一种交替层状壳聚糖/海藻酸复合水凝胶材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及交替层状壳聚糖/海藻酸复合水凝胶材料的制备方法，属于天然高分子材料和可再生资源领域。
【背景技术】
[0002]血管具有明显的多层结构，在不同管层上含有不同细胞，这赋予了血管良好的韧性和功能性[Adv.Mater.2012，24，890]。近几年，通过模拟血管的多层结构来构建出具有不同成分的凝胶层材料已引起很大重视，并取得较大进展。壳聚糖和海藻酸是两种含量丰富的可再生生物质资源，它们是两种典型的聚电解质，其中，壳聚糖带正电，海藻酸带负电。基于两者静电相互作用，人们已利用层层组装法制备出一系列壳聚糖/海藻酸复合材料。然而迄今为止，交替层状壳聚糖/海藻酸复合水凝胶材料未有任何报道。
【发明内容】
[0003]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种交替层状壳聚糖/海藻酸复合水凝胶材料的制备方法，具有良好的抗溶剂性，形状及层厚可控性，规整的多层结构及生物可降解性。
[0004]技术方案:为解决上述技术问题，本发明的一种交替层状壳聚糖/海藻酸复合水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤:
[0005](I)配置质量浓度为1-2%壳聚糖，5-10%氢氧化钠和1-2%海藻酸溶液以及质量浓度为0.005-0.01mol/L的氯化钙溶液，选择棒状或球形琼脂作为模板；
[0006](2)将琼脂模板置于氢氧化钠溶液中浸泡，取出，再将琼脂模板放入壳聚糖溶液中浸泡，然后把带有壳聚糖凝胶层的琼脂模板浸泡在蒸馏水中一段时间后取出；用滤纸吸取壳聚糖凝胶层表面水分，然后将琼脂模板浸泡在氯化钙溶液中一定时间后再放入海藻酸溶液中，凝固后取出，用蒸馏水冲洗琼脂模板并用滤纸擦拭干净待用；
[0007](3)依次重复步骤(2)的操作，直到得到需要的层数。
[0008]作为优选，所述步骤(2)中琼脂模板置于氢氧化钠溶液中浸泡时间为1-2分钟，琼脂模板放入壳聚糖溶液中浸泡时间为1-2分钟，琼脂模板在氯化钙溶液浸泡时间为1-2分钟。
[0009]作为优选，所述琼脂模板为球形状，直径为3mm。
[0010]作为优选，所述琼脂模板为棒状，直径为5_。
[0011 ] 作为优选，所述壳聚糖溶液由2wt %醋酸溶液溶解壳聚糖得到，海藻酸溶液由蒸馏水溶解海藻酸得到。
[0012]作为优选，所述琼脂模板由90°C下制得琼脂水溶液在5°C下于塑料管中凝固成形或于室温下滴落在搅拌下的二氯甲烷溶液制得。
[0013]上述方案中，所选壳聚糖和海藻酸溶液质量浓度为1_2%，当质量浓度偏小时，所制备凝胶层厚太小，较难保持其规整多层结构且应用不方便；另一方面，溶液质量浓度偏大时，粘度相对过大，容易粘附在凝胶层上，不利于形成规整的多层凝胶结构。
[0014]上述壳聚糖和海藻酸溶液制备方法，可采用已知技术方法，没有特别限制。例如，所述壳聚糖溶液由不同质量浓度醋酸和稀盐酸或硫酸等水溶液溶解壳聚糖得到，海藻酸可以由蒸馏水或者一定质量浓度的碱溶液溶解制得。作为一种优选，壳聚糖溶液由壳聚糖溶解在2wt %醋酸水溶液中得到，海藻酸溶液由海藻酸溶解在蒸馏水中制得。
[0015]本发明所用到棒状的琼脂模板由90°C下制得琼脂水溶液在5°C下于塑料管中凝固成形，球状的琼脂模板由90°C下制得琼脂水溶液在5°C下于室温下滴落在搅拌下的二氯甲烷溶液制得。
[0016]所得壳聚糖溶液经载有氢氧化钠溶液的琼脂模板调控凝固及组装，制备壳聚糖凝胶层；所得海藻酸溶液经载有氯化钙溶液的琼脂模板交联和凝固成形，可制备出海藻酸凝胶层。通过改变壳聚糖和海藻酸溶液质量浓度，以及调节凝固液的质量浓度和浸泡时间来控制壳聚糖和海藻酸凝胶层厚度。
[0017]本发明方法通过把壳聚糖和海藻酸原料分别溶解而得到壳聚糖和海藻酸溶液，利用载有凝固液的琼脂作为模板调控壳聚糖和海藻酸溶液的凝固及组装。在壳聚糖凝胶层形成的过程中，经琼脂模板内外氢氧化钠及壳聚糖质量浓度梯度(琼脂模板内氢氧化钠质量浓度高，而壳聚糖在琼脂模板外质量浓度高)诱导，溶液中壳聚糖分子由于被氢氧化钠去质子化，壳聚糖的氨基裸露出来，因而其分子链会通过氨基间强氢键相互作用而相互缠结，进而自聚集而凝胶化形成壳聚糖凝胶层。在海藻酸凝胶形成过程中，载有氯化钙溶液的琼脂模板所负载的钙离子能够交联海藻酸的羧基，随着琼脂模板中钙离子的不断向溶液中迀移，溶液中海藻酸分子能够不断地被交联，进而形成具有三维网络结构的海藻酸凝胶层。通过调控壳聚糖和海藻酸溶液，凝固液质量浓度以及浸泡时间来调控壳聚糖和海藻酸凝胶层厚度。我们已制备出每层约为36-166 μ m厚度的壳聚糖凝胶层以及63-212 μ m厚度的海藻酸凝胶层。
[0018]本发明方法所制得交替层状壳聚糖/海藻酸凝胶具有良好的抗溶剂性，形状及层厚可控性，规整的多层结构及生物可降解性。本发明方法工艺过程简单无污染，易于工业化。
【附图说明】
[0019]图1为棒状琼脂模板在不同条件下的所得交替层状壳聚糖/海藻酸凝胶照片及对应层厚的折线图，图(a) 1%壳聚糖和1%海藻酸依次在对应凝固液中浸泡Imin所得照片，图(b) 1.5%壳聚糖和1.5%海藻酸依次在对应凝固液中浸泡1.5min所得照片，图(c)2%壳聚糖和2%海藻酸依次在对应凝固液中浸泡2min所得照片，图(d)a，b，c三图对应数据所制得折线图；
[0020]图2为球状琼脂芯在不同壳聚糖质量浓度条件下的交替层状壳聚糖/海藻酸凝胶照片及对应层厚的折线图。图(a) 1.5%海藻酸浸泡2分钟，1%的壳聚糖浸泡I分钟所得交替层状壳聚糖/海藻酸凝胶照片，图(b) 1.5%海藻酸浸泡2分钟，1.5%的壳聚糖浸泡I分钟所得交替层状壳聚糖/海藻酸凝胶照片，图(c) 1.5%海藻酸浸泡2分钟，2%的壳聚糖浸泡I分钟所得交替层状壳聚糖/海藻酸凝胶照片，图(d)a，b，c三图对应数据所制得折线图；
[0021]图3为球状琼脂芯在不同固液界面接触(浸泡)时间条件下的交替层状壳聚糖/海藻酸凝胶照片及对应层厚的折线图。图(a) 1.5%壳聚糖浸泡I分钟，2%海藻酸浸泡I分钟所得交替层状壳聚糖/海藻酸凝胶照片，图(b) 1.5%壳聚糖浸泡I分钟，2%海藻酸浸泡1.5分钟所得交替层状壳聚糖/海藻酸凝胶照片，图(c) 1.5%壳聚糖浸泡I分钟，2%海藻酸浸泡2分钟所得交替层状壳聚糖/海藻酸凝胶照片，图(d) a，b，c三图对应数据所制得折线图；
[0022]图4为球状琼脂芯在不同固液界面接触时间条件下的交替层状壳聚糖/海藻酸凝胶照片及对应层厚的折线图。图(a) 1.5%海藻酸浸泡I分钟，1%壳聚糖浸泡2分钟所得交替层状壳聚糖/海藻酸凝胶照片，图(b) 1.5%海藻酸浸泡I分钟，1.5%壳聚糖浸泡1.5分钟所得交替层状壳聚糖/海藻酸凝胶照片，图(c) 1.5%海藻酸浸泡I分钟，2%壳聚糖浸泡2分钟所得交替层状壳聚糖/海藻酸凝胶照片，图(d)a，b，c三图对应数据所制得折线图；
[0023]图5交替层状壳聚糖/海藻酸凝胶在不同溶剂中浸泡前后的照片，(a)浸泡前的1wt%的氢氧化钠溶液，图(b)浸泡后的1wt%的氢氧化钠溶液，图(C)浸泡前的正己烧，图(d)浸泡后的正己烷，图(e)浸泡前的环己烷，图(f)浸泡前的环己烷。
【具体实施方式】
[0024]实施例1
[0025]将棒状琼脂芯浸泡在5%质量浓度氢氧化钠溶液凝固液中lmin，然后将棒状琼脂浸泡在I %质量浓度的壳聚糖溶液lmin，取出后，用蒸馏水冲洗干净，并用滤纸小心擦拭多余水分，然后依次置于0.01mol/L质量浓度的氯化钙溶液和Iwt %海藻酸溶液中各lmin，再次用蒸馏水洗净并擦拭干净，再次浸泡在5%质量浓度氢氧化钠溶液中lmin，重复上述步骤即可制备出具有管状结构的交替层状壳聚糖/海藻酸多层水凝胶。其中，壳聚糖凝胶层的厚度从内到外依次为:36.5，38.8和53.3微米，海藻酸凝胶层的厚度从内到外依次为:71.1和125.3微米，交替层状壳聚糖/海藻酸凝胶照片，如图1(a)所示。
[0026]实施例2
[0027]将棒状琼脂芯浸泡在5%质量浓度氢氧化钠溶液凝固液中1.5min，然后将棒状琼脂浸泡在1.5%质量浓度的壳聚糖溶液1.5min，取出后，用蒸馏水冲洗干净，并用滤纸小心擦拭多余水分，然后依次置于0.01mol/L质量浓度的氯化钙溶液和1.5被％海藻酸溶液中各1.5min，再次用蒸馏水洗净并擦拭干净，再次浸泡在5%质量浓度氢氧化钠溶液中1.5min，重复上述步骤即可制备出具有管状结构的交替层状壳聚糖/海藻酸多层水凝胶。壳聚糖凝胶层的厚度从内到外依次为:102.5，128.4和135.1微米，海藻酸凝胶层的厚度从内到外依次为:124.3和132.7微米，交替层状壳聚糖/海藻酸凝胶照片如图1 (b)所示。
[0028]实施例3
[0029]把载有5%浓度氢氧化钠溶液凝固液棒状琼脂芯浸泡在2%浓度的壳聚糖溶液2min,取出后，用蒸馈水冲洗干净，并用滤纸小心擦拭多余水分，然后依次置于0.01mol/L的氯化钙溶液和2wt%海藻酸溶液中2min，再次用蒸馏水洗净并擦拭干净，再次浸泡在5%浓度氢氧化钠溶液中2min，重复上述步骤即可制备出具有管状结构的交替层状壳聚糖/海藻酸多层水凝胶。壳聚糖凝胶层的厚度从内到外依次为:133.4，151.3和147.6微米，海藻酸凝胶层的厚度从内到外依次为:144.0和193.9微米，交替层状壳聚糖/海藻酸凝胶照片如图1 (C)所示。
[0030]实施例4
[0031]把载有10%浓度氢氧化钠溶液凝固液棒状琼脂芯浸泡在2%浓度的壳聚糖溶液2min,取出后，用蒸馏水冲洗干净，并用滤纸小心擦拭多余水分，然后依次置于0.0lmol/L的氯化钙溶液和2wt%海藻酸溶液中2min，再次用蒸馏水洗净并擦拭干净，再次浸泡在10%浓度氢氧化钠溶液中2min，重复上述步骤即可制备出具有管状结构的交替层状壳聚糖/海藻酸多层水凝胶。壳聚糖凝胶层的厚度从内到外依次为:147.2，158.7和165.8微米，海藻酸凝胶层的厚度从内到外依次为:152.9和203.9微米。
[0032]实施例5
[0033]将球状琼脂芯浸泡在5%质量浓度氢氧化钠溶液凝固液中lmin，然后将球状琼脂芯浸泡在I %质量浓度的壳聚糖溶液lmin，取出后，用蒸馏水冲洗干净，并用滤纸小心擦拭多余水分，然后依次置于0.005mol/L的氯化|丐溶液和1.5?^%海藻酸溶液中各lmin，再次用蒸