一种撞击流-水力空化协同强化制备壳聚糖抑菌纳米微球的方法技术

本发明专利技术涉及一种撞击流‑水力空化协同强化制备壳聚糖抑菌纳米微球的方法，包括以下步骤：⑴壳聚糖溶液的配制，⑵阴离子交联剂溶液的配制，⑶抑菌剂溶液的配制，⑷菌剂和阴离子交联剂溶液的混合，⑸壳聚糖抑菌纳米微球的撞击流‑水力空化强化制备，壳聚糖、抑菌剂和阴离子交联剂三者的混合溶液同时快速流入撞击流‑水力空化强化元件的两个流料液入口后形成同轴撞击产生撞击流；从整体上，实现撞击流和水力空化的协同强化壳聚糖抑菌纳米微球制备方式。该方法将撞击流与水力空化协同作用于壳聚糖溶液与阴离子交联剂间的静电吸附交联过程，达到强化壳聚糖纳米微球制备过程的目的；该方法操作简便、能耗低、重复性好，且易于过程控制。

A method of synergistic enhancement of impinging stream-hydraulic cavitation for preparation of chitosan bacteriostatic nanospheres

The invention relates to a method for synergistically enhancing the preparation of chitosan bacteriostatic nanomicrospheres by impinging stream and hydraulic cavitation, including the following steps: (1) preparation of chitosan solution, (2) preparation of anionic cross-linking agent solution, (2) preparation of bacteriostatic agent solution, (2) mixing of bacteriostatic agent solution and anionic cross-linking agent solution, (2) preparation of chitosan bacteriostatic nanomicrospheres by impinging stream, (2) preparation of chitosan bacteriostatic nanomicrospheres by hydraulic cavitation enhancement, and (3) preparation of chitosan bacteriostatic nano The mixed solution of sugar, bacteriostatic agent and anionic crosslinking agent flows rapidly into the impinging stream at the same time, forming coaxial impinging stream at the entrance of the two flow materials of the hydraulic cavitation intensifying element, and realizing the synergistic enhancement of the impinging stream and the hydraulic cavitation to produce the impinging stream as a whole, realizing the synergistic enhancement of the preparation of chitosan bacteriostatic nanomicrospheres. The method synergistically acts on the electrostatic adsorption crosslinking process between chitosan solution and anionic crosslinking agent by impinging stream and hydraulic cavitation to enhance the preparation process of chitosan nanospheres. The method is simple, low energy consumption, good repeatability and easy to control the process.

【技术实现步骤摘要】
一种撞击流-水力空化协同强化制备壳聚糖抑菌纳米微球的方法
本专利技术涉及一种撞击流-水力空化协同强化制备壳聚糖抑菌纳米微球的方法。
技术介绍
壳聚糖作为一种天然高分子聚合物，是甲壳素经脱乙酰化反应后得到的一种带正电荷的链状聚氨基弱碱性多糖。由于其具有优异的生物组织相容性、生物可降解性和生物黏附性，且安全无毒，因而在化工、食品、环保、生物和医药等领域常被加工制作成支架、微球或纳米微球的形式，并作为活性载体用来包埋负载一些有价值的多肽、酶蛋白、维生素、氨基酸、茶多酚、胰岛素和抗癌药物等。因此，壳聚糖微球或其纳米微球的制备一直备受业内关注。目前，壳聚糖微球或其纳米微球的制备方法主要有乳化交联法、离子凝胶法、凝聚-沉淀法、乳滴聚结法、喷雾干燥法和溶剂蒸发法等。其中，乳化交联法、喷雾干燥法和溶剂蒸发法在制备过程中，通常需要将壳聚糖稀酸溶液与油相混合形成W/O型反相乳液，再进行后续的氨醛缩合反应、雾化干燥、真空蒸发操作，制备的微球粒径通常较大（>1.0μm），粒度分布不均，且粒度形貌难以控制，同时由于使用粘度较大的油相，或采取高温操作，易造成微球间相互粘连，或能耗过高的现象。离子凝胶法、凝聚-沉淀法和乳滴聚结法均可用于制备壳聚糖纳米微球，获得的微球粒径通常可小于1.0μm。其中，凝聚-沉淀法制备过程中不使用有机溶剂，避免了有机溶剂可能造成的毒副作用，但是制备的微球对药物的包封率不高，且药物释放速率快；乳滴聚结法制备过程中不使用醛类交联剂，避免了醛类物质造成的毒副作用，但制备过程操作步骤繁琐，乳化耗时过长。离子凝胶法是制备壳聚糖纳米微球最常用的方法，其过程是将壳聚糖溶于稀酸溶液形成聚阳离子，然后采用机械搅拌的方式促使其与带负电荷的阴离子化合物发生静电吸附交联，属于物理交联过程。但该法采用的机械搅拌操作属于从宏观上实现不同液体之间的接触、溶解与混合，混合过程效率低、易出现死角、微观传质效果差，且过程能耗高，从而导致制备的微球存在机械强度低、药物负载率不高，粒度分布不均，且微球形貌、粒度和分散性不易控制等缺陷。因此，如何强化壳聚糖微球/纳米微球制备过程，并解决以上问题，是目前人们关注的重点，也是以高效、节能和绿色的方式生产壳聚糖微球/纳米微球的关键。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种撞击流-水力空化协同强化制备壳聚糖抑菌纳米微球的方法，该方法将撞击流与水力空化协同作用于壳聚糖溶液与阴离子交联剂间的静电吸附交联过程，达到强化壳聚糖纳米微球制备过程的目的；该方法操作简便、能耗低、重复性好，且易于过程控制，解决了上述现有技术中存在的问题。解决上述技术问题的技术方案是：一种撞击流-水力空化协同强化制备壳聚糖抑菌纳米微球的方法，包括以下步骤：（1）壳聚糖溶液的配制：称取壳聚糖倒入酸性介质中，配成质量浓度为0.5～12.0g/L的壳聚糖溶液；所述的酸性介质为有机酸水溶液或呈酸性的缓冲溶液，所述的有机酸为甲酸、乙酸、柠檬酸、酒石酸、一氯乙酸、氨基酸或乙二酸，所述的酸性缓冲溶液为乙酸-乙酸钠、柠檬酸-柠檬酸钠，其中，所述的有机酸水溶液的质量浓度为1～15%，所述的酸性缓冲溶液pH值为1.0～4.6；（2）阴离子交联剂溶液的配制：称取阴离子交联剂溶于去离子水中，配成质量浓度为1.0～10.0g/L的溶液；所述的阴离子交联剂为三聚磷酸钠、聚谷氨酸和十二烷基硫酸钠；（3）抑菌剂溶液的配制：称取抑菌剂溶于去离子水中，配成摩尔浓度为0.1～1.5mmol/L的溶液；所述的抑菌剂为甲基异噻唑啉酮；（4）抑菌剂和阴离子交联剂溶液的混合：将步骤（3）的抑菌剂溶液加入到步骤（2）的阴离子交换剂溶液中，充分混匀得到含抑菌剂的阴离子交联剂混合溶液；所述的阴离子交换剂溶液和抑菌剂溶液的体积比为4:4.8～5.2；（5）壳聚糖抑菌纳米微球的撞击流-水力空化强化制备：本步骤使用的装置为撞击流-水力空化装置，所述撞击流-水力空化装置包括料液贮槽、恒温循环水槽、驱动泵、管道流量计、撞击流-水力空化强化元件、料液输送管道、调控料液输送流量的阀门，以及监测撞击压力的压力表Ⅰ、监测撞击流-水力空化强化元件出口压力的压力表Ⅱ，所述的驱动泵通过料液输送管道分别与料液贮槽、撞击流-水力空化强化元件入口相连通，撞击流-水力空化强化元件出口通过料液输送管道与管道流量计的入口连通，管道流量计的出口通过料液输送管道与料液贮槽连通；本步骤的具体工艺流程是：将步骤（1）的壳聚糖溶液倒入撞击流-水力空化装置的料液贮槽中，启动驱动泵，通过阀门调节控制撞击流-水力空化强化元件内的撞击压力和出口压力，并通过压力表分别监测撞击压力和出口压力，同时开启恒温循环水槽控制交联温度，待装置达到所需的撞击压力、出口压力和交联温度时，将步骤（4）含抑菌剂的阴离子交联剂混合溶液加入到料液贮槽中，所述阴离子交联剂和壳聚糖的质量比控制为0.10～0.40，经撞击流-水力空化强化处理后的料液回流到料液贮槽中，连续循环交联10～30min后，经后处理得到壳聚糖抑菌纳米微球；所述的撞击压力控制为0.1～1.2MPa，出口压力为环境压力，交联温度控制为25～60℃。本专利技术的进一步技术方案是：所述撞击流-水力空化强化元件是由撞击流腔体和对称连接在撞击流腔体两侧的两个文丘里管构成，所述文丘里管由外侧往撞击流腔体方向依次为入口段、收缩段、喉管段、扩张段和出口段，撞击流腔体的两侧面对称开有两个料液入口，两个料液入口中心线为同一轴线，文丘里管的出口段通过料液入口与撞击流腔体内部连通，撞击流腔体的顶面开有料液出口。本专利技术的另一进一步技术方案是：所述撞击流-水力空化强化元件是文丘里管，该文丘里管依次由入口段、收缩段、喉管段、扩张段和出口段组成，文丘里管的入口段端部密封，入口段侧面对称设置有两个料液入口，两个料液入口中心线为同一轴线。所述的文丘里管入口锥角α与出口锥角β的比值为0.3～1.5，喉管段长度l与喉管直径d为1.3～3.6。所述壳聚糖分子量为10～100kDa，脱乙酰度为60～98%。所述后处理包括离心、洗涤和真空干燥。本专利技术的原理：撞击流是一项新颖的化学工程技术，其概念于1961年最早由科学家Elperin提出，该技术特点是可显著强化混合过程。对于液体连续相撞击流来讲，当两股相向高速流动的液体发生撞击时，撞击流体间剧烈的动量传递导致强烈的相互作用，并产生强烈的剪切力场，促进了流体间的热量传递、质量传递，具有高效微观混合、强烈压力波动的特性，可显著地促进过程动力学。在撞击流混合器中，当把含抑菌剂的阴离子交联剂加入到壳聚糖溶液时，壳聚糖、抑菌剂和阴离子交联剂三者的混合溶液将在撞击流-水力空化装置中的撞击流部位发生轴向对称撞击，这极大程度上强化了三者间的混匀程度，并有助于产生更均匀分布的浓度场，也即壳聚糖分子、抑菌剂分子和阴离子交联剂的浓度分布更趋向均匀，避免了传统机械搅拌操作下液体间的宏观混合、易产生死角的现象，同时也避免了壳聚糖分子与阴离子交联剂在机械搅拌混合场中局部浓度偏高而交联生成粒度过大的现象。水力空化是一种新型的过程强化技术，可用于强化物理过程和化学过程。其原理是指管道中的流体流过一个局部收缩的节流件（如文丘里管）时，流速剧增，压力骤减，当压力减小至或小于液体的饱和蒸汽压时，液体内部产生大量的空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种撞击流‑水力空化协同强化制备壳聚糖抑菌纳米微球的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）壳聚糖溶液的配制：称取壳聚糖倒入酸性介质中，配成质量浓度为0.5～12.0 g/L的壳聚糖溶液；所述的酸性介质为有机酸水溶液或呈酸性的缓冲溶液，所述的有机酸为甲酸、乙酸、柠檬酸、酒石酸、一氯乙酸、氨基酸或乙二酸，所述的酸性缓冲溶液为乙酸‑乙酸钠、柠檬酸‑柠檬酸钠，其中，所述的有机酸水溶液的质量浓度为1～15%，所述的酸性缓冲溶液pH值为1.0～4.6；（2）阴离子交联剂溶液的配制：称取阴离子交联剂溶于去离子水中，配成质量浓度为1.0～10.0 g/L的溶液；所述的阴离子交联剂为三聚磷酸钠、聚谷氨酸和十二烷基硫酸钠；（3）抑菌剂溶液的配制：称取抑菌剂溶于去离子水中，配成摩尔浓度为0.1～1.5 mmol/L的溶液；所述的抑菌剂为甲基异噻唑啉酮；（4）抑菌剂和阴离子交联剂溶液的混合：将步骤（3）的抑菌剂溶液加入到步骤（2）的阴离子交换剂溶液中，充分混匀得到含抑菌剂的阴离子交联剂混合溶液；所述的阴离子交换剂溶液和抑菌剂溶液的体积比为4: 4.8～5.2；（5）壳聚糖抑菌纳米微球的撞击流‑水力空化强化制备：本步骤使用的装置为撞击流‑水力空化装置，所述撞击流‑水力空化装置包括料液贮槽、恒温循环水槽、驱动泵、管道流量计、撞击流‑水力空化强化元件、料液输送管道、调控料液输送流量的阀门，以及监测撞击压力的压力表Ⅰ、监测撞击流‑水力空化强化元件出口压力的压力表Ⅱ，所述的驱动泵通过料液输送管道分别与料液贮槽、撞击流‑水力空化强化元件入口相连通，撞击流‑水力空化强化元件出口通过料液输送管道与管道流量计的入口连通，管道流量计的出口通过料液输送管道与料液贮槽连通；本步骤的具体工艺流程是：将步骤（1）的壳聚糖溶液倒入撞击流‑水力空化装置的料液贮槽中，启动驱动泵，通过阀门调节控制撞击流‑水力空化强化元件内的撞击压力和出口压力，并通过压力表分别监测撞击压力和出口压力，同时开启恒温循环水槽控制交联温度，待装置达到所需的撞击压力、出口压力和交联温度时，将步骤（4）含抑菌剂的阴离子交联剂混合溶液加入到料液贮槽中，所述阴离子交联剂和壳聚糖的质量比控制为0.10～0.40，经撞击流‑水力空化强化处理后的料液回流到料液贮槽中，连续循环交联10～30min后，经后处理得到壳聚糖抑菌纳米微球；所述的撞击压力控制为0.1～1.2 MPa，出口压力为环境压力，交联温度控制为25～60℃。...

【技术特征摘要】
1.一种撞击流-水力空化协同强化制备壳聚糖抑菌纳米微球的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）壳聚糖溶液的配制：称取壳聚糖倒入酸性介质中，配成质量浓度为0.5～12.0g/L的壳聚糖溶液；所述的酸性介质为有机酸水溶液或呈酸性的缓冲溶液，所述的有机酸为甲酸、乙酸、柠檬酸、酒石酸、一氯乙酸、氨基酸或乙二酸，所述的酸性缓冲溶液为乙酸-乙酸钠、柠檬酸-柠檬酸钠，其中，所述的有机酸水溶液的质量浓度为1～15%，所述的酸性缓冲溶液pH值为1.0～4.6；（2）阴离子交联剂溶液的配制：称取阴离子交联剂溶于去离子水中，配成质量浓度为1.0～10.0g/L的溶液；所述的阴离子交联剂为三聚磷酸钠、聚谷氨酸和十二烷基硫酸钠；（3）抑菌剂溶液的配制：称取抑菌剂溶于去离子水中，配成摩尔浓度为0.1～1.5mmol/L的溶液；所述的抑菌剂为甲基异噻唑啉酮；（4）抑菌剂和阴离子交联剂溶液的混合：将步骤（3）的抑菌剂溶液加入到步骤（2）的阴离子交换剂溶液中，充分混匀得到含抑菌剂的阴离子交联剂混合溶液；所述的阴离子交换剂溶液和抑菌剂溶液的体积比为4:4.8～5.2；（5）壳聚糖抑菌纳米微球的撞击流-水力空化强化制备：本步骤使用的装置为撞击流-水力空化装置，所述撞击流-水力空化装置包括料液贮槽、恒温循环水槽、驱动泵、管道流量计、撞击流-水力空化强化元件、料液输送管道、调控料液输送流量的阀门，以及监测撞击压力的压力表Ⅰ、监测撞击流-水力空化强化元件出口压力的压力表Ⅱ，所述的驱动泵通过料液输送管道分别与料液贮槽、撞击流-水力空化强化元件入口相连通，撞击流-水力空化强化元件出口通过料液输送管道与管道流量计的入口连通，管道流量计的出口通过料液输送管道与料液贮槽连通；本步骤的具体工艺流程是：将步骤（1）的壳聚糖溶液倒入撞击流-水力空化装置的料液贮槽中，启动驱动泵，通过阀门调节控制撞击流-水力空化强化元件内的撞击压力和出口压力，并通过压力表分别监测...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昆明，黄永春，茅芝娟，杨锋，黄承都，刘纯友，任仙娥，艾硕，陆小菊，左华江，
申请(专利权)人：广西科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45