一種制備纖維素微球及殼聚糖包覆的纖維素復(fù)合微球的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種簡單、綠色制備具有優(yōu)良性能的纖維素微球的方法，首先以氫氧化鈉和尿素的水溶液將纖維素溶解成為透明的溶膠，然后將該溶膠在一定的壓力作用下通過噴頭噴霧到稀醋酸或純水凝固浴中，根據(jù)纖維素溶膠粘度不同，控制噴霧壓力在200～400kPa之間，纖維素液滴在凝固浴中凝固，形成凝膠微球，用蒸餾水將纖維素凝膠微球洗至中性，重新分散在蒸餾水中，再利用噴霧干燥機(jī)對凝膠懸濁液進(jìn)行噴霧干燥，干燥溫度為140～180℃。本發(fā)明簡單易操作，能夠大批量生產(chǎn)纖維素微球。制備纖維素微球過程中的溶劑可回收再利用，并且制備過程中沒有使用到有機(jī)溶劑以及乳化劑，因此無環(huán)境危害性以及因為有機(jī)溶劑殘留而造成的生物危害性。
【專利說明】一種制備纖維素微球及殼聚糖包覆的纖維素復(fù)合微球的方
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備具有吸附和負(fù)載功能的纖維素微球及殼聚糖包覆的纖維素 復(fù)合微球的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]天然纖維素高分子微球由于其來源廣泛，無毒且可降解而成為應(yīng)用研究的熱點對 象。纖維素作為一種取之不盡，用之不竭的可再生天然高分子材料，不僅安全無毒可降解， 并且具有良好的吸水性和生物相容性。以天然高分子纖維素組成的微球因其特殊的組成 和特殊的結(jié)構(gòu)，作為微存儲器、微反應(yīng)器、微分離器、微結(jié)構(gòu)單元被廣泛應(yīng)用于藥物控釋、特 殊材料模板、微球吸附劑以及塑料添加劑和涂料領(lǐng)域。但是，由于天然高分子微球無法直 接用聚合方法來制備，針對這些特殊的微球，科學(xué)家們開發(fā)了一些特殊的制備方法，比如乳 化-固化法、單凝聚法、復(fù)凝聚法、噴霧干燥法、自乳化-固化法和層層自組裝法，但是這些 方法要用到乳化劑或者有機(jī)溶劑，會產(chǎn)生大量有機(jī)廢液，殘存的乳化劑和有機(jī)溶劑對微球 的結(jié)構(gòu)、生物相容性等產(chǎn)生影響，不易大量生產(chǎn)纖維素微球，這些制備方法與纖維素廉價易 得且具有較好生物相容性的特點極其不相符，限制了纖維素材料在生物醫(yī)學(xué)等新領(lǐng)域的應(yīng) 用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對目前纖維素微球制備過程中存在的工藝繁瑣，具有污染性以及產(chǎn)量低等問 題，本發(fā)明提供了一種簡便、低污染的制備纖維素微球及殼聚糖包覆的纖維素復(fù)合微球的 方法。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案是:
[0005]一種制備纖維素微球的方法，包括以下步驟:
[0006](I)配制纖維素溶膠:將纖維素溶解在溶劑中，經(jīng)過冷凍、攪拌，離心去除雜質(zhì)，得 到透明的纖維素溶膠；所述溶劑為氫氧化鈉和尿素的混合水溶液；
[0007](2)纖維素溶膠霧化:將透明的纖維素溶膠輸入到噴頭處，使纖維素溶膠在壓力作 用下霧化；
[0008](3)凝固:纖維素溶膠霧化后直接進(jìn)入醋酸水溶液或蒸餾水凝固浴，同時向凝固浴 中注入醋酸水溶液以保證凝固浴的PH值保持小于7且基本不變，整個噴霧凝固過程凝固浴 利用磁子攪拌；
[0009](4)洗滌:將步驟(3)所得到的纖維素凝膠微球的懸濁液用蒸餾水洗滌多次至中
[0010](5)噴霧干燥:將洗滌至中性的纖維素凝膠微球重新分散在水中，經(jīng)噴霧干燥機(jī)噴 霧干燥，得到干燥的纖維素微球。
[0011]步驟(I)中，纖維素溶膠的質(zhì)量濃度優(yōu)選為1%?4% ;溶劑中氫氧化鈉、尿素和水的質(zhì)量比為6: 13: 81。
[0012]步驟(2)中，噴頭處的噴霧壓力優(yōu)選為200?400kPa。
[0013]步驟(3)中，醋酸水溶液凝固浴的質(zhì)量濃度優(yōu)選> 5%。
[0014]步驟(5)中，噴霧干燥過程，壓カ優(yōu)選為200kPa，熱空氣流速優(yōu)選為300?500ml/h,溫度優(yōu)選為140?180°C。
[0015]一種制備殼聚糖包覆的纖維素復(fù)合微球的方法，包括以下步驟:
[0016](I)配制纖維素溶膠:將纖維素溶解在溶劑中，經(jīng)過冷凍、攪拌，離心去除雜質(zhì)，得到透明的纖維素溶膠；所述溶劑為氫氧化鈉和尿素的混合水溶液；
[0017](2)纖維素溶膠霧化:將透明的纖維素溶膠輸入到噴頭處，使纖維素溶膠在壓力作用下霧化；
[0018](3)凝固-包覆:纖維素溶膠霧化后噴入置于噴頭下方的凝固浴中，凝固浴為殼聚糖溶解在質(zhì)量濃度為I?2%的醋酸水溶液中形成的稀溶膠，整個噴霧凝固過程凝固浴利用磁子攪拌；
[0019](4)洗滌:將步驟(3)所得到的殼聚糖包覆纖維素的復(fù)合結(jié)構(gòu)凝膠微球懸濁液用蒸餾水洗滌至中性；
[0020](5)干燥:將洗滌至中性的殼聚糖包覆纖維素的復(fù)合結(jié)構(gòu)凝膠微球重新分散在水中，經(jīng)噴霧干燥機(jī)噴霧干燥，得到干燥的殼聚糖包覆的纖維素復(fù)合微球。
[0021]步驟(I)中，纖維素溶膠的質(zhì)量濃度優(yōu)選為1%?4% ;溶劑中氫氧化鈉、尿素和水的質(zhì)量比為6: 13: 81。
[0022]步驟(2)中，噴頭處的噴霧壓力優(yōu)選為200?400kPa。
[0023]步驟(3)中，所述殼聚糖與醋酸水溶液的質(zhì)量比為0.5: 99.5。
[0024]步驟(5)中，噴霧干燥過程，壓カ優(yōu)選為200kPa，熱空氣流速優(yōu)選為300?500ml/h,溫度優(yōu)選為140?180°C。
[0025]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:
[0026]本發(fā)明利用噴霧ー凝固/噴霧干燥聯(lián)合的方法，在沒有使用乳化劑以及有毒的有機(jī)溶劑的條件下，通過對纖維素的濃度、凝固浴的濃度和類型、以及噴霧壓カ的大小等參數(shù)的控制，制備了不同結(jié)構(gòu)和形貌以及擁有不同功能的纖維素微球和殼聚糖包覆的纖維素復(fù)合微球，減少了環(huán)境污染，簡化了生產(chǎn)步驟，降低了生產(chǎn)成本，且利于大量生產(chǎn)。具體體現(xiàn)在以下幾個方面:
[0027]1、本發(fā)明采用的溶劑為NaOH/尿素水溶液體系，為綠色溶剤，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，可循環(huán)利用。制備エ藝過程簡單易操作，可以將來源豐富的纖維素材料批量生產(chǎn)成納米至微米級別的微球，所得微球可廣泛地應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域以及其他潛在的領(lǐng)域，大大降低醫(yī)藥產(chǎn)品的成本。
[0028]2、利用凝固浴使纖維素溶膠液滴瞬間固化，凝固浴采用稀醋酸水溶液或者是蒸餾水，可以最大限度地避免溶劑的污染，因此纖維素微球上不會殘留破壞生物相容性的離子
或基團(tuán)。
[0029]3、通過選擇不同的凝固浴以及改變凝固浴的濃度，控制纖維素微球的尺寸在800nm?2000nm之間可調(diào)節(jié),且可以直接制得殼聚糖包覆的纖維素復(fù)合結(jié)構(gòu)微球。
[0030]4、凝膠微球的分離及進(jìn)一歩固化采用噴霧干燥技術(shù)，噴霧干燥使得纖維素凝膠微球在短時間內(nèi)瞬間干燥并進(jìn)一步固化，跟其他干燥方法相比，噴霧干燥能較好地維持纖維素的球型結(jié)構(gòu)，降低了纖維素凝膠微球在干燥過程中發(fā)生粘連的可能性，易于制備分散性好的纖維素微球。
[0031]5、利用本方法制備的纖維素微球具有豐富的孔隙，可以廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥載體、吸附介質(zhì)以及填充材料。相比于無機(jī)多孔材料或合成高分子材料，纖維素是天然高分子材料，屬于可再生可降解高分子，來源廣泛，價格低廉。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0033]圖1是實施例1制備的纖維素微球的掃描電鏡(SEM)圖。
[0034]圖2是實施例1制備的纖維素微球的透射電鏡(TEM)圖。
[0035]圖3是實施例1制備的纖維素微球的紅外圖。
[0036]圖4是實施例1制備的纖維素微球的動態(tài)光散射(DLS)粒徑分布圖。
[0037]圖5是包覆有一層殼聚糖的纖維素復(fù)合結(jié)構(gòu)微球的掃描電鏡照片(SEM)。
[0038]圖6是殼聚糖包覆的纖維素復(fù)合微球的動態(tài)光散射(DLS)粒徑分布圖。
[0039]圖7是實施例1制備的纖維素微球吸附亞甲基藍(lán)的動力學(xué)曲線。
[0040]圖8是實施例1制備的纖維素微球在不同PH值下緩釋布洛芬的動力學(xué)曲線。
【具體實施方式】
[0041]針對目前纖維素微球制備過程中存在的工藝繁瑣，具有污染性以及產(chǎn)量低等問題，本發(fā)明提供了一種簡便、低污染并可大量生產(chǎn)的制備纖維素微球及殼聚糖包覆的纖維素復(fù)合微球的方法。該方法的特點是將用綠色溶劑溶解的纖維素溶膠在200?400kPa的壓力作用下霧化，并將霧化的纖維素溶膠噴入去離子水或者稀醋酸水溶液(質(zhì)量濃度>5%)等凝固浴中固化成纖維素凝膠微球，蒸餾水洗滌至中性后，凝膠微球重新分散在蒸餾水中成懸濁液，然后利用噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧干燥，干燥溫度為140?180°C,并經(jīng)旋風(fēng)分離后，得到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的多孔性纖維素微球。制備過程簡單、可放大用于大量生產(chǎn)，用到的溶劑為NaOH/尿素體系，而非有機(jī)溶劑，大大降低了對壞境的污染。成球過程是借助壓力霧化并進(jìn)入凝固浴瞬間凝固，凝固浴選用濃度> 5%的稀醋酸溶液或溶解有殼聚糖的稀醋酸溶膠液，沒有使用到乳化劑，因此沒有乳化劑在微球中的殘留，進(jìn)一步減少了環(huán)境污染，提高了所得纖維素微球或殼聚糖包覆的纖維素復(fù)合微球的生物相容性。
[0042]實施例1
[0043]( I)配制纖維素溶膠:將一定量的纖維素溶解在溶劑中，經(jīng)過冷凍、攪拌，離心去除雜質(zhì)，得到質(zhì)量濃度為2%的透明纖維素溶膠液。所述溶劑為氫氧化鈉和尿素的混合水溶液，溶劑中氫氧化鈉、尿素和水的質(zhì)量比為6: 13: 81。
[0044](2)霧化:將霧化噴頭處的壓力調(diào)整到200kPa，以30?50ml/min的速度將透明的纖維素溶膠液輸入到噴頭處，使其在壓縮空氣作用下霧化。
[0045](3)凝固:凝固浴置于噴頭下方，使纖維素溶膠霧化后直接噴入質(zhì)量濃度為10%的醋酸水溶液或蒸餾水凝固浴，凝固浴經(jīng)磁子攪拌以維持浴液PH值均勻，同時以一定的速度向凝固浴中注入醋酸水溶液以保證凝固浴的PH值基本不變。[0046](4)洗滌:將所得到的纖維素凝膠微球的懸濁液用去離子水洗滌多次至中性。
[0047](5)干燥:將洗滌至中性的纖維素凝膠微球重新分散在純水中，利用噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧干燥，干燥溫度160°C，得到干燥的纖維素微球。
[0048]對實施例1中制得的纖維素微球的形貌和結(jié)構(gòu)特征利用掃描電鏡和透射電鏡進(jìn)行了表征，如圖1和圖2所示，從圖1掃描電鏡照片可以看出所得纖維素微球的粒徑大部分在0.5-2i!m之間。從圖2透射電鏡照片可以看出，纖維素微球的內(nèi)部為多孔性結(jié)構(gòu)。對組成微球的纖維素的組成特征利用紅外光譜進(jìn)行了表征，如圖3，從圖3可以看出，3410~ 3230CHT1為纖維素分子內(nèi)和分子間氫鍵的特征吸收峰，3400CHT1左右的寬吸收對應(yīng)于O-H的伸縮振動吸收峰，2900CHT1左右的吸收峰是C-H的伸縮振動吸收峰，llOOcnT1左右的吸收峰是C-O伸縮振動以及O-H的彎曲震動吸收峰。從纖維素微球的動態(tài)光散射圖(圖4)可以看出，纖維素微球尺寸的單分散性很好，粒徑主要分布在800~1500nm之間，與掃描電鏡所得結(jié)果吻合較好。
[0049]實施例2
[0050](I)配制纖維素溶膠:將一定量的纖維素溶解在溶劑中，經(jīng)過冷凍或者攪拌，離心去除雜質(zhì)，得到質(zhì)量濃度為4%的透明纖維素溶膠液。所述溶劑為氫氧化鈉和尿素的混合水溶液，溶劑中氫氧化鈉、尿素和水的質(zhì)量比為6: 13: 81。
[0051](2)霧化:將霧化噴頭處的壓力調(diào)整到400kPa，以一定的速度將透明的纖維素溶膠輸入到噴頭處，使其在壓縮空氣作用下霧化。
[0052](3)凝固:凝固浴選擇稀醋酸(I~2wt%)溶解的殼聚糖溶膠，殼聚糖與稀醋酸水溶液的質(zhì)量比是0.5:99.5。將該凝固浴液置于噴頭下方，使纖維素溶膠霧化后直接噴入凝固浴，噴霧-凝固過程中，連續(xù)向浴液中添加殼聚糖的稀醋酸溶液并攪拌，以保持浴液的組成均勻性。
[0053](4)洗滌:將所得到殼聚糖包覆纖維素的復(fù)合結(jié)構(gòu)凝膠微球用去離子水洗滌多次至中性。
[0054](5)干燥:將洗滌至中性的殼聚糖包覆纖維素凝膠微球重新分散在純水中，利用噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧干燥，干燥溫度180°C，得到干燥的殼聚糖包覆纖維素復(fù)合微球。
[0055]對實施例2中`制得的殼聚糖包覆纖維素復(fù)合微球的形貌和結(jié)構(gòu)特征利用掃描電鏡進(jìn)行了表征，如圖5所示，從圖5掃描電鏡照片可以看出所得纖維素微球的粒徑大部分在
0.5-2 之間。從圖6纖維素微球的動態(tài)光散射圖可以看出，纖維素微球尺寸的單分散性很好。
[0056]稱取IOOmg實施例1中制備的纖維素微球,將其分散在300ml濃度為10mg/L的亞甲基藍(lán)溶液中，攪拌，每隔一段時間取樣，利用紫外-可見分光光度計測量其吸光度并計算出隨時間變化纖維素微球?qū)喖谆{(lán)的吸附率，之后以時間為橫軸，吸附量為縱軸作圖得纖維素微球吸附亞甲基藍(lán)的動力學(xué)曲線，如圖7所示。由圖7可以看出纖維素微球?qū)喖谆{(lán)有很強的吸附能力，能在五分鐘之內(nèi)達(dá)到吸附平衡，最大吸附量達(dá)26.2mg/g。
[0057]準(zhǔn)確稱取實施例1中制備的纖維素微球50mg放入4ml的離心管中，將5mg布洛芬溶解在2ml乙醇中，然后用注射器逐滴將布洛芬溶液滴加到小離心管中，借助纖維素微球中微孔的毛細(xì)作用，將布洛芬吸入孔內(nèi)，之后借助真空泵將乙醇在低壓下?lián)]發(fā)除去，制得裝載有布洛芬的多孔纖維素微球體系，將干燥后的裝載布洛芬的纖維素微球分散在PH=4的緩沖液中，并以IOrpm的轉(zhuǎn)速攪拌，每隔一段時間取樣測定布洛芬從微球中的釋放量，最后得到纖維素緩釋布洛芬的動力學(xué)曲線(如圖8)。由圖8可以看出，負(fù)載在纖維素微球上的布洛芬緩慢釋放，在30個小時的釋放過程中，它的釋放量僅為50%。
[0058]實施例3
[0059]( I)配制纖維素溶膠:將一定量的纖維素溶解在溶劑中，經(jīng)過冷凍、攪拌，離心去除雜質(zhì)，得到質(zhì)量濃度為3%的透明纖維素溶膠液。
[0060](2)霧化:將霧化噴頭處的壓力調(diào)整到300kPa，以一定的速度將透明的纖維素溶膠液輸入到噴頭處，使其在壓縮空氣作用下霧化。
[0061](3)凝固:凝固浴置于噴頭下方，使纖維素溶膠霧化后直接噴入質(zhì)量濃度為5%的醋酸水溶液或蒸餾水凝固浴，凝固浴經(jīng)磁子攪拌以維持浴液PH值均勻，同時以一定的速度向凝固浴中注入醋酸水溶液以保證凝固浴的PH值基本不變。
[0062](4)洗滌:將所得到的纖維素凝膠微球的懸濁液用去離子水洗滌多次至中性。
[0063](5)干燥:將洗滌至中性的纖維素凝膠微球重新分散在純水中，利用噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧干燥，干燥溫度180°C，得到干燥的纖維素微球。
[0064]實施例4
[0065]( I)配制纖維素溶膠:將一定量的纖維素溶解在溶劑中，經(jīng)過冷凍、攪拌，離心去除雜質(zhì)，得到質(zhì)量濃度為1%的透明纖維素溶膠液。
[0066](2)霧化:將霧化噴頭處的壓力調(diào)整到200kPa，以一定的速度將透明的纖維素溶膠輸入到噴頭處，使其在壓縮空氣作用下霧化。
[0067](3)凝固:凝固浴選擇稀醋酸(I?2wt%)溶解的殼聚糖溶膠，將該凝固浴液置于噴頭下方，使纖維素溶膠霧化后直接噴入凝固浴，噴霧-凝固過程中，連續(xù)向浴液中添加殼聚糖的稀醋酸溶液并攪拌，以保持浴液的組成均勻性。
[0068](4)洗滌:將所得到殼聚糖包覆纖維素的復(fù)合結(jié)構(gòu)凝膠微球用去離子水洗滌多次至中性。
[0069](5)干燥:將洗滌至中性的殼聚糖包覆纖維素凝膠微球重新分散在純水中，利用噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧干燥，干燥溫度140°C，得到干燥的殼聚糖包覆纖維素復(fù)合微球。
【權(quán)利要求】
1.一種制備纖維素微球的方法，其特征在于包括以下步驟: (1)配制纖維素溶膠:將纖維素溶解在溶劑中，經(jīng)過冷凍、攪拌，離心去除雜質(zhì)，得到透明的纖維素溶膠；所述溶劑為氫氧化鈉和尿素的混合水溶液； (2)纖維素溶膠霧化:將透明的纖維素溶膠輸入到噴頭處，使纖維素溶膠在壓力作用下霧化； (3)凝固:纖維素溶膠霧化后直接進(jìn)入醋酸水溶液或蒸餾水凝固浴，同時向凝固浴中注入醋酸水溶液以保證凝固浴的PH值保持小于7且基本不變，整個噴霧凝固過程凝固浴利用磁子攪拌； (4)洗滌:將步驟(3)所得到的纖維素凝膠微球的懸濁液用蒸餾水洗滌多次至中性； (5)噴霧干燥:將洗滌至中性的纖維素凝膠微球重新分散在水中，經(jīng)噴霧干燥機(jī)噴霧干燥，得到干燥的纖維素微球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備纖維素微球的方法，其特征在于:步驟(I)中，纖維素溶膠的質(zhì)量濃度為1%?4% ;所述溶劑中氫氧化鈉、尿素和水的質(zhì)量比為6: 13: 81。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備纖維素微球的方法，其特征在于:步驟(2)中，噴頭處的噴霧壓力為200?400kPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備纖維素微球的方法，其特征在于:步驟(3)中，醋酸水溶液凝固浴的質(zhì)量濃度> 5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備纖維素微球的方法，其特征在于:步驟(5)中，噴霧干燥溫度選取140?180°C。
6.一種制備殼聚糖包覆的纖維素復(fù)合微球的方法，其特征在于包括以下步驟: (1)配制纖維素溶膠:將纖維素溶解在溶劑中，經(jīng)過冷凍、攪拌，離心去除雜質(zhì)，得到透明的纖維素溶膠；所述溶劑為氫氧化鈉和尿素的混合水溶液； (2)纖維素溶膠霧化:將透明的纖維素溶膠輸入到噴頭處，使纖維素溶膠在壓力作用下霧化； (3)凝固-包覆:纖維素溶膠霧化后噴入置于噴頭下方的凝固浴中，凝固浴為殼聚糖溶解在質(zhì)量濃度為I?2%的醋酸水溶液中形成的稀溶膠，整個噴霧凝固過程凝固浴利用磁子攪拌； (4)洗滌:將步驟(3)所得到的殼聚糖包覆纖維素的復(fù)合結(jié)構(gòu)凝膠微球懸濁液用蒸餾水洗滌至中性； (5)干燥:將洗滌至中性的殼聚糖包覆纖維素的復(fù)合結(jié)構(gòu)凝膠微球重新分散在水中，經(jīng)噴霧干燥機(jī)噴霧干燥，得到干燥的殼聚糖包覆的纖維素復(fù)合微球。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種制備殼聚糖包覆的纖維素復(fù)合微球的方法，其特征在于:步驟(I)中，纖維素溶膠的質(zhì)量濃度為1%?4%。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種制備殼聚糖包覆的纖維素復(fù)合微球的方法，其特征在于:步驟(2)中，噴頭處的噴霧壓力為200?400kPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種制備殼聚糖包覆的纖維素復(fù)合微球的方法，其特征在于:步驟(3)中，所述殼聚糖與醋酸水溶液的質(zhì)量比是0.5:99.5。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種制備殼聚糖包覆的纖維素復(fù)合微球的方法，其特征在于:步驟(5)中，噴霧干燥溫度選取140?180°C。
【文檔編號】B01J13/04GK103521150SQ201310483411
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】李洪亮, 王喬, 傅愛萍 申請人:青島大學(xué)