一种硫酸软骨素/壳聚糖衍生物复合聚电解质双交联纤维的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及天然聚电解质纤维材料领域，尤其涉及一种通过光聚合反应制备硫酸软骨素/壳聚糖衍生物复合聚电解质双交联纤维的方法。
【背景技术】
[0002]硫酸软骨素(CS)是共价连接在蛋白质上形成蛋白聚糖的一类糖胺聚糖。硫酸软骨素广泛分布于动物组织的细胞外基质和细胞表面，糖链由交替的葡萄糖醛酸和N-乙酰半乳糖胺(又称N-乙酰氨基半乳糖)二糖单位组成，通过一个似糖链接区连接到核心蛋白的丝氨酸残基上。CS是从动物组织中提取制备的酸性粘多糖类物质，为白色或类白色粉末；无臭；有引湿性。本品的水溶液具粘桐性，加热不凝结。本品在水中易溶，不溶于乙醇、丙酮、和乙醚等有机溶剂中，其盐类对热较稳定，受热达80°C亦不被破坏。硫酸软骨素水溶液，遇较高温度或酸即不稳定，主要是脱乙酰基或降解成单糖或分子量较小的多糖。硫酸软骨素作为治疗关节疾病的药品，与氨基葡萄糖配合使用，具有止痛，促进软骨再生的功效，可以从根本改善关节问题。硫酸软骨素对角膜胶原纤维具有保护作用，能促进基质中纤维的增长，增强通透性，改善血液循环，加速新陈代谢，促进渗透液的吸收及炎症的消除；其聚阴离子具有强的保水性，能改善眼角膜组织的水分代谢，对角膜有较强的亲和力，能在角膜表面形成一层透气保水膜，改善眼部干燥症状。通过促进基质的生成，为细胞的迀移提供构架，有利于角膜上皮细胞的迀移，从而促进角膜创伤的愈合，渗出液的吸收及炎症的消除。
[0003]壳聚糖(chitosan)又称脱乙酰甲壳素，是由自然界广泛存在的几丁质(chitin)经过脱乙酰作用得到的，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖。自1859年，法国人Rouget首先得到壳聚糖后，这种天然高分子的生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等优良性能被各行各业广泛关注，在医药、食品、化工、化妆品、水处理、金属提取及回收、生化和生物医学工程等诸多领域的应用研究取得了重大进展。针对患者，壳聚糖降血脂、降血糖的作用已有研究报告。同时，壳聚糖被作为增稠剂、被膜剂列入国家食品添加剂使用标准GB-2760。
[0004]目前制备纤维的方法主要有超高倍拉伸熔体纺丝法，海岛型复合纺丝法，模板聚合法，静电纺丝法和相分离。超高倍拉伸熔体纺丝法是聚合物经过超高倍拉伸制备长丝型超细纤维，虽然此方法成本较低，但只有能承受巨大应变的聚合物材料才能有可能制备成纳米纤维，且该方法制备超细纤维的过程中容易产生毛丝。海岛型复合纺丝法是采用共混熔体纺丝的方法，将两种互不相溶的聚合物通过双螺杆挤出到特殊设计的分配板和喷丝板制备出共混纤维。模板聚合法是用纳米多孔膜作为模板来制备纳米纤维或中空纳米纤维的方法，该方法聚合条件易于控制，聚合影响因素少，可以获得各种结构的纳米尺寸聚合物产物，反应完成后模板容易去除，主要缺点就是非常耗时。静电纺丝法是一种比较容易制备出连续的各种形貌的纳米纤维的一种方法，所制备的纤维的直径小于lOOnm，长度可以达到几千米，其缺点是很难进行大规模生产。相分离法是溶解、凝胶化、萃取、冷凝和干燥得到纳米多孔泡沫的过程，得到的聚合物多孔纳米纤维直径在300?900nm之间，孔径为I?120nm。其缺点是需要花费很长的时间使聚合物转化为纳米多孔泡沫。
[0005]复合聚电解质(Polyelectrolytecomplexes, PEC)是指带有相反电荷的聚电解质通过静电吸引力的相互作用所形成的大分子复合物。由于天然高分子复合聚电解质多孔纤维膜具有连续贯穿的结构、高的比表面积、高孔隙率及较好的生物性能等优点，从而在生物医学、药物载体等领域得到了广泛的研究和应用。壳聚糖是自然界中存在的天然碱性多糖，硫酸软骨素是一种聚阴离子天然高分子。本发明通过化学手段对带有相反电荷的聚电解质硫酸软骨素和壳聚糖进行适当改性，使其具有光聚合活性，然后加入光引发剂混溶后低温冷冻结晶，并在低温下进行光照交联聚合，在通过冷冻干燥除去溶剂，得到具有良好力学性能和机械强度的硫酸软骨素/壳聚糖衍生物复合聚电解质的双交联纤维材料。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种硫酸软骨素/壳聚糖衍生物复合聚电解质双交联纤维的制备方法，制备过程快速高效，实验设备简单，反应过程易于操作，并保持了复合聚电解质的优异特性。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0008]—种硫酸软骨素/壳聚糖衍生物复合聚电解质双交联纤维的制备方法，包括以下步骤:
[0009](I)将硫酸软骨素与甲基丙烯酸缩水甘油醚通过开环反应得到具有光反应活性的硫酸软骨素生物；
[0010](2)将壳聚糖与甲基丙烯酸缩水甘油醚通过开环反应得到具有光反应活性的壳聚糖衍生物；
[0011](3)将等质量的具有光反应活性的硫酸软骨素和壳聚糖衍生物分别溶于水再将水溶液混合，得混合溶液，将光引发剂溶于混合溶液中，低温冷冻，在冷冻的状态下紫外光光照，随后冷冻干燥除去溶剂水，得到硫酸软骨素/壳聚糖衍生物双交联纤维；所述具有光反应活性的硫酸软骨素和壳聚糖衍生物质量之和与溶剂水的质量比为1:100-2000，所述光引发剂的质量与具有光反应活性的硫酸软骨素和壳聚糖衍生物质量之和的比为0.001-0.1:1ο
[0012]其中步骤(3)中，等质量的具有光反应活性的硫酸软骨素和壳聚糖衍生物混合溶液配制时，一般采用将具有光反应活性的硫酸软骨素衍生物(具有光反应活性的壳聚糖衍生物)溶液逐滴滴加到高速搅拌(800-1200r/min)的具有光反应活性的壳聚糖衍生物(具有光反应活性的硫酸软骨素衍生物)溶液中，形成均一的等质量的具有光反应活性的硫酸软骨素和壳聚糖衍生物混合溶液。这样可以有效防止直接混合，导致聚电解质发生团聚。
[0013]作为优选，所述具有光反应活性的硫酸软骨素和壳聚糖衍生物质量之和与溶剂水的质量比为1:1000-2000。
[0014]具体地，步骤(I)中所述的硫酸软骨素重均分子量为1000-12000。
[0015]具体地，步骤(2)中所述的壳聚糖为脱乙酰甲壳素，脱乙酰度为80% -95%，重均分子量为3000-120000。
[0016]具体地，步骤(3)中所述光引发剂为2959、8700、水溶性硫杂蒽酮类光引发剂或水溶性的二苯甲酮类光引发剂。
[0017]具体地，步骤(3)中所述冷冻温度为_197°C -O0C。
[0018]具体地，步骤(3)中所述光照交联的温度为_197°C -O0C。
[0019]具体地，步骤(3)中所述紫外灯光强为20-100mW/cm2，光照时间为10-40min。
[0020]本发明的有益效果是:
[0021]1、本发明制备的硫酸软骨素/壳聚糖衍生物复合聚电解质双交联纤维材料力学强度大，机械加工性能高，可适用于多种领域；
[0022]2、本发明制备的天然高分子硫酸软骨素/壳聚糖衍生物复合聚电解质纤维材料非常环保，制备过程中没有添加任何改变硫酸软骨素和壳聚糖特性的试剂，不会改变硫酸软骨素和壳聚糖作为天然高分子原有的一些优良性能；
[0023]3、制备过程快速高效，实验设备简单，反应过程易于操作，节约了原料和成本，拓展了硫酸软骨素和壳聚糖衍生物纤维材料的应用范围。
【附图说明】
[0024]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0025]图1是通过本发明的一种硫酸软骨素/壳聚糖衍生物复合聚电解质双交联纤维的制备方法制备出的交联纤维的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0026]现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0027]实施例1
[0028](I)将硫酸软骨素(重均分子量Mw = 1000)溶于水溶液中，加入甲基丙烯酸缩水甘油醚，调节溶液的PH = 5，加热搅拌3天，反应完成后，经过后处理得到较为纯净的可光聚合的硫酸软骨素衍生物。
[0029](2)将壳聚糖(脱乙酰度DP = 85%，重均分子量Mw = 3000)溶于乙酸稀溶液中，加入甲基丙烯酸缩水甘油醚，加热搅拌12h，反应完成后，经过后处理得到较为纯净的可光聚合的壳聚糖衍生物。
[0030](3)将⑴和⑵中可光聚合的硫酸软骨素与壳聚糖衍生物分别溶于水，再将水溶液混合，得混合溶液，再将光引发剂2959 (2959的质量比可光聚合的硫酸软骨素/壳聚糖衍生物的质量之和=0.1/1)溶于混合溶液中(可光聚合的硫酸软骨素/壳聚糖衍生物质量之和比水的质量=1/100)，于0°C低温冷冻，使水冷冻结晶，在0°C低温下用光强为20mW/cm2紫外光光源光照40min交联，冷冻干燥除去溶剂水，得到硫酸软骨素/壳聚糖衍生物复合电解质双交联纤维材料。
[0031]实施例2
[0032](I)将硫酸软骨素(重均分子量Mw = 2000)溶于水溶液中，加入甲基丙烯酸缩水甘油醚，调节溶液的PH = 5，加