真菌材料及其复合物中用于可调性质的几丁质和壳聚糖的脱乙酰化和交联制造技术

真菌交联结构、真菌交联系统和用于交联真菌材料的方法。本文所述的交联真菌材料包括多种交联剂、交联位点和交联的多种组合，其各自形成独特结构。所述交联真菌材料包含连接至键合位点的至少一种交联化合物。所述真菌交联系统包括制备单元、浸渍单元、交联单元和漂洗单元。所述制备单元可以将真菌材料内和几丁质纳米须内的几丁质部分脱乙酰化。所述浸渍单元用几丁质纳米须浸渍所述真菌材料。所述交联单元经配置以通过京尼平交联所述真菌材料和几丁质纳米须以产生复合材料。所述漂洗单元漂洗并除去未反应的京尼平材料，由此得到交联复合材料。所得的交联复合材料比原始真菌材料更强且更柔韧，并且具有改善的化学和机械性质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】真菌材料及其复合物中用于可调性质的几丁质和壳聚糖的脱乙酰化和交联本申请要求于2018年3月14日提交的美国临时专利申请号62/643068的优先权。该临时申请的公开内容如同已充分说明而通过引用并入本文。
技术介绍
本公开的
本公开一般性涉及几丁质和壳聚糖组合物，尤其涉及真菌材料中几丁质和壳聚糖的脱乙酰化和交联。本专利技术还涉及制备所述组合物的方法。相关领域的描述真菌材料的性质和应用与它们的形态、结构和尺寸强烈相关。真菌材料通常包含称为菌丝(hyphae)的紧密连接的分支中空管网络。菌丝含有称为几丁质的独特分子化合物。几丁质还是甲壳动物壳体中的主要成分，并且是除纤维素以外的最丰富的天然存在的生物聚合物。壳聚糖来源于几丁质并且可以通过几丁质的脱乙酰化形成。壳聚糖以多种分子量(例如，10-1,000kDa)可商购并且通常具有70％至90％之间范围的脱乙酰化程度。壳聚糖用于多种目的，包括植物护理、美容添加剂、食品和营养补充剂以及医疗护理。通常，真菌材料作为单一、均一结构生长至指定厚度和形状。替代地，真菌材料可以与其它材料，如棉纺织品和/或几丁质纳米须(nanowhisker)形成复合物。此类复合物可以用于多种应用并且广泛用于纺织品、包装和建筑材料。真菌材料的性质可以通过多种方法(包括交联)来控制。除了多种化学性质如固色性外，交联使得能够控制若干重要参数，包括拉伸强度、撕裂强度、耐磨性。交联还可以帮助确定给定材料可以具有的腐败性或稳定性。在分子水平，交联涉及长链纤维与交联分子的反应，从而在纤维之间形成分子键，如酰胺键。此类酰胺键耐受水解并且赋予了结构刚度，特别是在共振稳定结构中。已通过多种化学反应方案实现了多种不同的交联真菌复合材料。当与胶原相比时，明显不同的化学键可用于交联几丁质。动物皮革由作为有机纤维材料的胶原组成。另一方面，菌丝体由几丁质组成。几丁质是相对于可用于化学交联的胺基，具有不同的羟基组成的分子上不同的有机纤维材料。此外，尽管已表明通过交联物理改变了纤维素材料，但是由几丁质组成的真菌材料尚未成功交联。必须通过交联改变真菌复合材料以显示出与动物皮肤等价的性质和特征。已有多种方法用于处理几丁质类材料以获得几丁质。一种此类方法包括几丁质的化学脱乙酰化。尽管方便，但是化学脱乙酰化相对昂贵。这种脱乙酰化方法还导致纯几丁质降解(分解)，并且不用作几丁质纤维与其它几丁质纤维或与其它材料如纤维素纺织物交联的方式。另一种方法包括交联聚合物质和用于制备所述交联聚合物质的方法。通常，交联的聚合物质具有可测量的两性能力并且由天然几丁质或再生几丁质制备。然而，这种用于制备交联真菌材料的方法不控制真菌材料的化学和机械性质。因此，仍需要采用交联化学改变真菌材料和复合材料，从而使它们能够在消费市场中与动物皮革等竞争。此类改变的真菌材料还将显示出改善的拉伸强度、撕裂强度、耐磨性、固色性和不易腐败行为。本专利技术的实施方式实现了这些目标。
技术实现思路
为了最大程度减小现有系统和方法中存在的限制并且最大程度减小通过阅读本说明书将显而易见的其它限制，本专利技术包括了具有若干独特交联特性的交联的真菌复合材料。还公开了用于交联真菌材料的方法。本专利技术的一个实施方式包括制备单元，在本文中也称为脱乙酰化单元，其将真菌材料内和几丁质纳米须内的几丁质部分脱乙酰化。通过将几丁质纳米须或其它真菌材料在最佳温度下在40重量％氢氧化钠水溶液中浸没一段脱乙酰化时间段而实现脱乙酰化。配置浸渍单元以通过浸泡和搅拌而用几丁质纳米须浸渍真菌材料。另外，设计交联单元以使用京尼平材料，使真菌材料和几丁质纳米须自身交联和彼此交联。在优选的实施方式中，将可商购的京尼平粉末溶于乙酸以产生京尼平第一混合物。然后，将京尼平第一混合物与交联溶液混合以产生京尼平第二混合物。优选地，交联溶液的pH值范围为2至3。将京尼平第二混合物以一京尼平利用率施用于真菌材料以产生京尼平真菌混合物，然后将所述混合物在培育条件下伴随搅拌培育以产生复合材料。京尼平利用率范围为京尼平聚合物重量的0.05％-4％w/w。在本专利技术的实施方式中，培育京尼平真菌混合物的培育条件包括40分钟至若干小时范围内的培育时间和25摄氏度的培育温度以及搅拌。配置漂洗单元以用水漂洗复合材料，由此将所述复合材料中和至最佳pH值7。通过中和，将未反应的京尼平材料自所述复合材料除去以产生交联复合材料。所得的交联复合材料比原始真菌材料更强且更柔韧，并且具有改善的化学和机械性质。本专利技术的另一个实施方式包括作为真菌材料和第二成分的复合物的交联材料，其中所述两种材料化学和/或分子交联。交联的实施可以利用羟基位点、胺基位点、碳-碳键位点等处的键合。另外，所述复合物结构可以包括其中真菌材料与第二材料物理结合的材料，其中通过交联使所述复合物物理强化和/或改变和/或改善，从而使得最终的交联材料显示出比单独成分的总和更强的性质。例如，交联材料可以显示出强于各个单独成分的总和的拉伸强度的增加。此外，第三材料(tertiarymaterial)或分子可以用作真菌材料和第二成分之间的交联，从而使得交联材料复合物显示出强于单独成分的总和的有益性质。此类复合材料中交联的性质使得第三化合物或分子还可以用作初始两种材料之间的交联。例如，真菌材料可以自身交联，或者真菌材料可以与第二成分(即纳米须)交联。在另一个实例中，所述第二成分可以自身交联。在又一个实例中，交联化合物或分子可以聚集成更大的聚合物链，其然后再键合至真菌材料或第二成分。本专利技术的第一目标是提供由真菌材料及其复合物组成的结构，所述结构是化学交联的以控制所述真菌材料及其复合物的机械和化学性质。本专利技术的第二目标是成功改变、保持或增强真菌材料复合物，从而可以使其具有与动物皮革类似的表现和性能。这可以基于几丁质基真菌材料及其复合物的独特分子结构来实现。具体描述了本专利技术的这些及其它优势和特点，从而使本专利技术对于本领域普通技术人员而言是可理解的。附图说明附图中的要素不一定按比例绘制，以增强其清晰度并增强对本专利技术的这些各种要素和实施方式的理解。此外，为了提供本专利技术的各种实施方式的清晰视图，未示出对于本领域技术人员而言是常见的和众所周知的要素。因此，为了清楚和简洁起见，将附图的形式概括化。图1显示了根据本专利技术的一个实施方式的真菌交联系统的框图；图2显示了利用根据本专利技术的优选实施方式的真菌交联系统交联真菌材料的方法的高级流程图；图3显示了根据本专利技术的优选实施方式交联真菌材料的方法的流程图；图4是显示由几丁质组成的菌丝的链状细丝纤维结构的SEM图；图5显示了如将在真菌材料及其复合物中存在的一对几丁质纤维之间的简单交联系统；图6显示了根据本专利技术的若干实施方式用于各种交联分子的乙酰胺基或胺基键合位点；图7显示了根据本专利技术的若干实施方式用于不同交联分子的羟基键合位点；图8显示了根据本专利技术的一个实施方式将几丁质脱乙酰化为壳聚糖的方法；并且图9显示了相对于天本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.利用真菌交联系统交联真菌材料以产生比原始真菌材料更强且更柔韧的交联复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：/na)提供具有制备单元、浸渍单元、交联单元和漂洗单元的真菌交联系统；/nb)在脱乙酰化单元中，通过将几丁质纳米须和真菌材料在最佳温度下在氢氧化钠水溶液中浸没一段脱乙酰化时间段，使所述真菌材料内和几丁质纳米须内的几丁质部分脱乙酰化；/nc)在所述浸渍单元中，通过浸泡和搅拌而用几丁质纳米须浸渍所述真菌材料；/nd)在所述交联单元中，通过以下而交联所述真菌材料和几丁质纳米须：(i)在乙酸中溶解京尼平材料以产生京尼平第一混合物，(ii)将所述京尼平第一混合物与混合溶液混合以产生京尼平第二混合物和(iii)在培育条件下，伴随搅拌将所述京尼平第二混合物以一京尼平利用率施用于所述真菌材料以产生复合材料；/ne)在所述漂洗单元中用水漂洗所述复合材料，从而将所述复合材料中和至最佳pH值；和/nf)除去未反应的京尼平材料以产生交联复合材料。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180314 US 62/643,0681.利用真菌交联系统交联真菌材料以产生比原始真菌材料更强且更柔韧的交联复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供具有制备单元、浸渍单元、交联单元和漂洗单元的真菌交联系统；
b)在脱乙酰化单元中，通过将几丁质纳米须和真菌材料在最佳温度下在氢氧化钠水溶液中浸没一段脱乙酰化时间段，使所述真菌材料内和几丁质纳米须内的几丁质部分脱乙酰化；
c)在所述浸渍单元中，通过浸泡和搅拌而用几丁质纳米须浸渍所述真菌材料；
d)在所述交联单元中，通过以下而交联所述真菌材料和几丁质纳米须：(i)在乙酸中溶解京尼平材料以产生京尼平第一混合物，(ii)将所述京尼平第一混合物与混合溶液混合以产生京尼平第二混合物和(iii)在培育条件下，伴随搅拌将所述京尼平第二混合物以一京尼平利用率施用于所述真菌材料以产生复合材料；
e)在所述漂洗单元中用水漂洗所述复合材料，从而将所述复合材料中和至最佳pH值；和
f)除去未反应的京尼平材料以产生交联复合材料。


2.权利要求1所述的方法，其中用于几丁质部分脱乙酰化的最佳温度为约80度，并且脱乙酰化时间段的范围为1分钟至10小时。


3.权利要求1所述的方法，其中所述混合溶液的pH值范围为2至3。


4.权利要求1所述的方法，其中所述京尼平利用率范围为京尼平聚合物重量的0.05％-4％w/w。


5.权利要求1所述的方法，其中培育所述京尼平真菌混合物的培育条件包括40分钟至若干小时范围内的培育时间和25摄氏度的培育温度。


6.权利要求1所述的方法，其中所述复合材料在最佳pH值7处中和。


7.权利要求1所述的方法的交联材料产物。


8.权利要求2所述的方法的交联材料产物。


9.权利要求3所述的方法的交联材料产物。


10.权利要求4所述的方法的交联材料产物。


11.权利要求5所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·蔡斯，N·温纳，P·罗斯，M·托德，
申请(专利权)人：麦克沃克斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US