專利名稱：賴氨酸－殼聚糖樹脂及其制備方法
技術領域：
本發明屬于反應高分子領域，特別涉及賴氨酸修飾的殼聚糖樹脂及其制備方法。
二、技術背景隨著人們生活品質的日益提高，生產、消費日趨環保，需求進一步開發天然再生資源。殼聚糖是甲殼素的脫乙酰基產物，具有來源豐富、無毒、可再生、易化學修飾性、生物相容性等優越的功能性質和獨特的分子結構，對弱堿性陰離子有交換作用，對許多重金屬離子有良好的作用，因此，殼聚糖在醫藥、食品、化妝品、水處理、化工、農業等領域有廣泛應用。但是，天然狀態的殼聚糖大多為粉末狀，比表面積小，易溶于酸性介質而流失，影響了它的直接應用。然而，若將殼聚糖制成如微球、多孔小珠等構形的樹脂產品，就可以充分發揮其優良特性。
現有殼聚糖樹脂通常是采用高脫乙酰化度的殼聚糖，經過化學交聯制成。如有的用戊二醛直接交聯殼聚糖，制得在酸性及堿性條件下基本不溶脹的樹脂，該樹脂僅由殼聚糖和戊二醛組成，其產品的交聯網絡致密，孔道小，不利于大分子量物質的傳質；并且由于大量氨基發生了交聯，其螯和容量及陰離子交換容量比交聯前明顯降低；又如有的改變了直接交聯的辦法，先用Cu2+與殼聚糖螯合，將其絡合基團保護起來，然后才用戊二醛交聯，再用稀酸將Cu2+洗脫下來，從而得到螯合基團被大量保留的交聯殼聚糖-戊二醛樹脂，該樹脂也僅由殼聚糖和戊二醛組成；有的采用水相均勻交聯法制備戊二醛交聯殼聚糖樹脂，以三聚氯氰為活化劑，合成了三甲胺改性戊二醛交聯殼聚糖樹脂，該樹脂由殼聚糖、戊二醛和三甲胺組成，其產物吸附性能較好。但是，這兩種方法制備的殼聚糖樹脂都存在孔道很少，不利于大分子傳質等缺點。
發明內容
本發明的目的是針對現有殼聚糖樹脂及其制備方法的不足之處，提供一種賴氨酸一殼聚糖樹脂及其制備方法。其樹脂組分簡單，制備出的樹脂具有粒度均勻，多微孔，耐酸耐堿性好，對酸根陰離子、氨基酸、蛋白質均有較好的吸附效果等特點；而且可再生利用，充分利用資源。
本發明的機理由于殼聚糖分子鏈中含有大量的游離氨基，這些氨基有一孤對電子，具有很強的親核性，而戊二醛是一種常用的雙官能團試劑，可與殼聚糖的氨基發生交聯反應生成席夫堿結構，交聯主要是在分子間發生；二環己基碳二亞胺(DCC)是一種常用的接肽縮合劑，它可以活化羧基，即加強羧基碳原子的親電性，使得親核的非離子化氨基很容易對它進行攻擊，從而發生縮合反應生成肽鍵。本發明就是利用了上述兩個機理，并控制戊二醛組分在小百分比范圍內，使殼聚糖少量的氨基與戊二醛發生交聯反應，大量的氨基與賴氨酸的羧基發生縮合反應。
本發明的目的是這樣實現的一種賴氨酸—殼聚糖樹脂的組分及質量百分數為殼聚糖42～44％戊二醛20～22％賴氨酸34～36％一種賴氨酸—殼聚糖樹脂的制備方法采用反相懸浮法先制備殼聚糖微球，再以戊二醛為交聯劑使殼聚糖分子上的部分氨基參與交聯反應，使得線性的殼聚糖分子轉變成網狀高聚物，制得交聯殼聚糖樹脂，再在室溫下將所得的交聯殼聚糖樹脂懸浮于蒸餾水中，先加入賴氨酸，再以二環己基碳二亞胺(DCC)為接肽縮合劑，使殼聚糖的其余氨基與賴氨酸的羧基發生縮合反應制得賴氨酸—殼聚糖樹脂。其具體的方法步驟如下(1)制備殼聚糖微球按比例稱量各組分備用，即殼聚糖、戊二醛和賴氨酸的質量百分含量分別為42～44％、20～22％和34～36％。先將殼聚糖溶于0.1～0.3％的稀鹽酸(HCl)中，在室溫下攪拌溶解，制得質量分數為1～2％的殼聚糖酸性溶膠，再在盛有與0.1～0.3％鹽酸等體積的液體石蠟的容器中，在攪拌下，緩慢加入殼聚糖酸性溶膠，繼續攪拌20～30min，使殼聚糖溶膠液滴均勻分散成微球，就制備出殼聚糖微球體系。
(2)制備交聯殼聚糖樹脂將第(1)步制備出的殼聚糖微球體系升溫到40～50℃，繼續攪拌，滴加土溫80(Tween80)，使其在體系中的體積分數占0.4～0.6％，對殼聚糖微球體系進行乳化20～30min后，加入戊二醛溶液，然后加入碳酸鈣(CaCO3)作為致孔劑。反應60～80min后，用稀氫氧化鈉(NaOH)溶液調節體系的pH值為9～10，控溫到60～70℃，攪拌2.5～3.5h，過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣依次用石油醚、乙醇各洗滌3～5次，再用稀鹽酸(HCl)溶解濾渣中的CaCO3，最后用蒸餾水洗滌至中性，制備出交聯殼聚糖樹脂。
(3)賴氨酸—殼聚糖樹脂的制備室溫下，將第(2)步制備出的交聯殼聚糖樹脂懸浮于蒸餾水中，使其質量分數為4～6％。在攪拌的條件下，首先加入賴氨酸，再加入與賴氨酸含有等摩爾數的二環己基碳二亞胺(DCC)的乙醇溶液，進行反應20～40min。然后過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣用乙醇洗滌3～5次，再用水透析8～12h。再過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣先在60～80℃下干燥至恒重，再冷卻至室溫。最后用60～100目的分樣篩過篩，制得賴氨酸—殼聚糖樹脂。
本發明的樹脂組分簡單，其制備方法亦簡單易行。本發明方法不僅使殼聚糖氨基與賴氨酸羧基縮合反應生成具有兩個氨基的多官能團高分子化合物，而且形成網狀微孔，使大多數活性官能團裸露在表面，在絡合吸附過程中，孔內表面上吸附位點的大量增加有效提高了其吸附能力。另外，由于賴氨酸的分子結構式中活潑的α-NH2和ε-NH2之間具有—個長脂肪鏈結構—(CH2)4，當交聯殼聚糖與賴氨酸發生反應后，就好像給其接上了許多“懸臂”，這種結構使得賴氨酸—殼聚糖樹脂既保持了殼聚糖的生物親和性，又增加了一定的柔性。采用本發明方法制備出的樹脂具有粒度均勻，多微孔，耐酸耐堿性好，對酸根陰離子、氨基酸、蛋白質均有較好的吸附效果等特點；而且可再生利用，充分利用資源。本發明的樹脂可應用于醫藥、食品、化妝品、水處理，化工、農業和環保等領域中。
三
圖1為本實施例1制備的殼聚糖-賴氨酸樹脂放大1000倍的掃描電子顯微鏡照片；圖2為本實施例3制備的殼聚糖-賴氨酸樹脂放大250倍的掃描電子顯微鏡照片。
具體實施例方式
下面結合具體的實施方式，進一步說明本發明。
實施例1一種賴氨酸—殼聚糖樹脂的組分及質量百分數為殼聚糖42％戊二醛22％賴氨酸35％一種賴氨酸—殼聚糖樹脂制備方法的具體方法步驟如下(1)制備殼聚糖微球按比例稱量各組分備用，即殼聚糖、戊二醛和賴氨酸的質量百分含量分別為42％、22％和35％。先將殼聚糖溶于0.1％的稀鹽酸(HCl)中，在室溫下攪拌溶解，制得質量分數為1％的殼聚糖酸性溶膠，再在盛有與0.1％鹽酸等體積的液體石蠟的容器中，在攪拌下，緩慢加入殼聚糖酸性溶膠，繼續攪拌20min，使殼聚糖溶膠液滴均勻分散成微球，就制備出殼聚糖微球體系。
(2)制備交聯殼聚糖樹脂將第(1)步制備的殼聚糖微球體系升溫到40℃，繼續攪拌，滴加Tween80，使其在體系中的體積分數占0.4％，對殼聚糖微球體系進行乳化20min后，加入戊二醛溶液，然后加入CaCO3作為致孔劑。反應60min后，用稀氫氧化鈉(NaOH)溶液調節體系的pH值為9，控溫到60℃，攪拌2.5h，過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣依次用石油醚、乙醇各洗滌3次，再用稀鹽酸(HCl)溶解濾渣中的CaCO3，最后用蒸餾水洗滌至中性，制備出交聯殼聚糖樹脂。
(3)賴氨酸—殼聚糖樹脂的制備室溫下，將第(2)步制備的交聯殼聚糖樹脂懸浮于蒸餾水中，使其質量分數為4％。在攪拌的條件下，首先加入賴氨酸，再加入與賴氨酸含有等摩爾數的二環己基碳二亞胺(DCC)的乙醇溶液，進行反應20min。然后過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣用乙醇洗滌3次，再用水透析8h。再過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣先在60℃下干燥至恒重，再冷卻至室溫。最后用100目的分樣篩過篩，制得賴氨酸—殼聚糖樹脂。該樹脂形貌如附圖1所示。
實施例2一種賴氨酸—殼聚糖樹脂的組分及質量百分數為殼聚糖43％戊二醛20％賴氨酸36％一種賴氨酸—殼聚糖樹脂制備方法的具體方法步驟如下(1)制備殼聚糖微球按比例稱量各組分備用，即殼聚糖、戊二醛和賴氨酸的質量百分含量分別為43％、20％和36％。先將殼聚糖溶于0.2％的稀鹽酸(HCl)中，在室溫下攪拌溶解，制得質量分數為1.5％的殼聚糖酸性溶膠，再在盛有與0.2％鹽酸等體積的液體石蠟的容器中，在攪拌下，緩慢加入殼聚糖酸性溶膠，繼續攪拌25min，使殼聚糖溶膠液滴均勻分散成微球，就制備出殼聚糖微球體系。
(2)制備交聯殼聚糖樹脂將第(1)步制備出的殼聚糖微球體系升溫到45℃，繼續攪拌，滴加Tween80，使其在體系中的體積分數占0.5％，對殼聚糖微球體系進行乳化25min后，加入戊二醛溶液，然后加入CaCO3作為致孔劑。反應70min后，用稀氫氧化鈉(NaOH)溶液調節體系的pH值為9.5，控溫到65℃，攪拌3h，過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣依次用石油醚、乙醇各洗滌4次，再用稀鹽酸(HCl)溶解濾渣中的CaCO3，最后用蒸餾水洗滌至中性，制備出交聯殼聚糖樹脂。
(3)賴氨酸—殼聚糖樹脂的制備室溫下，將第(2)步制備出的交聯殼聚糖樹脂懸浮于蒸餾水中，使其質量分數為5％。在攪拌的條件下，首先加入賴氨酸，再加入與賴氨酸含有等摩爾數的二環己基碳二亞胺(DCC)的乙醇溶液，進行反應30min。然后過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣用乙醇洗滌4次，再用水透析10h。再過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣先在70℃下干燥至恒重，再冷卻至室溫。最后用80目的分樣篩過篩，制得賴氨酸—殼聚糖樹脂。
實施例3一種賴氨酸—殼聚糖樹脂的組分及質量百分數比為殼聚糖44％戊二醛21％賴氨酸34％一種賴氨酸—殼聚糖樹脂制備方法的具體方法步驟如下(1)制備殼聚糖微球按比例稱量各組分備用，即殼聚糖、戊二醛和賴氨酸的質量百分比分別為44％、21％和34％。先將殼聚糖溶于0.3％的稀鹽酸(HCl)中，在室溫下攪拌溶解，制得質量分數為2％的殼聚糖酸性溶膠，再在盛有與0.3％鹽酸等體積的液體石蠟的容器中，在攪拌下，緩慢加入殼聚糖酸性溶膠，繼續攪拌30min，使殼聚糖溶膠液滴均勻分散成微球，就制備出殼聚糖微球體系。
(2)制備交聯殼聚糖樹脂將第(1)步制備出的殼聚糖微球體系升溫到50℃，繼續攪拌，滴加Tween80，使其在體系中的體積分數約占0.6％，對殼聚糖微球體系進行乳化30min后，加入戊二醛溶液，然后加入CaCO3作為致孔劑。反應80min后，用稀氫氧化鈉(NaOH)溶液調節體系的pH值為10，控溫到70℃，攪拌3.5h，過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣依次用石油醚、乙醇各洗滌5次，再用稀鹽酸(HCl)溶解濾渣中的CaCO3，最后用蒸餾水洗滌至中性，制備出交聯殼聚糖樹脂。
(3)賴氨酸—殼聚糖樹脂的制備室溫下，將第(2)步制備的交聯殼聚糖樹脂懸浮于蒸餾水中，使其質量分數為6％。在攪拌的條件下，首先加入賴氨酸，再加入與賴氨酸含有等摩爾數的二環己基碳二亞胺(DCC)的乙醇溶液，進行反應40min。然后過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣用乙醇洗滌5次，再用水透析12h。再過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣先在80℃下干燥至恒重，再冷卻至室溫。最后用60目的分樣篩過篩，制得賴氨酸—殼聚糖樹脂。該樹脂形貌如附圖2所示。
權利要求
1.一種賴氨酸-殼聚糖樹脂，其特征在于其組分及質量百分數為殼聚糖42～44％戊二醛20～22％賴氨酸34～36％。
2.按照權利要求1所述的賴氨酸-殼聚糖樹脂，其特征在于一種賴氨酸-殼聚糖樹脂的組分及質量百分數為殼聚糖42％戊二醛22％賴氨酸35％。
3.按照權利要求1所述的賴氨酸-殼聚糖樹脂，其特征在于一種賴氨酸-殼聚糖樹脂的組分及質量百分數為殼聚糖43％戊二醛20％賴氨酸36％。
4.按照權利要求1所述的賴氨酸-殼聚糖樹脂，其特征在于一種賴氨酸-殼聚糖樹脂的組分及質量百分數為殼聚糖44％戊二醛21％賴氨酸34％。
5.一種賴氨酸-殼聚糖樹脂的制備方法，其特征在于其具體的方法步驟如下(1)制備殼聚糖微球按比例稱量各組分備用，即殼聚糖、戊二醛和賴氨酸的質量百分含量分別為42～44％、20～22％和34～36％，先將殼聚糖溶于0.1～0.3％的稀鹽酸中，在室溫下攪拌溶解，制得質量分數為1～2％的殼聚糖酸性溶膠，再在盛有與0.1～0.3％鹽酸等體積的液體石蠟的容器中，在攪拌下，緩慢加入殼聚糖酸性溶膠，繼續攪拌20～30min；(2)制備交聯殼聚糖樹脂將第(1)步制備出的殼聚糖微球體系升溫到40～50℃，繼續攪拌，滴加Tween80，使其在體系中的體積分數占0.4～0.6％，對殼聚糖微球體系進行乳化20～30min后，加入戊二醛溶液，然后加入CaCO3作為致孔劑，反應60～80min后，用稀氫氧化鈉溶液調節體系的pH值為9～10，控溫到60～70℃，攪拌2.5～3.5h，過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣依次用石油醚、乙醇各洗滌3～5次，再用稀鹽酸溶解濾渣中的CaCO3，最后用蒸餾水洗滌至中性；(3)賴氨酸-殼聚糖樹脂的制備室溫下，將第(2)步制備出的交聯殼聚糖樹脂懸浮于蒸餾水中，使其質量分數為4～6％，在攪拌的條件下，首先加入賴氨酸，再加入與賴氨酸含有等摩爾數的二環己基碳二亞胺的乙醇溶液，進行反應20～40min，然后過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣用乙醇洗滌3～5次，再用水透析8～12h，再過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣先在60～80℃下干燥至恒重，再冷卻至室溫，最后用60～100目的分樣篩過篩。
6.按照權利要求5所述的賴氨酸-殼聚糖樹脂的制備方法，其特征在于一種賴氨酸-殼聚糖樹脂的制備方法的具體的方法步驟如下(1)制備殼聚糖微球按比例稱量各組分備用，即殼聚糖、戊二醛和賴氨酸的質量百分含量分別為42％、22％和35％，先將殼聚糖溶于0.1％的稀鹽酸中，在室溫下攪拌溶解，制得質量分數為1％的殼聚糖酸性溶膠，再在盛有與0.1％鹽酸等體積的液體石蠟的容器中，在攪拌下，緩慢加入殼聚糖酸性溶膠，繼續攪拌20min；(2)制備交聯殼聚糖樹脂將第(1)步制備的殼聚糖微球體系升溫到40℃，繼續攪拌，滴加Tween80，使其在體系中的體積分數占0.4％，對殼聚糖微球體系進行乳化20min后，加入戊二醛溶液，然后加入CaCO3作為致孔劑，反應60min后，用稀氫氧化鈉溶液調節體系的pH值為9，控溫到60℃，攪拌2.5h，過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣依次用石油醚、乙醇各洗滌3次，再用稀鹽酸溶解濾渣中的CaCO3，最后用蒸餾水洗滌至中性；(3)賴氨酸-殼聚糖樹脂的制備室溫下，將第(2)步制備的交聯殼聚糖樹脂懸浮于蒸餾水中，使其質量分數為4％，在攪拌的條件下，首先加入賴氨酸，再加入與賴氨酸含有等摩爾數的二環己基碳二亞胺的乙醇溶液，進行反應20min，然后過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣用乙醇洗滌3次，再用水透析8h，再過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣先在60℃下干燥至恒重，再冷卻至室溫，最后用100目的分樣篩過篩。
7.按照權利要求5所述的賴氨酸-殼聚糖樹脂的制備方法，其特征在于一種賴氨酸-殼聚糖樹脂的制備方法的具體的方法步驟如下(1)制備殼聚糖微球按比例稱量各組分備用，即殼聚糖、戊二醛和賴氨酸的質量百分含量分別為43％、20％和36％，先將殼聚糖溶于0.2％的稀鹽酸中，在室溫下攪拌溶解，制得質量分數為1.5％的殼聚糖酸性溶膠，再在盛有與0.2％鹽酸等體積的液體石蠟的容器中，在攪拌下，緩慢加入殼聚糖酸性溶膠，繼續攪拌25min；(2)制備交聯殼聚糖樹脂將第(1)步制備出的殼聚糖微球體系升溫到45℃，繼續攪拌，滴加Tween80，使其在體系中的體積分數占0.5％，對殼聚糖微球體系進行乳化25min后，加入戊二醛溶液，然后加入CaCO3作為致孔劑，反應70min后，用稀氫氧化鈉溶液調節體系的pH值為9.5，控溫到65℃，攪拌3h，過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣依次用石油醚、乙醇各洗滌4次，再用稀鹽酸溶解濾渣中的CaCO3，最后用蒸餾水洗滌至中性；(3)賴氨酸-殼聚糖樹脂的制備室溫下，將第(2)步制備出的交聯殼聚糖樹脂懸浮于蒸餾水中，使其質量分數為5％，在攪拌的條件下，首先加入賴氨酸，再加入與賴氨酸含有等摩爾數的二環己基碳二亞胺的乙醇溶液，進行反應30min，然后過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣用乙醇洗滌4次，再用水透析10h，再過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣先在70℃下干燥至恒重，再冷卻至室溫，最后用80目的分樣篩過篩。
8.按照權利要求5所述的賴氨酸-殼聚糖樹脂的制備方法，其特征在于一種賴氨酸-殼聚糖樹脂的制備方法的具體的方法步驟如下(1)制備殼聚糖微球按比例稱量各組分備用，即殼聚糖、戊二醛和賴氨酸的質量百分比分別為44％、21％和34％，先將殼聚糖溶于0.3％的稀鹽酸中，在室溫下攪拌溶解，制得質量分數為2％的殼聚糖酸性溶膠，再在盛有與0.3％鹽酸等體積的液體石蠟的容器中，在攪拌下，緩慢加入殼聚糖酸性溶膠，繼續攪拌30min；(2)制備交聯殼聚糖樹脂將第(1)步制備出的殼聚糖微球體系升溫到50℃，繼續攪拌，滴加Tween80，使其在體系中的體積分數約占0.6％，對殼聚糖微球體系進行乳化30min后，加入戊二醛溶液，然后加入CaCO3作為致孔劑，反應80min后，用稀氫氧化鈉溶液調節體系的pH值為10，控溫到70℃，攪拌3.5h，過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣依次用石油醚、乙醇各洗滌5次，再用稀鹽酸溶解濾渣中的CaCO3，最后用蒸餾水洗滌至中性；(3)賴氨酸-殼聚糖樹脂的制備室溫下，將第(2)步制備的交聯殼聚糖樹脂懸浮于蒸餾水中，使其質量分數為6％，在攪拌的條件下，首先加入賴氨酸，再加入與賴氨酸含有等摩爾數的二環己基碳二亞胺的乙醇溶液，進行反應40min，然后過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣用乙醇洗滌5次，再用水透析12h，再過濾，棄濾液，收集濾渣，對濾渣先在80℃下干燥至恒重，再冷卻至室溫，最后用60目的分樣篩過篩。
全文摘要
一種賴氨酸－殼聚糖樹脂及其制備方法，涉及賴氨酸修飾的殼聚糖樹脂技術。本發明的樹脂由殼聚糖、戊二醛和賴氨酸組成，組分簡單。本發明方法是先用反相懸浮法制備交聯殼聚糖微球，再以戊二醛為交聯劑制備交聯殼聚糖樹脂，然后再用賴氨酸修飾交聯殼聚糖樹脂而制備出賴氨酸－殼聚糖樹脂，該樹脂制備方法簡單。采用本發明方法制備出的樹脂具有粒度均勻，多微孔，耐酸、耐堿性好，對酸根陰離子、氨基酸、蛋白質均有較好的吸附效果等特點；而且可再生利用，充分利用資源。本發明的樹脂可應用于醫藥、食品、化妝品、水處理，化工、農業和環保等領域中。
文檔編號A61K31/722GK1927892SQ200610095099
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月7日 優先權日2006年9月7日
發明者肖燕, 周小華 申請人:重慶大學