CN103265720A

CN103265720A - 一种制备多孔交联壳聚糖微球的新方法

Info

Publication number: CN103265720A
Application number: CN2013102235331A
Authority: CN
Inventors: 王丹; 周茂祥; 李茹; 蔡锦华; 颜李秀; 周小华
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Shanghai Arrogant Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2033-05-30
Also published as: CN103265720B

Abstract

一种制备多孔交联壳聚糖微球的新方法，具体涉及一种以1，2-环己二醇二缩水甘油醚为交联剂制备交联壳聚糖微球的方法。本发明以以市售壳聚糖、1，2-环己二醇二缩水甘油醚和氯化石蜡为原料，经溶解、分散成球、制孔、交联及干燥，制得多孔交联壳聚糖微球。该方法具有反应条件温和、制备步骤简单、资源综合利用率高、无有害物质产生等特点。采用本方法制备出的交联壳聚糖微球具有可生物降解、耐酸碱性好，对酸根离子、蛋白质的吸附效果较好，对重金属离子的负载能力较强等特点，可应用于食品、医药、化工等领域。

Description

一种制备多孔交联壳聚糖微球的新方法

一、技术领域

本发明属于生物医药及废水处理制备壳聚糖微球技术领域，具体涉及一种以1，2-环己二醇二缩水甘油醚为交联剂制备交联壳聚糖微球的方法。

二、背景技术

壳聚糖为甲壳素脱乙酰基产物，是自然界中唯一存在的碱性多糖，不溶于水和碱溶液，可溶于大多数稀酸如盐酸、醋酸、环烷酸和苯甲酸等，广泛应用于食品、医药、化工和环境领域。天然壳聚糖为粉末，由于分子间形成大量氢键，致使聚合物的主要活性官能团氨基被封闭，难以发生交换、吸附、螯合及化学反应等，也导致上述过程的传质阻力大。这极大限制了壳聚糖应用范围的扩大，因此有必要对其进行修饰，以改善其传质、反应等性质。

现有制备交联壳聚糖树脂的方法：如2007年3月11日公开的公开号为：CN1927892A的“赖氨酸-壳聚糖树脂及其制备方法”专利，公开的方法是：首先用戊二醛交联，然后加入CaCO₃作为致孔剂，控制体系pH值为9～10，温度60～70℃，搅拌2.5～3.0h，过滤并收集滤渣，接着用稀盐酸溶解CaCO₃制孔，最后用蒸馏水洗涤至中性。该方法以戊二醛交联壳聚糖氨基形成席夫键连接的壳聚糖微球，其主要缺点是壳聚糖的主要官能团氨基被消耗，因此制备出的壳聚糖微球功能性质差。又如，公开号为CN1359750A的专利“硅胶交联壳聚糖合成重金属吸附剂的方法”，公开的方法是：首先将将壳聚糖加入到醋酸中，搅拌过滤，加入硅胶致孔，再加入含硫有机溶剂，超声分散，最后加入环氧氯丙烷交联12小时，滤去滤液，烘干固体，用水和乙醇洗净，干燥得到成品。该方法先在酸性条件下用环氧丙烷基取代氨基氢，再调节pH用环氧基团攻击羟基，生成醚化物。其主要缺点是：两个反应均需在高温下进行，能耗高；制备的壳聚糖微球仍消耗部分氨基，影响产物的功能性质。

三、发明内容

本发明的主要目的是针对现有制备交联壳聚糖微球方法的不足之处，提供一种以1，2-环己二醇二缩水甘油醚为交联剂的制备多孔交联壳聚糖微球的方法。该方法具有反应条件温和、制备步骤简单、操作便利、资源综合利用率高、无有害物质产生等特点。采用本方法制备出的交联壳聚糖微球具有可生物降解、耐酸碱性好，对酸根离子、蛋白质的吸附效果较好，对重金属离子的负载能力较强等特点，可应用于食品、医药、化工等领域。

本发明的原理是：游离氨基是衡量交联壳聚糖微球功能性质的重要指标，因此，制备交联壳聚糖微球应尽量避免消耗氨基。溶液在离心力作用下分散成微球状质点，将壳聚糖-固体氯化石蜡粉混合液高速分散于碱性溶液中，由于壳聚糖的凝胶点在pH6.4附近，因此，在碱性条件下，壳聚糖凝固成微球；氯化石蜡溶解于乙醇，用乙醇溶解壳聚糖微球中的氯化石蜡，即形成多孔壳聚糖微球；在碱性条件下，羟基可与环氧基团反应，形成醚键，而壳聚糖分子的基本组成单位氨基葡萄糖存在多个游离羟基，因此，可用1，2-环己二醇二缩水甘油醚进行交联，形成醚化物，于是就制备出多孔交联壳聚糖微球。

本发明的目的是这样实现的：一种制备多孔交联壳聚糖微球的新方法，以市售壳聚糖、1，2-环己二醇二缩水甘油醚和氯化石蜡为原料，经溶解、分散成球、制孔、交联及干燥，制得多孔交联壳聚糖微球。其具体的方法步骤如下：

1.制备壳聚糖溶胶

按照壳聚糖质量(g)与质量分数为0.5～3.0％的稀盐酸体积(mL)之比为1∶20～200的比例，在搅拌下将分子量为4万～12万Da、脱乙酰度为85％～95％的壳聚糖粉末溶解于稀盐酸中，制备出壳聚糖质量分数为5.0～0.5％的溶胶，用于下步制备壳聚糖微球；

2.制备壳聚糖微球

向步骤1制得的壳聚糖溶胶液中加入粒径为20～60微米的固体氯化石蜡粉末，搅拌均匀后泵入喷雾离心机中，控制离心机转速为4000～8000r/min进行喷雾分散，喷出的壳聚糖微球液用pH8～10的碳酸钠水溶液接收。粒径为20～60微米的固体氯化石蜡粉末质量(g)与壳聚糖质量分数为5.0～0.5％的溶胶体积(mL)之比为1∶2～5。喷雾完成后，用电动搅拌机缓慢搅拌10-30分钟，然后进行过滤，收集滤渣和过滤液，收集的滤渣即为壳聚糖微球，用于下步制孔；对于收集的滤液，可再次用于接受壳聚糖微球液；

3.制备多孔壳聚糖微球

第2步完成后，按照壳聚糖微球质量(g)与体积分数为75～95％乙醇溶液体积(mL)之比为1∶4～8的比例，将第2步制备出的壳聚糖微球分散于体积分数为75～95％的乙醇溶液中，在30～90r/min的速度下进行第一次溶解氯化石蜡粉末，搅拌处理30～60min后，进行过滤，分别收集第一次过滤的滤液和滤渣。对收集的第一次滤渣，按照第一次溶解氯化石蜡粉末的条件，加入体积分数为75～95％乙醇溶液进行第二次溶解氯化石蜡粉末，加入体积分数为75～95％乙醇溶液的体积及处理条件均同于第一次溶解氯化石蜡粉末。第二次溶解氯化石蜡粉末完成后，进行过滤，分别收集第二次滤过液和滤渣。对收集的第二次滤渣，即为多孔壳聚糖微球，用于下步制备交联壳聚糖微球；对于收集的第二次滤过液，与收集的第一次滤过液合并，用于回收乙醇并再生氯化石蜡；

4.制备交联壳聚糖湿微球

第3步完成后，将第3步制备的多孔壳聚糖微球分散于水溶液中，在搅拌下先升温至60～90℃，再用稀氢氧化钠调节pH为8.5～10.5，然后加入1，2-环己二醇二缩水甘油醚进行交联反应60～90分钟。1，2-环己二醇二缩水甘油醚质量(g)与多孔壳聚糖微球体积(mL)之比为1∶50～20。反应完成后过滤，分别收集滤液和滤渣，对收集的滤液，用于再次分散多孔壳聚糖微球；对收集的滤渣，用纯净水反复洗涤，直至洗涤液pH值为中性时止。洗涤完成后，进行过滤，分别收集滤渣和洗涤滤液，对收集的洗涤滤液，进行生化处理，达标后排放；收集的滤渣，即为多孔交联壳聚糖湿微球，用于下步进行干燥处理；

5.制备多孔交联壳聚糖微球

第4步完成后，将第4步制备的多孔交联壳聚糖湿微球送入真空干燥箱中，在真空度为0.05～0.09Mpa、温度为60～80℃下真空干燥5～10小时，即制备出多孔交联壳聚糖微球。经检测，壳聚糖微球的平均孔径为50～100μm，比面积达720.8～810.2m²·g^-1。

本发明采用上述技术方案后，主要有以下效果：

(1)本发明制备出的多孔交联壳聚糖微球，平均直径600～900μm，平均孔径为50～100μm，比表面积高达720.8～810.2m²·g^-1，产率以壳聚糖质量计达到93.7～98.5％。反应条件温和，制备步骤简单。

(2)本发明制备多孔交联壳聚糖微球所用原料无毒无害，制备过程安全，产生的洗涤废液经处理达标后排放，符合绿色化学的发展要求。

(3)本发明制备出的多孔交联壳聚糖微球可生物降解，保留了全部氨基，可应用于食品、医药、化工、环保等领域，吸附二氧化碳、交换阴离子、螯合重金属离子、分离蛋白质等。

具体实施方式

下面结合具体方式，进一步说明本发明。

实施例1

1.将分子量为12万Da，脱乙酞度为95％的5g壳聚糖粉末溶于体积浓度为3％的1000mL盐酸中，室温下充分搅拌溶解，得质量分数为0.5％的壳聚糖溶胶；

2.向步骤1制得的壳聚糖溶胶液中加入粒径为60微米的固体氯化石蜡粉末，搅拌均匀后泵入喷雾离心机中，控制离心机转速为8000r/min进行喷雾分散，喷出的壳聚糖微球液用pH10的碳酸钠水溶液接收。粒径为60微米的固体氯化石蜡粉末质量(g)与壳聚糖质量分数为0.5％的溶胶体积(mL)之比为1∶5。喷雾完成后，用电动搅拌机缓慢搅拌30分钟，然后进行过滤，收集滤渣和过滤液，收集的滤渣即为壳聚糖微球，用于下步制孔；对于收集的滤液，可再次用于接受壳聚糖微球液；

3.将第2步制备出的壳聚糖微球分散于体积分数为95％的乙醇溶液100mL中，在90r/min的速度下进行第一次溶解氯化石蜡粉末，搅拌处理60min后，进行过滤，分别收集第一次过滤的滤液和滤渣。对收集的第一次滤渣，按照第一次溶解氯化石蜡粉末的条件，加入体积分数为95％乙醇溶液进行第二次溶解氯化石蜡粉末，加入的体积分数为95％乙醇溶液的体积及处理条件均同于第一次溶解氯化石蜡粉末。第二次溶解氯化石蜡粉末完成后，进行过滤，分别收集第二次滤过液和滤渣。对收集的第二次滤渣，即为多孔壳聚糖微球，用于下步制备交联壳聚糖微球；对于收集的第二次滤过液，与收集的第一次滤过液合并，用于回收乙醇并再生氯化石蜡；

4.第3步完成后，将第3步制备的多孔壳聚糖微球分散于水溶液中，在搅拌下先升温至90℃，再用稀氢氧化钠调节pH为10.5，然后加入1，2-环己二醇二缩水甘油醚进行交联反应90分钟。1，2-环己二醇二缩水甘油醚质量(g)与多孔壳聚糖微球体积(mL)之比为1∶20。反应完成后过滤，分别收集滤液和滤渣，对收集的滤液，用于再次分散多孔壳聚糖微球；对收集的滤渣，用纯净水反复洗涤，直至洗涤液pH值为中性时止。洗涤完成后，进行过滤，分别收集滤渣和洗涤滤液，对收集的洗涤滤液，进行生化处理，达标后排放；收集的滤渣，即为交联壳聚糖湿微球，用于下步进行干燥处理；

5.第4步完成后，将第4步制备的交联壳聚糖湿微球送入真空干燥箱中，在真空度为0.09Mpa、温度为80℃下真空干燥10小时，即制备出交联壳聚糖微球。

实施例2

1.将分子量为8万Da，脱乙酞度为90％的5g壳聚糖粉末溶于质量分数为2％的250mL盐酸中室温下充分搅拌溶解，得质量分数为2％的壳聚糖溶胶；

2.向步骤1制得的壳聚糖溶胶液中加入粒径为40微米的固体氯化石蜡粉末，搅拌均匀后泵入喷雾离心机中，控制离心机转速为6000r/min进行喷雾分散，喷出的壳聚糖微球液用pH9的碳酸钠水溶液接收。粒径为40微米的固体氯化石蜡粉末质量(g)与壳聚糖质量分数为2％的溶胶体积(mL)之比为1∶3。喷雾完成后，用电动搅拌机缓慢搅拌20分钟，然后进行过滤，收集滤渣和过滤液，收集的滤渣即为壳聚糖微球，用于下步制孔；对于收集的滤液，可再次用于接受壳聚糖微球液；

3.将第2步制备出的壳聚糖微球分散于体积分数为85％的150mL乙醇溶液中，在60r/min的速度下进行第一次溶解氯化石蜡粉末，搅拌处理45min后，进行过滤，分别收集第一次过滤的滤液和滤渣。对收集的第一次滤渣，按照第一次溶解氯化石蜡粉末的条件，加入体积分数为85％乙醇溶液进行第二次溶解氯化石蜡粉末，加入的体积分数为85％乙醇溶液的体积及处理条件均同于第一次溶解氯化石蜡粉末。第二次溶解氯化石蜡粉末完成后，进行过滤，分别收集第二次滤过液和滤渣。对收集的第二次滤渣，即为多孔壳聚糖微球，用于下步制备交联壳聚糖微球；对于收集的第二次滤过液，与收集的第一次滤过液合并，用于回收乙醇并再生氯化石蜡；

4.第3步完成后，将第3步制备的多孔壳聚糖微球分散于水溶液中，在搅拌下先升温至75℃，再用稀氢氧化钠调节pH为9.5，然后加入1，2-环己二醇二缩水甘油醚进行交联反应75分钟。1，2-环己二醇二缩水甘油醚质量g)与多孔壳聚糖微球体积(mL)之比为1∶35。反应完成后过滤，分别收集滤液和滤渣，对收集的滤液，用于再次分散多孔壳聚糖微球；对收集的滤渣，用纯净水反复洗涤，直至洗涤液pH值为中性时止。洗涤完成后，进行过滤，分别收集滤渣和洗涤滤液，对收集的洗涤滤液，进行生化处理，达标后排放；收集的滤渣，即为交联壳聚糖湿微球，用于下步进行干燥处理；

5.第4步完成后，将第4步制备的交联壳聚糖湿微球送入真空干燥箱中，在真空度为0.075Mpa、温度为70℃下真空干燥7.5小时，即制备出交联壳聚糖微球。

实施例3

1.将分子量为4万Da，脱乙酞度为85％的5g壳聚糖粉末溶于体积浓度为1％的100mL盐酸中，室温下充分搅拌溶解，得质量分数为5％的壳聚糖溶胶；

2.向步骤1制得的壳聚糖溶胶液中加入粒径为20微米的固体氯化石蜡粉末，搅拌均匀后泵入喷雾离心机中，控制离心机转速为4000r/min进行喷雾分散，喷出的壳聚糖微球液用pH8的碳酸钠水溶液接收。粒径为20微米的固体氯化石蜡粉末质量(g)与壳聚糖质量分数为5％的溶胶体积(mL)之比为1∶2。喷雾完成后，用电动搅拌机缓慢搅拌10分钟，然后进行过滤，收集滤渣和过滤液，收集的滤渣即为壳聚糖微球，用于下步制孔；对于收集的滤液，可再次用于接受壳聚糖微球液；

3.将第2步制备出的壳聚糖微球分散于体积分数为75％的200mL乙醇溶液中，在30r/min的速度下进行第一次溶解氯化石蜡粉末，搅拌处理30min后，进行过滤，分别收集第一次过滤的滤液和滤渣。对收集的第一次滤渣，按照第一次溶解氯化石蜡粉末的条件，加入体积分数为75％乙醇溶液进行第二次溶解氯化石蜡粉末，加入的体积分数为75％乙醇溶液的体积及处理条件均同于第一次溶解氯化石蜡粉末。第二次溶解氯化石蜡粉末完成后，进行过滤，分别收集第二次滤过液和滤渣。对收集的第二次滤渣，即为多孔壳聚糖微球，用于下步制备交联壳聚糖微球；对于收集的第二次滤过液，与收集的第一次滤过液合并，用于回收乙醇并再生氯化石蜡；

4.第3步完成后，将第3步制备的多孔壳聚糖微球分散于水溶液中，在搅拌下先升温至60℃，再用稀氢氧化钠调节pH为8.5，然后加入1，2-环己二醇二缩水甘油醚进行交联反应60分钟。1，2-环己二醇二缩水甘油醚质量(g)与多孔壳聚糖微球体积(mL)之比为1∶50。反应完成后过滤，分别收集滤液和滤渣，对收集的滤液，用于再次分散多孔壳聚糖微球；对收集的滤渣，用纯净水反复洗涤，直至洗涤液pH值为中性时止。洗涤完成后，进行过滤，分别收集滤渣和洗涤滤液，对收集的洗涤滤液，进行生化处理，达标后排放；收集的滤渣，即为交联壳聚糖湿微球，用于下步进行干燥处理；

5.第4步完成后，将第4步制备的交联壳聚糖湿微球送入真空干燥箱中，在真空度为0.05Mpa、温度为60℃下真空干燥5小时，即制备出交联壳聚糖微球。

Claims

1.一种制备多孔交联壳聚糖微球的新方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)制备壳聚糖溶胶

在搅拌下将分子量为4万～12万Da、脱乙酰度为85％～95％的壳聚糖粉末溶解于稀盐酸中，制备出壳聚糖质量分数为5.0～0.5％的溶胶；

(2)制备壳聚糖微球

向步骤(1)制得的壳聚糖溶胶液中加入粒径为20～60微米的固体氯化石蜡粉末，固体氯化石蜡粉末质量与壳聚糖质量分数为5.0～0.5％的溶胶体积之比为1g∶2～5mL，搅拌均匀后泵入喷雾离心机中，控制离心机转速为4000～8000r/min进行喷雾分散，喷出的壳聚糖微球液用pH8～10的碳酸钠水溶液接收，喷雾完成后，用电动搅拌机缓慢搅拌10～30分钟，然后进行过滤，收集的滤渣即为壳聚糖微球；

(3)制备多孔壳聚糖微球

第(2)步完成后，按照壳聚糖微球质量与体积分数为75～95％乙醇溶液体积比为1g∶4～8mL的比例，将第(2)步收集的壳聚糖微球分散于体积分数为75～95％的乙醇溶液中，在30～90r/min的速度下进行第一次溶解氯化石蜡粉末，搅拌处理30～60min后，过滤并收集滤渣，在滤渣中加入体积分数为75～95％乙醇溶液进行第二次溶解氯化石蜡粉末，加入的乙醇溶液体积及处理条件均同于第一次溶解氯化石蜡粉末，第二次溶解氯化石蜡粉末处理完成后进行过滤，收集滤渣即为多孔壳聚糖微球；

(4)制备交联壳聚糖湿微球

第(3)步完成后，将第(3)步制备的多孔壳聚糖微球分散于水溶液中，在搅拌下先升温至60～90℃，再用稀氢氧化钠调节pH为8.5～10.5，按照1，2-环己二醇二缩水甘油醚质量与多孔壳聚糖微球体积比为1g∶50～20mL，加入1，2-环己二醇二缩水甘油醚，进行交联反应60～90分钟，反应完成后过滤，再用纯净水反复洗涤滤渣，直至洗涤液pH值为中性时止，然后进行过滤，收集滤渣即为交联壳聚糖湿微球；

(5)制备多孔交联壳聚糖微球

第(4)步完成后，将第(4)步制备的多孔交联壳聚糖湿微球送入真空干燥箱中干燥，即制备出多孔交联壳聚糖微球。