干燥生物材料的方法技术

本发明专利技术描述了一种生产含有生物材料的泡沫的方法。通过在水性溶剂中混合生物活性材料与保护剂，形成固体或半固体的糊剂。设置形成的糊剂，然后可以任选地分配成为需要的形状。可以冷冻糊剂以允许形成冰晶而作为致孔剂发挥作用。随后，将糊剂暴露于真空下的行波辐射能(t-REV)进行干燥。这导致溶剂蒸发，剩下含有生物活性材料、保护剂和相对较低的含水量的干燥材料。可以使用的生物活性材料包括细胞、微生物培养物、减毒活微生物、益生菌剂、酵母、酶、疫苗、蛋白质和任何热敏感的生物材料。通过经行波引导能量通过样品，可以实现对温度和工艺条件的良好控制。本方法提供了微粒浸取或冷冻干燥常规方法的替代方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
一段时间以来，已知用于生产明胶、胶原、纤维蛋白、聚(乙醇酸)(PGA)和聚(乳酸)(PLA)等的海绵的方法。尽管存在许多生产用于生物材料应用的泡沫的技术，但是，大部分涉及有机溶剂的使用，并且有些使用起来过于昂贵。一种常见的技术是溶剂铸型，接着微粒浸取。首先将聚合物溶解于有机溶剂中，然后与例如食盐的固体“致孔剂”(porogen) 混合。蒸发溶剂，留下聚合物中的盐晶体铸造。接着，用水浸取该复合物以除去盐，留下多孔材料。另一类常用的技术是相分离/乳化。可以产生含有溶于有机溶剂的聚合物的泡沫， 然后将水灌入泡沫中。接着冷冻泡沫，并冷冻干燥以除去溶剂和水。基于冷冻干燥的技术不适合大规模的操作。由于需要昂贵的设备、脱水速度缓慢和高能量消耗，冷冻干燥是一种非常昂贵的除水方法。产生泡沫的常规干燥方法包括风干、冷冻干燥和真空干燥。风干通过加入离去试剂、铸造孔隙或脱盐在固体或半固体材料中产生孔隙。这种方法通常需要长时间，或通过加热来加速。冷冻干燥需要相当长的时间，且受到装置中的可用空间的限制。由于需要设备和实现升华需消耗的能量，该方法也是昂贵的。真空干燥不能控制能量输入速度，因此难于控制产生的泡沫的孔径大小或孔壁厚度。也可以由凝胶产生多孔固体。凝胶广泛地用于食品工业，并且将溶质分散于食品中是一般惯例(Rassis等人，1997)。最近，已经提出用干燥的凝胶作为如维生素和矿物质的食品成分以及手术或治疗之后的药物的载体。水状胶体凝胶可以由多糖衍生，在低聚合物浓度时产生精细结构的凝胶，或者使用较高聚合物浓度由蛋白质衍生。干燥水状胶体凝胶的产生是简单、快速且廉价的。其在孔隙率和机械强度方面的物理性质的控制使得它们能够用于较宽范围的目的。它们也可以用来控制特定干燥食物产品的声波响应，并且具有将来用于无数不同的领域的极大潜力，从食品和包装到医学和医学护理、日常用品、耕作和农业、和环境化学甚至电子工业。水状胶体凝胶具有在合适的溶剂中膨胀的网状结构。凝胶的膨胀涉及聚合物基质弹性延伸产生的网络压力的增加。当该网络压力通过脱水变得松弛时，可能发生收缩。脱水过程中，亲水聚合物基质在干燥前被水包围，并在干燥后被空气包围。可以认为这些相分别是良好的和较差的溶剂。较差的溶剂可以有利于聚合物-聚合物之间的相互作用，因而可以诱发自发的皱缩(collapse)。在脱水过程中溶剂性质的改变诱导皱缩。也可以认为毛细作用力是皱缩的一个原因。收缩或皱缩的终点可以是产物从橡胶态到玻璃态的转变。 水状胶体凝胶的物理学表明，填充物微粒的渗透可以导致刚性的剧烈增加(Eichler等人，1997)。当大颗粒形式的两种聚合物混合在一起时，干燥材料中存在聚合物混合物的相分离的可能性。这种类型的分离取决于如聚合物在所用溶剂中的各自的溶解性、与基质表面的相互作用、沉积方法和干燥方法等各种参数。为了避免这些问题，混合并干燥聚合物的纳米微粒(参见，Kietzke等人，2003)。他们证明含有各种聚合物的纳米微粒的水性分散体可以通过“微乳化”方法产生。他们首先将聚合物溶解于合适的溶剂中，然后将其加入含有合适的表面活性剂的水溶液中。通过施加高剪切力，获得含有聚合物溶液小液滴的稳定的乳剂(所谓的微乳剂)。在其产生之后立即，或者在其浸于不同的碳水化合物溶液中以改变其物理和化学组成之后，通过冷冻脱水产生水状胶体泡沫和海绵。产生的干燥的多孔结构是固体结构中相互连接的孔的网络。改变制备程序可以改变这些海绵的机械性质。例如，湿琼脂凝胶中的内在的气泡剧烈地降低干燥海绵的机械完整性，并影响其孔隙率。但是，在藻酸盐海绵中使用同样的方法只导致较小的机械改变(Nussinovitch等人，1993)。包括在藻酸盐凝胶中的油削弱干燥海绵的机械强度，降低其破裂(failure)时的应力和刚度(如可变形模量所反映的)，并改变干燥海绵的孔的大小分布和结构(Nussinovitch和Gershon, 1997)。海绵的水塑化改变其应力-应变行为。真空干燥的海绵或那些适应于O. 33水活度的海绵通过脆性破裂皱缩。适应于O. 57和O. 75的水活度的海绵似乎通过弹性屈服皱缩(Rassis等人，1998)。大部分凝胶具有低固体含量，因此具有相当低的可有效干燥的总固体。水状胶体泡沫和海绵是经济上可行的干燥凝胶产物，取决于涉及的干燥方法的成本。多孔固体基于小室壁(cell wall)和完整的多孔结构，具有低的密度和低的机械强度。可以根据以下特征对其结构分类小室壁的柔性相对于脆性；多孔固体的主体中孔大小的分布；开放的小室相对于闭合的小室；小室壁的厚度和形状；和以不同的长度标度提到的结构均匀性。多孔固体的最有价值的性质是其密度、传导性、杨氏模量(Young’ s modulus)和强度。多孔固体通常具有小于O. 3kg/m3的相对密度,但它们可以达到更低的值。 多孔固体的不同结构导致宽范围的这些性质和更广的应用。低密度物质转化为可以漂浮的轻的、硬的、大的轻便结构。其低导热性产生隔热性。本领域需要新的和改进的由水状胶体生产泡沫和海绵的方法。进一步需要允许在干燥热不稳定或热敏感材料过程中良好控制温度的干燥生物活性材料的方法。专利技术概述本专利技术提供了干燥生物活性材料的方法。该方法包括在水溶液中混合生物活性材料与保护剂，形成糊剂(paste)，并将糊剂暴露于真空下的行波辐射能。通过在真空下一般以单向方式引导辐射能，该方法允许干燥过程中对样品温度进行精密调节。本专利技术提供了干燥生物活性材料的方法，包括以下步骤在水性溶剂中混合生物活性材料与保护剂以形成糊剂；并将糊剂暴露于真空下的行波辐射能，以从糊剂中沸腾溶剂。产生的干燥的生物活性材料呈现泡沫或海绵状的外观，并且可以用于再水合，或者可以碾碎成较小的部分并散布于其它产品中。该方法有利地允许干燥热敏感或热不稳定的生物成分，如微生物(细菌培养物、减毒活微生物、益生菌剂(probiotics)、酵母等)、酶， 或药物，如疫苗和抗生素。通常可适用于泡沫和海绵的其它用途也是根据本专利技术形成的干燥生物活性材料的可能的用途。在结合附图阅读以下的本专利技术具体实施方案的说明后，本专利技术的其它方面和特征对于本领域的技术人员来说是明显的。程图。系O系O系O附图简述下面仅是为了举例说明，参考附图，描述本专利技术的实施方案，其中图IA是显示根据本专利技术的实施方案制备水状胶体凝胶多孔海绵的特定方法的流图IB是显示根据本专利技术的实施方案制备泡沫的一般方法的流程图。图2显示具有O. 16kPa的平均初始杨氏模量的泡沫的孔间通道大小分布。图3显示具有6. IkPa的平均初始杨氏模量的泡沫的孔间通道大小分布。图4显示具有16. 3kPa的平均初始杨氏模量的泡沫的孔间通道大小分布。图5显示具有27. IkPa的平均初始杨氏模量的泡沫的孔间通道大小分布。图6显示具有274. 4kPa的平均初始杨氏模量的泡沫的孔间通道大小分布。图7显示具有732. 5kPa的平均初始杨氏模量的泡沫的孔间通道大小分布。图8显示具有1175kPa的平均初始杨氏模量的泡沫的孔间通道大小分布。图9显示具有3000kPa的平均初始杨氏模量的泡沫的孔间通道大小分布。附图说明图10显示具有O. 16kPa的平均初始杨氏模量的干燥多孔固体的应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：T·D·杜兰斯，P·亚格梅，S·阿玛德，张国芃，
申请(专利权)人：能波公司，
类型：发明
国别省市：