包含源自褐海藻的藻酸盐和纤维素纳米纤维的天然组合物制造技术

用于3D打印的天然组合物，所述天然组合物包含来自褐海藻的藻酸盐和纤维素纳米纤维，其中纤维素纳米纤维源自与藻酸盐来自相同褐海藻样品的纤维素。藻样品的纤维素。藻样品的纤维素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含源自褐海藻的藻酸盐和纤维素纳米纤维的天然组合物


[0001]本文件涉及天然组合物和成型材料，所述天然组合物和成型材料包含来自褐海藻的藻酸盐和源自与所述藻酸盐相同来源的褐海藻样品的纤维素的纤维素纳米纤维；涉及这样的天然组合物的用途；以及涉及用于生产这样的天然组合物和成型材料的方法。

技术介绍

[0002]褐海藻是用于碳水化合物提取物的有前景的自然资源。褐海藻中的多糖与陆生植物中的多糖极大不同。虽然纤维素以较小的分数存在，但藻酸盐是细胞壁的主要结构组分。因此，用于商业用途的藻酸盐的最常见来源是来自褐海藻。(Misurcova等，2012)
[0003]藻酸盐由1，4
‑
糖苷连接的α
‑
L古洛糖醛酸(G)和β
‑
D
‑
甘露糖醛酸(M)组成。线性链由被称为MM嵌段或GG嵌段(MG或GM嵌段)的古洛糖醛酸和甘露糖醛酸的不同嵌段构成，其中嵌段结构中的连接导致藻酸盐中不同程度的柔性或刚度。在Ca
2+
的存在下，GG嵌段形成离子复合物以产生被称为“蛋盒模型”(egg
‑
box model)的堆叠(交联)结构，从而引起强凝胶形成(Peteiro等2018)。
[0004]藻酸盐的这种行为已被广泛用于生物医学应用例如软骨组织工程(Markstedt等，2015；Naseri等，2016)和骨组织工程(Abouzeid等，2018)的水凝胶的组装。藻酸盐的3D打印在用于生物医学目的的水凝胶组装中引起越来越多的关注，其中主要挑战在于实现3D结构的形状保真度。尽管藻酸盐的粘度可以通过其浓度和分子量进行调节(Kong等，2002)，但其流变行为不足以满足打印时的结构完整性。几位研究人员已通过引入来自例如木材或木浆的纤维素纳米纤维(CNF)以将藻酸盐设计为适用于3D打印的油墨而解决了这个问题(Chinga
‑
Carrasco，2018和WO2016/128620 A1)，其中可以将藻酸盐的直接交联能力与CNF的剪切稀化行为相结合。
[0005]CNF由于其良好的机械特性和生物相容性而对生物医学应用具有进一步的吸引力。CNF的引入已显示出非常有前景的结果，其中增加的粘度与剪切稀化行为相结合能够实现打印复杂的3D形状(Markstedt等，2015)。此外，已报道通过显著提高压缩特性而产生的CNF的增强效果(Abouzeid等，2018)。在最近的研究中，CNF不仅显示出对尺寸稳定性和机械特性有益，而且缠结的纳米纤维网络的存在进一步显示出影响孔结构，增加其尺寸，从而使其更适合细胞生长(Siqueira等，2019)。
[0006]藻酸盐和CNF二者都可以从可再生来源中分离，尽管通常伴随相对的能量密集和粗放的加工步骤(McHugh，2003；Falsini等，2018)。因此，将期望提供适用于3D打印的藻酸盐/CNF油墨，其中制备过程与已知的过程相比较不粗放且能量较不密集并且更加资源有效。

技术实现思路

[0007]本公开内容的一个目的是提供藻酸盐/CNF油墨和制备这样的油墨的方法，所述方法与已知的方法相比较不粗放且能量较不密集并且更加资源有效。另一个目的是提供用于
由这样的藻酸盐/CNF油墨提供成型材料的方法、其用于提供成型材料的用途，以及提供成型材料本身。
[0008]本专利技术由所附的独立专利权利要求限定。非限制性实施方案从从属专利权利要求、附图和以下描述中得出。
[0009]根据第一方面，提供了用于3D打印的天然组合物，其包含来自褐海藻的藻酸盐和纤维素纳米纤维，其中纤维素纳米纤维源自与藻酸盐相同来源的褐海藻样品的纤维素。
[0010]这样的天然组合物或生物凝胶可以适合作为用于3D打印的油墨。由于藻酸盐和纤维素来自相同的资源，来自相同的褐海藻(褐藻纲)样品，因此这样的天然组合物比其中藻酸盐可以从例如褐海藻中提取而纤维素从木材或木浆中提取的已知油墨更加资源有效。
[0011]天然组合物具有如存在于褐海藻样品中的藻酸盐和纤维素的组合物，即天然组合物中纤维素和藻酸盐的含量以及纤维素与藻酸盐的比率为褐海藻样品中纤维素和藻酸盐的原始含量和比率。生物凝胶在此意指包含为天然或重组生物组分的一种或更多种组分(纤维素和藻酸盐)的凝胶。
[0012]天然组合物的固体含量可以为2重量％至10重量％。在一个实例中，固体含量为2重量％至5重量％。
[0013]根据第二方面，提供了用于制备包含藻酸盐和纤维素纳米纤维的天然组合物的方法，其中所述方法包括以下步骤：提供褐海藻的材料，对所述材料进行纯化以从包含藻酸盐和纤维素的褐海藻中除去杂质，以及对经纯化的材料的纤维素进行纳米原纤化。
[0014]褐海藻的材料可以由整个海藻植物(即附着器(根状)、菌柄(茎状)和叶片(叶状)结构)组成或者包含整个海藻植物(即附着器(根状)、菌柄(茎状)和叶片(叶状)结构)，或者替代地，由这些部分中的仅一者或两者组成或者包含这些部分中的仅一者或两者。该材料可以例如为新鲜的海藻、置于冷冻箱中并在使用前解冻的海藻、或使用前经浸泡的晒干的海藻。
[0015]在纯化步骤之前，可以将材料切成较小的块。进行纯化以从材料中除去有色颜料和其他杂质。纯化后进行例如在水中洗涤材料的步骤，以除去漂白化学物质。应进行洗涤直至达到中性pH。
[0016]所使用的纳米原纤化方法可以是本领域已知的任何纳米纤维素原纤化。材料的纳米原纤化可以例如使用超大质量胶体超细摩擦研磨机进行。
[0017]在该方法的情况下，纤维素和藻酸盐来自相同的褐海藻样品。因此，由于藻酸盐和纤维素由褐海藻样品同时加工而成，因此本方法比己知的方法更加资源有效并且较不粗放。显示出，在相似的加工条件下，在本方法的情况下测得的纳米原纤化步骤的能量消耗低于商业木牛皮纸浆的纳米原纤化的能量消耗，相比之下，前者低于1.5kWh/kg，后者为约8.4kWh/kg(Berglund等，2017)。低能量需求表明在纳米原纤化步骤期间藻酸盐的存在对于纳米纤维的分离可能是有益的。因此，与其中纤维素在与藻酸盐混合之前被纳米原纤化的涉及来自一种来源的藻酸盐和源自另一种来源的纤维素纳米纤维的生产方法相比，本方法的能量较不密集。
[0018]对所述材料进行纯化的步骤可以包括使用一种或更多种纤维素漂白物质。
[0019]一种或更多种纤维素漂白物质可以是用于纸浆生产的常规纤维素漂白物质或化学物质。在一个实例中，可以使用乙酸盐缓冲液中的NaClO2。
[0020]根据第三方面，提供了用于制备包含藻酸盐和纤维素纳米纤维的成型材料、基体的方法，所述方法包括上述方法，以及以下另外的步骤：形成天然组合物的成型材料，以及使藻酸盐交联。交联的成型材料形成水凝胶。
[0021]在纳米原纤化之后，天然组合物可以例如通过3D打印形成为成型材料。使组合物的藻酸盐交联的步骤可以通过例如通过向成型材料中添加交联剂而使成型材料交联来进行。可以例如使成型材料浸泡在交联本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于3D打印的天然组合物，包含：来自褐海藻的藻酸盐，和纤维素纳米纤维，其中所述纤维素纳米纤维源自与所述藻酸盐的来源相同的褐海藻样品的纤维素。2.根据权利要求1所述的天然组合物，其中所述天然组合物的固体含量为2重量％至10重量％。3.一种用于制备包含藻酸盐和纤维素纳米纤维的天然组合物的方法，其中所述方法包括以下步骤：
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提供褐海藻的材料，
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对所述材料进行纯化以从包含所述藻酸盐和纤维素的所述褐海藻中除去杂质，以及
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对经纯化的材料的所述纤维素进行纳米原纤化。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述对所述材料进行纯化的步骤包括使用一种或更多种纤维素漂白物质。5.一种用于制备包含藻酸盐和纤维素纳米纤维的成型材料的方法，所述方法包括根据权利要求3或4所述的方法，以及以下另外的步骤：
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形成所述组合物的成型材料，以及
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使所述藻酸盐交联。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述使所述藻酸盐交联的步骤包括使用二价或三价阳离子、过氧化物、乙烯基...

【专利技术属性】
技术研发人员：林，
申请(专利权)人：克里斯蒂纳，
类型：发明
国别省市：