[发明专利]一种天然高强度海藻酸钠双交联水凝胶膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种天然高强度海藻酸钠双交联水凝胶膜的制备方法。该双交联水凝胶膜以海藻酸钠作基体，脱乙酰基蟹壳粉作交联剂，并用葡萄糖酸内酯作为蟹壳粉中的钙离子释放剂促进海藻酸钠凝胶的交联。同时蟹壳粉中的甲壳素经脱乙酰基作用后暴露出的氨基可以与海藻酸钠的羧基发生聚电解质相互作用，最终得到双交联水凝胶膜。本发明制备的双交联水凝胶膜具有制备方法简便，溶胀性能好，机械强度大且绿色环保等优点。该水凝胶膜可用于医疗卫生、生物工程、食品保鲜等领域。

技术领域

本发明涉及一种天然高强度海藻酸钠双交联水凝胶膜的制备方法，属于绿色生物高分子材料领域。

背景技术

水凝胶膜是一种新型高分子材料，具有良好的封闭性、溶胀性以及可降解性等优点，并被广泛应用于生物医疗、组织工程以及食品包装等领域。在应用过程中水凝胶膜通常负载一些活性物质，以起到传感、递送、释放等作用。然而，传统水凝胶膜也存在一定的缺点，如制备原料来源非天然、制备过程复杂、力学性能差与溶胀率低等。因此，目前关于水凝胶的研究主要集中于制备方法和提高机械强度等方面。

水凝胶的形成机制主要为离子交联、化学交联和物理交联。离子交联是指离子间相互作用形成三维网状水凝胶。化学交联水凝胶是基质材料在外加交联剂或催化剂的作用下形成稳定的共价键构建高度交联结构形成的水凝胶，具有良好的性能，但也存在交联剂的细胞毒性问题，不利于其应用。物理交联水凝胶通常通过物理相互作用(如氢键、链缠结、配位作用或聚电解质相互作用)形成的水凝胶，易于使用且毒性低，但是有一定的可逆性且形成的水凝胶机械强度不够。

海藻酸钠是一种安全的天然阴离子多糖，具有良好的成模性，可与二价金属阳离子交联形成水凝胶膜。与其他水凝胶材料相比，海藻酸钠水凝胶膜无毒且生物相容性高，被广泛应用于人造骨和皮肤的凝胶组织工程、药物传递、创面敷料、包装等多种生物技术领域。海藻酸钠水凝胶的制备通常以离子交联为主，常用碳酸钙或氯化钙溶液等来源于非天然的原料作为钙源，其中的Ca²⁺可以与海藻酸钠的羧基形成“蛋盒”结构状水凝胶，通过这种方法制备的水凝胶的交联不够均匀，易出现局部过度交联的情况，力学性能差、溶胀率较低且形成的水凝胶强度较低，在水合状态下很难保持固有形状，且易破裂，这些缺点严重限制了其应用。因此，亟需开发高交联强度的海藻酸钠水凝胶，以扩大其进一步应用。

蟹壳是一种天然废弃物，其主要成分为80％的碳酸钙与20％的甲壳素，经粉碎、脱乙酰基处理和葡萄糖酸内酯改性后，一方面被释放的Ca²⁺可与海藻酸钠交联，另一方面其中的甲壳素经脱乙酰基处理后暴露的氨基可以海藻酸钠形成聚电解质相互作用，进而得到一种制备简单、绿色、均一、溶胀性好且强度高的海藻酸钠水凝胶膜，该发明具有非常重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种绿色、高强度、高溶胀性的海藻酸钠双交联水凝胶膜，以天然废弃蟹壳为交联引发剂，旨在利用葡萄糖酸内酯作为Ca²⁺释放剂，将蟹壳粉中Ca²⁺释放出来与海藻酸钠交联，同时蟹壳粉经脱乙酰基处理后可与海藻酸钠形成聚电解质复合物，进而形成双交联水凝胶膜，可改善传统水凝胶膜交联不均匀、溶胀性低和力学性能差等缺点，为其在医疗卫生、生物工程、食品保鲜等领域的研究奠定基础。

为实现上述目的，包括以下步骤：

(1)将蟹壳粉进行超微粉碎，加入低浓度的氢氧化钠溶液在60℃搅拌6h进行脱蛋白，将得到的蟹壳粉过滤水洗至ph为7，加入无水乙醇在室温条件下搅拌6h进行脱色，过滤烘干后加入高质量分数的氢氧化钠溶液并在100℃搅拌3h进行脱乙酰基处理，最后水洗至ph 为中性，干燥后得到脱乙酰基蟹壳粉。

(2)配置质量分数为2％的海藻酸钠水溶液，完全溶解后加入一定量的脱乙酰基蟹壳粉，混合均匀后加入甘油增塑，室温下搅拌6h。