CN102766267A

CN102766267A - 一种含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶的制备方法

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Publication number: CN102766267A
Application number: CN2012102553537A
Authority: CN
Inventors: 张天柱; 张磊; 丁琪; 顾宁
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2032-07-23
Also published as: CN102766267B

Abstract

本发明涉及一种含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶的制备方法，（1）将壳聚糖粉末溶于0.5%-5%的乙酸溶液中，机械搅拌直至澄清；取步骤(1)的混合液5-10mL，添加铁含量为1.2g/ml-1.4g/ml磁性纳米粒子分散液200uL-1000uL，再添加交联剂200uL-1000uL，室温下反应2h-36h，发生席夫反应，生成含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶。磁性纳米粒子是聚丙烯酸包覆的四氧化三铁纳米粒子。交联剂为戊二醛或者聚乙二醇和甲醛的混合液。呈棕色，透明，内部无明显沉淀和团聚，可作为烧伤治疗面具中的辅助压力材料，使得其面具更能贴合人脸，起到进一步加强压力治疗的效果。

Description

一种含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶的制备方法

技术领域

本发明涉及壳聚糖及其衍生物的凝胶制备技术，以及含磁性纳米粒子的壳聚糖及其衍生物的复合凝胶的制备技术。

背景技术

壳聚糖（chitosan）是由自然界广泛存在的几丁质（chitin）经过脱乙酰作用得到的，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖，分子式如下：

其无味、无臭、无毒性。壳聚糖大分子中有活泼的羟基和氨基，它们具有较强的化学反应能力，在特定的条件下，壳聚糖能发生水解、烷基化、酰基化、羧甲基化、磺化、硝化、卤化、氧化、还原、缩合和络合等化学反应，可生成各种具有不同性能的壳聚糖衍生物，且具有良好的保水性和化学稳定性。通过研究壳聚糖及其衍生物的抗菌活性，抗氧化性，电解质吸附能力，应用于生活和医学等领域。尤其在医疗领域，壳聚糖及其衍生物已经作为微观医疗材料而被广泛使用，如用作药物缓释基质，止血剂，人造组织和器官的基础材料等等。

戊二醛（GA），分子式为其单体上带有2个醛基，作用于菌体蛋白的疏基、羟基、羧基和氨基，可使之烷基化，引起蛋白质凝固造成细菌死亡起到对微生物的杀灭作用。因此，戊二醛作为高效消毒剂，被广泛应用于灭菌和消毒，具有广谱、高效、低毒的特点。虽然其对生物体有一定的刺激性，但在使用浓度下，刺激性小、腐蚀性低、可认为安全低毒。也是化学交联反应的良好交联剂。但、对金属腐蚀性小、受有机物影响小、稳定性好等特点。

聚乙二醇又名α-氢-ω-羟基(氧-1,2-乙二基)的聚合物、聚氧化乙烯(PEO-LS)。是平均分子量在约200到至少6000的乙二醇高聚物的总称。随着平均分子量的不同，性质也有差异。无色无臭粘稠液体至蜡状固体。溶于水、乙醇和许多其他有机溶剂。蒸汽压低。对热稳定。与许多化学品不起作用，不水解，不变质。无毒，对眼睛和皮肤无明显刺激。

甲醛是一种无色，有强烈刺激型气味的气体。易溶于水、醇和醚。甲醛在常温下是气态，通常以水溶液形式出现。易溶于水和乙醇，35～40%的甲醛水溶液叫做***。甲醛是一种重要的有机原料，主要用于塑料工业、合成纤维、皮革工业、医药、染料等。

磁性纳米粒子是纳米粒子是由数目很少的原子或分子组成的原子群或分子群,其颗粒的大小在1-100nm之间，纳米粒子区别于本体结构的特点为:纳米粒子具有壳层结构，由于粒子的表面层占很大比例,而表面原子是既无长程序,又无短程序的非结晶层,可以认为粒子表面层的实际状态更接近气态,而在粒子的心部,存在结晶完好周期排布的原子,不过其结构与本体样品略有不同,纳米粒子的这种特殊类型的结构导致了它具有四方面的效应:表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,并由此产生出许多特殊性质:奇异力学、电学、磁学、热学、光学和化学活性等。由于磁性纳米粒子具有其特殊的顺磁特性,因而在巨磁电阻、磁性液体和磁记录、软磁、永磁、磁致冷、巨磁阻抗材料以及磁光器件、磁探测器等方面具有广阔的应用前景。

水凝胶是以水为分散介质，含亲水基团和疏水集团的高分子交联网络结构。作为一种高吸水高保水材料，水凝胶被广泛用于多种领域化妆品中的面膜、退热贴、镇痛贴，以及食品工业中的保鲜剂、增稠剂，医疗中的药物载体等等。

在烧伤治疗中，病人的整形和术后的康复问题是治疗过程中的关键。在康复和瘢痕治疗的过程中，广泛使用弹力织物和塑料面具，以压迫疗法进行治疗。由于人脸形貌复杂，高低不一，即使采取压迫疗法也不能取得理想的结果。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种含磁性纳米粒子的壳聚糖衍生物水凝胶。

本发明的另一个目的在于提供一种含磁性纳米粒子的壳聚糖衍生物水凝胶的制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)、将壳聚糖粉末溶于0.5%-5%的乙酸溶液中，机械搅拌直至澄清，配制成0.002%-1%（即0.002-1g壳聚糖溶于100m l醋酸溶液形成的壳聚糖溶液）的壳聚糖溶液，备用。

(2)、取步骤(1)的混合液5-10mL，添加铁含量为1.2g/ml-1.4g/ml磁性纳米粒子分散液200μL-1500μL；

(3)、添加交联剂200uL-1000uL，室温下反应2h-36h，发生席夫反应，生成含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶；

所述的磁性纳米粒子是聚丙烯酸包覆的四氧化三铁纳米粒子，平均粒径为10nm-20nm；

所述的交联剂为1wt%-25wt%的戊二醛或者聚乙二醇0.05g-0.6g和甲醛（36wt%-40wt%原液）的混合液。聚乙二醇分子量Mw分别为10K与20K。

原理说明：壳聚糖的分子链上含有带正电的氨基，而聚丙烯酸包覆的四氧化三铁纳米粒子表面含有大量带负电的羧基，两者发生静电吸附，然后加入交联剂戊二醛与壳聚糖与发生席夫反应，交联直接获得含纳米粒子的水凝胶；或者先加入甲醛与壳聚糖发生席夫反应，形成C=N的双键，然后再加入聚乙二醇与所得席夫碱发生加成反应，获得含纳米粒子的壳聚糖水凝胶，呈棕色，透明，内部无明显沉淀和团聚。

壳聚糖可直接与交联剂戊二醛或甲醛与聚乙二醇的混合液反应制得水凝胶，但由于采用乙酸做溶剂，产物带有一定的黄色，性质与硅胶相似，交联度较大，其剪切模量越高，但易碎。

附图说明

图1实施例1获得的含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶的电镜图。冻干后的壳聚糖凝胶呈多孔状。

图2实施例3获得的含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶的电镜图。同样在100μm的标尺下观察，与实施例1相比较，随着戊二醛使用量的增加，交联度增大，壳聚糖凝胶的冻干结构孔隙率增大。

具体实施方式

聚丙烯酸包覆的四氧化三铁纳米粒子购自于北京德科岛金科技有限公司（平均粒径为10nm-20nm）；壳聚糖购自国药集团（1、脱乙酰度为80%-95%，分子量590K-600K；2、脱乙酰度>95%,分子量280K-310K）。

实施例1

一种含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶的制备方法：

（1）、将0.29g壳聚糖粉末溶于30mL 1%的乙酸溶液中，机械搅拌3h之后至澄清，之后静置3h除去气泡。并过滤；

（2）、向步骤（1）所得到的混合液中加入500μL含Fe₃O₄纳米粒子的分散液(平均粒径为10nm-14nm)（铁含量为1.285mg/mL），再震荡1h；

（3）、将步骤（2）所得到的混合液置于40℃水浴，向其中逐滴滴加1%的戊二醛溶液共500μL，并施以机械搅拌或震荡3h，即可获得棕色的透明水凝胶。

实施例2

与实施例1不同之处在于步骤一中使用的壳聚糖粉末的脱乙酰度>95%。

实施例3

与实施例1不同之处在于步骤3滴加25%的戊二醛溶液共200μL，并施以机械震荡10min，即可获得棕黑色的透明水凝胶。

采用本发明实施例3制备的壳聚糖水凝胶作为烧伤治疗面具中的辅助压力材料，根据康复治疗的要求，一般对瘢痕处至少需保持18mm汞柱，即2400Pa的压应力，实施例3获得戊二醛交联的壳聚糖凝胶作为应力提供材料，能负荷2500Pa以上的压力，如果进一步提高交联度，载荷仍可继续上升。能使面具更能贴合人脸，起到进一步加强压力治疗的效果。磁性纳米粒子的加入，既能起到强化凝胶力学性能的作用，同时也能在外磁场的引发下，发生局部的偏聚，起到可控的局部增强的效果。最后，根据水凝胶的受压形变状态，反馈于面部模具的制造。

实施例4

与实施例1不同之处在于步骤2加入1000μL含Fe₃O₄磁性纳米粒子；获得棕黑色的透明水凝胶。

实施例5

与实施例1不同之处在于步骤2加入1500L加入含Fe₃O₄磁性纳米粒子的水溶液，获得棕黑色的透明水凝胶，此时相比与实施例3，棕色更深，但无团聚或沉淀。

实施例6

与实施例4不同之处在于，在步骤3中加入平均分子量为10k的聚乙二醇（PEG）0.2g，机械震荡1h以上至无沉淀，再加入0.3mL的甲醛标准液（36wt%-40wt%），即可获得棕色、透明的壳聚糖复合水凝胶。

实施例7

与实施例6不同之处在于步骤3中，加入0.4g的聚乙二醇M_n=20K，获得棕黑色的透明水凝胶。

实施例8-10所采用材料如表1所示：

表1

Claims

1.一种含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)、将壳聚糖粉末溶于0.5%-5%的乙酸溶液中，机械搅拌直至澄清;

(2)、取步骤(1)的混合液5-10mL，添加铁含量为1.2g/ml-1.4g/ml磁性纳米粒子分散液200uL-1500uL；

（3）、添加交联剂200uL-1000uL，室温下反应2h-36h，发生席夫反应，生成含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶。

2.根据权利要求1所述的含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶的制备方法，其特征在于所述的步骤（2）的磁性纳米粒子是聚丙烯酸包覆的四氧化三铁纳米粒子。

3.根据权利要求1所述的含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶的制备方法，其特征在于所述步骤（3）的交联剂为1wt%-25wt%的戊二醛。

4.根据权利要求1所述的含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶的制备方法，其特征在于所述步骤（3）的交联剂为聚乙二醇0.05g-0.6g和甲醛的混合液。