[发明专利]一种基于竹木半纤维素/γ‑聚谷氨酸的复合膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料及组织工程领域，具体涉及一种基于竹木半纤维素/γ-聚谷氨酸的复合膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着科学技术的发展，合成高分子材料在助力经济发展的同时，也带来了严峻的环境污染、食品安全和能源危机等问题。为应对上述问题，研究者逐渐表现出对生物可降解可再生利用的天然高分子复合材料产生较浓厚的研究兴趣。纤维素、甲壳素、明胶等天然高分子广泛分布于绿色植物、虾蟹壳以及动物蛋白等天然生物质中，具有来源广泛、可再生、可降解、环境污染小等优点。开发利用天然高分子材料已成为目前极具市场前景的研究领域。

半纤维素是一类介于纤维素和木质素之间的一类杂聚多糖，具有非结晶态、低分子量、多分枝性的性质，在医药和化工产品领域有广泛的应用潜力。从分子结构上看，半纤维素由不同的结构单元组成，包括戊糖如木糖、阿拉伯，己糖如甘露醇、葡萄糖、半乳糖和糖醛酸如葡萄糖醛酸。不同来源植物半纤维素的含量和成分不尽相同。玉米芯半纤维素、竹木半纤维素、豆渣半纤维素和绿茶渣纤维素等研究已较深入。竹纤维就是从自然生长的竹子中提取出的一种纤维素纤维，是继棉、麻、毛、丝之后的第五大天然纤维。竹纤维具有良好的透气性、瞬间吸水性、较强的耐磨性和良好的染色性等特性，同时又具有天然抗菌、抑菌、除螨、防臭和抗紫外线功能，竹纤维是一种真正意义上的天然环保型绿色纤维。竹木半纤维素是从竹子中分离提取的半纤维素，其结构单元中以木糖和阿拉伯糖为主。发明人尝试以竹木半纤维素为原材料，预实验制备得到的竹木半纤维素膜材料质硬而脆且在水环境中稳定性差，难以满足组织工程应用的需要。

γ-聚谷氨酸由D-谷氨酸和L-谷氨酸脱水缩合而成，是一种分子链上含有大量羧基和酰胺键的阴离子聚合物。γ-聚谷氨酸具有优良的生物相容性、吸水性、柔韧性、延展性、粘着性和成膜性。但是单独以γ-聚谷氨酸制得的膜材料强度及在水环境中的稳定性也不能满足组织工程应用的需要。

发明内容

本发明提供一种基于竹木半纤维素/γ-聚谷氨酸的复合膜及其制备方法和应用,旨在提供一种新的组织工程材料，其具有耐水性及柔韧性好、毒性低、可生物降解及环境污染小等优点。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于竹木半纤维素/γ-聚谷氨酸的复合膜的制备方法，其包括如下步骤：将3～4wt％的竹木半纤维素水溶液和3～6wt％的γ-聚谷氨酸水溶液按照1：1～1：9的质量比混合得混合溶液，然后向所述混合溶液中加入其竹木半纤维素和γ-聚谷氨酸总质量20～50％的化学交联剂进行交联反应，充分反应后离心脱气泡，将脱气泡后的溶液倒入平板中，自然晾干后揭膜，用水冲洗后再次自然晾干，即得所述基于竹木半纤维素/γ-聚谷氨酸的复合膜。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以有如下进一步的具体选择。

具体的，所述化学交联剂为环氧氯丙烷、乙二醇二缩水甘油醚和2.5wt％戊二醛水溶液中的任一种或多种的混合。

具体的，所述竹木半纤维素由毛竹竹竿中分离提取得到。具体的提取方法可以为分级抽提法或中性有机溶剂提取法等。竹木半纤维素水溶液配制时，将适量的竹木半纤维素溶于去离子水中，中速搅拌8h，然后经200目滤器过滤，溶液的质量分数为3-4％。

具体的，所述γ-聚谷氨酸的分子量为6.0×10⁵～1.6×10⁶Da。

具体的，交联反应的反应条件为:室温300-600rpm(中速)搅拌反应15-30min。

具体的，离心条件为：1500-3000rpm离心5-15min。

本发明还提供了一种基于竹木半纤维素/γ-聚谷氨酸的复合膜，其通过上述方法制备得到。

本发明提供的上述基于竹木半纤维素/γ-聚谷氨酸的复合膜具有耐水性好、柔韧性好、低毒性和生物相容性好等特点，可用作组织工作材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)作为原料的竹木半纤维素和γ-聚谷氨酸均为天然高分子物质，价廉易得，同时具有低毒、生物相容性好、易降解等特点；

(2)将竹木半纤维素和γ-聚谷氨酸用化学交联剂复合得到的复合膜克服了单独的竹木半纤维素膜和单独的γ-聚谷氨酸膜在耐水性及柔韧性方面的不足，得到的复合膜耐水性及柔韧性较好，能够在水性环境下应用并可进行弯折处理，在耐水性环境及机械强度方面可满足组织工程应用的需要；