CN108752605A - 一种高强度高缓释性水凝胶的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度高缓释性水凝胶的制备方法，属于生物医学制备技术领域。本发明制得的水凝胶是一种具有高吸水性柔软的三维网状结构，这种网络可以作为纳米粒子成长和成核的空间，纳米材料复合水凝胶不仅能使纳米材料均匀分散，本发明利用造纸业主要副产品之一的木质素磺酸盐制备水凝胶，木质素磺酸盐是由50个苯丙烷单元构成的近似球状的三维网状结构体，中心部位是没有被磺化的原木质素的三维网络分子结构，中心外围分布带有磺酸基的侧链，可以有效吸附水分和生物营养成分和生物活性分子，同时木质素磺酸盐具有粘合性，可以有效吸附生物活性分子，提高了水凝胶的缓释效果，具有广阔的应用前景。

Description

一种高强度高缓释性水凝胶的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高强度高缓释性水凝胶的制备方法，属于生物医学制备技术领域。

背景技术

水凝胶是以水为分散介质的凝胶。具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。作为一种高吸水高保水材料，水凝胶被广泛用于多种领域，如：干旱地区的抗旱，在化妆品中的面膜、退热贴、镇痛贴、农用薄膜、建筑中的结露防止剂、调湿剂、石油化工中的堵水调剂，原油或成品油的脱水，在矿业中的抑尘剂，食品中的保鲜剂、增稠剂，医疗中的药物载体及在生物工程领域引起了广泛的重视和关注，值得注意的是，不同的应用领域应该选用不同的高分子原料，以满足不同的需求。

水凝胶有各种分类方法，根据水凝胶网络键合的不同，可分为物理凝胶和化学凝胶。物理凝胶是通过物理作用力如静电作用、氢键、链的缠绕等形成的，这种凝胶是非永久性的，通过加热凝胶可转变为溶液，所以也被称为假凝胶或热可逆凝胶。许多天然高分子在常温下呈稳定的凝胶态，在合成聚合物中，聚乙烯醇（PVA）是一典型的例子，经过冰冻融化处理，可得到在60℃以下稳定的水凝胶。化学凝胶是由化学键交联形成的三维网络聚合物，是永久性的，又称为真凝胶。根据水凝胶大小形状的不同，有宏观凝胶与微观凝胶之分，根据形状的不同宏观凝胶又可分为柱状、多孔海绵状、纤维状、膜状、球状等，制备的微球有微米级及纳米级之分。根据水凝胶对外界刺激的响应情况可分为传统的水凝胶和环境敏感的水凝胶两大类。传统的水凝胶对环境的变化如温度或pH等的变化不敏感，而环境敏感的水凝胶是指自身能感知外界环境微小的变化或刺激，并能产生相应的物理结构和化学性质变化甚至突变的一类高分子凝胶。根据合成材料的不同，水凝胶又分为合成高分子水凝胶和天然高分子水凝胶。目前的水凝胶普遍存在力学性能差、缓释效果差的缺陷。因此，发明一种高强度且缓释效果好的水凝胶对生物医学制备技术领域具有积极意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前水凝胶力学性质差、缓释效果差的缺陷，提供了一种高强度高缓释性水凝胶的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高强度高缓释性水凝胶的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）按重量份数计，称取8～12份木质素磺酸钠、120～150份去离子水、2～4份氢氧化钠和5～10份双氧水放入烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，用搅拌器搅拌，得到分散液，按重量份数计，称取150～160份分散液、5～8份浓硫酸和1～3份亚硫酸钠， 用搅拌器以400～450r/min的转速搅拌60～70min后，从水浴锅中取出烧杯，自然冷却至室温，得到混合浆液；

（2）将混合浆液和氯化钠按质量比4:1混合投入烧杯中，用搅拌器搅拌后过滤得到滤渣，将滤渣放入烘箱中下干燥后冷却至室温得到改性粉末；

（3）将上述改性粉末与氢氧化钠溶液按质量比1:8混合放入烧杯中，将烧杯放入水浴锅中，用搅拌器搅拌后抽滤，得到抽滤滤渣，用去离子水洗涤抽滤滤渣3～5次后放入真空干燥机中，干燥得到改性凝胶；

（4）将上述改性凝胶与蒸馏水按质量比1:20放入烧杯中，将烧杯放入超声波清洗器中超声分散，得到分散微凝胶溶液；

（5）按重量份数计，称取10～13份壳聚糖、10～13份钛酸四丁酯、10～13份二乙醇胺、80～85份无水乙醇、2～4份质量分数为10～15%的盐酸和20～25份水投入上述分散微凝胶溶液中，用搅拌器搅拌后静置2～3h，静置完成后，加入10～13份钛酸四丁酯和15～18份乙二胺，在200～250r/min的转速下搅拌15～20min后静置2～3h得到改性微凝胶溶液；

（6）将改性微凝胶溶液放入真空手套箱中，密闭48～50h后出料，即得高强度高缓释性水凝胶。

步骤（1）中所述的双氧水的质量分数为30～35%，水浴锅中温度为55～60℃，搅拌器转速为400～450r/min，搅拌时间为30～40min，浓硫酸的质量分数为85～95%。

步骤（2）中所述的搅拌器转速为300～350r/min，搅拌时间为20～30min，烘箱温度为110～120℃，干燥时间为75～85min。

步骤（3）中所述的氢氧化钠溶液的质量分数为15～20%，水浴锅中温度为25～28℃，搅拌器转速为450～500r/min，搅拌时间为40～50min，真空干燥机的温度为40～45℃，干燥时间为80～90min。

步骤（4）中所述的超声波清洗器的频率为30～32kHz，超声分散时间为150～180min。

步骤（5）中所述的搅拌转速为300～400r/min，搅拌时间为15～20min。

步骤（6）中所述的真空手套箱的温度为80～90℃。

本发明的有益技术效果是：

（1）本发明首先将木质素磺酸钠氧化水解，氧化水解后加入浓硫酸和亚硫酸钠磺化，再加入氢氧化钠搅拌抽滤制得凝胶，随后将壳聚糖、钛酸四丁酯和其它助剂在酸性条件下搅拌，再加入钛酸四丁酯和乙二胺搅拌，最后将溶液放入真空手套箱中，密闭反应后即得高强度高缓释性水凝胶，本发明制得的水凝胶是一种具有高吸水性柔软的三维网状结构，这种网络可以作为纳米粒子成长和成核的空间，纳米材料复合水凝胶不仅能使纳米材料均匀分散，同时由于纳米材料的刚性也使得水凝胶的强度得到了增强，二氧化钛本身硬度好，热稳定性优异，二氧化钛纳米颗粒吸附在水凝胶表面使水凝胶的力学强度得到提高，同时也一定程度提高了水凝胶的耐热性；

（2）本发明利用造纸业主要副产品之一的木质素磺酸盐制备水凝胶，木质素磺酸盐是由50个苯丙烷单元构成的近似球状的三维网状结构体，中心部位是没有被磺化的原木质素的三维网络分子结构，中心外围分布带有磺酸基的侧链，因此木质素磺酸盐具有三维网状结构，这种结构带有许多亲水性基团，含有非线性烷链，可以有效吸附水分和生物营养成分和生物活性分子，同时木质素磺酸盐具有粘合性，可以有效吸附生物活性分子，提高了水凝胶的缓释效果，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

按重量份数计，称取8～12份木质素磺酸钠、120～150份去离子水、2～4份氢氧化钠和5～10份质量分数为30～35%的双氧水放入烧杯中，将烧杯置于温度为55～60℃的水浴锅中，用搅拌器以400～450r/min的转速搅拌30～40min，得到分散液，按重量份数计，称取150～160份分散液、5～8份质量分数为85～95%的浓硫酸和1～3份亚硫酸钠， 用搅拌器以400～450r/min的转速搅拌60～70min后，从水浴锅中取出烧杯，自然冷却至室温，得到混合浆液；将混合浆液和氯化钠按质量比4:1混合投入烧杯中，用搅拌器以300～350r/min搅拌20～30min后过滤得到滤渣，将滤渣放入烘箱中在110～120℃的条件下干燥75～85min后冷却至室温得到改性粉末；将上述改性粉末与质量分数为15～20%的氢氧化钠溶液按质量比1:8混合放入烧杯中，将烧杯放入水浴温度为25～28℃的水浴锅中，用搅拌器以450～500r/min的转速搅拌40～50min后抽滤，得到抽滤滤渣，用去离子水洗涤抽滤滤渣3～5次后放入真空干燥机中，在温度为40～45℃的条件下干燥80～90min得到改性凝胶；将上述改性凝胶与蒸馏水按质量比1:20放入烧杯中，将烧杯放入超声波清洗器中，在频率为30～32kHz的条件下超声分散150～180min，得到分散微凝胶溶液；按重量份数计，称取10～13份壳聚糖、10～13份钛酸四丁酯、10～13份二乙醇胺、80～85份无水乙醇、2～4份质量分数为10～15%的盐酸和20～25份水投入上述分散微凝胶溶液中，用搅拌器在转速为300～400r/min的条件下搅拌15～20min后静置2～3h，静置完成后，加入10～13份钛酸四丁酯和15～18份乙二胺，在200～250r/min的转速下搅拌15～20min后静置2～3h得到改性微凝胶溶液；将改性微凝胶溶液放入真空手套箱中，在温度为80～90℃的条件下密闭48～50h后，出料，即得高强度高缓释性水凝胶。

按重量份数计，称取8份木质素磺酸钠、120份去离子水、2份氢氧化钠和5份质量分数为30%的双氧水放入烧杯中，将烧杯置于温度为55℃的水浴锅中，用搅拌器以400r/min的转速搅拌30min，得到分散液，按重量份数计，称取150份分散液、5份质量分数为85%的浓硫酸和1份亚硫酸钠， 用搅拌器以400r/min的转速搅拌60min后，从水浴锅中取出烧杯，自然冷却至室温，得到混合浆液；将混合浆液和氯化钠按质量比4:1混合投入烧杯中，用搅拌器以300r/min搅拌20min后过滤得到滤渣，将滤渣放入烘箱中在110℃的条件下干燥75min后冷却至室温得到改性粉末；将上述改性粉末与质量分数为15%的氢氧化钠溶液按质量比1:8混合放入烧杯中，将烧杯放入水浴温度为25℃的水浴锅中，用搅拌器以450r/min的转速搅拌40min后抽滤，得到抽滤滤渣，用去离子水洗涤抽滤滤渣3次后放入真空干燥机中，在温度为40℃的条件下干燥80min得到改性凝胶；将上述改性凝胶与蒸馏水按质量比1:20放入烧杯中，将烧杯放入超声波清洗器中，在频率为30kHz的条件下超声分散150min，得到分散微凝胶溶液；按重量份数计，称取10份壳聚糖、10份钛酸四丁酯、10份二乙醇胺、80份无水乙醇、2份质量分数为10%的盐酸和20份水投入上述分散微凝胶溶液中，用搅拌器在转速为300r/min的条件下搅拌15min后静置2h，静置完成后，加入10份钛酸四丁酯和15份乙二胺，在200r/min的转速下搅拌15min后静置2h得到改性微凝胶溶液；将改性微凝胶溶液放入真空手套箱中，在温度为80℃的条件下密闭48h后，出料，即得高强度高缓释性水凝胶。

按重量份数计，称取10份木质素磺酸钠、140份去离子水、3份氢氧化钠和7份质量分数为32%的双氧水放入烧杯中，将烧杯置于温度为57℃的水浴锅中，用搅拌器以420r/min的转速搅拌35min，得到分散液，按重量份数计，称取155份分散液、7份质量分数为90%的浓硫酸和2份亚硫酸钠， 用搅拌器以420r/min的转速搅拌65min后，从水浴锅中取出烧杯，自然冷却至室温，得到混合浆液；将混合浆液和氯化钠按质量比4:1混合投入烧杯中，用搅拌器以320r/min搅拌25min后过滤得到滤渣，将滤渣放入烘箱中在115℃的条件下干燥80min后冷却至室温得到改性粉末；将上述改性粉末与质量分数为17%的氢氧化钠溶液按质量比1:8混合放入烧杯中，将烧杯放入水浴温度为27℃的水浴锅中，用搅拌器以470r/min的转速搅拌45min后抽滤，得到抽滤滤渣，用去离子水洗涤抽滤滤渣4次后放入真空干燥机中，在温度为42℃的条件下干燥85min得到改性凝胶；将上述改性凝胶与蒸馏水按质量比1:20放入烧杯中，将烧杯放入超声波清洗器中，在频率为31kHz的条件下超声分散170min，得到分散微凝胶溶液；按重量份数计，称取12份壳聚糖、12份钛酸四丁酯、12份二乙醇胺、82份无水乙醇、3份质量分数为12%的盐酸和22份水投入上述分散微凝胶溶液中，用搅拌器在转速为350r/min的条件下搅拌17min后静置2.5h，静置完成后，加入12份钛酸四丁酯和17份乙二胺，在220r/min的转速下搅拌17min后静置2.5h得到改性微凝胶溶液；将改性微凝胶溶液放入真空手套箱中，在温度为85℃的条件下密闭49h后，出料，即得高强度高缓释性水凝胶。

按重量份数计，称12份木质素磺酸钠、150份去离子水、4份氢氧化钠和10份质量分数为35%的双氧水放入烧杯中，将烧杯置于温度为60℃的水浴锅中，用搅拌器以450r/min的转速搅拌40min，得到分散液，按重量份数计，称取160份分散液、8份质量分数为95%的浓硫酸和3份亚硫酸钠， 用搅拌器以450r/min的转速搅拌70min后，从水浴锅中取出烧杯，自然冷却至室温，得到混合浆液；将混合浆液和氯化钠按质量比4:1混合投入烧杯中，用搅拌器以350r/min搅拌30min后过滤得到滤渣，将滤渣放入烘箱中在120℃的条件下干燥85min后冷却至室温得到改性粉末；将上述改性粉末与质量分数为20%的氢氧化钠溶液按质量比1:8混合放入烧杯中，将烧杯放入水浴温度为28℃的水浴锅中，用搅拌器以500r/min的转速搅拌50min后抽滤，得到抽滤滤渣，用去离子水洗涤抽滤滤渣5次后放入真空干燥机中，在温度为45℃的条件下干燥90min得到改性凝胶；将上述改性凝胶与蒸馏水按质量比1:20放入烧杯中，将烧杯放入超声波清洗器中，在频率为32kHz的条件下超声分散180min，得到分散微凝胶溶液；按重量份数计，称取13份壳聚糖、13份钛酸四丁酯、13份二乙醇胺、85份无水乙醇、4份质量分数为15%的盐酸和25份水投入上述分散微凝胶溶液中，用搅拌器在转速为400r/min的条件下搅拌20min后静置3h，静置完成后，加入13份钛酸四丁酯和18份乙二胺，在250r/min的转速下搅拌20min后静置3h得到改性微凝胶溶液；将改性微凝胶溶液放入真空手套箱中，在温度为90℃的条件下密闭50h后，出料，即得高强度高缓释性水凝胶。

对比例以陕西某公司生产的高强度高缓释性水凝胶作为对比例 对本发明制得的高强度高缓释性水凝胶和对比例中的高强度高缓释性水凝胶进行性能检测，检测结果如表1所示：

测试方法：

拉伸断裂强度测试采用拉力试验机进行检测；

断裂伸长率测试采用断裂伸长率测试机进行检测；

水凝胶的粘结强度测试：将实例1～3和对比例中的水凝胶与猪皮进行粘结，测得粘结强度；

缓释性测试：准备实例1～3和对比例中的水凝胶材料对双氯芬酸药物进行缓慢释放，分别观察5天、15天、25天后的累计释放百分率，来表示在整个释放期间表现出来的缓释性能。

表1水凝胶性能测定结果

根据上述中数据可知本发明制得的高强度高缓释性水凝胶力学性能好，粘结强度高，在整个释放期间表现出慢得多的释放速度，能较好地延长对药物的持续释放时间，缓释性能好，具有广阔的应用前景。

Claims (7)

1.一种高强度高缓释性水凝胶的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）按重量份数计，称取8～12份木质素磺酸钠、120～150份去离子水、2～4份氢氧化钠和5～10份双氧水放入烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，用搅拌器搅拌，得到分散液，按重量份数计，称取150～160份分散液、5～8份浓硫酸和1～3份亚硫酸钠， 用搅拌器以400～450r/min的转速搅拌60～70min后，从水浴锅中取出烧杯，自然冷却至室温，得到混合浆液；

（2）将混合浆液和氯化钠按质量比4:1混合投入烧杯中，用搅拌器搅拌后过滤得到滤渣，将滤渣放入烘箱中干燥后冷却至室温得到改性粉末；

（3）将上述改性粉末与氢氧化钠溶液按质量比1:8混合放入烧杯中，将烧杯放入水浴锅中，用搅拌器搅拌后抽滤，得到抽滤滤渣，用去离子水洗涤抽滤滤渣3～5次后放入真空干燥机中，干燥得到改性凝胶；

（4）将上述改性凝胶与蒸馏水按质量比1:20放入烧杯中，将烧杯放入超声波清洗器中超声分散，得到分散微凝胶溶液；

（5）按重量份数计，称取10～13份壳聚糖、10～13份钛酸四丁酯、10～13份二乙醇胺、80～85份无水乙醇、2～4份质量分数为10～15%的盐酸和20～25份水投入上述分散微凝胶溶液中，用搅拌器搅拌后静置2～3h，静置完成后，加入10～13份钛酸四丁酯和15～18份乙二胺，在200～250r/min的转速下搅拌15～20min后静置2～3h得到改性微凝胶溶液；

（6）将改性微凝胶溶液放入真空手套箱中，密闭48～50h后出料，即得高强度高缓释性水凝胶。

2.根据权利要求1所述的一种高强度高缓释性水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的双氧水的质量分数为30～35%，水浴锅中温度为55～60℃，搅拌器转速为400～450r/min，搅拌时间为30～40min，浓硫酸的质量分数为85～95%。

3.根据权利要求1所述的一种高强度高缓释性水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的搅拌器转速为300～350r/min，搅拌时间为20～30min，烘箱温度为110～120℃，干燥时间为75～85min。

4.根据权利要求1所述的一种高强度高缓释性水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的氢氧化钠溶液的质量分数为15～20%，水浴锅中温度为25～28℃，搅拌器转速为450～500r/min，搅拌时间为40～50min，真空干燥机的温度为40～45℃，干燥时间为80～90min。

5.根据权利要求1所述的一种高强度高缓释性水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的超声波清洗器的频率为30～32kHz，超声分散时间为150～180min。

6.根据权利要求1所述的一种高强度高缓释性水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所述的搅拌转速为300～400r/min，搅拌时间为15～20min。

7.根据权利要求1所述的一种高强度高缓释性水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（6）中所述的真空手套箱的温度为80～90℃。