本發(fā)明涉及一種新型分離介質(zhì)的制備方法，具體涉及一種新型凝膠型新型分離介質(zhì)的制備方法。

背景技術(shù)：

水凝膠是一種富含水分的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，一般應(yīng)用于組織工程及藥物緩釋等領(lǐng)域。雖然水凝膠常具有可控性多孔的特性，常被希望用于物質(zhì)的分離。然而，由于常規(guī)的水凝膠低的機械強度大大限制了它們在物質(zhì)分離中的應(yīng)用，如何制備出具有良好機械特性的多孔水凝膠的分離介質(zhì)一直是一個富有意義的挑戰(zhàn)性難題。

本發(fā)明旨在制備一種新型超多孔水凝膠。該新型的水凝膠可克服常規(guī)多孔水凝膠的缺陷，其孔道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，溶脹速率高，且具有良好的機械性能，可作為分離純化介質(zhì)應(yīng)用于物質(zhì)的分離與凈化方面。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好分離功能的超多孔水凝膠分離介質(zhì)的制備方法，該方法制備簡單易操作，保證了水凝膠具有孔道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、良好的孔隙率和良好的機械性能，不僅可以利用其孔道尺寸實現(xiàn)過濾分離，還具有選擇性分離功能（如染料吸附和油水分離）。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種新型分離介質(zhì)的制備方法：將大分子蛋白溶于超純水中，向其中加入復(fù)合交聯(lián)劑和無機鹽水溶液，并調(diào)節(jié)溶液ph值為2-5.5，隨后將混合液置于水浴中進行交聯(lián)反應(yīng)即可得含鹽水凝膠，再經(jīng)高壓蒸汽處理和超純水浸洗除去鹽分和交聯(lián)劑單體殘留后，進行干燥即得一種新型多孔凝膠分離介質(zhì)；

所述復(fù)合交聯(lián)劑為β-二亞胺鋅配合物和1,2,7,8-二環(huán)氧辛烷，其質(zhì)量比為3:1-1:3。

所述大分子蛋白選自類人膠原蛋白（lhc）、人血清白蛋白（hsa）、牛血清白蛋白（bsa）、乳清蛋白（wp）水溶性蛋白質(zhì)中的一種或多種，大分子蛋白溶于超純水后最終濃度為50-400mg/ml。

所述無機鹽選自氯化鈉、磷酸鈉、磷酸氫鈉、硫酸銨、硝酸銨、硝酸鉀、硫酸鉀、氯化鉀，無機鹽水溶液的濃度為10-350mg/ml，其加入體積與大分子蛋白溶液體積比為1:2-1:20。

所述交聯(lián)劑β-二亞胺鋅配合物溶液和1,2,7,8-二環(huán)氧辛烷溶液的質(zhì)量百分比濃度均為0.1-5.0%，優(yōu)選0.5-2.0%，體積均為蛋白溶液體積的1-20%，優(yōu)選5-10%。

上述反應(yīng)液酸堿度用鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)控其ph值為2-5.5；交聯(lián)反應(yīng)的溫度可為40-80℃，保持時間0.5-5h，優(yōu)選1-3h。

上述高壓蒸汽處理溫度為110-121℃，處理時間5-30min，優(yōu)選處理時間10-20min。

上述樣品洗滌采用超純水浸泡洗滌法，洗滌2-5天以除去鹽分和未參與交聯(lián)反應(yīng)的交聯(lián)劑。

上述干燥方式選取真空冷凍干燥法或超臨界二氧化碳干燥法。

上述交聯(lián)劑β-二亞胺鋅配合物依據(jù)文獻（catalyticreactionsinvolvingc1feedstocks:newhigh-activityzn(ii)-basedcatalystsforthealternatingcopolymerizationofcarbondioxideandepoxides,j.am.chem.soc.1998,120,11018-11019.）的方法合成獲得，其分子式如圖1所示。

上述在水浴中交聯(lián)反應(yīng)的反應(yīng)液酸堿度可用鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)控，其ph值為2-5.5。

上述反應(yīng)中反應(yīng)溫度優(yōu)選40-80℃，保持時間優(yōu)選1-3h。

上述高壓蒸汽處理溫度為110-121℃，保持時間5-30min，優(yōu)選保持時間10-20min。

上述樣品洗滌采用超純水浸泡洗滌法，每6h換水一次，洗滌2-5天以除去鹽分和未參與交聯(lián)反應(yīng)的交聯(lián)劑。

上述干燥方式選取真空冷凍干燥法或超臨界二氧化碳干燥法。

本發(fā)明超多孔水凝膠的形成機理：蛋白質(zhì)分子含有豐富的羧基和氨基，為分子間交聯(lián)提供了兩種好的功能基團。β-二亞胺鋅配合物分子內(nèi)螯合鋅的空軌道可與蛋白分子中的氨基形成配位鍵，實現(xiàn)蛋白質(zhì)分子的分子間交聯(lián)。β-二亞胺鋅配合物對環(huán)氧烷基具有不對稱開環(huán)催化功能，可加速1,2,7,8-二環(huán)氧辛烷的分子兩端環(huán)氧烷基開環(huán)并與蛋白分子中的羧基形成共價鍵，實現(xiàn)蛋白質(zhì)分子的分子間交聯(lián)。故通過β-二亞胺鋅配合物對1,2,7,8-二環(huán)氧辛烷的開環(huán)催化，及兩種交聯(lián)劑對蛋白質(zhì)的分子間不同基團間的雙交聯(lián)作用，有效實現(xiàn)和強化了水溶性蛋白分子間的交聯(lián)。無機鹽的加入，有效地破壞了水溶性蛋白質(zhì)的分子外水化膜，促進了交聯(lián)劑與蛋白質(zhì)分子之間的交聯(lián)反應(yīng)，此外適量無機鹽還兼扮演了成孔劑作用，進一步優(yōu)化了水凝膠的成孔效果。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：相比于傳統(tǒng)水凝膠，本發(fā)明中多孔水凝膠所用原料大分子球蛋白具有良好的生物學(xué)相容性，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用；采用的復(fù)合交聯(lián)劑交聯(lián)效果好，且殘留易于去除；本發(fā)明中的水凝膠經(jīng)過高溫加熱處理（如110-121℃）后，凝膠不會同容器粘連，可從壁上完整脫落，且高溫處理還能進一步有利于未反應(yīng)交聯(lián)劑的去除和增強凝膠的機械強度；該多孔水凝膠力學(xué)性能優(yōu)異，較一般水凝膠偏硬，但抗壓縮彈性極好，最大壓縮應(yīng)變和壓縮應(yīng)力分別可達70%和5-6mpa；凝膠孔隙率高（一般介于75-90%），凝膠孔道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，理化性質(zhì)穩(wěn)定性好，不僅具有充當(dāng)濾膜的功能，還具有油水分離和染料選擇性吸附功能。

附圖說明

圖1β-二亞胺鋅配合物的分子結(jié)構(gòu)圖；

圖2為實施例1所制備的新型多孔水凝膠分離介質(zhì)的sem圖；

圖3為商品化的0.22μm的濾器介質(zhì)與本發(fā)明制備的過濾介質(zhì)的sem圖及其分離油水乳化液（油酸或食用油）、結(jié)晶紫、中性紅和溴水的效果對比圖；

圖4為本發(fā)明制備的介質(zhì)樣品對結(jié)晶紫的吸附能力與解吸附特性實驗圖。

具體實施方式

下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。

實施例1多孔水凝膠分離介質(zhì)的制備

步驟一：將bsa溶于10ml超純水中，得到濃度為100mg/ml的bsa溶液，加入濃度均為1%的交聯(lián)劑β-二亞胺鋅配合物和1,2,7,8-二環(huán)氧辛烷各1ml，再加入20mg/ml的nacl2ml，混合均勻，并用稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液ph為2.6；

步驟二：將步驟一中的混合溶液分裝于模具中，在40℃環(huán)境下保持3h制得含鹽水凝膠；

步驟三：將步驟二中的水凝膠轉(zhuǎn)入高壓蒸汽滅菌鍋內(nèi)于121℃保持20min后，用蒸餾水浸泡洗滌5天，每6h換一次洗滌水，除去鹽分和殘留交聯(lián)劑；

步驟四：將步驟三中的洗滌后的凝膠在-80℃預(yù)凍3h后進行真空冷凍干燥，即可獲得新型的多孔水凝膠分離介質(zhì)。

圖2為實施例1所制備的新型水凝膠分離介質(zhì)的sem圖，可見其微觀形貌為多孔結(jié)構(gòu)，孔壁為球形顆粒相互粘連而成，孔徑一般在幾十納米到幾個微米不等，孔結(jié)構(gòu)較為均勻且致密貫通，經(jīng)檢測該水凝膠孔隙率約為85%。力學(xué)性能檢測可知其最大壓縮應(yīng)變可達73%，對應(yīng)壓縮應(yīng)力約為5.2mpa，樣品彈性良好，被壓縮后可以恢復(fù)原狀。

實施例2多孔水凝膠分離介質(zhì)的制備

步驟一：將hsa溶于10ml超純水中，得到濃度為150mg/ml的hsa溶液，加入濃度均為1%的交聯(lián)劑β-二亞胺鋅配合物和1,2,7,8-二環(huán)氧辛烷各1ml，再加入50mg/ml的kcl2ml，混合均勻，并用稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液ph為3.5；

步驟二：將步驟一中的混合溶液分裝于模具中，在50℃環(huán)境下保持2h制得含鹽水凝膠；

步驟三：將步驟二中的水凝膠轉(zhuǎn)入高壓蒸汽滅菌鍋內(nèi)于115℃保持30min后，用蒸餾水浸泡洗滌5天，每6h換一次洗滌水，除去鹽分和殘留交聯(lián)劑；

步驟四：將步驟三中的洗滌后的凝膠在-80℃預(yù)凍3h后進行真空冷凍干燥，即可獲得新型的多孔水凝膠分離介質(zhì)。

該實施例中所得的多孔水溶膠與實施例1中所得多孔水溶膠理化性能相似。

實施例3多孔水凝膠分離介質(zhì)的制備

步驟一：將lhc溶于10ml超純水中，得到濃度為100mg/ml的lhc溶液，加入濃度均為2%的交聯(lián)劑β-二亞胺鋅配合物和1,2,7,8-二環(huán)氧辛烷各1ml，再加入100mg/ml的nano3溶液2ml，混合均勻，并用稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液ph為5；

步驟二：將步驟一中的混合溶液分裝于模具中，在60℃環(huán)境下保持2h制得含鹽水凝膠；

步驟三：將步驟二中的初品凝膠轉(zhuǎn)入高壓蒸汽滅菌鍋內(nèi)于121℃保持15min后，用蒸餾水浸泡洗滌5天，每6h換一次洗滌水，除去鹽分和殘留交聯(lián)劑；

步驟四：將步驟三中的洗滌后的凝膠經(jīng)超臨界二氧化碳法干燥，即可獲得新型的多孔水凝膠分離介質(zhì)。

該實施例中所得的多孔水溶膠與實施例1中所得多孔水溶膠理化性能相似。

實施例4多孔水凝膠分離介質(zhì)的分離實驗

步驟一：制備合適大小的多孔水凝膠分離介質(zhì)薄膜與一次性注射器組成小型分離器，分別進行油水乳化液（油酸或食用油）、結(jié)晶紫、中性紅和溴水的分離試驗，并與市售0.22μm的濾器分離效果進行比對。

步驟二：將直徑為10mm厚約為3mm的實施例1中制備的凝膠樣品浸泡在濃度為1%的結(jié)晶紫溶液中約48h后，再浸泡于乙醇溶液中，利用結(jié)晶紫的吸附及乙醇浸泡解吸附實驗，驗證制備的多孔水凝膠分離介質(zhì)的吸附分離及解吸附性能。

圖3為商品化的0.22μm的濾器填料與本發(fā)明實施例1中制備的分離介質(zhì)的掃描電鏡圖。其中，a為0.22μm濾器內(nèi)部形貌sem圖，b～e分別為0.22μm濾器過濾油水乳化液（油酸或食用油）、結(jié)晶紫、中性紅和溴水的操作及濾過液圖；f為實施例1制備樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)sem圖，g～j分別為本發(fā)明制備的樣品過濾油水乳化液、結(jié)晶紫、中性紅和溴水的操作及濾過液圖。從圖3知，本發(fā)明制備的多孔水凝膠分離介質(zhì)與市場上購買的0.22μm濾器內(nèi)部結(jié)構(gòu)極為相似，從尺寸截留能力上看也大致相當(dāng)，但兩者在選擇性分離方面有極大的差異。從染料過濾和油水乳液分離實驗可知，0.22μm濾器不管對油水乳液，還是對結(jié)晶紫、中性紅和溴水等都沒有分離能力，而本發(fā)明制備的多孔凝膠不僅可以實現(xiàn)油水分離，還對結(jié)晶紫、中性紅和溴水等有顏色的物質(zhì)都有很好的分離效果，這說明本發(fā)明制備的水凝膠不再局限于簡單的濾膜功能，還可以作為特異性分離介質(zhì)。

圖4展示的水凝膠對結(jié)晶紫的吸附能力。從圖中可以看出，溶液中的結(jié)晶紫會被吸附到凝膠樣品上。將吸附結(jié)晶紫的樣品浸泡在無水乙醇中便可以洗掉其吸附的染料。這表明本發(fā)明制備的水凝膠不但具有染料分離能力，而且經(jīng)過乙醇浸泡后還可以被復(fù)性而可被重復(fù)利用。

該實施例實驗表明所制備的多孔水凝膠分離介質(zhì)具有優(yōu)異的吸附分離性能和解吸附特性，是一種具有很大應(yīng)用潛力的新型分離介質(zhì)。

實施例5多孔水凝膠的不同交聯(lián)方式對比實驗

步驟一：重復(fù)實施例1實驗過程，僅將反應(yīng)中的兩種交聯(lián)劑改為一種交聯(lián)劑β-二亞胺鋅配合物，獲得多孔水凝膠。該水凝膠質(zhì)地柔軟，通過力學(xué)性質(zhì)檢測發(fā)現(xiàn)其壓縮應(yīng)力約520kpa，不再具備實施實例1中水凝膠所具備的良好的吸水溶脹性和可復(fù)原性能；

步驟二：重復(fù)實施例1實驗過程，僅將反應(yīng)中的兩種交聯(lián)劑改為一種交聯(lián)劑1,2,7,8-二環(huán)氧辛烷，獲得多孔水凝膠。同樣，該水凝膠抗壓強度較小，其壓縮應(yīng)力約為680kpa，其吸水溶脹性能和可復(fù)原性能大大減弱。

上述實驗表明，僅改變復(fù)合交聯(lián)劑為其中的任意一種，所得到的水凝膠不再具有原來的優(yōu)異機械力學(xué)特性，說明實施實例1中的交聯(lián)劑協(xié)同交聯(lián)實驗方案具有好的創(chuàng)新性。