一种同质核壳结构的多孔壳聚糖微球及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及高分子多孔材料领域，特别涉及一种同质核壳结构的多孔壳聚糖微球及其制备方法和应用。

背景领域

壳聚糖是一种自然界中少见的阳离子碱性多糖，广泛分布于甲壳类动物的外壳及菌类、藻类植物的细胞壁中。作为一种新型的高分子材料，壳聚糖具有丰富的氨基与羟基等配位基团，具有较高反应活性，可以发生多种化学反应。通过引入功能性基团，改变其物理化学性质，或是将壳聚糖制备成微球、薄膜和纳米结构等不同的形态，可以极大地拓宽应用范围。此外，作为一种天然、可再生的资源，其丰富的来源、较好的生物相容性、可降解性并对环境不产生污染的特点，受到了食品、材料与医学等众多领域研究者的广泛关注。

申请号为201510105427.2的中国专利公开了一种壳聚糖基多孔微球的制备方法，依次采用乳化成球、热致相分离和反相再生制备了表层及内层均有高度联通的多孔结构的微球。申请号为201610011690.X的中国专利公开了一种核壳结构复合多孔微球的制备方法，其步骤如下：(1)分别制备壳材的水溶液、多孔微球的油相分散液以及含有乳化剂的油相溶液；(2)将所述壳材的水溶液加入含有乳化剂的油相溶液中，混合后得到油包水乳液；(3)将所述多孔微球的油相分散液加入到壳材的油包水乳液中，搅拌得到核壳结构复合多孔微球，微球表面被壳层封闭。

以上专利或得到表面及内部均多孔的壳聚糖微球，或通过包覆这一步骤，获得致密壳层。本发明针对多孔壳聚糖微球现有的形貌与制备方法，目的在于寻找一种简单的具有核壳结构的多孔微球制备方法，可在制备多孔微球的同时，原位得到致密的球壳。在三维软声学超材料、载药及药物缓释等领域具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同质核壳结构的多孔壳聚糖微球及其制备方法和应用。该制备方法原位合成核壳结构，壳结构的存在可阻止或减缓多孔微球与环境基质的物质传输，延长微球的有效工作时间。

本发明提供如下技术方案：

一种同质核壳结构的多孔壳聚糖微球，所述多孔壳聚糖微球包括为核壳结构，壳层和球核的材料均为壳聚糖，所述壳层为致密结构，所述球核为具有交错的层片状的多孔结构，层片孔的长度为50～100μm；所述多孔壳聚糖微球的直径为100～500μm，所述壳层的厚度为10～40μm。

本发明还提供了一种同质核壳结构的多孔壳聚糖微球的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)制备硬脂酸造孔剂；

(2)将壳聚糖粉末分散在去离子水中，搅拌分散均匀后逐滴加入冰醋酸，搅拌至溶液完全透明；

(3)向步骤(2)的溶液中加入步骤(1)制备的硬脂酸造孔剂，搅拌均匀，作为分散相；

(4)将乳化剂加入油相中，充分搅拌，作为连续相；

(5)将步骤(3)中的分散相加入连续相中，室温下进行搅拌，形成稳定的乳液体系；

(6)维持搅拌，向步骤(5)乳液中缓慢加入适量的戊二醛进行化学交联反应，时间至少为30min；

(7)维持搅拌，向所述乳液中加入的氢氧化钠水溶液，调节体系pH值至9～10，45～55℃恒温交联；随后进行抽滤和洗涤，得到含造孔剂的壳聚糖微球；

(8)将步骤(7)中的壳聚糖微球置于乙醇中缓慢搅拌，除去硬脂酸造孔剂，得到同质核壳结构的多孔壳聚糖微球。

其中，在上述制备方法中：在步骤(5)中，由于硬脂酸造孔剂具有合适的尺寸和体积分数，使其被包裹在乳液滴的内部；在步骤(7)中，固化时硬脂酸造孔剂仍保留在了原本的位置上，即造孔剂只存在于壳聚糖微球的内部，而微球最外层则不含造孔剂，这是获得同质核壳结构的原因；在步骤(8)中，硬脂酸溶解于热乙醇中而被除去。

优选的，步骤(1)中，所述的硬质酸造孔剂的尺寸为25～150μm。进一步优选地，所述的硬质酸造孔剂的尺寸为50～100μm。制备硬脂酸造孔剂的方法可以采用研磨或重结晶等方法。

优选的，步骤(2)中，所述溶液，醋酸在水中的浓度为2w.v％～4w.v％，壳聚糖在醋酸溶液中的浓度为1w.v％～5w.v％。

优选的，步骤(3)中，造孔剂在分散相中的体积分数为10％～30％。硬脂酸的尺寸和在分散相中的体积分数是影响壳聚糖微球壳层厚度的主要因素。

优选的，步骤(4)中，所述油相选自硅油、石油醚、矿物油、石蜡油中的一种；所述乳化剂选自司盘系列或司盘系列与吐温系列的混合物；所述乳化剂与油相的体积比为1：(30～130)。进一步优选地，所述乳化剂选择司盘80与吐温60的混合物，两者的体积比为1：(0.25～4)。

步骤(5)中，所述分散相与连续相的体积比为1：(3～5)；搅拌速度为300～700rpm，搅拌速度是影响壳聚糖微球尺寸分布的主要因素。

步骤(6)中，所述戊二醛的添加量为分散相体积的10％～20％。

步骤(7)中，所述恒温交联的时间为30～60min。氢氧化钠水溶液的浓度为1mol/L。

在步骤(8)中，将所述微球置于约60℃的热乙醇中缓慢搅拌，除去造孔剂。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

1.本发明提供的同质核壳结构的多孔壳聚糖微球具有致密壳层和多孔球核，可应用于三维软声学超材料、药物缓释等领域，壳结构的存在可阻止或减缓多孔微球与环境基质的物质传输，延长微球的有效工作时间。

2.本发明提供的同质核壳结构壳聚糖多孔微球，核壳结构在制备过程中原位形成，制备工艺简单、过程易于控制、所用原料无毒或低毒。

附图说明

图1为实施例1所制备的核壳结构多孔壳聚糖微球SEM照片，图1(a)中的为多孔微球表面图，图1中的(b)为断面图。

图2为对比例1所制备的无孔壳聚糖微球的SEM照片，图2中的(a)为多孔微球表面图，图2中的(b)为断面图。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明做进一步说明。

实施例1

(1)以乙醇为溶剂，通过重结晶的方法，制备硬脂酸造孔剂。

(2)称取1.0g壳聚糖粉末，分散在19.6mL去离子水中，磁力搅拌分散均匀，逐滴加入0.4mL冰醋酸，持续搅拌至溶液完全透明。

(3)向所述溶液中加入5mL硬脂酸造孔剂，搅拌均匀，作为分散相。

(4)将1mL司盘80和0.3ml吐温60作为乳化剂，加入80mL二甲基硅油中，充分搅拌，作为连续相。

(5)将所述分散相加入连续相中，转速600rpm，室温下进行机械搅拌，形成稳定的乳液体系。

(6)维持机械搅拌，向所述乳液中缓慢加入2mL戊二醛进行化学交联反应，时间为30min。

(7)维持机械搅拌，向所述乳液中加入1mol/L的氢氧化钠水溶液，调节体系pH值至9～10，45℃恒温交联45min。随后进行抽滤和洗涤，得到含造孔剂的壳聚糖微球。

(8)将所述微球置于约60℃的热乙醇中缓慢搅拌，除去造孔剂，得到所述核壳结构的多孔壳聚糖微球。

本实施例所制备的多孔壳聚糖微球，直径为100～300μm，壳层的厚度为10～40μm，层片孔的长度约50～100μm。本实施例制备的多孔壳聚糖微球的SEM图如图1所示，其中，图1中的(a)为多孔微球表面图，图1中的(b)为断面图。

实施例2

(1)以乙醇为溶剂，通过重结晶的方法，制备硬脂酸造孔剂。

(2)称取0.6g壳聚糖粉末，分散在19.6mL去离子水中，磁力搅拌分散均匀，逐滴加入0.4mL冰醋酸，持续搅拌至溶液完全透明。

(3)向所述溶液中加入6mL硬脂酸造孔剂，搅拌均匀，作为分散相。

(4)将1mL司盘80和0.3ml吐温60作为乳化剂，加入80mL二甲基硅油中，充分搅拌，作为连续相。

(5)将所述分散相加入连续相中，转速400rpm，室温下进行机械搅拌，形成稳定的乳液体系。

(6)维持机械搅拌，向所述乳液中缓慢加入2mL戊二醛进行化学交联反应，时间为30min。

(7)维持机械搅拌，向所述乳液中加入1mol/L的氢氧化钠水溶液，调节体系pH值至9～10，45℃恒温交联30min。随后进行抽滤和洗涤，得到含造孔剂的壳聚糖微球。

(8)将所述微球置于约60℃的热乙醇中缓慢搅拌，除去造孔剂，得到所述核壳结构的多孔壳聚糖微球。

本实施例所制备的多孔壳聚糖微球，直径为100～400μm，壳层的厚度为10～40μm，层片孔的长度约50～100μm。

实施例3

(1)以乙醇为溶剂，通过重结晶的方法，制备硬脂酸造孔剂。

(2)称取1.0g壳聚糖粉末，分散在19.6mL去离子水中，磁力搅拌分散均匀，逐滴加入0.4mL冰醋酸，持续搅拌至溶液完全透明。

(3)向所述溶液中加入2mL硬脂酸造孔剂，搅拌均匀，作为分散相。

(4)将2mL司盘80和0.6ml吐温60作为乳化剂，加入100mL二甲基硅油中，充分搅拌，作为连续相。

(5)将所述分散相加入连续相中，转速700rpm，室温下进行机械搅拌，形成稳定的乳液体系。

(6)维持机械搅拌，向所述乳液中缓慢加入1mL戊二醛进行化学交联反应，时间为30min。

(7)维持机械搅拌，向所述乳液中加入1mol/L的氢氧化钠水溶液，调节体系pH值至9～10，45℃恒温交联45min。随后进行抽滤和洗涤，得到含造孔剂的壳聚糖微球。

(8)将所述微球置于约60℃的热乙醇中缓慢搅拌，除去造孔剂，得到所述核壳结构的多孔壳聚糖微球。

本实施例所制备的多孔壳聚糖微球，直径为100～200μm，壳层的厚度为10～40μm，层片孔的长度约50～100μm。

实施例4

(1)通过研钵研磨的方法，将硬脂酸颗粒细化，制备硬脂酸造孔剂。

(2)称取1.0g壳聚糖粉末，分散在19.6mL去离子水中，磁力搅拌分散均匀，逐滴加入0.4mL冰醋酸，持续搅拌至溶液完全透明。

(3)向所述溶液中加入5mL硬脂酸造孔剂，搅拌均匀，作为分散相。

(4)将1mL司盘80和1ml吐温60作为乳化剂，加入80mL二甲基硅油中，充分搅拌，作为连续相。

(5)将所述分散相加入连续相中，转速600rpm，室温下进行机械搅拌，形成稳定的乳液体系。

(6)维持机械搅拌，向所述乳液中缓慢加入2mL戊二醛进行化学交联反应，时间为30min。

(7)维持机械搅拌，向所述乳液中加入1mol/L的氢氧化钠水溶液，调节体系pH值至9～10，45℃恒温交联45min。随后进行抽滤和洗涤，得到含造孔剂的壳聚糖微球。

(8)将所述微球置于约60℃的热乙醇中缓慢搅拌，除去造孔剂，得到所述核壳结构的多孔壳聚糖微球。

本实施例所制备的多孔壳聚糖微球，直径为100～250μm，壳层的厚度为10～40μm，层片孔的长度约25～150μm。

对比例1

(1)称取1.0g壳聚糖粉末，分散在19.6mL去离子水中，磁力搅拌分散均匀，逐滴加入0.4mL冰醋酸，持续搅拌至溶液完全透明。

(2)将2mL司盘80和0.6ml吐温60作为乳化剂，加入80mL二甲基硅油中，充分搅拌，作为连续相。

(3)将所述分散相加入连续相中，转速500rpm，室温下进行机械搅拌，形成稳定的乳液体系。

(4)维持机械搅拌，向所述乳液中缓慢加入2mL戊二醛进行化学交联反应，时间为30min。

(5)维持机械搅拌，向所述乳液中加入1mol/L的氢氧化钠水溶液，调节体系pH值至9～10，45℃恒温交联45min。随后进行抽滤和洗涤，得到壳聚糖微球。

对比例1所制备的壳聚糖微球为无孔壳聚糖微球，SEM图如图2所示，图2中的(a)为多孔微球表面图，图2中的(b)为断面图。