CN102585255A

CN102585255A - 一种果胶/纤维素水凝胶材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102585255A
Application number: CN2011100030408A
Authority: CN
Inventors: 马兆成; 闫会清; 季群; 彭抒昂; 邓秀新
Original assignee: Huazhong Agricultural University
Current assignee: Huazhong Agricultural University
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-01-06
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明涉及一种果胶/纤维素水凝胶的制备方法及其产品，其制备方法的特征在于包含下述步骤：将果胶、纤维素分别溶解于的NaOH/尿素的水溶液中；然后将果胶的NaOH/尿素组合水溶液与纤维素的NaOH/尿素组合水溶液混合，搅拌均匀得混合溶液，再加入交联剂环氧氯丙烷，经化学交联反应，置于凝胶温度下，直至形成果胶/纤维素水凝胶，所用纤维素的粘均分子量为3万～10万道尔顿。本发明得到的果胶/纤维素水凝胶，其吸水率为20～120g/g。具有很好吸水性和力学强度，可广泛应用在农业，卫生以及生物医用材料等领域。

Description

一种果胶/纤维素水凝胶材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种可生物降解天然高分子水凝胶材料，特别涉及一种良好生物相容性果胶/纤维素材料及其制备方法，属天然高分子材料和生物医用材料技术领域。

背景技术

柑橘是中国第一大水果，其榨汁后的废渣主要成分为果胶，是一组聚半乳糖醛酸，是植物保水性能的主要贡献者。果胶是一种天然高分子化合物，具有良好的胶凝化和乳化稳定作用，已广泛用于食品、医药、日化及纺织行业。高分子水凝胶是一种亲水溶胀并保持大量水分的材料，在农业、医用材料、日用化工领域有广泛的用途。但由于果胶易溶于水，制的凝胶材料力学性能差，限制了它在生物医用材料、药物控释和日用化工领域的广泛应用。植物纤维素是地球上最丰富的可再生资源，在植物中起到结构支撑作用，具有良好的力学性能。果胶纤维素混合材料即可以保持果胶独特的保水性能、又能具有良好的力学性能，为天然可降解的生物安全性材料开发提供了一个新的有效途径。

目前文献报道的果胶凝胶主要分为就地形成或添加合成高分子材料。申请号为“200710028603.2”的专利报道了果胶/聚乙烯醇水凝胶材料及其制备方法用于人工髓核假体，由于聚乙烯醇是对人体有害的成分，其生物相容性差，对人体有刺激作用。美国PCT专利“果胶凝胶的就地形成”，采用芦荟果胶，在钙离子的作用下就地形成可用于向动物体输送和持续释放生理活性剂的就地凝胶化材料，其力学性能差，凝胶脆，易破损。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种果胶/纤维素水凝胶材料，该材料生物相容性好，同时具有生物可降解性，较高的机械强度的材料。该果胶/纤维素水凝胶材料加入果胶能增强材料的吸附性能，纤维素提供结构支撑作用，提供材料良好的力学性能。果胶来源于价廉易得的世界第一大水果柑橘废渣，本发明也为农副产品高附加值开发利用提供了一条有效途径。本发明制备方法简单，原料成本低，整个工艺过程无污染，所得产物含水量高，吸附效果好，生物相容性好，生物可降解，并具有优良的力学性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种果胶/纤维素水凝胶的制备方法，其包含下述步骤：将果胶、纤维素分别溶解于的NaOH/尿素的水溶液中；然后将果胶的NaOH/尿素组合水溶液与纤维素的NaOH/尿素组合水溶液混合，搅拌均匀得混合溶液，再加入交联剂环氧氯丙烷，经化学交联反应，置于凝胶温度下，直至形成果胶/纤维素水凝胶，所用纤维素的粘均分子量为3万～10万道尔顿。

具体来说，本发明的技术方案中的制备步骤是：将果胶于室温下，添加质量百分比浓度为6～10％的NaOH、质量百分比浓度为4～12％的尿素的NaOH/尿素的水溶液中，搅拌均匀直至使果胶溶解，得到质量百分比浓度为1～6％的果胶的NaOH/尿素组合水溶液。

上述步骤中加入的交联剂环氧氯丙烷的量与混合溶液的比例为0.5～1.5ml/10g。

上述步骤中凝胶温度为30～60℃。凝胶处理时间为2～12h。

利用水凝胶的三维网络结构进行细胞培养，结果表明细胞可以在水凝胶中很好的黏附和增值。因此本发明制备的纤维素/果胶水凝胶材料是一种很好的支架材料。

附图说明

图1：为本发明制备果胶/纤维素形成的水凝胶材料外观。

图2：是本发明的水凝胶材料形貌和细胞相容性检测。其中：图2A是凝胶材料切面形貌，图2B是细胞在水凝胶材料表面生长情况。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，其目的在于帮助更好的理解本发明的内容，但这些具体实施方案不以任何方式限制本发明的保护范围。

实施例1

将3克果胶分散于97克含6wt％NaOH和4wt％尿素的混合水溶液中，在室温(22-25℃)下搅拌均匀直至果胶溶解。将3克纤维素(粘均分子量M_η＝9.2×10⁴)分散于97克含6wt％NaOH和4wt％尿素的混合水溶液中，预冷至-10℃，20小时后解冻搅拌得到透明的纤维素溶液。取10g果胶溶液和30g纤维素溶液混合，得到果胶和纤维素混合溶液，其中果胶素和纤维素的重量比为1∶3，果胶和纤维素合占果胶和纤维素混合溶液的3％。将4ml的环氧氯丙烷滴加到40g混合溶液中，升温至60℃，2小时后得到果胶和纤维素的重量比为1∶3的复合水凝胶。经测试，凝胶压缩强度为44.3KPa，平衡溶胀比为26g/g。

实施例2

将3克果胶分散于97克含8wt％NaOH和9wt％尿素的混合水溶液中，在室温下(同实施例1)搅拌均匀直至果胶溶解。将3克纤维素(粘均分子量M_η＝9.2×10⁴)分散于97克含6wt％NaOH和4wt％尿素的混合水溶液中，预冷至-16℃，16小时后解冻搅拌得到透明的纤维素溶液。取20g果胶溶液和20g纤维素溶液混合，得到果胶和纤维素混合溶液；其中果胶和纤维素的重量比为1∶1，果胶和纤维素合占果胶和纤维素混合溶液3％。将4ml的环氧氯丙烷滴加到40g混合溶液中，升温至40℃，6小时后得到果胶和纤维素的重量比为1∶1的复合水凝胶。其压缩强度为32.9KPa，平衡溶胀比为32.4g/g。

实施例3

将3克果胶分散于97克含10wt％NaOH和12wt％尿素的混合水溶液中，在室温下搅拌均匀直至果胶溶解。将3克纤维素(粘均分子量M_η＝9.2×10⁴)分散于97克含6wt％NaOH和4wt％尿素的混合水溶液中，预冷至-20℃，8小时后解冻搅拌得到透明的纤维素溶液。取30g果胶溶液和10g纤维素溶液混合，得到果胶和纤维素混合溶液；其中果胶和纤维素的重量比为3∶1，果胶和纤维素合占果胶和纤维素混合溶液的3％。将4ml的环氧氯丙烷滴加到40g混合溶液中，升温至30℃，12小时后得到果胶和纤维素的重量比为3∶1的复合水凝胶材料。其压缩强度为3.2KPa，平衡溶胀比为117.8g/g。

Claims

1.一种果胶/纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于包含下述步骤：将果胶、纤维素分别溶解于的NaOH/尿素的水溶液中；然后将果胶的NaOH/尿素组合水溶液与纤维素的NaOH/尿素组合水溶液混合，搅拌均匀得混合溶液，再加入交联剂环氧氯丙烷，经化学交联反应，置于凝胶温度下，直至形成果胶/纤维素水凝胶，所用纤维素的粘均分子量为3万～10万道尔顿。

2.根据权利要求1所述的果胶/纤维素水凝胶的制备方法，其特征是：将果胶于室温下，添加质量百分比浓度为6～10％的NaOH、质量百分比浓度为4～12％的尿素的NaOH/尿素的水溶液中，搅拌均匀直至使果胶溶解，得到质量百分比浓度为1～6％的果胶的NaOH/尿素组合水溶液。

3.根据权利要求1所述的果胶/纤维素水凝胶的制备方法，其特征是：加入的交联剂环氧氯丙烷的量与混合溶液的比例为0.5～1.5ml/10g。

4.根据权利要求1所述的果胶/纤维素水凝胶的制备方法，其特征是：凝胶温度为30～60℃。

5.据权利要求1所述的果胶/纤维素水凝胶的制备方法，其特征是：凝胶处理时间为2～12h。

6.根据权利要求1所述的果胶/纤维素水凝胶的制备方法，其特征是：凝胶处理时间为6h。

7.权利要求1-6任一项所述方法制备的果胶/纤维素水凝胶材料。