一种具有生物相容性的木聚糖纳米晶的制备方法

1.本发明涉及制浆工业副产物工业木聚糖的利用，具体涉及一种具有生物相容性的木聚糖纳米晶的制备。


背景技术：

2.天然多糖包括纤维素、甲壳素、淀粉、半纤维素、海藻酸、透明质酸以及其他多糖等，因其来源广泛、优异的生物相容性、可生物降解性以及相对易加工性、低成本等诸多优异特性，引起了研究者的广泛关注。通常，天然多糖由晶体和无定形区域组成，最典型的代表是纤维素、甲壳素和淀粉，它们的结晶度最高可达70～80％以上。由于它们的两相结构和高结晶度的存在，研究者们发现纤维素、甲壳素和淀粉的无定形区可以进一步通过化学法去除，以产生多糖纳米晶。近年来，酸水解已成为从纤维素中提取纤维素纳米晶的主要工艺。同时，随着科学技术和理论知识的发展，越来越多的新方法被开发出来，如tempo氧化法和机械高压均质法等。在对纤维素纳米晶广泛深入研究的基础上，甲壳素纳米晶和淀粉纳米晶已相继被发现，并开发了一系列应用。
3.半纤维素是自然界中含量仅次于纤维素的木质纤维资源，针对它的利用研究对农林生物质细胞壁全组分利用、减少环境污染、提高制浆造纸产业的经济效益，同时替代石油基产品，具有理论和实际意义。与纤维素、甲壳素和淀粉不同，半纤维素作为一类含有支链的天然多糖，由于其主链结构上含有大量的侧链，导致了其在大部分提取条件下不具有结晶结构。因此，很难实现其纳米尺度上结晶结构的形成。例如，在现有的技术中，纳米半纤维素的制备主要是通过碱溶液从植物原料中提取，再经过一些化学处理制备而来。如专利号为cn109160961a和cn102675481a，均先从植物中提取半纤维素，通过自下而上的方式制备纳米木聚糖，但所制备的纳米半纤维素均无结晶性。目前，在黏胶纤维工业实际生产中会产生的大量工业半纤维素副产物，即工业木聚糖，它不含有支链且具有高度结晶结构。然而，利用该工业木聚糖制备具有生物相容性的木聚糖纳米晶的研究尚未报道。因此，本专利以溶解浆和黏胶纤维厂生产过程中产生的副产物木聚糖类半纤维素为原料，利用草酸对木聚糖进行酸水解处理，制备了一种具有良好生物相容性的木聚糖纳米晶。


技术实现要素：

4.要解决的技术问题
5.本发明的目的在于提供了一种具有结晶性的纳米木聚糖的制备方法。
6.本发明的另一目的还在于通过酸水解法制备木聚糖纳米晶，以拓展黏胶纤维厂生产过程中产生的副产物木聚糖类半纤维素的功能和应用，以实现工业副产物木聚糖的高值化利用。
7.本发明的另一目的还在于以工业木聚糖为原料，提出了一种具有良好生物相容性的木聚糖纳米晶的制备方法。
8.技术方案
9.本发明的技术方案是针对目前纳米木聚糖的制备中结晶性差等特点，提出的一种绿色环保的木聚糖纳米晶的制备方法。该方法主要是利用木聚糖在有机酸溶液中非结晶区会发生一定程度的降解，而结晶区被保留，再经过超声处理进行稳定分散，从而得到具有一定结晶度的纳米木聚糖。
附图说明
10.图1为本发明实施例2中工业木聚糖和木聚糖纳米晶的x射线衍射谱图
11.图2为本发明实施例2中木聚糖纳米晶的冷冻扫描电子显微镜图
12.图3为本发明实施例2中木聚糖纳米晶的细胞活性图
具体实施方式
13.实施例1
14.以工业木聚糖为原料，利用草酸对木聚糖进行酸水解，再经过超声处理制备具有尺度为20～100nm左右且生物相容性的木聚糖纳米晶，具体的木聚糖纳米晶的制备步骤如下：
15.(1)准确称取木聚糖1g加入到40ml 0.025mol/l草酸溶液中，于60℃下水解3h；
16.(2)反应结束后，离心(10000rpm)5min，并用去离子水洗3次后，透析7天；
17.(3)透析结束后，用超声波细胞粉碎仪超声处理10min，然后离心(10000rpm)10min，取上层悬浮液，冻干即为木聚糖纳米晶。
18.(4)将冻干后的木聚糖纳米晶进行x射线衍射表征，结果表明其结晶结构未发生明显破坏。
19.(5)将冻干后的木聚糖纳米晶进行细胞活性测试，其细胞存活率可达90～100％。
20.实施例2
21.以工业木聚糖为原料，利用草酸对木聚糖进行酸水解，再经过超声处理制备具有尺度为20～100nm左右且生物相容性的木聚糖纳米晶，具体的木聚糖纳米晶的制备步骤如下：
22.(1)准确称取木聚糖1g加入到40ml 0.05mol/l草酸溶液中，于100℃下水解9h；
23.(2)反应结束后，离心(10000rpm)5min，并用去离子水洗3次后，透析7天；
24.(3)透析结束后，用超声波细胞粉碎仪超声处理10min，然后离心(10000rpm)10min，取上层悬浮液，冻干即为木聚糖纳米晶。
25.(4)将冻干后的木聚糖纳米晶进行x射线衍射表征，结果表明其结晶结构未发生明显破坏。
26.(5)将冻干后的木聚糖纳米晶进行细胞活性测试，其细胞存活率可达90～100％。
27.实施例3
28.以工业木聚糖为原料，利用草酸对木聚糖进行酸水解，再经过超声处理制备具有尺度为20～100nm左右且生物相容性的木聚糖纳米晶，具体的木聚糖纳米晶的制备步骤如下：
29.(1)准确称取木聚糖1g加入到40ml 0.1mol/l草酸溶液中，于80℃下水解6h；
30.(2)反应结束后，离心(10000rpm)5min，并用去离子水洗3次后，透析7天；
31.(3)透析结束后，用超声波细胞粉碎仪超声处理10min，然后离心(10000rpm)10min，取上层悬浮液，冻干即为木聚糖纳米晶。
32.(4)将冻干后的木聚糖纳米晶进行x射线衍射表征，结果表明其结晶结构未发生明显破坏。
33.(5)将冻干后的木聚糖纳米晶进行细胞活性测试，其细胞存活率可达90～100％。


技术特征：
1.一种具有良好生物相容性的木聚糖纳米晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)准确称取一定量经过透析的工业木聚糖，按照一定比例加入到有机酸溶液。2)将步骤1)所得到的混合溶液转移至水浴锅中，加热条件下反应一定的时间。3)反应结束后，将步骤2)得到的木聚糖水解液进行离心，取下面白色固体并用去离子水洗3次，随后再分散于去离子水中，最后进行透析若干天除去杂质。4)透析结束后，将步骤3)得到的透析后悬浮液进行超声处理，离心后取上清液，冻干即为木聚糖纳米晶粉末。2.根据权利要求1所述的木聚糖纳米晶的制备方法，其特征在于，步骤1)中，木聚糖与酸溶液的固液比为1:10～100。3.根据权利要求1所述的木聚糖纳米晶的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述酸为甲酸、乙酸、琥珀酸、草酸、马来酸、丙二酸、丁二酸或柠檬酸中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的木聚糖纳米晶的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述酸溶液的浓度控制为0.001～1mol/l。5.根据权利要求1所述的木聚糖纳米晶的制备方法，其特征在于，步骤2)，木聚糖纳米晶酸水解反应的温度范围是30～100℃。6.根据权利要求1所述的木聚糖纳米晶的制备方法，其特征在于，步骤2)，木聚糖纳米晶酸水解反应时间为1～24h。7.根据权利要求1所述的木聚糖纳米晶的制备方法，其特征在于，步骤3)，木聚糖纳米晶超声时间为10～60min。8.根据权利要求1所述的木聚糖纳米晶的制备方法，其特征在于，将所述的木聚糖纳米晶进行细胞活性测试，其细胞存活率为80～100％。9.根据权利要求1所述的木聚糖纳米晶的制备方法，其特征在于，将所述的木聚糖纳米晶的尺寸大小为20～100nm。10.根据权利要求1所述的木聚糖纳米晶的制备方法，其特征在于，将所述的木聚糖进行酸水解后，超声处理，再经离心处理，冷冻干燥得到成品。

技术总结
本发明涉及制浆工业副产物工业木聚糖的利用，具体涉及一种尺度为20～100nm左右且具有良好生物相容性的木聚糖纳米晶的制备方法，主要步骤为：利用草酸溶液对工业木聚糖进行热水解，再经过离心、水洗、透析及干燥处理制备木聚糖纳米晶粉末。本发明旨在通过酸水解法制备木聚糖纳米晶，以拓展溶解浆和黏胶纤维厂生产过程中产生的副产物木聚糖类半纤维素的功能和应用。为实现上述目的，本发明主要是以高度结晶的工业木聚糖为原料，提出了一种具有良好生物相容性的木聚糖纳米晶的制备方法。生物相容性的木聚糖纳米晶的制备方法。生物相容性的木聚糖纳米晶的制备方法。


技术研发人员：彭锋 吕子文 郝翔 饶俊
受保护的技术使用者：北京林业大学
技术研发日：2022.04.15
技术公布日：2022/11/8