一种洋葱结构纤维素凝胶材料的制备方法.pdf

本发明公开了一种洋葱结构纤维素水凝胶材料的制备方法。将纤维素溶于低温预冷的NaOH-尿素水溶液中制得纤维素溶液，由该纤维素溶液制备多层纤维素凝胶材料。将预先制备好的琼脂模板浸泡在质量分数2.5-10%醋酸溶液中1-10分钟，再浸泡于质量分数为0.5%-5%浓度的纤维素溶液1-10分钟后，就制得第一层纤维素凝胶；重复浸泡在醋酸和纤维素溶液中，可以制备多层纤维素凝胶材料。该洋葱结构的纤维素凝胶材料的层厚具有可控性，小鼠成纤细胞能够很好的在该多层凝胶材料上的每层的表面及壁上粘附、增殖及铺展，因此该材料在生物医用领域有广阔应用前景。

权利要求书一种洋葱结构纤维素凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）配置质量浓度为0.5%‑5%纤维素溶液和质量分数为2.5‑10%的醋酸；
（2）将棒状或球形琼脂作为模板，置于醋酸溶液中浸泡，取出，再放入纤维素溶液中浸泡，凝固后取出；
（3）重复步骤（2）的操作，直到需要的层数。
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，琼脂模板置于醋酸溶液中浸泡时间为 1‑10分钟，再放入纤维素溶液中浸泡，浸1‑10分钟后取出。
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述球形琼脂模板的尺寸是直径为2毫米‑3.9毫米，棒状琼脂模板直径为4.3mm。
根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述纤维素溶液由9wt%NaOH水溶液、 LiOH/尿素、NaOH/硫脲、NaOH/尿素水溶液溶解纤维素得到。
根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述纤维素溶液由纤维素溶解在预冷至‑13℃的NaOH/尿素水溶液中得到。
根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述的琼脂模板由琼脂水溶液在5℃下凝固成形。

说明书一种洋葱结构纤维素凝胶材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种洋葱结构纤维素凝胶材料的制备方法，属于天然高分子材料和可再生资源领域。
背景技术
洋葱状的多层结构材料是一种新型凝胶材料，它可以作为药物释放和组织工程等领域的生物材料[Nature,2008,452,76]。近几年，利用生物质构筑多层次新材料或仿生材料已引起很大重视，并取得较大进展。维素素是最丰富的可再生生物质资源，发明人所在实验室已采用NaOH/尿素等低温水体系实现了这种顽固性大分子的快速溶解并提出新的溶解机理[Macromolecules,2008,41,9345]。我们已利用低温溶解得到的纤维素溶液开发出一系列纤维素新材料，例如功能性纤维素水凝胶[Macromolecules,2011,44,1642]。然而迄今为止，洋葱状多层纤维素水凝胶因其制备方法相对复杂而未有任何报道。
发明内容
本发明所要解决技术问题是提供一种简单方法制备洋葱结构多层纤维素凝胶材料。
本发明为解决上述技术问题所采取的思路是由载有醋酸的琼脂模板调控纤维素溶液层层凝固及组装，通过改变实验条件来调控凝胶层的厚度。
具体的技术方案为：
（1）配置质量浓度为0.5%‑5%纤维素溶液和质量分数为2.5‑10%的醋酸；
（2）将棒状或球形琼脂作为模板，置于醋酸溶液中浸泡，取出，再放入纤维素溶液中浸泡，凝固后取出；
（3）重复步骤（2）的操作，直到需要的层数。
上述方案中，琼脂模板置于醋酸溶液中浸泡时间为1‑10分钟，再放入纤维素溶液中浸泡1‑10分钟后取出。
所述球形琼脂模板的尺寸是直径为2毫米‑3.9毫米,棒状琼脂模板直径为4.3mm。
所选纤维素溶液浓度为0.5%‑5%，纤维素浓度太小时，所制备多层凝胶材料层厚太小，较难保持其规整多层结构且应用不方便；另一方面，纤维素溶液浓度太大，粘度相对过大，不利于形成规整的多层凝胶结构。
上述纤维素溶液制备方法，可采用已知技术方法，没有特别限制。例如，所述纤维素溶液由9wt%NaOH水溶液、LiOH/尿素、NaOH/硫脲、NaOH/尿素水溶液溶解纤维素得到。
作为一种优选，纤维素溶液由纤维素溶解在预冷至‑13℃的NaOH/尿素水溶液中得到。
本发明所用到琼脂模板可由琼脂水溶液在5℃下凝固成所需形状。
所得纤维素溶液经载有醋酸的琼脂模板调控层层凝固及组装，制备多层管状或球形凝胶。通过调控纤维素溶液及醋酸浓度，琼脂模板尺寸及浸泡时间来调控纤维素凝胶层厚度。
本发明方法采用将纤维素浆料溶解得到纤维素溶液，利用载有醋酸的琼脂作为模板调控纤维素溶液层层凝胶及组装。在这凝胶化的过程中，经琼脂模板内外醋酸及纤维素浓度梯度（琼脂模板内醋酸浓度高，而纤维素在琼脂模板外浓度高）诱导，大分子链通过溶剂的交换作用进行有序的排列，形成多层次结构。通过调控纤维素溶液及醋酸浓度，琼脂模板尺寸及浸泡时间来调控纤维素凝胶层厚度。我们已制备出每层约为20‑450μm厚度的多层纤维素凝胶。由于纤维素具有优异的力学性能，这些多层纤维素水凝胶冻干后仍能很好的保持其多层结构，此外，细胞培养实验表明每层的表面及层壁可以为细胞粘附，增殖及铺展提供基体，因此该材料可以用组织支架材料。
本发明方法所制得洋葱状多层纤维素凝胶材料具有良好生物相容性，形状及层厚可控性，规整的多层结构及生物可降解性。本发明方法工艺过程简单无污染，易于工业化。
附图说明
图1左图是实施例1所得多层纤维素凝胶的照片，右图为冷冻干燥后多层纤维素凝胶扫描电镜照片。
图2左图是实施例2所得多层纤维素凝胶的照片，右图为冷冻干燥后多层纤维素凝胶扫描电镜照片。
图3左图是实施例3所得多层纤维素凝胶的照片，右图为冷冻干燥后多层纤维素凝胶扫描电镜照片。
图4左图是实施例4所得多层纤维素凝胶的照片，右图为冷冻干燥后多层纤维素凝胶扫描电镜照片。
图5左图是实施例5所得多层纤维素凝胶照片，中图及右图为培养细胞后扫描电镜照片。
具体实施方式
以下将通过具体实施例具体说明本发明，但这些具体实施方案不以任何方式限制本发明保护范围。本实施方案所用到原料为已知化合物，可在市场购得。多层凝胶的厚度由显微镜测量。
实施例1
将6‑8wt%NaOH、10‑14wt%尿素和水组成溶剂体系冷冻到‑13°C,溶解纤维素得到0.5wt%纤维素溶液,把直径2mm琼脂球浸泡在质量分数为10%醋酸溶液中进行溶剂置换3min，制得载有醋酸的琼脂球，再放入纤维素溶液3min凝固制得第一层纤维素凝胶，把带有第一层纤维素凝胶的琼脂球浸泡于同一醋酸溶液中置换后，再次浸泡于同一纤维素溶液中制得第二层纤维素凝胶，重复凝固过程而层层组装，浸泡在纤维素溶液中时间为3min。所得多层纤维素凝胶材料层厚为20±6μm。
实施例2
将6‑8wt%NaOH、10‑14wt%尿素和水组成溶剂体系冷冻到‑13°C，溶解纤维素得到3wt%纤维素溶液,把直径3.9mm琼脂球浸泡在质量分数为10%醋酸溶液中进行溶剂置换1min，制得载有醋酸的琼脂球，再放入纤维素溶液凝固1min制得第一层纤维素凝胶，把带有第一层纤维素凝胶的琼脂球浸泡于同一醋酸溶液中置换后，再次浸泡于同一纤维素溶液中制得第二层纤维素凝胶，重复凝固过程而层层组装，浸泡在纤维素溶液中时间为1min。所得多层纤维素凝胶材料层厚为126±25μm。
实施例3
将6‑8wt%NaOH、10‑14wt%尿素和水组成溶剂体系冷冻到‑13°C,溶解纤维素得到5wt%纤维素溶液,把直径3.9mm琼脂球浸泡在质量分数为10%醋酸溶液中进行溶剂置换10min，制得载有醋酸的琼脂球，再放入纤维素溶液10min凝固制得第一层纤维素凝胶，把带有第一层纤维素凝胶的琼脂球浸泡于同一醋酸溶液中置换后，再次浸泡于同一纤维素溶液中制得第二层纤维素凝胶，重复凝固过程而层层组装，浸泡在纤维素溶液中时间为10min。所得多层纤维素凝胶材料层厚为450±35μm。
实施例4
将6‑8wt%NaOH、10‑14wt%尿素和水组成溶剂体系冷冻到‑13°C,溶解纤维素得到3wt%纤维素溶液,把直径3.9mm琼脂球浸泡在质量分数为2.5%醋酸溶液中进行溶剂置换3min，制得载有醋酸的琼脂球，再放入纤维素溶液3min凝固制得第一层纤维素凝胶，把带有第一层纤维素凝胶的琼脂球浸泡于同一醋酸溶液中置换后，再次浸泡于同一纤维素溶液中制得第二层纤维素凝胶，重复凝固过程而层层组装。所得多层纤维素凝胶材料层厚为70±5μm。
实施例5
将6‑8wt%NaOH、10‑14wt%尿素和水组成溶剂体系冷冻到‑13℃,溶解纤维素得到3wt%纤维素溶液,把4.3mm琼脂棒浸泡在质量分数为10%醋酸溶液中进行溶剂置换3min，制得载有醋酸的琼脂棒，再放入纤维素溶液3min凝固制得第一层纤维素凝胶，把带有第一层纤维素凝胶的琼脂棒浸泡于同一醋酸溶液中置换后，再次浸泡于同一纤维素溶液中制得第二层纤维素凝胶，重复凝固过程而层层组装。制得多层棒状水凝胶后，用蒸馏水透析掉凝胶中碱和盐后，高压灭菌，置于24孔板中培养小鼠成纤细胞两天后，用戊二醛固定细胞并用磷酸缓冲溶液冲洗干净后冷冻干燥，通过扫描电镜观察细胞生长状况，细胞可以在多层表面及壁上很好的粘附，增殖与铺展。