一种咪唑‑4,5‑二羧酸改性壳聚糖材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种咪唑‑4,5‑二羧酸改性壳聚糖材料制备方法，属于材料科学领域。本发明专利技术是将不同目数和脱乙酰度的壳聚糖按加入不同物质的量的咪唑‑4,5‑二羧酸中，通过控制冷冻时间、搅拌时间、冷冻温度等相关条件，利用冷冻干燥法制备出咪唑‑4,5‑二羧酸改性壳聚糖材料。该材料保留了壳聚糖上的羟基和部分未取代的氨基以及新增加的具有pH响应性的咪唑基团，保证了其具有良好的生物活性和pH响应性，并且提高了改性后壳聚糖的溶解性，有望作为一种优良的生物矿化基质。

A two 4,5 imidazole carboxylic acid modified chitosan material preparation method

The invention discloses a two 4,5 imidazole carboxylic acid modified chitosan material preparation method, belonging to the field of material science. The invention relates to a different mesh and degree of deacetylation of chitosan by adding different amount of substance imidazole 4,5 two carboxylic acid, by controlling the freezing time, stirring time, freezing temperature and other related conditions, prepared by freeze drying two 4,5 imidazole carboxylic acid modified chitosan material. The material retained on the chitosan hydroxyl and partially substituted amino and imidazole groups increased with pH response of, ensure its good biological activity and pH response, and improve the solubility of modified chitosan, is expected as a bio mineralized matrix excellent.

【技术实现步骤摘要】
一种咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖材料的制备方法
本专利技术属于材料科学领域，具体涉及一种咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖材料的制备方法。
技术介绍
1859年，法国Rouget将甲壳素浸泡在浓的氢氧化钾溶液中，经煮沸一定时间后取出并洗净该产物，发现该产物可溶于有机酸；1894年，Hoppe-Seiler确认这种被脱掉了部分乙酰基的产物，并将其命名为壳聚糖(Chitosan,CS)，壳聚糖又叫“壳多糖”、“几丁糖”等等，是甲壳素的N-脱乙酰产物，一般将脱去55％以上N-乙酰基的甲壳素称为壳聚糖，其化学名称为β-(1→4)-2-氨基-2脱氧-D-葡萄糖。1965年，Bouligand提出了壳聚糖的螺旋结构模型，进一步证明了壳聚糖主链的有序性和周期性。大分子量的壳聚糖为白色粉末状固体，而小分子量壳聚糖一般为淡黄色的粉末状固体。壳聚糖的玻璃化转变温度为203。℃壳聚糖一般不溶于水、碱和有机溶剂中，但在pH<6的大多数有机酸中可以溶解，最常用的有机酸是乙酸和甲酸。此外，在延长搅拌时间或加热的条件下，也可以使得壳聚糖溶解在硝酸、盐酸、高氯酸和磷酸等某些无机酸的稀溶液中。壳聚糖溶解性问题大大限制了壳聚糖的应用，目前虽然有报道了对壳聚糖进行改性的相关方法，但效果都不太好，改性后的壳聚糖材料其溶解性依然没有得到很好的改善。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖材料的制备方法，旨在提高壳聚糖的溶解性，并赋予其较大缓冲容量和pH响应性，以进一步拓宽壳聚糖和咪唑-4,5-二羧酸在生物医学及生物矿化领域的应用。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供的咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖材料的制备方法，是采用咪唑-4,5-二羧酸来改性壳聚糖，通过冷冻干燥法制备咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖材料，具体包括如下步骤：(1)将壳聚糖(CS)溶于0.10mol/L的2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲溶液中，以三口烧瓶作为反应容器，加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐作为缩合剂，加入N-羟基琥珀酰亚胺作为偶联剂，电动搅拌均匀后，再加入咪唑-4,5-二羧酸(HIDCCS)，得到混合物；所述壳聚糖、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺、咪唑-4,5-二羧酸的摩尔比为1∶1.2-1.4∶1-1.2∶0.33-3；(2)将上述混合物于室温下用电动磁力搅拌反应12-48h，使混合物充分搅拌均匀，将搅拌后的混合物粘液转移至处理过的透析袋中，将透析袋放入蒸馏水中透析6-8天；(3)将透析得到的透析液转移至培养皿中，用保鲜膜封口后于-12～-24℃下冷冻24-60h，然后取出冷冻后的透析产物，在保鲜膜上戳若干个孔(防止真空干燥过层中产品全部上漂)，最后将透析产物真空冷冻干燥24-36h，得到产物咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖材料(HIDCCS)。进一步，所述步骤(1)，所述壳聚糖、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺、咪唑-4,5-二羧酸的摩尔比为1∶1.4∶1∶1.5。所述步骤(1)，壳聚糖目数为40-80目，壳聚糖脱乙酰度为85-95％。所述步骤(1)，2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲溶液的pH为5.5。所述步骤(1)，壳聚糖与2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲溶液的用量比为1g∶80-100ml。所述步骤(2)，透析袋的分子截留量为14000。所述步骤(2)，透析过程每24h更换蒸馏水4-6次，使得混合物中的小分子物质可以更好的去除。本专利技术采用以上技术方案，利用咪唑-4,5-二羧酸以及壳聚糖等做为实验原料，将不同目数和脱乙酰度的壳聚糖按加入不同物质的量的咪唑-4,5-二羧酸中，通过改变冷冻时间、搅拌时间、冷冻温度等相关条件，从而得到产物咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖材料。本专利技术基于壳聚糖中含有的氨基和羟基具有一定的化学活性，可通过改性的方法，引入化学基团对其进行物理化学方面的改性。而咪唑-4,5-二羧酸是组成生物功能大分子蛋白质的基本单位，同时也是生命体生存、生长所必须的物质。因为咪唑-4,5-二羧酸的咪唑基团的pKa＝6.0，而缓冲容量只有在接近pKa值时才显现出来。因此，咪唑-4,5-二羧酸有很好的pH响应，将咪唑-4,5-二羧酸接枝到壳聚糖上制备咪唑-4,5-二羧酸壳聚糖，咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖保留了壳聚糖上的羟基和部分未取代的氨基以及新增加的具有pH响应性的咪唑基团，保证了其具有良好的生物活性和pH响应性，并且提高了改性后壳聚糖的溶解性，本专利技术方法可以获得一种综合性能优异的“复合型”组织工程材料，在组织工程学中有着广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例1中，不同搅拌反应时间所合成HIDCCS的XRD和FTIR谱图(a:12h,b:24,c:36h,d:48h)。图2为本专利技术实施例1中，不同搅拌反应时间所合成HIDCCS的FESEM谱图(a:12h,b:24,c:36h,d:48h)。图3为本专利技术实施例2中，壳聚糖(a)、咪唑-4,5-二羧酸(b)、咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖材料(c)的XRD(A)和FT-IR谱图(B)。图4为本专利技术实施例2中，壳聚糖(a)、咪唑-4,5-二羧酸(b)、咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖材料(c)的1H-NMR谱图。图5为本专利技术实施例2产物的FESEM图，即CS/HIDC为1:3所合成HIDCCS的FESEM谱图。具体实施方式下面介绍本专利技术的实施例，但本专利技术绝非限于实施例。以下实施例中，壳聚糖壳为40-80目，壳聚糖脱乙酰度为85-95％。透析袋的分子截留量为14000。实施例1：搅拌时间对咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖材料的影响。本实施例中，壳聚糖、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺、咪唑-4,5-二羧酸的摩尔比为1∶1.4∶1：1.5。称取1.2000g的壳聚糖溶于100mL(100mL0.10mol·L-1)2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲溶液(pH＝5.5)中，以三口烧瓶作为反应容器，加入1.9978g1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)作为缩合剂，0.8567gN-羟基琥珀酰亚胺作为偶联剂，电动搅拌均匀后，再加入1.7430g的咪唑-4,5-二羧酸。混合物放在室温下用电动磁力搅拌12h、24h、36h、48h，使其充分搅拌均匀。将搅拌后的混合物粘液放进处理过的透析袋中，并扎好，防止漏出。放在蒸馏水中透析一周(每天约更换蒸馏水4-6次)。透析液转移至培养皿中，用保鲜膜包好后放入-12℃的冷冻柜中冷冻24h。之后将其取出，在保鲜膜上戳若干个小孔(防止真空干燥过层中产品全部上漂)，最后真空冷冻干燥24h，得到产物咪唑-4,5-二羧酸壳聚糖多孔材料。图1A、B分别为不同搅拌时间下制备的咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖材料的XRD及FT-IR谱图。由图1A表明，a在20o及30o附近的衍射峰较为杂乱，随着搅拌时间的增加，衍射峰杂乱的现象逐渐消失。此现象表明，搅拌时间越长，溶解及反应会越充分。因此36h与48h的搅拌时间产生的效果基本一致。由图1B可知，随着搅拌时间的增加，吸收峰强度稍微变强。这与XR本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种咪唑‑4,5‑二羧酸改性壳聚糖材料的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：（1）将壳聚糖溶于0.10mol/L的2‑（

【技术特征摘要】
1.一种咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖材料的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：（1）将壳聚糖溶于0.10mol/L的2-（N-吗啡啉）乙磺酸缓冲溶液中，以三口烧瓶作为反应容器，加入1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺盐酸盐作为缩合剂，加入N-羟基琥珀酰亚胺作为偶联剂，搅拌均匀后，再加入咪唑-4,5-二羧酸，得到混合物；所述壳聚糖、1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺、咪唑-4,5-二羧酸的摩尔比为1∶1.2-1.4∶1-1.2∶0.33-3；（2）将上述混合物于室温下用电动磁力搅拌反应12-48h，将搅拌后的混合物粘液转移至透析袋中，将透析袋置于蒸馏水中透析6-8天；（3）将透析得到的透析液转移至培养皿中，用保鲜膜封口后于-12~-24℃下冷冻24-60h，然后取出冷冻后的透析产物，在保鲜膜上戳若干个孔，最后将透析产物真空冷冻干燥24-36h，得到产物咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖材料。2.根据权利要求1所述的一种咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖材料的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈彰旭，谢慧敏，吴宝蓉，连小花，叶晨光，林素津，
申请(专利权)人：莆田学院，
类型：发明
国别省市：福建,35