CN101284884A - 一种温敏性壳聚糖衍生物-羟丁基壳聚糖的制备方法 - Google Patents

一种温敏性壳聚糖衍生物-羟丁基壳聚糖的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种壳聚糖衍生物的制备方法，其特征在于首先将纯化壳聚糖经强碱活化成羟－K型壳聚糖，然后以1，2－环氧丁烷为醚化剂，以异丙醇为分散相，室温下温和反应2－4天，反应完毕后8－10倍体积丙酮沉淀、洗涤至中性，50℃真空干燥得到白色粉末状。通过控制壳聚糖/1，2－环氧丁烷的比例和反应时间得到不同取代度的羟丁基壳聚糖，本发明的优点是水溶性好，同时在生理温度下具有温敏性。

Description

一种温敏性壳聚糖衍生物-羟丁基壳聚糖的制备方法
技术领域
本发明涉及一种温敏性壳聚糖衍生物-羟丁基壳聚糖的制备方法，尤其涉及一种水溶性良好并具有温敏性的羟丁基壳聚糖的制备方法，可用于化学转换器、记忆元件开关、传感器、人造肌肉、化学存储器、分子分离体系、组织工程、药物载体领域，属于生物技术领域。
背景技术
壳聚糖[Chitosan，(1，4)-2-氨基-2脱氧-β-D-葡聚糖]是高分子量的匀聚糖，它通过甲壳素部分脱乙酰化作用而获得，是生物界中大量存在的唯一一种碱性多糖。生物界中甲壳素的年生物合成量估计有数十吨之多，远远超过其他氨基多糖，是一种取之不尽、用之不竭的再生资源。上世纪中后期，国际上十分重视这一资源的开发和利用，其应用已经涉及到纺织、印染、医疗及水处理等许多部门和领域。但由于壳聚糖分子中-O-H----O-型及-N-H----O-型的氢键作用，分子间的有序结构使结晶致密稳定，虽然可以溶于某些酸性溶液，但不能溶于一般的有机溶剂和水，当PH值＞6.5时，壳聚糖就会从溶液中析出，再加上醋酸的引入极大地影响到其生物安全性，这在很大程度上限制了它的推广应用。因此，在壳聚糖分子内引入功能性基团增加其溶解性和功能性，以拓宽其应用范围，是壳聚糖应用开发的主要方向之一。因其分子中含有6-OH和-NH2等可塑性基团，于是就提供了化学修饰改性的基础。现在有很多的修饰方法得到水溶性壳聚糖，如羧甲基壳聚糖、羟乙基壳聚糖、羟丙基壳聚糖、烷基化壳聚糖，经过改性的壳聚糖衍生物的水溶性得到了极大的提高，拓展了壳聚糖的应用范围。改性后的壳聚糖可被制成水凝胶、海绵等诸多剂型被广泛地应用在组织工程支架材料中。虽然羟丁基壳聚糖在国际上已经开始被利用，但关于羟丁基壳聚糖的制备方法还很少涉及。
智能型水凝胶是一类对外界刺激能产生敏感响应的水凝胶，外界刺激可以是温度、PH值、溶剂、盐浓度、光、化学物质等，根据对外界刺激的响应情况，智能水凝胶分为温度响应性水凝胶、PH响应性水凝胶等。由于智能型水凝胶的独特响应性，在化学转换器、记忆元件开关、传感器、人造肌肉、化学存储器、分子分离体系、组织工程、药物载体等方面具有很好的应用前景，因而对这一类物质的研究引起越来越多科学家的注意，但由于传统水凝胶存在一些缺点，如机械性能比较差，响应速度比较慢等，因而大大限制了水凝胶的应用。相关的文献报道称羟丁基壳聚糖具有较好的温敏性，并已经被作为理想的细胞外基质支架来使用，如平滑肌细胞和间充质干细胞，实验结果表明，羟丁基壳聚糖温敏性凝胶可以使细胞保持较高的成活率，并能促进间充质干细胞的分化。
因此，羟丁基壳聚糖有望成为新型组织工程支架材料，其制备方法的探讨也具有重要的理论和实际意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种水溶性同时具有温敏性的温敏性壳聚糖衍生物-羟丁基壳聚糖的制备方法。
为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种温敏性壳聚糖衍生物-羟丁基壳聚糖的制备方法，其方法为：
第一步.壳聚糖的制备：
制备壳聚糖溶液：取50克-100克新鲜虾壳，去除头、脚和尾，用清水洗净，用500-1000毫升浓度为5％盐酸浸泡除钙，用500-1000毫升浓度为10％的氢氧化钠浸泡去除杂蛋白，用注射用水洗涤PH至7-8、烘干、磨粉得到粉末几丁质，然后在500-1000毫升浓度为50％的氢氧化钠溶液中温度为80℃-100℃脱乙酰反应18-24小时，用注射用水洗涤PH值至7-8，用浓度为95％的酒精脱水，最后真空干燥得脱乙酰度为85-95％的壳聚糖；
第二步.壳聚糖的纯化，去除壳聚糖中的残存蛋白和色素：
将第一步制备的壳聚糖加至600-1000毫升浓度为2％的氢氧化钠溶液中，控制温度在70-80℃之间，搅拌1-3小时，抽滤，再加入800-1000毫升浓度为2％的氢氧化钠溶液，相同过程重复3次，将得到的固形物用去离子水洗PH值至7-8，50℃真空干燥烘干得到壳聚糖的粗品；将壳聚糖粗品溶解在2000-10000毫升浓度为1-2％的醋酸溶液中，300目绢布过滤除杂，用浓度为10％氢氧化钠溶液调PH值至8-9之间得到乳胶状沉淀，然后固液分离，用去离子水洗涤PH值至7-8；用1000-2000毫升浓度为95％乙醇脱水，1000-2000毫升浓度为70％乙醇洗涤3-4次脱盐；最后50℃真空干燥得纯化壳聚糖；
第三步.纯化壳聚糖的碱化处理：
将纯化所得到的壳聚糖经强碱作用形成壳聚糖的活化形式羟-K型；
第四步.壳聚糖的羟丁基化：
将活化形式羟-K型的壳聚糖10克中多余的碱液用100目绢布过滤挤出，转至三口瓶中，加入50-100毫升异丙醇搅拌1-2小时使壳聚糖完全分散开，然后用分液漏斗慢慢滴加50-200毫升1，2-环氧丁烷，常温下反应4-5天，反应完全后，用8-10倍体积的丙酮沉淀、洗涤，50℃真空干燥得到白色粉末状。
本发明通过1，2-环氧丁烷作为醚化剂和碱化壳聚糖，在异丙醇体系下控制一定的条件进行化学改性。得到水溶性的羟丁基壳聚糖，红外光谱分析(FTIR)表明羟丁基化主要发生在6-OH上，流变学性能测定结果表明其最小临界溶液温度(Lower critical solution temperature LCST)2.5％时为43.5℃，5％时为25℃。
本发明的优点是水溶性好，同时具有温敏性，且最小临界溶液温度低于生理温度37℃。
附图说明：
图1为壳聚糖红外图谱；
图2为羟丁基壳聚糖的红外图谱；
图3为羟丁基壳聚糖的流变学性质变化图(2.5％m/v)；
图4为羟丁基壳聚糖的流变学性质变化图(5％m/v)
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种温敏性壳聚糖衍生物-羟丁基壳聚糖的制备方法为：
第一步.壳聚糖的制备：
制备壳聚糖溶液：取100克新鲜虾壳，去除头、脚和尾，用清水洗净，用800毫升浓度为5％盐酸浸泡除钙，用800毫升浓度为10％的氢氧化钠浸泡去除杂蛋白，用注射用水洗涤PH至7-8、烘干、磨粉得到粉末几丁质，然后在800毫升浓度为50％的氢氧化钠溶液中温度为80℃-100℃脱乙酰反应18-24小时，用注射用水洗涤PH值至7-8，用浓度为95％的酒精脱水，最后真空干燥得脱乙酰度为85-95％的壳聚糖；
第二步.壳聚糖的纯化，去除壳聚糖中的残存蛋白和色素：
将第一步制备的壳聚糖加至600-1000毫升浓度为2％的氢氧化钠溶液中，控制温度在70-80℃之间，搅拌1-3小时，抽滤，再加入800毫升浓度为2％的氢氧化钠溶液，相同过程重复3次，将得到的固形物用去离子水洗PH值至7-8，50℃真空干燥烘干得到壳聚糖的粗品；将壳聚糖粗品溶解在2000-10000毫升浓度为1-2％的醋酸溶液中，300目绢布过滤除杂，用浓度为10％氢氧化钠溶液调PH值至8-9之间得到乳胶状沉淀，然后固液分离，用去离子水洗涤PH值至7-8；用1000-2000毫升浓度为95％乙醇脱水，1000-2000毫升浓度为70％乙醇洗涤3-4次脱盐；最后50℃真空干燥得纯化壳聚糖；
第三步.纯化壳聚糖的碱化处理：
将纯化所得到的壳聚糖经强碱作用形成壳聚糖的活化形式羟-K型；
第四步.壳聚糖的羟丁基化：
将活化形式羟-K型的壳聚糖10克中多余的碱液用100目绢布过滤挤出，转至三口瓶中，加入50-100毫升异丙醇搅拌1-2小时使壳聚糖完全分散开，然后用分液漏斗慢慢滴加50-200毫升1，2-环氧丁烷，常温下反应4-5天，反应完全后，用8-10倍体积的丙酮沉淀、洗涤，50℃真空干燥得到白色粉末状。
所述的壳聚糖的强碱化方法为：
将10克纯化壳聚糖加入10-50毫升异丙醇，在1000ml三口烧瓶中膨胀30-60分钟，100目绢布挤出多余的异丙醇，然后加入70-120毫升浓度为50％的氢氧化钾溶液，搅拌1小时，-10℃--30℃中冻存，次日拿出融化，相同的过程重复2次；
实施例2本发明的羟丁基壳聚糖的制备
第一步壳聚糖的制备同实施例1；
第二步壳聚糖的纯化同实施例1；
第三步壳聚糖的碱化同实施例1；
第四步.壳聚糖的羟丁基化
将碱化好的壳聚糖10克中多余的碱液用100目绢布过滤挤出，转至三口瓶中，加入80毫升异丙醇搅拌2小时使壳聚糖完全分散开，然后分液漏斗慢慢滴加100毫升1，2-环氧丁烷，常温下反应5天，反应完全后，9倍体积丙酮沉淀、洗涤PH值至7-8，50℃真空干燥得到白色粉末状。
实施例3本发明的羟丁基壳聚糖的制备
第一步壳聚糖的制备同实施例1；
第二步壳聚糖的纯化同实施例1；
第三步壳聚糖的碱化同实施例1；
第四步.壳聚糖的羟丁基化
将碱化好的壳聚糖10克中多余的碱液用100目绢布过滤挤出，转至三口瓶中，加入80毫升异丙醇搅拌1-2小时使壳聚糖完全分散开，然后分液漏斗慢慢滴加200毫升1，2-环氧丁烷，常温下反应4天，反应完全后，9倍体积丙酮沉淀、洗涤PH值至7-8，50℃真空干燥得到白色粉末状。
实施例4本发明的羟丁基壳聚糖的制备
第一步壳聚糖的制备同实施例1；
第二步壳聚糖的纯化同实施例1；
第三步壳聚糖的碱化
将纯化壳聚糖10克加入100毫升50％的KOH溶液中，常温下放置24小时。
第四步壳聚糖的羟丁基化同实例3
将样品和KBr混合压片，以KBr为参比，红外光谱分析(FTIR)表明羟丁基化主要发生在6-OH上(见图1，图2)，流变学性能测定结果表明其最小临界溶液温度(Lower critical solution temperature LCST)2.5％时为43.5℃，5％时为25℃(见图3，图4)。
实例样品和原料壳聚糖主要性能对比表

Claims (2)

1.一种温敏性壳聚糖衍生物-羟丁基壳聚糖的制备方法，其特征在于该方法为：
第一步.壳聚糖的制备：
制备壳聚糖溶液：取50克-100克新鲜虾壳，去除头、脚和尾，用清水洗净，用500-1000毫升浓度为5％盐酸浸泡除钙，用500-1000毫升浓度为10％的氢氧化钠浸泡去除杂蛋白，用注射用水洗涤PH至7-8、烘干、磨粉得到粉末几丁质，然后在500-1000毫升浓度为50％的氢氧化钠溶液中温度为80℃-100℃脱乙酰反应18-24小时，用注射用水洗涤PH值至7-8，用浓度为95％的酒精脱水，最后真空干燥得脱乙酰度为85-95％的壳聚糖；
第二步.壳聚糖的纯化，去除壳聚糖中的残存蛋白和色素：
将第一步制备的壳聚糖加至600-1000毫升浓度为2％的氢氧化钠溶液中，控制温度在70-80℃之间，搅拌1-3小时，抽滤，再加入800-1000毫升浓度为2％的氢氧化钠溶液，相同过程重复3次，将得到的固形物用去离子水洗PH值至7-8，50℃真空干燥烘干得到壳聚糖的粗品；将壳聚糖粗品溶解在2000-10000毫升浓度为1-2％的醋酸溶液中，300目绢布过滤除杂，用浓度为10％氢氧化钠溶液调PH值至8-9之间得到乳胶状沉淀，然后固液分离，用去离子水洗涤PH值至7-8；用1000-2000毫升浓度为95％乙醇脱水，1000-2000毫升浓度为70％乙醇洗涤3-4次脱盐；最后50℃真空干燥得纯化壳聚糖；
第三步.纯化壳聚糖的碱化处理：
将纯化所得到的壳聚糖经氢氧化钾作用形成壳聚糖的活化形式羟-K型；
第四步.壳聚糖的羟丁基化：
将活化形式羟-K型的壳聚糖10克中多余的碱液用100目绢布过滤挤出，转至三口瓶中，加入50-100毫升异丙醇搅拌1-2小时使壳聚糖完全分散开，然后用分液漏斗慢慢滴加50-200毫升1，2-环氧丁烷，常温下反应4-5天，反应完全后，用8-10倍体积的丙酮沉淀、洗涤，50℃真空干燥得到白色粉末状。
2.根据权利要求1所述的一种温敏性壳聚糖衍生物-羟丁基壳聚糖的制备方其特征在于，所述的壳聚糖的强碱化方法为：
第一种.将纯化壳聚糖加10克入10-50毫升异丙醇，在1000ml三口烧瓶中膨胀30-60分钟，100目绢布挤出多余的异丙醇，然后加入70-120毫升浓度为50％的氢氧化钾溶液，搅拌1小时，-10℃--30℃中冻存，次日拿出融化，相同的过程重复2次；
第二种.或将纯化壳聚糖10克加入70-120毫升50％的氢氧化钾溶液中，常温下放置24小时。
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