各向异性纯几丁质水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种各向异性纯几丁质水凝胶及其制备方法，其中，该制备方法包括以下步骤：将壳聚糖酸性水溶液进行冷冻，构建其内部各向异性结构；所述壳聚糖酸性水溶液质量浓度低于

【技术实现步骤摘要】
各向异性纯几丁质水凝胶及其制备方法


[0001]本专利技术涉及水凝胶材料的
，尤其涉及一种各向异性纯几丁质水凝胶及其制备方法，具体地，涉及一种基于化学转化制备的几丁质水凝胶
。

技术介绍

[0002]水凝胶
(Hydrogel)
是以水为分散介质的高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水
。
根据合成材料的不同，水凝胶又分为合成高分子水凝胶和天然高分子水凝胶
。
天然高分子由于具有更好的生物相容性
、
对环境的敏感性以及丰富的来源
、
低廉的价格，因而正在引起越来越多学者的重视
。
[0003]其中，几丁质水凝胶材料具有重大的应用前景，例如组织工程等生物医学领域
。
这是由于几丁质是一种具有生物相容性
、
生物降解性
、
可持续性的天然生物质材料
。
然而，由于其分子内和分子间氢键，几丁质在水溶液中具有稳定的难溶性，这使得几丁质水凝胶材料的制备一直是一项巨大的挑战
。
且现有的制备策略具有额外聚合物的引入
、
各向异性结构构建困难
、
有毒试剂的使用
、
条件苛刻
、
工艺复杂等问题，这制约了其在生物医用水凝胶材料的应用
。
[0004]因此，开发一种绿色
、
高效的方法制备各向异性纯几丁质水凝胶材料，对拓展几丁质水凝胶材料在不同领域的应用具有重要意义
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种各向异性纯几丁质水凝胶及其制备方法，本专利技术能简便制备得到各向异性纯几丁质水凝胶材料，绿色环保
。
[0006]本专利技术提供一种各向异性纯几丁质水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将壳聚糖酸性水溶液进行冷冻，构建其内部各向异性结构；所述壳聚糖酸性水溶液质量浓度优选低于
50
％；
[0008]将所述冷冻后的壳聚糖放入含有碱性物质的醇溶液中，在低于
0℃
的温度下进行溶剂置换和凝胶化，得到壳聚糖醇凝胶；将所述壳聚糖醇凝胶进行乙酰化交联和水溶剂交换，得到各向异性取向结构的纯几丁质水凝胶
。
[0009]在其中一些实施例中，所述壳聚糖酸性水溶液中采用甲酸
、
乙酸
、
丙酸和盐酸中的一种或多种
。
[0010]在其中一些实施例中，所述冷冻方式包括无序冷冻
、
单向冷冻
、
双向冷冻和三向冷冻中的任意一种；所述冷冻的温度为
‑
200℃
～
0℃。
[0011]在其中一些实施例中，所述含有碱性物质的醇溶液中碱性物质为氨水
、
氢氧化钠和碳酸钠中的一种或多种，溶剂醇为乙醇
、
甲醇和异丙醇中的一种或多种
。
[0012]在其中一些实施例中，所述含有碱性物质的醇溶液中碱性物质质量浓度为
0.001
～
90
％；所述溶剂置换和凝胶化的温度为
‑
25℃
～
0℃
，优选为
‑
22℃
～
‑
18℃。
[0013]在其中一些实施例中，所述壳聚糖醇凝胶采用醋酸酐醇溶液进行乙酰化交联，然
后置于水溶液中溶剂交换，得到所述的纯几丁质水凝胶
。
[0014]在其中一些实施例中，所述醋酸酐醇溶液中醋酸酐质量浓度为
0.001
～
90
％；所述乙酰化交联的温度为
‑
80℃
～
80℃
，时间为1～
24h。
[0015]本专利技术提供一种纯几丁质水凝胶，由前文所述的制备方法制得，具有各向异性取向结构
。
[0016]在其中一些实施例中，所述各向异性取向结构包括层状结构
、
柱状结构和类细胞状结构中的任意一种
。
[0017]在其中一些实施例中，所述纯几丁质水凝胶的含水量高于
90
％
。
[0018]与现有技术相比，本专利技术通过冷冻技术，构建得到最终纯几丁质水凝胶内部的各向异性取向结构，其中，各向异性取向结构可根据不同需求调整冷冻动力学参数进行调控；而且本专利技术通过常规有机溶剂构建纯的壳聚糖凝胶框架，再进行乙酰化交联及水溶剂置换后，即可得到具有各向异性取向结构的纯几丁质水凝胶，所述纯几丁质水凝胶的形成主要基于壳聚糖上酰胺键的生成
。
本专利技术制备过程绿色环保且工艺较为简便，通过本专利技术实施例中的方法，高效制得各向异性纯几丁质水凝胶材料，其性能良好，具有大规模应用的前景
。
附图说明
[0019]图1是本申请实施例1中各向异性纯几丁质水凝胶与未乙酰化的壳聚糖的红外测试图；
[0020]图2是本申请实施例1中柱状结构的纯几丁质水凝胶的扫描电子显微镜图；
[0021]图3是本申请实施例2中层状结构的纯几丁质水凝胶的扫描电子显微镜图；
[0022]图4是本申请实施例中各向异性纯几丁质水凝胶的水含量；
[0023]图5是本申请实施例中不同取向结构的纯几丁质水凝胶拉伸力学测试图；
[0024]图6是本申请实施例中各向异性纯几丁质水凝胶的抗溶胀的表征；
[0025]图7是本申请实施例中各向异性纯几丁质水凝胶的抗快速降解的表征
。
具体实施方式
[0026]为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合具体实施例对本专利技术进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本专利技术的保护范围有任何的限制作用
。
[0027]在实现本专利技术的过程中发现，几丁质即甲壳素，是一种在生物体中发现的生物聚合物，可满足当前对可用性
、
可持续性
、
生物相容性
、
生物降解性
、
功能性和可再生性的需求，是再生医学领域制备水凝胶的理想材料
。
然而，由于几丁质具有相对较大的分子量
、
复杂的氢键结构和内部结晶区域，使其难以溶解在普通的水性等有机溶剂中，导致其加工工艺复杂，限制了几丁质材料的大规模开发和应用，几丁质仍然是当前利用最少的生物质资源
。
目前，几丁质水凝胶的制备难点主要在于几丁质在各种溶剂中的难溶性挑战
。
制备几丁质水凝胶最常用的策略是：通过碱和尿素的混合溶液体系进行溶解，随后通过物理或化学交联策略制备几丁质水凝胶
。
通过引入琼脂糖等物质利用化学转化法构建几丁质水凝胶，是一种有前景的技术，但额外引入的物质一般难以去除，环保性不足，这些问题都制约了几本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种各向异性纯几丁质水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将壳聚糖酸性水溶液进行冷冻，构建其内部各向异性结构；所述壳聚糖酸性水溶液质量浓度低于
99.9
％，优选低于
50
％；将所述冷冻后的壳聚糖放入含有碱性物质的醇溶液中，在低于
0℃
的温度下进行溶剂置换和凝胶化，得到壳聚糖醇凝胶；将所述壳聚糖醇凝胶进行乙酰化交联和水溶剂交换，得到各向异性取向结构的纯几丁质水凝胶
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖酸性水溶液中采用甲酸
、
乙酸
、
丙酸和盐酸中的一种或多种
。3.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷冻方式包括无序冷冻
、
单向冷冻
、
双向冷冻和三向冷冻中的任意一种；所述冷冻的温度为
‑
200℃
～
0℃。4.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含有碱性物质的醇溶液中碱性物质为氨水
、
氢氧化钠和碳酸钠中的一种或多种，溶剂醇为乙醇
、
甲醇和异丙醇中的一种或多种
。5.
根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述含有碱性...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞书宏，刘瑞瑞，茅瓅波，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：