生产纳米原纤纤维素水凝胶的方法技术

一种生产纳米原纤纤维素水凝胶的方法包括得到漂白的纤维素浆料纤维，并提供其水性悬浮液；使所述水性悬浮液中的纤维素浆料纤维经历至少2轮的高压机械崩解，以得到纳米原纤纤维素水凝胶，从而将悬浮液中存在的活微生物的数量减少至少10

A method for producing nanoscale fibrin hydrogels

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生产纳米原纤纤维素水凝胶的方法专利
本专利技术涉及生产纳米原纤纤维素水凝胶的方法，纳米原纤纤维素水凝胶，纳米原纤纤维素水凝胶的用途，用于生产纳米原纤纤维素水凝胶的系统，以及高压机械崩解设备的应用。背景已经发现纳米原纤纤维素水凝胶可以用于各种用途，例如用于化妆品、药品和作为细胞培养的生长培养基。但是，这些用途通常需要水凝胶是经过消毒或灭菌的。而水凝胶的其它性质不能受到灭菌的影响。通常，灭菌效率定义为除去或破坏所有形式的微生物生命，包括作为营养形式或孢子的病毒、细菌和真菌的能力。但是，由于无法验证绝对无菌性，所以在实践中使用无菌的统计学定义。例如，安全保证水平(SAL)定义为“灭菌后在产品中或产品上发生单个活微生物的概率”。全球公认的医疗器械无菌的定义为在医疗器械中或医疗器械上发现活微生物的机会最多为1/1000000或最多10-6的SAL。例如，通过使纳米原纤纤维素水凝胶在121℃的温度下过度高压灭菌20分钟可以减少或消除该水凝胶中活微生物的数量。这种过度高压灭菌(overkillautoclaving)是相当有效的，因为纳米原纤纤维素水凝胶中活微生物的数量通常可以降低至少1012倍。但是，过度高压灭菌也有一些缺点，因为它会对水凝胶的性质造成负面影响。并且，该方法是耗费劳力的，必需间歇进行。此外，进行过度高压灭菌通常需要松开高压灭菌容器的盖子以防止沸溢和破损，在容器及其含有的物质冷却后，需要旋紧盖子，因为容器中蒸汽冷却造成的真空可能导致盖子或容器破碎，从而导致污染风险。因此，本专利技术人已经认识到，需要一种生产纳米原纤纤维素水凝胶使其适用于其它用途的方法。
技术实现思路
所述方法的特征如权利要求1所述。纳米原纤纤维素水凝胶的特征如权利要求17所述。纳米原纤纤维素水凝胶在治疗中的用途的特征如权利要求23所述。纳米原纤纤维素水凝胶的用途的特征如权利要求24和25所述。用于生产纳米原纤纤维素水凝胶的系统的特征如权利要求26所述。高压机械崩解设备在生产纳米原纤纤维素水凝胶中的应用的特征如权利要求31所述。附图简要说明包括附图以提供对本专利技术的进一步理解，附图构成说明书的一部分，举例说明一些实施方式，与说明书一起帮助解释本专利技术的原理。在附图中：图1显示依据一个实施方式的生产纳米原纤纤维素水凝胶的系统。专利技术详述一种生产纳米原纤纤维素水凝胶的方法包括：得到漂白的纤维素浆料纤维，并提供其水性悬浮液；和使所述水性悬浮液中的纤维素浆料纤维经历至少2轮的高压机械崩解，以得到纳米原纤纤维素水凝胶，从而将悬浮液中存在的活微生物的数量减少至少102倍；其中，该方法在得到漂白的纤维素浆料纤维后的所有步骤都在ISO14644-1洁净室标准的ISO8或更严格的条件下进行。除非另有说明，在本说明书中，表述“纳米原纤纤维素”或“NFC”应理解为是指由基于纤维素的原料得到的分离的纤维素纳米原纤(CNF)和/或纳米原纤束的集合。纳米原纤通常具有高的纵横比。长度可超过1微米而直径通常低于200nm。最小的纳米原纤类似于所谓的初级原纤，通常其直径约为2-12nm。原纤或原纤束的尺寸取决于原料和崩解方法。纳米原纤纤维素的数均直径可以为1-100nm，例如1-50nm，或2-15nm。通常，天然(非衍生的)级别具有较大的直径和较宽的原纤尺寸分布，而衍生(例如，阴离子，阳离子)的级别具有较小的直径和较窄的尺寸分布。可用多种技术，例如使用显微镜确定原纤的直径。可通过对场致发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)(例如低温透射电子显微镜(cryo-TEM))或原子力显微镜(AFM)获得的图像进行图像分析来测定原纤厚度和宽度分布。通常，AFM和TEM最合适具有窄原纤直径分布的NFC级别。可由基于纤维素的原料得到纤维素浆料纤维。除非另有说明，在本说明书中，表述“基于纤维素的原料”应理解为是指含纤维素的任意原料源，由该原料源可以生产纤维素浆料纤维以及随后的纳米原纤纤维素。原则上，基于纤维素的纤维材料可基于含纤维素的任意植物材料。所述植物材料可以是木材。木材可以来自软木树如云杉、松树、冷杉、落叶松、花旗松或铁杉，或来自硬木树如桦树、白杨、杨树、桤木、桉树或刺槐，或者来自软木和硬木的混合物。非木材材料可以源自农业残留物、草或其他植物物质，例如从棉花、玉米、小麦、燕麦、黑麦、大麦、稻、亚麻、大麻、马尼拉麻、剑麻、黄麻、苎麻、洋麻、西沙尔麻落麻(bagasse)、竹或芦苇得到的秸秆、树叶、树皮、种子、壳、花、蔬菜或果实。根据原材料来源不同，例如硬木(HW)和软木(SW)浆液，最终NFC产品中存在不同的多糖组成。纳米原纤纤维素可含有各种量的半纤维素和木质素，具体取决于植物源和制浆条件。例如，漂白的桦木浆料具有高木糖含量(25重量％)和可忽略的木质素含量。纳米原纤纤维素总是不同多糖结构的复杂混合物。基于纤维素的纤维材料可通过利用化学、机械、热机械或化学热机械制浆工艺(例如牛皮纸法制浆，硫酸盐法制浆，碱法制浆，有机溶剂法制浆)和常规的漂白工艺从原料中分离纤维素纤维来形成。基于纤维素的纤维材料不含大量木质素，或者仅含有痕量的木质素或无法检测量的木质素。因此，NFC也是基本无木质素的。纳米原纤纤维素的特点是极高的保水值，高度化学可及性和在水中或其它极性溶剂中形成稳定凝胶、水凝胶的能力。纳米原纤纤维素产品通常是高原纤化的纤维素的致密网络。在水性环境中，纤维素纳米纤维的分散体形成粘弹性水凝胶网络。该水凝胶由分散和水合的缠结原纤在相对低浓度(例如0.05至0.2％(w/w))下形成。纤维素浆料在纤维素中包含晶体和无定形区域。用作原料的纤维素浆料的结晶度可以为至少50％。合适地，纤维素浆料的结晶度至少为55％，例如至少为60％，或至少为65％，或至少为70％。合适的NFC结晶度值的例子包括50-85％，例如60％-80％，或65-75％。NFC主要由I型纤维素组成。除非另有说明，在本说明书中，表述“水凝胶”或“纳米原纤纤维素水凝胶”应理解为是指具有连续或非连续凝胶结构的纳米原纤纤维素的水性分散体。术语“非连续”凝胶结构应理解为是指破碎为连续凝胶结构片的连续凝胶。可通过将纳米原纤纤维素与例如水、缓冲溶液、细胞培养基或任何其它水性溶液(任选补充有添加剂)组合来形成水凝胶。纳米原纤纤维素水凝胶的储能模量(G’)值大于其损耗模量(G”)值，并且在至少达到10％应变值下，它们的比值损耗角正切(G”/G’)小于1。可通过流变仪的动态振荡模式的频率扫描(应变1％和10％，频率0.1-100，温度25℃)来确定NFC水凝胶的粘弹性质储能模量G’、损耗模量G”和损耗角正切(G”/G’)。在0,001–100Pa的剪切应力范围内，在0.1Hz频率、25℃和pH7下测量应力扫描。为了表征纳米原纤纤维素级别的凝胶形成能力，测量在0.5重量％、1％应变、0.1Hz频率的条件下进行。为了确定某种材料是否是凝胶，即其损耗角正切是否小于1，按照相同的方式但是材料的稠度不同(即在进行测量之前材料不进行稀释)来进行测量。在水中0.5重量％浓度时，氧化的纳米原纤纤维素水凝胶的储能模量可以为1-100Pa，通常储能模量为2-50Pa，或5-20Pa。天然纳米原纤纤维素水凝胶的储能模量可以为0.3-20Pa。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产纳米原纤纤维素水凝胶的方法，该方法包括：得到漂白的纤维素浆料纤维，并提供其水性悬浮液；和使所述水性悬浮液中的纤维素浆料纤维经历至少2轮的高压机械崩解，以得到纳米原纤纤维素水凝胶，从而将悬浮液中存在的活微生物的数量减少至少10

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.04 FI 201554251.一种生产纳米原纤纤维素水凝胶的方法，该方法包括：得到漂白的纤维素浆料纤维，并提供其水性悬浮液；和使所述水性悬浮液中的纤维素浆料纤维经历至少2轮的高压机械崩解，以得到纳米原纤纤维素水凝胶，从而将悬浮液中存在的活微生物的数量减少至少102倍；其中，该方法在得到漂白的纤维素浆料纤维后的所有步骤都在ISO14644-1洁净室标准的ISO8或更严格的条件下进行。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括在进行高压机械崩解之前用无菌液体洗涤纤维素浆料纤维。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括在进行高压机械崩解之前预精制纤维素浆料纤维以打碎纤维素浆料纤维。4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述高压机械崩解使用压力型均质机，例如高压均质机或高压流化器进行。5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，进行高压机械崩解的水性悬浮液的稠度至少为0.7％(w/w)，或0.7-3％(w/w)。6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括使所述水性悬浮液中的纤维素浆料纤维经历至少2轮的高压机械崩解，以得到纳米原纤纤维素水凝胶，从而将悬浮液中存在的活微生物的数量减少至少103倍。7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括使水性悬浮液中的纤维素浆料纤维经历至少6轮、或2-10轮、或6-7轮的高压机械崩解。8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括对纳米原纤纤维素水凝胶进行进一步净化处理，以将纳米原纤纤维素水凝胶中的活微生物数量降低至少102倍，或102-1010倍，或102-108倍。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述进一步净化处理包括对纳米原纤纤维素水凝胶进行非电离或电离辐射。10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述进一步净化处理包括对纳米原纤纤维素水凝胶进行热处理，其中热处理包括使纳米原纤纤维素水凝胶在72℃-100℃的温度保持至少15秒。11.如权利要求8-10中任一项所述的方法，其特征在于，所述进一步净化处理包括对纳米原纤纤维素水凝胶进行脉冲电场处理。12.如权利要求1-11中任一项所述的方法，其特征在于，由该方法得到对于1克纳米原纤纤维素水凝胶单位含有少于10-1、或少于10-2、或少于10-3、或少于10-4、或少于10-5、或少于10-6CFU活微生物的非高压灭菌的纳米原纤纤维素水凝胶。13.如权利要求1-12中任一项所述的方法，其特征在于，进一步净化处理后纳米原纤纤维素水凝胶的pH比进一步净化处理之前的纳米原纤纤维素水凝胶的pH低最多0.4，或最多0.2pH单位。14.如权利要求1-13中任一项所述的方法，其特征在于，该方法包括从高压机械崩解到封装纳米原纤纤维素水凝胶都维持ISO14644-1洁净室标准的ISO5或更严格的条件。15.如权利要求1-14中任一项所述的方法，其特征在于，在该方法过程中，活微生物的数量下降至少103倍，或至少104倍，或至少106倍，或至少1012倍。16.如权利要求1-15中任一项所述的方法，其特征在于，所述纳米原纤纤维素是天然或阴离子纳米原纤纤维素。17.通过如权利要求1-16中任一项所述的方法得到的纳米原纤纤维素水凝胶。18.如权利要求17所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·卡扬托，M·诺珀宁，
申请(专利权)人：芬欧汇川集团，
类型：发明
国别省市：芬兰,FI