本發(fā)明涉及醫(yī)用或者工業(yè)用的結(jié)構(gòu)和性能可控的殼聚糖材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

殼聚糖(chitosan)又稱脫乙酰甲殼素，是由自然界廣泛存在的幾丁質(zhì)(chitin)經(jīng)過(guò)脫乙酰作用得到的，化學(xué)名稱為聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-b-d葡萄糖。自1859年法國(guó)人rouget首先得到殼聚糖后，這種天然高分子的生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等優(yōu)良性能被各行各業(yè)廣泛關(guān)注，在醫(yī)藥、食品、化工、化妝品、水處理、金屬提取及回收、生化和生物醫(yī)學(xué)工程等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用研究取得了重大進(jìn)展。

殼聚糖水凝膠或海綿被廣泛應(yīng)用于醫(yī)用領(lǐng)域中，包括止血敷料和組織工程等。冷凍干燥法由于過(guò)程簡(jiǎn)單、對(duì)設(shè)備要求低等成為其主要的制備方法。如中國(guó)專利cn101979104a所述，傳統(tǒng)的殼聚糖海綿一般包括醋酸水溶液溶解、冷凍干燥、堿液中和、二次冷凍干燥等步驟。中國(guó)專利cn104288841報(bào)道了一種具有彈性的多孔殼聚糖海綿支架的制作方法，采用了在無(wú)水乙醇中交聯(lián)的方法，簡(jiǎn)化了制備過(guò)程，更適合用于組織工程。

如上所述，殼聚糖在酸性水溶液中以電解質(zhì)的形式存在。這時(shí)，殼聚糖通過(guò)酸中的質(zhì)子與殼聚糖上的胺基作用形成銨鹽，從而破壞殼聚糖分子間的氫鍵，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溶解過(guò)程。但是殼聚糖的分子量大、溶解度低，達(dá)到一定濃度后就會(huì)形成非常粘稠的溶液，無(wú)法制備更大濃度的溶液。因此，傳統(tǒng)的冷凍干燥工藝限制了殼聚糖海綿結(jié)構(gòu)的調(diào)整，影響了殼聚糖海綿的物理機(jī)械性能。

目前的壓縮海綿主要是指高溫?zé)釅撼傻木埘ァ⒕勖鸦蚓郯滨ヅ菽＞d，利用熱軟化但是不熔融的方法，降低海綿的孔隙度，獲得海綿的良好耐油性、高抗拉力、高密度和高硬度等。但是這些化學(xué)品的生物相容性差，且不可以生物降解。對(duì)于多糖材料如殼聚糖、透明質(zhì)酸和海藻酸鈉等，熱分解溫度低于軟化溫度，目前無(wú)法使用熱壓縮的方法制備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種用于醫(yī)學(xué)和工業(yè)的殼聚糖材料及其制備方法。該方法包括以下步驟：(1)將殼聚糖溶解到酸性溶液中，冷凍成型后，浸入低溫鹽溶液中制成海綿；(2)將海綿壓縮后浸入交聯(lián)劑溶液中，在保持壓縮的情況下交聯(lián)成型；(3)洗去交聯(lián)劑，再次冷凍干燥得到殼聚糖海綿。

根據(jù)本發(fā)明方法的一種優(yōu)選實(shí)施方案，所述酸性溶液包括但不限于甲酸、乙酸、鹽酸水溶液，優(yōu)選醋酸水溶液，優(yōu)選濃度為0.1-10％，更優(yōu)選1-2％，所述濃度為重量百分比。

根據(jù)本發(fā)明方法的一種優(yōu)選實(shí)施方案，步驟(1)中的冷凍成型在-10℃至-80℃之間的溫度下進(jìn)行，優(yōu)選-15℃至-30℃。

根據(jù)本發(fā)明方法的一種優(yōu)選實(shí)施方案，步驟(3)中的冷凍干燥在-10℃至-80℃之間的溫度下進(jìn)行，優(yōu)選-15℃至-30℃。

在本申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)“低溫鹽溶液”中的低溫是指溫度低于殼聚糖溶液的熔點(diǎn)。

根據(jù)本發(fā)明方法的一種優(yōu)選實(shí)施方案，所述鹽溶液是具有高于15g/100ml的鹽離子濃度的鹽溶液，優(yōu)選飽和溶液。所述鹽包括但不限于鹵素鹽，如氯化鈉/鉀/鈣/鎂/鋁等，優(yōu)選氯化鈉。

根據(jù)本發(fā)明方法的一種優(yōu)選實(shí)施方案，所述壓縮是指根據(jù)應(yīng)用的不同將海綿壓縮到所需的比例，如壓縮2倍等。該壓縮可以是一個(gè)、兩個(gè)或者三個(gè)維度上的壓縮，優(yōu)選一個(gè)維度上的壓縮。

根據(jù)本發(fā)明方法的一種優(yōu)選實(shí)施方案，所述交聯(lián)劑是指可以物理和/或化學(xué)交聯(lián)的化學(xué)試劑，包括但不限于pbs緩沖液、堿液、聚磷酸鹽、醛、醚和京尼平等。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種通過(guò)上述本發(fā)明方法制備的殼聚糖海綿。

本發(fā)明的殼聚糖海綿可用于敷料、再生醫(yī)學(xué)和工業(yè)吸附等。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：利用壓縮交聯(lián)的方法解決了現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法大范圍調(diào)控海綿的孔隙率、孔形態(tài)和物理機(jī)械性能的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的殼聚糖材料制備方法的示意性流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的殼聚糖材料的掃描電子顯微鏡(sem)圖，表現(xiàn)了不同壓縮比例的殼聚糖海綿的表面微觀結(jié)構(gòu)。其中a和c壓縮比例為1，b和d壓縮比例為6；a和b為縱截面，c和d為橫截面。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的殼聚糖材料的性能，表現(xiàn)了不同壓縮比例的殼聚糖海綿的彈性模量和吸水率。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的殼聚糖材料的實(shí)物照片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。應(yīng)理解，本申請(qǐng)要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表述的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本申請(qǐng)講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)限定的范圍內(nèi)。

實(shí)施例1

殼聚糖的制備方法參考中國(guó)專利103665191b、01107664.x進(jìn)行，簡(jiǎn)述如下：對(duì)鮮蝦軀殼或鮮蟹腿篩選精處理，經(jīng)過(guò)三酸三堿處理，脫除蝦軀殼或蟹腿的蛋白質(zhì)、脂肪、色素和鈣質(zhì)等，制備不同脫乙酰度的殼聚糖。

稱取1.0g殼聚糖粉末，其中殼聚糖的脫乙酰度為85％，粘度為116cp.s。將殼聚糖溶于50ml1％(v/v)醋酸水溶液中，配制得到2.0％(w/v)的殼聚糖溶液。然后將溶液倒在模具中，于-20℃冰箱中進(jìn)行預(yù)冷凍。將凍結(jié)后的殼聚糖溶液取出后，放置于-20℃的飽和氯化鈉水溶液中浸泡48h。

將得到的殼聚糖海綿從飽和氯化鈉水溶液中取出，分別壓縮至原高度的1/2、1/3、1/4、1/8。保持壓縮比例下，放入1.0mnaoh溶液中浸泡24h。將殼聚糖海綿從堿溶液中取出，用去離子水清洗數(shù)次，洗去殘余的氯化鈉和交聯(lián)劑。然后將清洗后的海綿在-20℃冷凍，然后真空度5pa下干燥，即得到多孔殼聚糖海綿。

通過(guò)掃描電子顯微鏡(sem)對(duì)本實(shí)施例制備得到的不同壓縮比例的殼聚糖海綿進(jìn)行表征，其表面微觀結(jié)構(gòu)如圖2所示。由圖可見(jiàn)，隨著壓縮比例的增加，孔隙度減小。

海綿的物理機(jī)械性能和吸水率也隨著壓縮而改變，如圖3所示。隨著壓縮比例的提高，機(jī)械性能增加，吸水率下降。

海綿的吸水率：稱取一定量(m1)的海綿并浸入去離子水中，30s后取出稱量，質(zhì)量記為m2，吸水率r＝(m2-m1)/m1。

海綿的壓縮模量：將樣品在5.0mm/min的速度下壓縮，測(cè)試壓縮模量。

實(shí)施例2

稱取1.5g殼聚糖粉末，其中殼聚糖的脫乙酰度為98％，粘度為116cp.s。將殼聚糖溶于50ml3％(v/v)醋酸水溶液中，配制得到3.0％(w/v)的殼聚糖溶液。然后將溶液倒在模具中，于-20℃冰箱中進(jìn)行預(yù)冷凍。將凍結(jié)后的殼聚糖溶液取出后，放置于-20℃的氯化鈉在1:1的乙醇/水中的飽和溶液中48h。

將得到的殼聚糖海綿從溶液中取出，壓縮至原高度的2/3、1/3、1/6。保持壓縮比例下，放入2.0m氫氧化鉀溶液中浸泡48h。反應(yīng)完后將殼聚糖海綿取出，用去離子水清洗數(shù)次，洗去殘余的氯化鈉和氫氧化鉀。然后將清洗后的海綿-80℃冷凍，然后真空度3pa下干燥，即得到多孔殼聚糖海綿。

實(shí)施例3

稱取1.5g殼聚糖粉末，其中殼聚糖的脫乙酰度為98％，粘度為116cp.s。將殼聚糖溶于50ml1.5％(v/v)醋酸水溶液中，配制得到3.0％(w/v)的殼聚糖溶液。然后將溶液倒在模具中，于-20℃冰箱中進(jìn)行預(yù)冷凍。將凍結(jié)后的殼聚糖溶液取出后，放置于-20℃的飽和氯化鉀水溶液中48h。

將得到的殼聚糖海綿從飽和氯化鉀水溶液中取出，壓縮至原高度的2/3、1/3、1/6。保持壓縮比例下，放入20×pbs緩沖溶液中浸泡48h。反應(yīng)完后將殼聚糖海綿取出，用去離子水清洗數(shù)次，洗去殘余的氯化鉀和pbs緩沖溶液。然后將清洗后的海綿冷凍干燥，即得到多孔殼聚糖海綿。

20×pbs緩沖溶液配方：na2hpo4·12h2o(磷酸氫二鈉)3.473g，nah2po4·12h2o(磷酸二氫鈉)0.226g，nacl(氯化鈉)0.9g，溶于50ml水中，調(diào)節(jié)ph＝7.4。

實(shí)施例4

稱取1.0g殼聚糖粉末，其中殼聚糖的脫乙酰度為98％，粘度為116cp.s。將殼聚糖溶于50ml2％(v/v)醋酸水溶液中，配制得到2.0％(w/v)的殼聚糖溶液。然后將溶液倒在模具中，于-80℃冰箱中進(jìn)行預(yù)冷凍。將凍結(jié)后的殼聚糖溶液取出后，放置于-20℃的飽和氯化鈣水溶液中48h。

將殼聚糖海綿從飽和氯化鈣水溶液中取出，壓縮至原高度的3/4、1/5、1/10。保持壓縮比例下，放入2.5％三聚磷酸鈉(tpp)溶液中浸泡48h。反應(yīng)完后將殼聚糖海綿從tpp溶液中取出，用去離子水清洗數(shù)次，洗去殘余的氯化鈣和tpp。然后將清洗后的海綿冷凍干燥，即得到多孔殼聚糖海綿。

實(shí)施例5

稱取1.0g殼聚糖粉末，其中殼聚糖的脫乙酰度為98％，粘度為116cp.s。將殼聚糖溶于50ml1％(v/v)醋酸水溶液中，配制得到2.0％(w/v)的殼聚糖溶液。然后將溶液倒在模具中，于-40℃冰箱中進(jìn)行預(yù)冷凍。將凍結(jié)后的殼聚糖溶液取出后，放置于-20℃的飽和氯化鈉水溶液中48h。

將殼聚糖海綿從飽和氯化鈉溶液中取出，壓縮至原高度的1/4、1/8、1/15。保持壓縮比例下，放入0.25％戊二醛溶液中浸泡24h。反應(yīng)完后將殼聚糖海綿從戊二醛溶液中取出，用去離子水清洗數(shù)次，洗去殘余的氯化鈉和戊二醛。然后將清洗后的海綿-20℃冷凍，然后真空度5pa下干燥，即得到多孔殼聚糖海綿。

實(shí)施例6

稱取2.0g殼聚糖粉末，其中殼聚糖的脫乙酰度為98％，粘度為116cp.s。將殼聚糖溶于50ml1％(v/v)醋酸水溶液中，配制得到4.0％(w/v)的殼聚糖溶液。然后將溶液倒在模具中，于-20℃冰箱中進(jìn)行預(yù)冷凍。將凍結(jié)后的殼聚糖溶液取出后，放置于-20℃的飽和氯化鈉水溶液中48h。

將殼聚糖海綿從飽和氯化鈉溶液中取出，壓縮至原高度的1/2、1/4、1/8。保持壓縮比例下，放入0.5％京尼平溶液中浸泡48h。反應(yīng)完后將殼聚糖海綿從京尼平溶液中取出，用去離子水清洗數(shù)次，洗去殘余的氯化鈉和京尼平。然后將清洗后的海綿-30℃冷凍，然后真空度10pa下干燥，即得到多孔殼聚糖海綿。