[发明专利]聚乙烯醇水凝胶及其制备方法

说明书

本发明涉及一种适合用作废水处理的微生物载体、生物反应器和类似物质的水凝胶，并且还涉及其制备方法。

将聚合物凝胶作为生物催化剂、保水剂、冷却剂的载体，例如眼睛、皮肤和关节的生物凝胶替代物，控制药物释放的原料和调节器的基料，在这些方面的研究已很活跃。

已知的聚合物水凝胶包括琼脂、藻朊酸盐、角叉菜胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇(在下文称作“PVA”)和光固化树脂(photo-curing resins)。其中，PVA基凝胶具有高度的机械强度和优秀的亲水性(含水能力、微生物的可生存性等等)，对此已经进行了积极地研究，特别是在作为微生物载体方面已引起了注意。

用作微生物和生物反应器的载体的水凝胶必须具有高的微生物和水的保持能力和高的截留微生物和其它细物质能力。而且从不同角度对这些能力的提高已经进行了研究。

例如日本公开专利No.41516/1995公开了一种PVA凝胶，它的制备方法是：通过将含PVA和藻朊酸钠的水溶液和氯化钙水溶液或类似物质接触，以固化至少存在于PVA溶液表面的藻肮酸钠，使该混合物定形然后通过反复的冷冻和解冻或通过与针对PVA的凝结液的接触，对该定形物质凝胶化。但是通过与针对PVA的凝结液接触而获得的凝胶具有低的截留微生物的能力(见图4)，这是因为它具有光滑的表面。通过反复冷冻和解冻得到的凝胶，具有凹凸的表面，但仍不能渗透进该凝胶的内部，而且在靠近表面的位置有一个致密层，这样使得微生物不能进入内部，只能生活在该凝胶的表面(见图5)。

日本公开专利No.17904/1988公开了一种大颗粒多孔PVA，它的制备方法是：通过将PVA和一对天然凝胶催化剂例如氯化钠的混合水溶液分散进一种有机溶剂例如甲苯，以形成球形颗粒，并且接着让它们自身进行胶凝而制得的。通过这种方法，PVA从上述混合水溶液中沉淀，并且产生析相作用，这样使得沉淀物具有不均匀的结构，从而得到了大的多孔的PVA颗粒。但是这种方法只能生产出具有光滑表面的凝胶，类似于通过与PVA凝结液接触而制得的那种。(图4)。

日本公开专利No.276488/1988公开了一种方法，它包括将碳酸氢钠或类似物质加入PVA水溶液中以产生细小泡沫，并且接着将该混合物进行冷冻和解冻处理，以便产生凝胶。这样制得的凝胶具有光滑的表面，因而具有低的截留微生物的能力。而且，该凝胶具有由泡泡形成的大孔(孔径：至少100μm)，这样使得容易侵入内部的微生物，不能保持很长时间。

日本公开专利No.251190/1995公开了一种具有将短纤维象髭须植于表面上的结构。该凝胶是通过将PVA和藻朊酸钠混合溶液滴加入具有分散短纤维的氯化钙水溶液中而制得的。但是通过这样的方法附着短纤维导致凝胶性质降低。而且髭须状纤维的存在倾向于使凝胶颗粒互相缠绕，这样使得上述颗粒容易被损害。另外，在该表面上没有形成具有多股纤维的网状结构，导致截留微生物能力难以充分提高。

因此，本发明的目的是提供一种具有优秀性能包括截留微生物能力和微生物可生存性的PVA凝胶。

本发明的另一个目的是提供一种制造这种PVA凝胶的有效方法。

本发明提供：

1)具有包括通过直径0.1至50μm的纤维状物质的缠绕而形成的网状结构的表面层的聚乙烯醇水凝胶；

2)根据(1)的聚乙烯醇水凝胶，进一步具有直径是1至10mm的球形；

3)根据(1)或(2)的聚乙烯醇水凝胶，进一步被缩醛化；

4)包括根据(1)至(3)任意一个的聚乙烯醇水凝胶的生物反应器；

5)使用根据(1)至(3)任意一个的聚乙烯醇水凝胶的净化设备；

6)一种成形的聚乙烯醇物质，它是通过排除根据(1)至(3)任意一个的聚乙烯醇水凝胶中所含的至少部分水分而获得的；

7)一种凝胶具有对具有包括网状结构的表面层的聚乙烯醇水凝胶进行碱处理而成形的特点，所述的网状结构是通过具有直径是0.1至50μm的纤维状物质缠绕而形成的；

8)一种制造聚乙烯醇水凝胶的方法，包括下述步骤：

向含有乙烯醇聚合物(聚合物A)和与阳离子接触胶凝的聚合物(聚合物B)的混合聚合物溶液中加入能使所述聚合物溶液产生析相作用的物质(物质C)，以制备出析相液体，

将所述析相液体与含阳离子液体接触，以固化至少存在于所述析相液体表面的聚合物B；且将制得的固体与具有对所述聚合物A有凝结作用的凝结液体接触，以产生胶凝作用；

9)一种制造聚乙烯醇水凝胶的方法，包括下述步骤