的影响。生物质材料因为具有无毒、可生物降解、来源广、易化学改良以及良好的生物相容性等优点，使它在控制释放体系中应用较多，在农药的研究与应用中具有重要意义。但是目前采用的壁材存在以下的问题：(1)合成价格较高，不可自然降解，不具有诱发释放功能；(2)不具有靶向性和缓释性；(3)兼容性不大的问题，这些问题使其在缓释材料领域的应用受到了很大的限制。
技术实现思路
为解决现有技术中合成价格较高，不可自然降解，不具有诱发释放功能，不具有靶向性和缓释性，兼容性不大等问题，本专利技术提出了一种胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料的制备方法与应用，利用本专利技术的胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料这种新型生物质高分子，并结合高效农药的理化性质，可以开发出具有高效、低残留的绿色环保纳米胶囊缓释抗菌农药新剂型，这对于延长农药作用持效期、降低农业农药施用量，以及农药高效利用和环境保护具有十分重要的意义。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料的制备方法为；(1)将壳聚糖浸泡在异丙醇中，在10～20min内分次加入碱性溶液，在55～65℃下搅拌50～60min，形成pH＝12～14的碱性环境，然后再在10～20min内分次加入氯乙酸(C1CH2COOH)，与壳聚糖C6上的-OH反应，反应2.5～3小时，反应时保持温度变化在5℃范围内，然后通过体积浓度为95％的乙醇溶液回流，再用质量百分比浓度为85wt％的水合肼溶液进行肼解反应，使邻苯二甲酰亚氨基团脱保护，得到O-羧甲基壳聚糖。采用非质子溶剂法，在邻苯二甲酸酐对壳聚糖C2的-NH2进行保护的条件下，利用壳聚糖进行羧甲基化反应的活性顺序是C6-OH＞C3-OH的特性，通过对壳聚糖进行羧甲基化反应，合成O-羧甲基壳聚糖，该过程的反应方程式如下所示：上述方程式中n为正整数。壳聚糖、O-羧甲基壳聚糖的相对分子质量为3×105～7×105Da。作为优选，碱性溶液选自强碱溶液，更优选为质量百分比浓度为50wt％的NaOH溶液。作为优选，壳聚糖、氯乙酸的质量比为1∶4.5～12；(2)将步骤(1)得到的O-羧甲基壳聚糖溶解在醋酸溶液中，然后将胆固醇溶解于二甲基甲酰胺中，再将活化剂加入到二甲基甲酰胺溶液中得到混合液，在磁力搅拌下搅拌25～35min后将混合液缓慢滴加到O-羧甲基壳聚糖醋酸溶液中，于室温下反应2～3天，将反应液过滤，滤液再沉淀，沉淀物洗涤后干燥，然后抽提，纯化，得产物胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料。作为优选，活化剂、O-羧甲基壳聚糖、胆固醇的质量比为1∶2～3∶2～3。活化剂选自碳二亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺中一种或两种。作为优选，醋酸作为溶剂，用量为使溶质溶解的量。醋酸溶液选自体积浓度为2～4％，室温为25℃。二甲基甲酰胺作为溶剂，用量为使溶质溶解的量。作为优选，反应完成后，将反应液过滤，滤液用甲醇/氨水(体积比7∶3)沉淀。沉淀物依次用甲醇、去离子水充分洗涤后，冷冻干燥。将干燥好的产物用无水乙醇抽提24h，纯化，得产物胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料。通过胆固醇与羧甲基壳聚糖C6上的-COOH进行酯化反应，合成胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料。该过程的反应方程式如下所示：上述方程式中，n为正整数。所述的一种胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料在纳米胶囊上的应用。即采用乳化法，将胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料溶于水中，再将三唑类农药溶于环己烷中，并滴加到溶有胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料的水中，然后调节溶液pH＝5.5，高速搅拌20～24h，即得到负载三唑类农药的胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物纳米胶囊。乳化法的原理是，利用胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料的两亲性，胆固醇的疏水性和羧甲基壳聚糖的极性，将难溶于水的三唑类农药通过疏水作用包裹在胆固醇层内，外面再有羧甲基壳聚糖层，这样就形成了纳米胶囊。优选采用0.10mol/LHCl和0.10mol/LNaOH调节溶液pH。作为优选，胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料与杂环类化合物的质量比为1～3∶5。三唑类农药选自噻菌灵(Thiabendazole)、戊唑醇(Tebuconazole)、苯醚甲环唑(Difenoconazole)中一种或几种，水优选为蒸馏水。在弱酸条件下，胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料因含有大量的-COO-而带负电，溶液中分子链构象的变化使得更多的-COO-暴露在纳米胶囊外部，而胆固醇的疏水性使其作为囊壁内层，从而将三唑类农药包载在内部。本专利技术中所述溶液的使用量为使溶质溶解的量。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)拓展了纳米胶囊农药的品种和范围；(2)合成价格低廉、可自然降解以及具有诱发释放的功能；(3)可以制作具有靶向性和缓释性的纳米微胶囊，制成的缓释农药具有良好的缓释可控性，可以达到减少环境污染的目的；(4)扩大了兼容性，可以把一些极性不相同的物质一同加工成纳米胶囊悬浮剂。附图说明图1为实施例壳聚糖核磁共振波谱；图2为实施例壳聚糖红外光谱；图3为实施例1胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料核磁共振波谱图；图4为实施例1胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料红外光谱图；图5为测试例1中TGA曲线图；图6为测试例2中HPLC色谱图；其中：A为空白胆固醇-羧甲基壳聚糖，B为噻菌灵-胆固醇-羧甲基壳聚糖，C为噻菌灵对照品；图7为测试例2中HPLC检测噻菌灵标准曲线图。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术做进一步详细说明。本实施例中壳聚糖以市购的Chitosan为原料，壳聚糖以及O-羧甲基壳聚糖的相对分子质量为3×105～7×105Da。壳聚糖核磁共振波谱如图1所示，壳聚糖红外光谱如图2所示。实施例1(1)将壳聚糖1g浸泡在异丙醇中，分3次加入50wt％的NaOH溶液，并在10分钟内加完，55℃下搅拌50min，形成pH＝12碱性环境，再分3次加入氯乙酸6g，并在10内加完，与壳聚糖C6上的-OH反应，保持温度变化在5℃范围内，反应2.5h，通过体积浓度为95％的乙醇回流，用质量百分比浓度为85wt％的水合肼溶液进行肼解反应，使邻苯二甲酰亚氨基团脱保护，形成O-羧甲基壳聚糖；(2)将O-羧甲基壳聚糖0.6g溶解于体积比为2％的醋酸溶液中，将0.6g胆固醇溶解于二甲基甲酰胺中，将活化剂碳二亚胺0.3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种胆固醇‑羧甲基壳聚糖衍生物材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为；(1)将壳聚糖浸泡在异丙醇中，在10～20min内分次加入碱性溶液，在55～65℃下搅拌50～60min，形成pH＝12～14的碱性环境，然后再在10～20min内分次加入氯乙酸，反应2.5～3h，再用质量百分比浓度为85％的肼水化合物溶液进行肼解反应，得到O‑羧甲基壳聚糖；(2)将步骤(1)得到的O‑羧甲基壳聚糖溶解在醋酸溶液中，然后将胆固醇溶解于二甲基甲酰胺中，再将活化剂加入到二甲基甲酰胺溶液中得到混合液，搅拌25～35min后将混合液滴加到溶解了O‑羧甲基壳聚糖的醋酸溶液中，于室温下反应2～3天，将反应液过滤，滤液再沉淀，沉淀物洗涤后干燥，然后抽提，纯化，得产物胆固醇‑羧甲基壳聚糖衍生物材料。

【技术特征摘要】
1.一种胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为；（1）将壳聚糖浸泡在异丙醇中，采用非质子溶剂法，在邻苯二甲酸酐对壳聚糖C2的-NH2进行保护的条件下，在10~20min内分次加入碱性溶液，在55~65℃下搅拌50~60min，形成pH=12~14的碱性环境，然后再在10~20min内分次加入氯乙酸，反应2.5~3h，再用质量百分比浓度为85%的肼水化合物溶液进行肼解反应，得到O-羧甲基壳聚糖；（2）将步骤（1）得到的O-羧甲基壳聚糖溶解在醋酸溶液中，然后将胆固醇溶解于二甲基甲酰胺中，再将活化剂加入到二甲基甲酰胺溶液中得到混合液，搅拌25~35min后将混合液滴加到溶解了O-羧甲基壳聚糖的醋酸溶液中，于室温下反应2~3天，将反应液过滤，滤液再沉淀，沉淀物洗涤后干燥，然后抽提，纯化，得产物胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料。2.根据权利要求1所述的一种胆固醇-羧甲基壳聚糖衍生物材料的制备方法，其特征在于，壳聚糖、氯乙酸的质量比为1：4.5~12，壳聚糖以及O-羧甲基壳聚糖的相对分子质量为3×105~7×105Da。3.根据权利要求1所述的一种胆固醇-羧甲基壳聚糖...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭明，娄钧翼，姚珊珊，马燕飞，
申请(专利权)人：浙江农林大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33