[发明专利]一种壳聚糖纳米纤维的制备方法

说明书

本发明涉及一种壳聚糖纳米纤维的制备方法，利用双氧水和均质机均质的化学物理协同作用，首先将一定分子量和脱乙酰度的壳聚糖加入酸溶液中溶解，然后在一定温度下用双氧水降解处理得到分子量较小的降解壳聚糖，最后将降解壳聚糖经高压均质即可制得纳米壳聚糖纤维。经测试，所制备的壳聚糖纤维为纳米级别，制备得到壳聚糖纳米纤维直径为15～40nm，长度为200nm～1000nm，且在水和乙醇中能长时间分散均匀，几无团聚发生，测得刚制备得到的壳聚糖纳米纤维悬浮液zeta为34～41mV，放置两个月以后纳米壳聚糖悬浮液zeta电位仍高达32～36mV，说明稳定性极好。该方法操作简单，条件温和，环保安全，成本低，便于工业化生产，在生物医用、生物传感器、吸附剂、组织工程、膜材料、新能源材料领域具有广阔应用前景。

技术领域

本发明涉及壳聚糖应用领域，特别涉及一种壳聚糖纳米纤维的制备方法。

背景技术

壳聚糖是甲壳素脱乙酰化后的产物，广泛存在于动植物中的一种可再生资源。壳聚糖具有许多独特性能，如亲水性、生物相容性、生物可降解性、抗菌、无毒、抗凝血性能等，是迄今发现唯一带有正电荷的天然多糖。壳聚糖分子结构中含有羟基，氨基等基团，易于通过化学改性制备成具有不同性质的衍生物，可广泛应用于组织工程、生物医药、吸附剂、膜材料、新能源材料等领域。

纳米壳聚糖材料是以壳聚糖为原料通过物理和化学方法制备的具有纳米尺度的材料，相比于纳米微球，纳米壳聚糖纤维具有独特优点，如高的比表面积、高的强度和结晶度等，可进一步应用于生物医用载体材料、气凝胶、生物传感器、3D打印、吸附剂、膜材料、电极、气凝胶、组织工程材料、聚合物增强材料、新能源材料等领域。然而，由于壳聚糖分子结构中含有氨基和羟基，分子内和分子间存在大量氢键，因此，纳米壳聚糖的分散是个难题。

目前，制备纳米壳聚糖材料的方法主要有离子交联法、乳化交联法、乳化-溶剂蒸发法、喷雾干燥法等。离子交联法主要是利用某些多价阴离子，如多聚磷酸钠(TPP)、柠檬酸盐等，以及某些带负电荷的生物高分子，如核酸、蛋白质等，通过它们带负电荷的基团与壳聚糖分子上的质子化氨基发生静电相互作用，进而交联成纳米粒子。离子交联法虽然简便，但制备的壳聚糖纳米微球不能在水中长时间稳定分散，且球状纳米壳聚糖无法应用于组织工程、膜材料以及新能源领域；乳化交联法制备壳聚糖微球是利用壳聚糖分子上的氨基与交联剂分子上的醛基形成化学交联，形成的微球经过过滤或离心，并用适宜的溶剂洗涤、干燥得到。乳化交联法制备的壳聚糖纳米微球难以长时间稳定分散，另外化学交联剂也不容易从体系中去除干净，而残留的交联剂会影响其应用效果；乳化-溶剂蒸发法是将模型药物溶于壳聚糖溶液，然后加入植物油中，经搅拌形成水/油(W/O)型乳液，持续搅拌并加热或抽真空，使溶剂完全蒸发，去除油相，再经清洗、纯化、过滤得到壳聚糖微球。该方法制备过程复杂，且微球尺寸难以控制，微球尺寸分布较宽，只能用于药物载体领域，应用面窄；喷雾干燥法是将壳聚糖的稀酸溶液喷入惰性气体的热气流中，使液滴中的溶剂迅速蒸发，得到微米级壳聚糖粉末。喷雾干燥法虽然快速高效，但生产成本高、能耗大、设备复杂。有科研人员使用冷冻干燥法制备得到了壳聚糖纳米纤维，但冷冻干燥时间长，制备过程中须使用液氮，导致成本增加。此外，纳米球尺寸也难以控制，故只停留在实验室阶段，不适于工业化制备。也有资料报道利用壳聚糖纤维或壳聚糖衍生物纤维用酸或碱预处理后对纤维原料打浆磨解，再用均质机均质得到壳聚糖纳米纤维。该法虽然生产成本低、技术设备成熟、可制备纤维形态纳米壳聚糖，但其分散稳定性欠佳，且该法制备的纳米壳聚糖纤维制备过程中容易引入其他杂质，使其应用受限。

因此，如何简便、低成本的制备壳聚糖纳米纤维，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种壳聚糖纳米纤维的制备方法，其操作简便、条件温和、环境友好度高，成本较低，适用于大规模工业化生产，制备得到的壳聚糖纳米纤维在水和/或乙醇中可长时间稳定分散，还能有效保证产品质量。

本发明的技术方案是：一种壳聚糖纳米纤维的制备方法，具有以下步骤：