本發明涉及一種新型分離介質的制備方法，具體涉及一種新型凝膠型新型分離介質的制備方法。

背景技術：

水凝膠是一種富含水分的具有三維網狀結構的高分子聚合物，一般應用于組織工程及藥物緩釋等領域。雖然水凝膠常具有可控性多孔的特性，常被希望用于物質的分離。然而，由于常規的水凝膠低的機械強度大大限制了它們在物質分離中的應用，如何制備出具有良好機械特性的多孔水凝膠的分離介質一直是一個富有意義的挑戰性難題。

本發明旨在制備一種新型超多孔水凝膠。該新型的水凝膠可克服常規多孔水凝膠的缺陷，其孔道結構穩定，溶脹速率高，且具有良好的機械性能，可作為分離純化介質應用于物質的分離與凈化方面。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種具有良好分離功能的超多孔水凝膠分離介質的制備方法，該方法制備簡單易操作，保證了水凝膠具有孔道結構穩定、良好的孔隙率和良好的機械性能，不僅可以利用其孔道尺寸實現過濾分離，還具有選擇性分離功能（如染料吸附和油水分離）。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種新型分離介質的制備方法：將大分子蛋白溶于超純水中，向其中加入復合交聯劑和無機鹽水溶液，并調節溶液ph值為2-5.5，隨后將混合液置于水浴中進行交聯反應即可得含鹽水凝膠，再經高壓蒸汽處理和超純水浸洗除去鹽分和交聯劑單體殘留后，進行干燥即得一種新型多孔凝膠分離介質；

所述復合交聯劑為β-二亞胺鋅配合物和1,2,7,8-二環氧辛烷，其質量比為3:1-1:3。

所述大分子蛋白選自類人膠原蛋白（lhc）、人血清白蛋白（hsa）、牛血清白蛋白（bsa）、乳清蛋白（wp）水溶性蛋白質中的一種或多種，大分子蛋白溶于超純水后最終濃度為50-400mg/ml。

所述無機鹽選自氯化鈉、磷酸鈉、磷酸氫鈉、硫酸銨、硝酸銨、硝酸鉀、硫酸鉀、氯化鉀，無機鹽水溶液的濃度為10-350mg/ml，其加入體積與大分子蛋白溶液體積比為1:2-1:20。

所述交聯劑β-二亞胺鋅配合物溶液和1,2,7,8-二環氧辛烷溶液的質量百分比濃度均為0.1-5.0%，優選0.5-2.0%，體積均為蛋白溶液體積的1-20%，優選5-10%。

上述反應液酸堿度用鹽酸和氫氧化鈉溶液調控其ph值為2-5.5；交聯反應的溫度可為40-80℃，保持時間0.5-5h，優選1-3h。

上述高壓蒸汽處理溫度為110-121℃，處理時間5-30min，優選處理時間10-20min。

上述樣品洗滌采用超純水浸泡洗滌法，洗滌2-5天以除去鹽分和未參與交聯反應的交聯劑。

上述干燥方式選取真空冷凍干燥法或超臨界二氧化碳干燥法。

上述交聯劑β-二亞胺鋅配合物依據文獻（catalyticreactionsinvolvingc1feedstocks:newhigh-activityzn(ii)-basedcatalystsforthealternatingcopolymerizationofcarbondioxideandepoxides,j.am.chem.soc.1998,120,11018-11019.）的方法合成獲得，其分子式如圖1所示。

上述在水浴中交聯反應的反應液酸堿度可用鹽酸和氫氧化鈉溶液調控，其ph值為2-5.5。

上述反應中反應溫度優選40-80℃，保持時間優選1-3h。

上述高壓蒸汽處理溫度為110-121℃，保持時間5-30min，優選保持時間10-20min。

上述樣品洗滌采用超純水浸泡洗滌法，每6h換水一次，洗滌2-5天以除去鹽分和未參與交聯反應的交聯劑。

上述干燥方式選取真空冷凍干燥法或超臨界二氧化碳干燥法。

本發明超多孔水凝膠的形成機理：蛋白質分子含有豐富的羧基和氨基，為分子間交聯提供了兩種好的功能基團。β-二亞胺鋅配合物分子內螯合鋅的空軌道可與蛋白分子中的氨基形成配位鍵，實現蛋白質分子的分子間交聯。β-二亞胺鋅配合物對環氧烷基具有不對稱開環催化功能，可加速1,2,7,8-二環氧辛烷的分子兩端環氧烷基開環并與蛋白分子中的羧基形成共價鍵，實現蛋白質分子的分子間交聯。故通過β-二亞胺鋅配合物對1,2,7,8-二環氧辛烷的開環催化，及兩種交聯劑對蛋白質的分子間不同基團間的雙交聯作用，有效實現和強化了水溶性蛋白分子間的交聯。無機鹽的加入，有效地破壞了水溶性蛋白質的分子外水化膜，促進了交聯劑與蛋白質分子之間的交聯反應，此外適量無機鹽還兼扮演了成孔劑作用，進一步優化了水凝膠的成孔效果。

本發明具有以下優點：相比于傳統水凝膠，本發明中多孔水凝膠所用原料大分子球蛋白具有良好的生物學相容性，在生物醫藥領域已經得到廣泛應用；采用的復合交聯劑交聯效果好，且殘留易于去除；本發明中的水凝膠經過高溫加熱處理（如110-121℃）后，凝膠不會同容器粘連，可從壁上完整脫落，且高溫處理還能進一步有利于未反應交聯劑的去除和增強凝膠的機械強度；該多孔水凝膠力學性能優異，較一般水凝膠偏硬，但抗壓縮彈性極好，最大壓縮應變和壓縮應力分別可達70%和5-6mpa；凝膠孔隙率高（一般介于75-90%），凝膠孔道結構穩定，理化性質穩定性好，不僅具有充當濾膜的功能，還具有油水分離和染料選擇性吸附功能。

附圖說明

圖1β-二亞胺鋅配合物的分子結構圖；

圖2為實施例1所制備的新型多孔水凝膠分離介質的sem圖；

圖3為商品化的0.22μm的濾器介質與本發明制備的過濾介質的sem圖及其分離油水乳化液（油酸或食用油）、結晶紫、中性紅和溴水的效果對比圖；

圖4為本發明制備的介質樣品對結晶紫的吸附能力與解吸附特性實驗圖。

具體實施方式

下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法；所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑得到。

實施例1多孔水凝膠分離介質的制備

步驟一：將bsa溶于10ml超純水中，得到濃度為100mg/ml的bsa溶液，加入濃度均為1%的交聯劑β-二亞胺鋅配合物和1,2,7,8-二環氧辛烷各1ml，再加入20mg/ml的nacl2ml，混合均勻，并用稀鹽酸調節溶液ph為2.6；

步驟二：將步驟一中的混合溶液分裝于模具中，在40℃環境下保持3h制得含鹽水凝膠；

步驟三：將步驟二中的水凝膠轉入高壓蒸汽滅菌鍋內于121℃保持20min后，用蒸餾水浸泡洗滌5天，每6h換一次洗滌水，除去鹽分和殘留交聯劑；

步驟四：將步驟三中的洗滌后的凝膠在-80℃預凍3h后進行真空冷凍干燥，即可獲得新型的多孔水凝膠分離介質。

圖2為實施例1所制備的新型水凝膠分離介質的sem圖，可見其微觀形貌為多孔結構，孔壁為球形顆粒相互粘連而成，孔徑一般在幾十納米到幾個微米不等，孔結構較為均勻且致密貫通，經檢測該水凝膠孔隙率約為85%。力學性能檢測可知其最大壓縮應變可達73%，對應壓縮應力約為5.2mpa，樣品彈性良好，被壓縮后可以恢復原狀。

實施例2多孔水凝膠分離介質的制備

步驟一：將hsa溶于10ml超純水中，得到濃度為150mg/ml的hsa溶液，加入濃度均為1%的交聯劑β-二亞胺鋅配合物和1,2,7,8-二環氧辛烷各1ml，再加入50mg/ml的kcl2ml，混合均勻，并用稀鹽酸調節溶液ph為3.5；

步驟二：將步驟一中的混合溶液分裝于模具中，在50℃環境下保持2h制得含鹽水凝膠；

步驟三：將步驟二中的水凝膠轉入高壓蒸汽滅菌鍋內于115℃保持30min后，用蒸餾水浸泡洗滌5天，每6h換一次洗滌水，除去鹽分和殘留交聯劑；

步驟四：將步驟三中的洗滌后的凝膠在-80℃預凍3h后進行真空冷凍干燥，即可獲得新型的多孔水凝膠分離介質。

該實施例中所得的多孔水溶膠與實施例1中所得多孔水溶膠理化性能相似。

實施例3多孔水凝膠分離介質的制備

步驟一：將lhc溶于10ml超純水中，得到濃度為100mg/ml的lhc溶液，加入濃度均為2%的交聯劑β-二亞胺鋅配合物和1,2,7,8-二環氧辛烷各1ml，再加入100mg/ml的nano3溶液2ml，混合均勻，并用稀鹽酸調節溶液ph為5；

步驟二：將步驟一中的混合溶液分裝于模具中，在60℃環境下保持2h制得含鹽水凝膠；

步驟三：將步驟二中的初品凝膠轉入高壓蒸汽滅菌鍋內于121℃保持15min后，用蒸餾水浸泡洗滌5天，每6h換一次洗滌水，除去鹽分和殘留交聯劑；

步驟四：將步驟三中的洗滌后的凝膠經超臨界二氧化碳法干燥，即可獲得新型的多孔水凝膠分離介質。

該實施例中所得的多孔水溶膠與實施例1中所得多孔水溶膠理化性能相似。

實施例4多孔水凝膠分離介質的分離實驗

步驟一：制備合適大小的多孔水凝膠分離介質薄膜與一次性注射器組成小型分離器，分別進行油水乳化液（油酸或食用油）、結晶紫、中性紅和溴水的分離試驗，并與市售0.22μm的濾器分離效果進行比對。

步驟二：將直徑為10mm厚約為3mm的實施例1中制備的凝膠樣品浸泡在濃度為1%的結晶紫溶液中約48h后，再浸泡于乙醇溶液中，利用結晶紫的吸附及乙醇浸泡解吸附實驗，驗證制備的多孔水凝膠分離介質的吸附分離及解吸附性能。

圖3為商品化的0.22μm的濾器填料與本發明實施例1中制備的分離介質的掃描電鏡圖。其中，a為0.22μm濾器內部形貌sem圖，b～e分別為0.22μm濾器過濾油水乳化液（油酸或食用油）、結晶紫、中性紅和溴水的操作及濾過液圖；f為實施例1制備樣品的內部結構sem圖，g～j分別為本發明制備的樣品過濾油水乳化液、結晶紫、中性紅和溴水的操作及濾過液圖。從圖3知，本發明制備的多孔水凝膠分離介質與市場上購買的0.22μm濾器內部結構極為相似，從尺寸截留能力上看也大致相當，但兩者在選擇性分離方面有極大的差異。從染料過濾和油水乳液分離實驗可知，0.22μm濾器不管對油水乳液，還是對結晶紫、中性紅和溴水等都沒有分離能力，而本發明制備的多孔凝膠不僅可以實現油水分離，還對結晶紫、中性紅和溴水等有顏色的物質都有很好的分離效果，這說明本發明制備的水凝膠不再局限于簡單的濾膜功能，還可以作為特異性分離介質。

圖4展示的水凝膠對結晶紫的吸附能力。從圖中可以看出，溶液中的結晶紫會被吸附到凝膠樣品上。將吸附結晶紫的樣品浸泡在無水乙醇中便可以洗掉其吸附的染料。這表明本發明制備的水凝膠不但具有染料分離能力，而且經過乙醇浸泡后還可以被復性而可被重復利用。

該實施例實驗表明所制備的多孔水凝膠分離介質具有優異的吸附分離性能和解吸附特性，是一種具有很大應用潛力的新型分離介質。

實施例5多孔水凝膠的不同交聯方式對比實驗

步驟一：重復實施例1實驗過程，僅將反應中的兩種交聯劑改為一種交聯劑β-二亞胺鋅配合物，獲得多孔水凝膠。該水凝膠質地柔軟，通過力學性質檢測發現其壓縮應力約520kpa，不再具備實施實例1中水凝膠所具備的良好的吸水溶脹性和可復原性能；

步驟二：重復實施例1實驗過程，僅將反應中的兩種交聯劑改為一種交聯劑1,2,7,8-二環氧辛烷，獲得多孔水凝膠。同樣，該水凝膠抗壓強度較小，其壓縮應力約為680kpa，其吸水溶脹性能和可復原性能大大減弱。

上述實驗表明，僅改變復合交聯劑為其中的任意一種，所得到的水凝膠不再具有原來的優異機械力學特性，說明實施實例1中的交聯劑協同交聯實驗方案具有好的創新性。