[发明专利]层状矿化的纳米几丁质复合水凝胶、制备方法及复合材料

说明书

本发明公开了一种层状矿化的纳米几丁质复合水凝胶、制备方法及复合材料，步骤为：(1)将几丁质原料进行前处理，得到纳米几丁质分散液；(2)将可溶性钙盐和可溶性磷酸盐溶于纳米几丁质分散液，得到复合纳米几丁质分散液；或将钙盐和磷酸盐溶于酸性水溶液得到矿化母液，再将其与纳米几丁质分散液混合，得到复合纳米几丁质分散液；(3)将复合纳米几丁质分散液经碱性凝固浴梯度凝胶化处理，得到层状矿化的纳米几丁质复合水凝胶。制备方法简单，无需复杂的化学交联，在纳米几丁质水凝胶中原位生成具有均一层状排布的羟基磷灰石，水凝胶有良好的机械性能和可调控的规整层级结构；经简单脱水就可得到不同形态、良好力学性能、层状结构的复合材料。

技术领域

本发明涉及纳米几丁质复合水凝胶及其制备方法和纳米几丁质复合材料，尤其涉及一种层状矿化的纳米几丁质复合水凝胶、制备方法及复合材料。

背景技术

几丁质主要来源虾蟹外壳、昆虫外骨骼等，是一种高度有序的具有多级结构的材料，可以为生物组织提供优异的强度和韧性。在虾和蟹的外壳中，几丁质作为层状模板，矿物质作为填充物质，蛋白质作为粘合剂，由生物体自发组装成具有层级结构的外壳，其多级层状结构的高强度外壳能保护它们免受大多数捕食者的危害，正是由于这种高低有序的结构，才使多糖、蛋白和矿物质能组成这种高强度的材料。目前几丁质在吸附、固定化、隔热、降噪、过滤、生物支架、骨骼修复、定向材料领域具有良好的应用前景。

然而人工合成这种具有高度有序的复合材料仍然存在很大难度，目前，对于这种复合材料的合成技术已有了一些研究：有研究以多糖膜作为模板，在多层膜中矿化矿物质，通过热压法制备具有层级结构的高强度板材，但该法制备过程耗时长且制备的材料脆性大；还有研究将多糖与矿物质的复合薄膜直接热压制备多层材料，该法制备的材料改善了原有脆性大的缺点。然而这些材料都是通过模板法制备的，与自然界中原位合成有本质的区别，在螃蟹合成蟹壳的过程中，首先合成的是柔软的几丁质与蛋白质的复合模板，然后再捕捉环境中的钙质，钙盐在几丁质模板中原位沉积形成坚硬的外壳。

现有技术对于高度有序的多级层状结构复合材料的制备存在耗时长、操作繁琐、且制备的材料性能无法满足使用要求。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明的第一目的是提供一种原位合成层状矿化的纳米几丁质复合水凝胶的方法，该方法简单，可操作性强，不涉及复杂的化学交联过程。

本发明的另一个目的在于提供一种采用上述方法制得的层状矿化的纳米几丁质复合水凝胶，该水凝胶具有可调控的规整层级结构。

本发明的又一个目的在于提供具有不同形态的层状结构的纳米几丁质复合材料，该复合材料具有良好的力学性能。

技术方案：本发明所述的层状矿化的纳米几丁质复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将几丁质原料进行前处理，得到纳米几丁质分散液；

(2)将可溶性钙盐和可溶性磷酸盐溶于纳米几丁质分散液，得到复合纳米几丁质分散液；或将可溶性钙盐和可溶性磷酸盐先溶于酸性水溶液中，制备矿化母液，再与几丁质分散液进行复合，制备复合纳米几丁质分散液，其中酸性水溶液是指本领域常用的酸，如盐酸、醋酸、柠檬酸等酸性水溶液；

(3)将复合纳米几丁质分散液经碱性凝固浴梯度凝胶化处理，得到层状矿化的纳米几丁质复合水凝胶。

其中，步骤(1)中，纳米几丁质分散液的制备包括：将几丁质原料与酸性物质混合，得到的酸性分散体系经机械处理制备得到纳米几丁质分散液；或者，

将经过预处理后的几丁质原料与酸性物质混合，得到的酸性分散体系经机械处理制备得到纳米几丁质分散液。