海鞘中提取微晶纤维素及制备溶致性胆甾型液晶的方法技术

一种海鞘中提取微晶纤维素及制备溶致性胆甾型液晶的方法。包括将海鞘用蒸馏水浸泡洗净只留刮掉薄皮的被囊；用强碱浸泡６ｈ－２４ｈ除去蛋白质和脂类；在４０℃－９０℃条件下将被囊在缓冲溶液中反应１ｈ－５ｈ且重复２－８次；将所得纤维素置于表面皿上干燥；粉碎至微米或毫米级；倒入盛有适量浓酸的烧杯中水解搅拌反应３０ｍｉｎ－６ｈ，再加入大量的蒸馏水终止反应；通过反复离心和透析除去悬浮液中的酸，最后使得透析袋外溶液呈中性或微酸性，然后蒸发浓缩得溶致性胆甾型液晶等步骤。它反应过程简单、工艺方法较易控制，原料资源丰富，价格低廉，重复性好，绿色环保无毒，易于大量生产，并且成本较低。可以应用于工业生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于液晶材料
，更明确地说涉及海鞘中提取微晶纤维素及制备溶 致性胆留型液晶的方法的创新。
技术介绍
F. Reinitzer在1888年首先观察到液晶现象。他在测定有机物熔点时，发现某些 有机物熔化后会形成一个不透明的浑浊液态；继续加热，成为了透明的各向异性的溶液。由 于浑浊状液体的中间相具有和晶体相似的性质，故被命名为液晶。众所周知，液晶材料可以用来作显示器。但除此之外，它还应用在许多领域，例如 洗涤剂中的泡沫就是一种溶致液晶。由于层状液晶可以相对滑移所以它可以用来作润滑 剂。一些高分子液晶还可以用高性能工程材料、信息存储材料以及作为色谱分离材料等。液晶依其生成条件，主要分为热致性液晶和溶致性液晶两大类。热致性液晶是依 靠温度的变化，在某一温度范围形成的液晶态物质；溶致性液晶则是依靠溶剂的溶解分散， 在一定浓度范围形成的液晶态物质。除了这两类液晶物质外，人们还发现了在外力场(压 力、流动场、电场、磁场和光场等)作用下形成的液晶。例如聚乙烯在某一压力下可出现液 晶态，是一种压致型液晶。聚对苯二甲酰对氨基苯甲酰胼在施加流动场后可呈现液晶态，因 此属于流致型液晶。根据分子排列的形式和有序性的不同，液晶有三种结构类型近晶型、向列型、胆 甾型。近晶型液晶是所有液晶中最接近结晶结构的一类。在这类液晶中，棒状分子互相平 行排列成层状结构，分子的长轴垂直于层状结构平面，层内分子排列具有二维有序性；层状 结构平面之间可以相互滑移，而垂直于层平面方向的流动却很困难。在向列型液晶中，棒状 分子只维持一维有序；在外力作用下，棒状分子容易沿流动方向取向，并可在取向方向互相 穿越。因此，向列型液晶的宏观粘度一般都比较小，在三种结构类型的液晶中流动性最好。 在胆甾型液晶中，分子是长而扁平的。它们依靠端基的作用，平行排列成层状结构，长轴与 层平面平行。层内分子排列与向列型类似，而相邻两层间分子长轴的取向依次规则地扭转 一定的角度，层层累加而形成螺旋结构。分子长轴方向在扭转了 360°以后回到原来的方 向。两个取向相同的分子层之间的距离称为螺距，它是表征胆甾型液晶的重要参数。由于 胆甾型液晶具有选择反射的性质，使得胆留型液晶在白光照射下呈现彩虹般漂亮的颜色， 并有极高的旋光能力。许多天然生物高分子可以形成胆甾型液晶相，例如纤维素、多肽、DNA等。1976年 D. G. Gary首次报道了分子量为10000的羟丙基纤维素的20% 50%水溶液能形成具有彩 虹色彩、强烈双折射和旋光性的胆留型液晶溶液。纤维素本身可以形成液晶溶液是由Chanzy和Peguy首先报道的。他们认为纤维 素在N-2甲基马啡林氧化物(MMNO)和水的混合溶剂中可以形成液晶溶液。20世纪90年 代，Gray等报道棒状的纤维素晶体(长约200nm、宽约7nm)的悬浮体系在浓度很低的情况 下就可以形成胆留型液晶相。在临界浓度以上时，悬浮体系分为具有非常明显相界面的两 相，下面的一相表现出胆留型液晶相的光学特性。由于胆留型液晶的螺距极易随外界条件及高分子本身的结构参数的改变而改变，如溶液浓度、温度、电磁场、分子量、取代度等。这一性质使得其用途非常广泛，主要包括温 度探测器温度计、体温计、温度警戒显示、医疗热谱图诊断乳癌、血液疾病等，无损探伤、红 外和微波的测试等。又由于胆留型液晶具有特殊的螺旋结构使得它具有一些特有和优异的光学性能， 如选择性反射、强的旋光性、圆二色性等等。因而，胆留型液晶相的选择性反射光性能在光 学应用上是非常有潜力的，该光学性能可用于光学、装饰材料和信息存储材料等。纤维素是自然界中储量最丰富、可再生的天然高分子材料，在高等植物、细菌、动 物、绿藻、海鞘等生物中广泛存在，因此纤维素的开发和利用具有很重要的现实意义。不但 纤维素来源广泛、价格低廉，而且它既能显示溶致液晶又能显示热致热晶，这些优异的性质 使得其在液晶领域被广泛研究。纤维素是一种D-脱水吡喃葡萄糖通过β-1，4苷键连结起 来的聚合物。纤维素是由结晶相和非结晶相交错形成的；其中非晶相呈现无定形状态，因为 其大部分葡萄糖环上的羟基基团属于游离状态；而结晶纤维素中大量的羟基基团，形成了 数目庞大的氢键，这些氢键构成了巨大的氢键网络，直接导致了致密的晶体结构的形成。纤维素及其衍生物形成的溶致液晶多为胆留型液晶，其液晶相的织构具有多重 性，即存在多种织构，并且这些织构的存在与溶液浓度的大小和温度有关。可以观察到的织 构类型有圆盘织构、条纹织构、假各向同性织构、平面织构、多边形织构、指纹织构等。国内也有用纤维素和纤维素衍生物合成胆留相液晶的研究，如黄勇等，他们是通 过乙基纤维素先后与丙烯腈、丙烯酸发生反应形成了胆留相液晶体系。但是这种方法制备 胆甾相液晶有它的不足之处，如乙烯腈易燃有剧毒，反应过程较复杂、比较难控制，生产成 本较高等。这些不足都限制了其在工业中的应用。尽管目前陆地植物纤维素相关的研究日益活跃，但是，有关海洋动物纤维素的研 究鲜见报道。海鞘(ascidian)是尾索动物亚门的一个纲，其形状很像植物，广泛分布于世 界各大海洋中，自沿海水域至深海海底皆有海鞘栖息。海鞘幼体的尾部有脊索，因此海鞘属 于脊索动物。海鞘的体壁即是包藏内部器官的外套膜，外套膜除了表面一层外胚层的上皮 细胞外，还掺杂着来源于中胚层的肌肉纤维，以支配身体及出、入水孔的伸缩和开关。体壁 能分泌一种化学成分类似植物纤维素的被囊素(timicin)，并由此形成包围在动物体外的 被囊，这就是被囊动物名称的由来。在整个动物界中，体壁能分泌植物纤维素的动物，至今 仅发现于海鞘和少数原生动物。海鞘纤维素也是由D-吡喃葡萄糖环彼此以β-1，4-糖苷 键以Cl椅式构象联结而成的线形高分子，其特点在于具有较高的结晶度并且几乎由I β晶 型构成，而植物纤维素则是I α晶型和I β晶型的混合体，结晶度相对较低。海鞘纤维素的独特的I β晶型结构与高结晶度决定了它具有植物纤维素所没有 的优良性能和热稳定性并预示了它广阔的商业用途。但是，目前对海鞘纤维素的研究开发 几乎是空白。
技术实现思路
本专利技术的目的，就在于克服上述缺点和不足，提供一种海鞘中提取微晶纤维素及 制备溶致性胆留型液晶的方法。它反应过程简单、工艺方法较易控制，原料资源丰富，价格 低廉，重复性好，绿色环保无毒，易于大量生产，并且成本较低。可以应用于工业生产。为了达到上述目的，本专利技术海鞘中提取微晶纤维素的方法包括以下步骤(1)将海洋生物海鞘用蒸馏水浸泡洗净，解剖海鞘并丢弃内脏器官，只留海鞘的被 囊，然后再将其最外面的一层薄皮刮掉丢弃，只留用其余部分；(2)用强碱把留用的被囊浸泡6h_24h除去其中所含的蛋白质和脂类；(3)在40°C -90°C条件下，将除去蛋白质和脂类的被囊在用醋酸和氢氧化钠制成 的含漂白剂的缓冲溶液中反应lh-5h，本步骤反应重复进行2-8次，每次都需更新前述缓冲 溶液；(4)将步骤(3)得到的样品置于表面皿上，然后放入恒温鼓风干燥箱中在 200C -60°C下进行干燥；(5)干燥后，用粉碎机将其粉碎至微米或毫米级。步骤⑵所说的强碱为1_10衬％的氢氧化钾或氢氧化钠溶液。步骤(3)中每次反应均按照Ig留用的被囊使用IOml缓冲溶液的比例进行；将27g本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海鞘中提取微晶纤维素的方法，其特征在于包括以下步骤：　　（１）将海洋生物海鞘用蒸馏水浸泡洗净，解剖海鞘并丢弃内脏器官，只留海鞘的被囊，然后再将其最外面的一层薄皮刮掉丢弃，只留用其余部分；　　（２）用强碱把留用的被囊浸泡６ｈ－２４ｈ除去其中所含的蛋白质和脂类；　　（３）在４０℃－９０℃条件下，将除去蛋白质和脂类的被囊在用醋酸和氢氧化钠制成的含漂白剂的缓冲溶液中反应１ｈ－５ｈ，本步骤反应重复进行２－８次，每次都需更新前述缓冲溶液；　　（４）将步骤（３）得到的样品置于表面皿上，然后放入恒温鼓风干燥箱中在２０℃－６０℃下进行干燥；　　（５）干燥后，用粉碎机将其粉碎至微米或毫米级。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朴光哲，张丽红，宋广杰，李健荣，木村恒久，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：95[中国|青岛]