一种含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶的制备方法

摘要

本发明涉及一种含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶的制备方法，（1）将壳聚糖粉末溶于0.5%-5%的乙酸溶液中，机械搅拌直至澄清；取步骤(1)的混合液5-10mL，添加铁含量为1.2g/ml-1.4g/ml磁性纳米粒子分散液200uL-1000uL，再添加交联剂200uL-1000uL，室温下反应2h-36h，发生席夫反应，生成含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶。磁性纳米粒子是聚丙烯酸包覆的四氧化三铁纳米粒子。交联剂为戊二醛或者聚乙二醇和甲醛的混合液。呈棕色，透明，内部无明显沉淀和团聚，可作为烧伤治疗面具中的辅助压力材料，使得其面具更能贴合人脸，起到进一步加强压力治疗的效果。

说明书

技术领域

本发明涉及壳聚糖及其衍生物的凝胶制备技术，以及含 磁性纳米粒子的壳聚糖及其衍生物的复合凝胶的制备技术。

背景技术

壳聚糖（chitosan）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，分子式如下：

其无味、无臭、无毒性。壳聚糖大分子中有活泼的羟基 和氨基，它们具有较强的化学反应能力，在特定的条件下， 壳聚糖能发生水解、烷基化、酰基化、羧甲基化、磺化、硝 化、卤化、氧化、还原、缩合和络合等化学反应，可生成各 种具有不同性能的壳聚糖衍生物，且具有良好的保水性和化 学稳定性。通过研究壳聚糖及其衍生物的抗菌活性，抗氧化 性，电解质吸附能力，应用于生活和医学等领域。尤其在医 疗领域，壳聚糖及其衍生物已经作为微观医疗材料而被广泛 使用，如用作药物缓释基质，止血剂，人造组织和器官的基 础材料等等。

戊二醛（GA），分子式为其单体上带有2 个醛基，作用于菌体蛋白的疏基、羟基、羧基和氨基，可使 之烷基化，引起蛋白质凝固造成细菌死亡起到对微生物的杀 灭作用。因此，戊二醛作为高效消毒剂，被广泛应用于灭菌 和消毒，具有广谱、高效、低毒的特点。虽然其对生物体有 一定的刺激性，但在使用浓度下，刺激性小、腐蚀性低、可 认为安全低毒。也是化学交联反应的良好交联剂。但、对金 属腐蚀性小、受有机物影响小、稳定性好等特点。

聚乙二醇又名α-氢-ω-羟基(氧-1,2-乙二基)的聚合物、聚氧 化乙烯(PEO-LS)。是平均分子量在约200到至少6000的乙二 醇高聚物的总称。随着平均分子量的不同，性质也有差异。 无色无臭粘稠液体至蜡状固体。溶于水、乙醇和许多其他有 机溶剂。蒸汽压低。对热稳定。与许多化学品不起作用，不 水解，不变质。无毒，对眼睛和皮肤无明显刺激。

甲醛是一种无色，有强烈刺激型气味的气体。易溶于水、 醇和醚。甲醛在常温下是气态，通常以水溶液形式出现。易 溶于水和乙醇，35～40%的甲醛水溶液叫做福尔马林。甲醛 是一种重要的有机原料，主要用于塑料工业、合成纤维、皮 革工业、医药、染料等。

磁性纳米粒子是纳米粒子是由数目很少的原子或分子 组成的原子群或分子群,其颗粒的大小在1-100nm之间， 纳米粒子区别于本体结构的特点为:纳米粒子具有壳层结 构，由于粒子的表面层占很大比例,而表面原子是既无长程 序,又无短程序的非结晶层,可以认为粒子表面层的实际状 态更接近气态,而在粒子的心部,存在结晶完好周期排布的 原子,不过其结构与本体样品略有不同,纳米粒子的这种特 殊类型的结构导致了它具有四方面的效应:表面效应、体积 效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,并由此产生出许 多特殊性质:奇异力学、电学、磁学、热学、光学和化学活 性等。由于磁性纳米粒子具有其特殊的顺磁特性,因而在巨 磁电阻、磁性液体和磁记录、软磁、永磁、磁致冷、巨磁阻 抗材料以及磁光器件、磁探测器等方面具有广阔的应用前 景。

水凝胶是以水为分散介质，含亲水基团和疏水集团的高 分子交联网络结构。作为一种高吸水高保水材料，水凝胶被 广泛用于多种领域化妆品中的面膜、退热贴、镇痛贴，以及 食品工业中的保鲜剂、增稠剂，医疗中的药物载体等等。

在烧伤治疗中，病人的整形和术后的康复问题是治疗过 程中的关键。在康复和瘢痕治疗的过程中，广泛使用弹力织 物和塑料面具，以压迫疗法进行治疗。由于人脸形貌复杂， 高低不一，即使采取压迫疗法也不能取得理想的结果。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种 含磁性纳米粒子的壳聚糖衍生物水凝胶。

本发明的另一个目的在于提供一种含磁性纳米粒子的 壳聚糖衍生物水凝胶的制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶的制备方法，包括 以下步骤：

(1)、将壳聚糖粉末溶于0.5%-5%的乙酸溶液中，机械搅 拌直至澄清，配制成0.002%-1%（即0.002-1g壳聚糖溶于 100m l醋酸溶液形成的壳聚糖溶液）的壳聚糖溶液，备用。

(2)、取步骤(1)的混合液5-10mL，添加铁含量为 1.2g/ml-1.4g/ml磁性纳米粒子分散液200μL-1500μL；

(3)、添加交联剂200uL-1000uL，室温下反应2h-36h， 发生席夫反应，生成含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶；

所述的磁性纳米粒子是聚丙烯酸包覆的四氧化三铁纳米 粒子，平均粒径为10nm-20nm；

所述的交联剂为1wt%-25wt%的戊二醛或者聚乙二醇 0.05g-0.6g和甲醛（36wt%-40wt%原液）的混合液。聚乙二 醇分子量Mw分别为10K与20K。

原理说明：壳聚糖的分子链上含有带正电的氨基，而聚 丙烯酸包覆的四氧化三铁纳米粒子表面含有大量带负电的 羧基，两者发生静电吸附，然后加入交联剂戊二醛与壳聚糖 与发生席夫反应，交联直接获得含纳米粒子的水凝胶；或者 先加入甲醛与壳聚糖发生席夫反应，形成C=N的双键，然后 再加入聚乙二醇与所得席夫碱发生加成反应，获得含纳米粒 子的壳聚糖水凝胶，呈棕色，透明，内部无明显沉淀和团聚。

壳聚糖可直接与交联剂戊二醛或甲醛与聚乙二醇的混合 液反应制得水凝胶，但由于采用乙酸做溶剂，产物带有一定 的黄色，性质与硅胶相似，交联度较大，其剪切模量越高， 但易碎。

附图说明

图1实施例1获得的含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶的 电镜图。冻干后的壳聚糖凝胶呈多孔状。

图2实施例3获得的含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶的 电镜图。同样在100μm的标尺下观察，与实施例1相比较， 随着戊二醛使用量的增加，交联度增大，壳聚糖凝胶的冻干 结构孔隙率增大。

具体实施方式

聚丙烯酸包覆的四氧化三铁纳米粒子购自于北京德科 岛金科技有限公司（平均粒径为10nm-20nm）；壳聚糖购自 国药集团（1、脱乙酰度为80%-95%，分子量590K-600K；2、 脱乙酰度>95%,分子量280K-310K）。

实施例1

一种含磁性纳米粒子的壳聚糖水凝胶的制备方法：

（1）、将0.29g壳聚糖粉末溶于30mL 1%的乙酸溶液中， 机械搅拌3h之后至澄清，之后静置3h除去气泡。并过滤；

（2）、向步骤（1）所得到的混合液中加入500μL含Fe₃O₄纳米粒子的分散液(平均粒径为10nm-14nm)（铁含量为 1.285mg/mL），再震荡1h；

（3）、将步骤（2）所得到的混合液置于40℃水浴，向其 中逐滴滴加1%的戊二醛溶液共500μL，并施以机械搅拌或震 荡3h，即可获得棕色的透明水凝胶。

实施例2

与实施例1不同之处在于步骤一中使用的壳聚糖粉末的 脱乙酰度>95%。

实施例3

与实施例1不同之处在于步骤3滴加25%的戊二醛溶液共 200μL，并施以机械震荡10min，即可获得棕黑色的透明水 凝胶。

采用本发明实施例3制备的壳聚糖水凝胶作为烧伤治 疗面具中的辅助压力材料，根据康复治疗的要求，一般对 瘢痕处至少需保持18mm汞柱，即2400Pa的压应力，实施 例3获得戊二醛交联的壳聚糖凝胶作为应力提供材料，能 负荷2500Pa以上的压力，如果进一步提高交联度，载荷仍 可继续上升。能使面具更能贴合人脸，起到进一步加强压 力治疗的效果。磁性纳米粒子的加入，既能起到强化凝胶 力学性能的作用，同时也能在外磁场的引发下，发生局部 的偏聚，起到可控的局部增强的效果。最后，根据水凝胶 的受压形变状态，反馈于面部模具的制造。

实施例4

与实施例1不同之处在于步骤2加入1000μL含Fe₃O₄磁 性纳米粒子；获得棕黑色的透明水凝胶。

实施例5

与实施例1不同之处在于步骤2加入1500L加入含Fe₃O₄磁性纳米粒子的水溶液，获得棕黑色的透明水凝胶，此时相 比与实施例3，棕色更深，但无团聚或沉淀。

实施例6

与实施例4不同之处在于，在步骤3中加入平均分子量 为10k的聚乙二醇（PEG）0.2g，机械震荡1h以上至无沉淀， 再加入0.3mL的甲醛标准液（36wt%-40wt%），即可获得棕色、 透明的壳聚糖复合水凝胶。

实施例7

与实施例6不同之处在于步骤3中，加入0.4g的聚乙二 醇M_n=20K，获得棕黑色的透明水凝胶。

实施例8-10所采用材料如表1所示：

表1