一种磁性壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种磁性壳聚糖‑二氧化硅复合气凝胶的制备方法。由以下方法制备得到：以乙酰丙酮铁和苯甲醇为原料，水热法反应制备水溶型Fe3O4纳米粒子，将其加入到壳聚糖和TEOS的混合体系中，以戊二醛为交联剂，溶胶凝胶法得到稳定的凝胶结构，最后通过CO2超临界干燥工艺得到磁性SiO2‑壳聚糖有机‑无机复合气凝胶。本发明专利技术工艺行之有效、可行性高且安全无毒，所制备的无机‑有机复合气凝胶具有较高的空隙率、良好的磁性，在靶向药物释放方面具有良好的应用前景。

Preparation of a magnetic chitosan silica composite aerogel

The invention relates to a preparation method of magnetic chitosan SiO 2 Composite aerogels. Prepared by the following methods: water soluble Fe3O4 nanoparticles were prepared by hydrothermal reaction with acetyl acetone iron and benzyl alcohol as raw materials, and then added to the mixed system of chitosan and TEOS. Glutaraldehyde was used as crosslinking agent, and the stable gel structure was obtained by sol-gel method. Finally, the magnetic SiO2 chitosan organic compound inorganic aerogel was obtained through CO2 supercritical drying process. The process is effective, feasible, safe and non-toxic. The prepared inorganic organic compound aerogel has high porosity and good magnetism, and has good application prospects in the field of target drug release.

【技术实现步骤摘要】
一种磁性壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶的制备方法
本专利技术属于高分子纳米功能材料制备领域，涉及一种磁性壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶的制备方法。
技术介绍
气凝胶是一种新型的轻质纳米多孔固态材料。因为其纳米多孔结构具有众多优异的性能，如高孔隙率、低密度、低热导率以及强吸附性能等。因为其高的孔隙率，低密度等特性，在药物载体方面得到广泛应用。所以本专利技术旨在制备一种磁性气凝胶药物载体，提高药物的利用率和靶向性。传统的给药方式有一些弊端，在给药之后，药物到达病灶部位后，药物的浓度迅速达到峰值然后下降，并且还有一定的毒副作用，这使得给药之后造成病患的痛苦而且还要多次给药以保证药效。控释技术可以很好的解决以上的问题，壳聚糖(CS)因为有很好的生物相容性，其衍生物在体内能通过溶菌酶消化溶解，它与处方药联合有可能还会发挥更出乎意料的效果，所以CS很快并且广泛的应用于药物载体领域。而纯壳聚糖气凝胶的制备一直很困难，纯的壳聚糖凝胶结构较弱，在CO2超临界干燥时会因为表面张力的原因导致内部结构崩塌或者变形。二氧化硅气凝胶在气凝胶领域研究广泛，制备工艺相对简单，实验条件容易达到，实际生产和操作可行性大。因此，用二氧化硅与壳聚糖复合作为支撑材料，可以增强材料的机械强度，是个值得深入研究的课题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种磁性壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶的制备方法，针对现有SiO2-壳聚糖复合气凝胶制备方法，加入一种磁性水溶性Fe3O4纳米粒子，使材料具有靶向性，可作为磁性药物载体。本专利技术目的技术方案为：一种磁性壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶的制备方法，其具体步骤如下：(1)TEOS水解液的制备称取硅源、去离子水、无水乙醇和盐酸于容器中，加热搅拌，得到TEOS水解液取下备用；(2)壳聚糖溶液的制备称量壳聚糖粉溶解于酸溶液中，将混合溶液置于电动搅拌器上常温搅拌1～2h至壳聚糖粉完全溶解；(3)磁性壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶的制备取TEOS水解液于容器中搅拌，加入壳聚糖溶液，将纳米磁性Fe3O4溶液滴加至混合溶液中，超声分散，滴加氨水调节溶液pH呈中性，加入戊二醛搅拌均匀，静置得到结构稳定的凝胶状态；用溶剂进行交换，采用CO2超临界干燥得到磁性壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶。优选步骤(1)中，所述硅源为正硅酸四乙酯；正硅酸四乙酯、无水乙醇、去离子水和盐酸摩尔比为1:(14.4～17.2):(2.94～4.8)：(1.86～3.3)。优选步骤(1)中加热到50～60℃，搅拌1～2h。优选步骤(2)中用的酸溶液为盐酸、稀硝酸、甲酸溶液或乙酸溶液的一种或几种。优选步骤(2)中配置的壳聚糖溶液浓度为10～20mg/ml。优选步骤(3)中超声分散5～10min；用无水乙醇进行溶剂交换至少5～7次。优选步骤(3)中纳米磁性Fe3O4溶液的浓度为4～6mg/mL，一般纳米磁性Fe3O4的平均粒径为20nm左右。优选步骤(3)中TEOS水解液、壳聚糖溶液和纳米磁性Fe3O4溶液体积比为(5～20)：(20～30)：(1～5)。优选步骤(3)中壳聚糖和戊二醛的摩尔比为1：(96～192)。优选步骤(3)中所述的二氧化碳超临界干燥法以二氧化碳为干燥介质，反应温度为40～70℃，高压反应釜内压强为8～12MPa，干燥时间为10～20h。本专利技术所制备的材料的表观密度0.098～0.124,比表面积356.43～499.93m2/g，热导率系数介于0.025～0.034W/m·K。有益效果：本专利技术方法以及由该方法法所制备得到磁性有机-无机复合SiO2-壳聚糖气凝胶材料具有如下特点：(1)工艺行之有效。本制备方法加入磁性Fe3O4纳米粒子，磁性粒子可以很好的与SiO2-壳聚糖体系相复合，制备出一种磁性壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶。本制备方法中先行制备TEOS水解液，不同于以往的将硅源前驱体(TEOS)与壳聚糖溶液直接混合均匀，硅源前驱体在壳聚糖溶液中发生逐步水解、缩合、聚合。将硅源前驱体(TEOS)直接加入壳聚糖溶液容易造成硅源前驱体反应不充分，制备凝胶的时候会分层。先行制备TEOS水解液可以有效的解决分层等问题，使SiO2-壳聚糖复合体系更均匀，制备效果更好。(2)材料安全无毒。所主要选用的原料中正硅酸四乙酯和磁性Fe3O4纳米粒子虽然均属于低毒，但是在得到的SiO2-壳聚糖复合气凝胶材料中含量极少，可以视为无毒。并且原材料中的壳聚糖有很好的生物相容性，其衍生物在体内能通过溶菌酶消化溶解，它与处方药联合有可能还会发挥更出乎意料的效果，所以本专利技术制备得到的SiO2-壳聚糖复合气凝胶材料安全并且可以应用到实际医学应用当中。(3)具有较好的磁性。在以往的壳聚糖和二氧化硅复合气凝胶的制备方法的基础上，本专利技术新颖的加入了磁性Fe3O4纳米粒子，使材料具备较好的磁性，可以用到医学研究领域作为靶向药物载体，降低药物的毒副作用，提高药物的利用率，减轻病人因为需要多次用药而带来的痛苦。附图说明图1是实例1磁性壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶材料的样品图；图2是实例2磁性壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶材料的X射线衍射谱图；图3是实例3磁性壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶材料的傅里叶红外光谱图。图4是实例3磁性壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶材料的氮气吸附-脱附曲线。具体实施方式实例1称取正硅酸四乙酯90ml、无水乙醇372ml和去离子水29ml于烧杯中，加入1mol/l盐酸1ml，在磁力搅拌机上50℃搅拌1.5h，得到TEOS水解液备用，正硅酸四乙酯、无水乙醇、去离子水和盐酸摩尔比为1:16:4:3。称量4g壳聚糖加入4ml冰醋酸和196ml水的混合液中，常温持续搅拌2h，得到壳聚糖溶液备用。取20mlTEOS水解液于塑料一次性杯中，加入1ml浓度为4mg/mL，平均粒径为20nm的Fe3O4溶液，边搅拌边加入20ml壳聚糖溶液，TEOS水解液、壳聚糖溶液和纳米磁性Fe3O4溶液体积比为20:20：1。缓慢滴加氨水调节溶液pH呈中性，逐滴滴加0.5ml戊二醛，壳聚糖和戊二醛的摩尔比为1:96。持续搅拌使溶液混合均匀，静置，转移到乙醇凝固浴中凝固再生，得到磁性壳聚糖-二氧化硅复合凝胶，再将磁性壳聚糖-二氧化硅复合凝胶无水乙醇置换5次，用水清洗直到pH呈中性，将磁性壳聚糖-二氧化硅复合凝胶置于二氧化碳超临界干燥装置中进行干燥处理，干燥温度为50℃，压强为10MPa，干燥时间为12h。经过干燥，形成磁性壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶。该密度为0.098g/cm3，比表面积为499.93m2/g，热导率系数0.025W/m·K。图1是该实例1所制备的磁性壳聚糖-二氧化硅气凝胶材料的样品图。图中可以看出，复合气凝胶呈现焦糖色，材料表面平整，不存在裂纹的情况，具有良好的机械强度。实例2称取正硅酸四乙酯100ml、无水乙醇382ml和去离子水39ml于烧杯中，加入1mol/l盐酸1.5ml，正硅酸四乙酯、无水乙醇、去离子水和盐酸摩尔比为1:14.4:4.8:3.3，在磁力搅拌机上60℃搅拌1h，得到TEOS水解液备用。称量3g壳聚糖加入4ml盐酸和196ml水的混合液中，常温持续搅拌2h，得到壳聚糖溶液备用。取10mlTEOS水解液于塑料一次性杯中，加入3ml浓度为4mg/mL，平均粒径为20nm的Fe3O4溶液，边搅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性壳聚糖‑二氧化硅复合气凝胶的制备方法，其具体步骤如下：(1)TEOS水解液的制备称取硅源、去离子水、无水乙醇和盐酸于容器中，加热搅拌，得到TEOS水解液取下备用；(2)壳聚糖溶液的制备称量壳聚糖粉溶解于酸溶液中，将混合溶液置于电动搅拌器上至壳聚糖粉完全溶解；(3)磁性壳聚糖‑二氧化硅复合气凝胶的制备取TEOS水解液于容器中搅拌，加入壳聚糖溶液，将纳米磁性Fe3O4溶液滴加至混合溶液中，超声分散，滴加氨水调节溶液pH呈中性，加入戊二醛搅拌均匀，静置得到结构稳定的凝胶状态；用溶剂进行交换，采用CO2超临界干燥得到磁性壳聚糖‑二氧化硅复合气凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种磁性壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶的制备方法，其具体步骤如下：(1)TEOS水解液的制备称取硅源、去离子水、无水乙醇和盐酸于容器中，加热搅拌，得到TEOS水解液取下备用；(2)壳聚糖溶液的制备称量壳聚糖粉溶解于酸溶液中，将混合溶液置于电动搅拌器上至壳聚糖粉完全溶解；(3)磁性壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶的制备取TEOS水解液于容器中搅拌，加入壳聚糖溶液，将纳米磁性Fe3O4溶液滴加至混合溶液中，超声分散，滴加氨水调节溶液pH呈中性，加入戊二醛搅拌均匀，静置得到结构稳定的凝胶状态；用溶剂进行交换，采用CO2超临界干燥得到磁性壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中，所述硅源为正硅酸四乙酯；正硅酸四乙酯、无水乙醇、去离子水和盐酸摩尔比为1:(14.4～17.2):(2.94～4.8)：(1.86～3.3)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中加热到50～60℃，搅拌1～2h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔升，王雪，锁浩，李砚涵，沈晓冬，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32