一种共价反应制备的新型的3D结构生物高分子材料及其合成方法技术

本发明专利技术公开了一种共价反应制备的新型的3D结构生物高分子材料及其合成方法。该3D结构生物高分子材料是在温和条件下采用特定结构、特定比例和反应浓度的交联剂，对甲壳素类高分子材料进行化学改性得到，使其物理和化学性质发生改变，极大增加了其降解半衰期或溶解时间，可以用于农业、工业尤其是医药领域，特别是应用在生物敷料、可吸收生物材料和药物缓控释用途上。其3D微观结构，更适合药物缓控释的应用，细胞培养以及组织工程学上的应用。本发明专利技术的3D结构生物高分子材料未用到目前所报道的剧毒试剂，合成路线便于生产和质量控制，可以方便转化为不同领域的产品。将在各领域尤其是医疗领域的应用中有极大的意义。

A novel 3D structure biopolymer prepared by covalent reaction and its synthesis method

【技术实现步骤摘要】
一种共价反应制备的新型的3D结构生物高分子材料及其合成方法
本专利技术涉及一种新型的3D结构生物高分子材料。
技术介绍
甲壳素是仅次于纤维素的第二大多糖类化合物，资源丰富，并且其分子结构上含有酰胺、羟基等官能基团，易于化学修饰，可生成性能各异的各种衍生物，其应用前景十分广泛，应用潜能巨大，在伤口敷料、止血材料、组织工程支架及药物释放等领域都有着广泛的应用前景。通过对甲壳素及衍生物进行交联改性，从而调整其各式性能。现有技术中改性主要包括辐射交联、离子交联和化学交联。辐射交联对设备要求较高，离子交联得到凝胶强度不够。而化学交联过程可控，产物性能最为稳定，成为壳聚糖改性的研究热点。但是现有壳聚糖改性研究中，常见的交联剂是双官能团的线性交联剂，比如常见的醛类、环氧类、聚乙二醇类交联剂，以及亰平尼等天然交联剂。这类交联剂要么具有较大细胞毒性不够绿色环保、要么需要通过复杂工艺对多糖或交联剂进行官能化改性，反应条件较为剧烈，且形成的交联结构强度不够。虽然近年来已经有研究报道使用多臂结构交联剂改性壳聚糖以进一步提高交联密度。但其都只单一地关注某一方面的性能提升，并且采用了复杂的生产工艺。通过查阅文献资料，目前还没有一种兼具工艺简单、绿色环保、强度高、优良缓慢降解和抗溶解性能等特点于一身，且用途广泛的甲壳素衍生物高分子材料。本专利技术首次报道了一种通过简单的冷冻和常温处理，且不采用任何醛类、酸酐、强碱或强酸的反应条件合成化学交联的新型高分子材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种共价反应制备的新型的3D结构生物高分子材料。本专利技术的技术方案如下：一种共价反应制备的新型的3D结构生物高分子材料，包括以下步骤：1)将甲壳素类高分子材料、反应添加剂、水、助溶剂按一定比例混合，搅拌溶解得到料液；2)将料液倒入金属模具中，按照不同的处理方法，可以得到具有3D结构的生物膜、生物凝胶和生物海绵。3)如需得到生物膜，则处理的方法为：将所有原料按比例混合形成的溶液，然后将溶液倒入金属模具中，放入冰箱冷冻1—24小时，冷冻温度为-15℃及以下，然后放入干燥箱升温干燥，干燥温度不超过60℃，水分蒸发完全后，得到具有3D结构的生物膜。4)如需得到生物凝胶，则处理的方法为：将所有原料按比例混合形成的溶液，然后将溶液倒入金属模具中，放入冰箱冷冻1—24小时，冷冻温度为-15℃及以下，然后放入烘箱密封升温加热，加热温度为不超过60℃，加热时间为2—10天，得到具有3D结构的生物凝胶。5)如需得到生物海绵，则处理的方法为：将所有原料按比例混合形成的溶液，然后将溶液倒入金属模具中，将装有溶液的模具放入冰箱冷冻1—24小时，冷冻温度为-15℃及以下，然后放入真空干燥箱内升温干燥，干燥温度为40℃及以下，干燥时间为1—5天，得到具有3D结构的生物海绵。步骤1)中，所述水溶性甲壳素类高分子材料为甲壳素、甲壳胺(脱乙酰度55％以上的甲壳素)、甲壳素/甲壳胺衍生物、甲壳胺/甲壳素的有机酸盐和无机酸盐)；所述反应添加剂的结构式特征为式1：其中X为可以共价结合的原子如C、N，也可以为可以共价结合的烃类或烃类衍生化合物基团，n为3—8，其中，当X为S时，n为2-8。优选的，反应添加剂的结构为式1，X为碳原子，n＝3-8，更优选的，反应添加剂的结构为式1，X为碳原子，n＝4。步骤1)中，所述水溶性甲壳素类高分子材料:水＝0.01:100—3:100(克:毫升)，优选的，水溶性甲壳素类高分子材料:水＝1:100—2.5:100(克:毫升)，更优选的，水溶性甲壳素类高分子材料:水＝2.5:100(克:毫升)；水溶性甲壳素类高分子材料中所含伯羟基的物质的量:反应添加剂的物质的量＝1:0.05—1:1.5，优选的，伯羟基的物质的量:反应添加剂的物质的量＝1:0.005—1:1，更优选的，伯羟基的物质的量:反应添加剂的物质的量＝1:0.05；反应添加剂:助溶剂＝1:1—1:100(克:克)，优选的，反应添加剂:助溶剂＝1:20(克:克)步骤3)中，所述的如需得到生物膜，则处理的方法为：将料液倒入金属模具中，放入冰箱冷冻1—24小时，冷冻温度为-15℃及以下，然后放入干燥箱升温干燥，干燥温度不超过60℃，水分蒸发完全后，得到具有3D结构的生物膜；优选的，金属模具为不锈钢或铝板，更优选的，模具为镀特氟龙的不锈钢或铝板；优选的，放入冰箱中冷冻6小时，冷冻温度为-20℃；优选的，干燥温度为30℃。步骤4)中，如需得到生物凝胶，则处理的方法为：将所有原料按比例混合形成的溶液，然后将溶液倒入金属模具中，放入冰箱冷冻1—24小时，冷冻温度为-15℃及以下，然后放入烘箱密封升温加热，加热温度为不超过60℃，加热时间为2—10天，得到具有3D结构的生物凝胶。所述的金属模具为带盖密封的不锈钢或铝制模具，更优选的，模具为带盖镀特氟龙的不锈钢或铝板模具；所述的冷冻时间为1-24小时，优选的，冷冻时间为6小时；所述的加热温度为不超过60℃，优选的为30℃；所述的加热时间为2天—10天，优选的3天。步骤5)中，如需得到生物海绵，则处理的方法为：将所有原料按比例混合形成的溶液，然后将溶液倒入金属模具中，将装有溶液的模具放入冰箱冷冻1—24小时，冷冻温度为-15℃及以下，然后放入真空干燥箱内升温干燥，干燥温度为40℃及以下，干燥时间为1—5天，得到具有3D结构的生物海绵。所述的金属模具为不锈钢或铝板，优选的，模具为镀特氟龙的不锈钢或铝制模具；所述的冷冻温度，优选的为-20℃；所述的干燥温度，优选的为25℃；所述的干燥时间，优选的为3天。下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的说明：本专利技术的有益效果是：本专利技术通过对多糖分子量、交联剂结构设计、交联反应程度以及化学反应类型控制多个方面进行调节，得到一种最优的改性壳聚糖产品，该产品制备工艺简单，反应条件温度，且反应得到一种3D结构的生物高分子材料，其物理和化学性质发生改变，极大增加了其降解半衰期或溶解时间，可以用于农业、工业尤其是医药领域，特别是应用在生物敷料、可吸收生物材料和药物缓控释用途上。其3D微观结构，更适合药物缓控释的应用，细胞培养以及组织工程学上的应用。本专利技术的3D结构生物高分子材料未用到目前所报道的剧毒试剂，合成路线便于生产和质量控制，具有优异的稳定性、吸水性。通过简单的冷冻和常温处理，且不采用任何醛类、酸酐、强碱或强酸的反应条件合成化学交联的新型高分子材料，本专利技术为首次报道。本专利技术可以方便转化为不同领域的产品。将在各领域尤其是医疗领域的应用中有极大的意义。具体实施方式实施例1称取精制壳聚糖乳酸盐5g(Mw＝5万)，加纯化水200ml，搅拌溶解，将料液倒入金属模具中，放入冰箱冷冻6小时，冷冻温度为-20℃，然后放入干燥箱升温干燥，干燥温度30℃，干燥12小时，水分蒸发完全后，得到膜。实施例2称取精制壳聚糖乳酸盐5g(Mw＝10万)，加纯化水200ml，搅拌溶解，将料液倒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共价反应制备的新型的3D结构生物高分子材料，所用的原料为可溶性甲壳素类高分子材料、反应添加剂、水、助溶剂，其特征在于反应添加剂是一种多臂结构反应添加剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种共价反应制备的新型的3D结构生物高分子材料，所用的原料为可溶性甲壳素类高分子材料、反应添加剂、水、助溶剂，其特征在于反应添加剂是一种多臂结构反应添加剂。


2.根据权利要求1所述的一种共价反应制备的新型的3D结构生物高分子材料，其特征在于：溶性甲壳素类高分子材料:水(克/毫升)＝0.01:100—3:100，水溶性甲壳素类高分子材料中所含伯羟基的物质的量:反应添加剂的物质的量＝1:0.005—1:1，反应添加剂:助溶剂(克/克)＝1:1—1:100，所述高分子材料分子量为5万-200万道尔顿，所述助溶剂为C1-C6的低级酸和醇。


3.根据权利要求2所述的一种共价反应制备的新型的3D结构生物高分子材料，所述助溶剂为乙醇、乙二醇、低分子量聚乙二醇、丙二醇、丙三醇、乙酸、甲酸或乳酸，和/或所述甲壳素类高分子材料为甲壳素、壳聚糖、及其盐或其它衍生物。


4.根据权利要求1所述的一种共价反应制备的新型的3D结构生物高分子材料，其特征在于：所述反应添加剂的结构式特征为：



其中X为可以共价结合的原子或基团，为包含C或N或其他共价结合的烃类或烃类衍生化合物基团，或包含该原子或基团的衍生化合物，n为3—8，其中，当X为包含S的烃类或烃类衍生化合物基团时，n为2-8。


5.根据权利要求1-4任一项所述的一种共价反应制备的新型的3D结构生物高分子材料的合成方法，其特征在于：将所有原料按比例混合形成的溶液，用不同的处理方法得到具有3D结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛业华，丁勇，
申请(专利权)人：中美医药科技河北有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13