海藻酸單體及海藻酸鹽單體、海藻酸鹽凝膠及製造方法

2024-03-26 20:46:05

海藻酸單體及海藻酸鹽單體、海藻酸鹽凝膠及製造方法
【專利摘要】一種含金屬晶體的海藻酸單體結構，其包含第一海藻酸單體以及至少一個第一金屬晶體。第一海藻酸單體是由第一糖醛酸分子結合第二糖醛酸分子所構成，其中第一糖醛酸分子的分子結構中碳鏈上第二個碳(C2)形成第一羰基，第一糖醛酸分子的分子結構中碳鏈上第一個碳(C1)與第二糖醛酸分子的分子結構中碳鏈上第四個碳(C4)接合形成第一單體間糖苷基。第一金屬晶體形成於第一糖醛酸分子與第二糖醛酸分子間。
【專利說明】海藻酸單體及海藻酸鹽單體、海藻酸鹽凝膠及製造方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種海藻酸單體結構、海藻酸鹽單體結構及其製造方法，且特別是有 關一種含金屬晶體的海藻酸單體結構、含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構、及含金屬晶體的 海藻酸鹽凝膠結構及其製造方法。

【背景技術】
[0002] 海藻酸（alginate)為一種水溶性天然多糖高分子，其主要原料是由海洋中褐藻 類所萃取的海藻酸鈉。海藻酸的單體結構主要是由葡萄糖醛酸（α-L-guluronate，分子式 為C 6H806，代號為：G)與其立體異構物甘露糖醒酸（β-D-mannuronate，分子式為C 6H806，代 號為：M)兩種糖醒酸分子以M-M、G-G、或Μ - G的組合方式經由1，4糖苷鍵相連形成一種 無支鏈的線性嵌段共聚物，海藻酸的分子量範圍約在1萬到60萬。由於海藻酸為陰離子 型高分子，所以海藻酸很容易與帶正電荷的金屬離子產生交聯反應而形成非水溶性的海藻 酸鹽凝膠，其中特別是帶有二價正電荷的陽離子，例如鈣離子（Ca 2+)、鋇離子（Ba2+)、鋅離子 (Zn2+)等。海藻酸鹽凝膠具有熱不可逆性，並且可通過改變海藻酸鹽凝膠中G/Μ的含量比 值來調整其柔韌度與硬度。由於海藻酸鹽凝膠為天然多糖高分子，其經過滅菌或抗菌處理 後可廣泛地被應用於食品、紡織以及生醫等產業。
[0003] 在紡織以及生醫等產業中，應用海藻酸鹽凝膠所製成的海藻酸纖維具有良好的生 物兼容性以及螯合重金屬離子的能力，如海藻酸纖維中更添加各種營養或抗菌成分，則由 其所製成的功能性織物更可具有保養、美容或醫療等效能。舉例而言，銀離子具有很強的 抗菌力，含銀離子的海藻酸纖維所製成的醫療用敷料，對於傷口除具有良好的抗敏性、防護 性，更有助於傷口的復原。目前製造含銀離子的海藻酸纖維技術主要有：塗布含銀離子化 合物於海藻酸纖維上；或在製造海藻酸纖維的過程中添加含銀離子化合物等方法。然而， 上述各種方法均是通過銀離子隨機結合於海藻酸纖維表面結構中，且銀離子容易因氧化而 失去抗菌力。此外，上述方法須在海藻酸纖維中塗布高濃度的銀離子方能達到醫療敷料應 有的效果，但同時也會有較高生物毒性的副作用及無法使用於人體直接接觸的風險。近年 來由於納米科技的發展，結晶性納米銀的生物兼容性和抗菌效果均較銀離子適用於醫療用 途。因此，如何製造一種含低濃度銀晶體即具有高抗菌力、且可穩定釋放銀晶體及/或銀離 子的海藻酸高分子，即為發展本發明的主要目的的一。


【發明內容】

[0004] 本發明的目的在於，提供了一種含金屬晶體的海藻酸單體結構，其包含第一海藻 酸單體以及至少一個第一金屬晶體。第一海藻酸單體是由第一糖醛酸分子結合第二糖醛酸 分子所構成，其中第一糖醛酸分子的分子結構中碳鏈上第二個碳（C2)形成第一羰基，第一 糖醛酸分子的分子結構中碳鏈上第一個碳（C1)與第二糖醛酸分子的分子結構中碳鏈上第 四個碳（C4)接合形成第一單體間糖苷基。第一金屬晶體形成在第一糖醛酸分子與第二糖 醛酸分子間。
[0005] 本發明的再一目的在於，提供了一種含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構，其包含第 一型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構或第二型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構。其中，第 一型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構是由兩個上述含金屬晶體的海藻酸單體結構以及第 二金屬離子所形成。兩個含金屬晶體的海藻酸單體結構的兩個第一海藻酸單體以反序列 方式（anti-parallel)經由第二金屬離子相互接合形成第一型海藻酸鹽單體結構（如圖 2A?2C)。第二金屬離子分別接合於兩個個第一單體間糖苷基間且與鄰近未形成鍵結的羥 基、羰基和羧基結合。第一金屬晶體形成於上述第一海藻酸單體的二個糖醛酸間。第二型 含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構是由一個上述含金屬晶體的海藻酸單體結構的第一海藻 酸單體以反序列方式經由一個第二金屬離子與第二海藻酸高分子中一個第二海藻酸單體 接合形成第二型海藻酸鹽單體結構（如圖2D?2E)。上述每一第二海藻酸單體是位於未經 修飾的第二海藻酸高分子（其是由多個第二海藻酸單體聚合而成的長鏈高分子）中，其由 第三糖醛酸分子結合第四糖醛酸分子所構成，其中第三糖醛酸分子的分子結構中碳鏈上第 一個碳（C1)與第四糖醛酸分子的分子結構中碳鏈上第四個碳（C4)接合形成第二單體間糖 苷基。相鄰的兩個第二海藻酸單體間形成第二分子間糖苷基。第二金屬離子接合於第一單 體間糖苷基和第二單體間糖苷基間且與鄰近未形成鍵結的糖苷基、羥基、羰基和羧基結合。 第一金屬晶體形成於上述第一海藻酸單體的第一糖醛酸和第二糖醛酸間。
[0006] 本發明的另一目的在於，提供了一種含金屬晶體的海藻酸鹽凝膠結構，其包含多 個上述含金屬晶體之第一海藻酸單體結構與至少一個由多個第二海藻酸單體聚合而成的 第二海藻酸高分子，以及經由多個第二金屬離子交互接合而形成上述第一型含金屬晶體之 海藻酸鹽單體結構和第二型含金屬晶體之海藻酸鹽單體結構，上述含金屬晶體的海藻酸鹽 凝膠結構為：以至少一個上述第二海藻酸高分子為模板，經由上述多個第二金屬離子接合 多個含第一金屬晶體之第一海藻酸單體形成多個上述第二型含金屬晶體之海藻酸鹽單體 結構；任一上述第二型含金屬晶體之海藻酸鹽單體結構的上述第一金屬晶體上，再以上述 第一金屬晶體為軸心共聚合多個含第一型金屬晶體之海藻酸單體結構，再經由多個上述第 一金屬晶體和上述第二金屬離子反覆交聯於多個該多個第一型含金屬晶體的海藻酸鹽單 體結構以及該多個第二型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構，由於彼此間經交聯而形成網狀 海藻酸鹽凝膠結構，該多個第一金屬晶體穩定形成於上述海藻酸鹽凝膠結構中。
[0007] 本發明的又一目的在於，提供了一種含金屬晶體的海藻酸鹽凝膠結構的製造方法 包含下列步驟。首先，提供第一溶液，其包含至少第一海藻酸高分子，其中第一海藻酸高分 子中形成有多個上述第一海藻酸選單體。然後，選擇加入（1)含氫氧化物的鹼性水解-氧 化劑（hydrolyzing agent)或（2)含自動氧化劑（auto-oxidant)的弱酸性水解-氧化劑， 以水解和氧化第一海藻酸高分子，使形成多個第一海藻酸單體，其中有部份第一海藻酸單 體的第一糖醛酸的C2羥基經氧化修飾成第一羰基。接著加入多個第一金屬離子於第一溶 液中，再加入還原劑還原第一金屬離子，而於上述的第一海藻酸高分子中的上述第一海藻 酸單體結構中形成多個第一金屬晶體。接著，將至少一個第二海藻酸高分子以及多個第二 金屬離子加入第一溶液中，使形成有含第一金屬晶體的第一海藻酸單體、第二海藻酸高分 子以及第二金屬離子反應形成海藻酸鹽凝膠，海藻酸鹽凝膠包含多個上述含金屬晶體的海 藻酸鹽單體結構。
[0008] 在本發明較佳的實施例中，上述第二糖醛酸分子內含第一羧基，上述第一金屬晶 體位於上述第一羰基與上述第一羧基間。
[0009] 在本發明較佳的實施例中，上述第二糖醛酸分子形成第二羰基，上述第一金屬晶 體位於上述第一羰基與上述第二羰基間。
[0010] 在本發明較佳的實施例中，上述第一糖醛酸分子、上述第二糖醛酸分子、上述第三 糖醛酸分子以及上述第四糖醛酸分子分別選自葡萄糖醛酸或甘露糖醛酸。
[0011] 在本發明較佳的實施例中，上述第一金屬晶體是選自鐵（Fe)、鋅（Zn)、銅（Cu)、銀 (Ag)或金（Au)。
[0012] 在本發明較佳的實施例中，上述第一金屬晶體的尺寸為20納米以上。
[0013] 在本發明較佳的實施例中，水解-氧化上述第一海藻酸高分子使形成有多個上述 第一海藻酸單體水溶液的步驟包含：水解上述第一海藻酸高分子使形成多個海藻酸單體， 任一海藻酸單體具有至少一個羥基；以及氧化部份多個羥基形成第一羰基，而使多個海藻 酸單體形成上述多個第一海藻酸單體。
[0014] 在本發明較佳的實施例中，選擇以氫氧化鈉或氫氧化鉀作為鹼性水解-氧化劑； 或以弱酸混合自動氧化劑作為弱酸性水解-氧化劑。
[0015] 在本發明較佳的實施例中，上述自動氧化劑為過氧化氫（hydrogen peroxide)、抗 壞血酸（ascorbate)、亞硫酸鹽（sulphites)或多酚類（polyphenols)。
[0016] 在本發明較佳的實施例中，該多個第一金屬離子是選自鐵離子、鋅離子、銅離子、 銀離子或金離子。
[0017] 在本發明較佳的實施例中，該多個第二金屬離子是選自鈣離子、銅離子、鍶離子、 鋇離子或鋅離子。
[0018] 在本發明較佳的實施例中，形成多個第一金屬晶體的步驟包含：使部分的多個第 一金屬離子結合於該第一羰基上；還原結合於第一羰基上的多個第一金屬離子以及未鍵結 於第一羰基上的多個第一金屬離子，而形成結合於第一羰基上的多個第一金屬原子晶種以 及多個第一金屬原子；以及使多個第一金屬原子在多個第一金屬原子晶種上共聚形成多個 第一金屬晶體。
[0019] 在本發明較佳的實施例中，還原結合於第一羰基上的多個第一金屬離子以 及還原未鍵結於第一羰基上的多個第一金屬離子包含：以硼氫化鈉（NaBH4 ;S〇dium borohydride)、抗壞血酸（Ascorbate)、澱粉（Starch)、羧甲基纖維素（CMC)、葡萄糖 (Glucose)或朽 1檬酸（Citrate)做為還原劑。
[0020] 本發明的有益效果是，本發明因修飾海藻酸單體的分子結構形成羰基，故可使金 屬晶體穩定地形成於海藻酸單體以及海藻酸鹽單體的中，而形成含金屬晶體的海藻酸單體 結構以及含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構。依據本發明提供的方法所製造含金屬晶體的海 藻酸鹽凝膠，其可長時間穩定地釋出金屬晶體及/或金屬離子，所以能廣泛地應用於食品、 紡織以及生醫等產業。
[0021] 上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段， 而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述含金屬晶體的海藻酸單體結 構、含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構、及含金屬晶體的海藻酸鹽凝膠結構與其製造方法和 其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1繪示為本發明的含金屬晶體的海藻酸單體結構的主要分子結構。
[0023] 圖1A?1C繪示為含金屬晶體的海藻酸單體結構的三種不同的分子結構。
[0024] 圖2繪示為本發明的含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構的主要分子結構。
[0025] 圖2A?2C繪示為本發明的第一型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構的三種不同的 分子結構。
[0026] 圖2D?2E繪示為本發明的第二型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構的二種不同的 分子結構。
[0027] 圖3繪示為本發明的含金屬晶體的海藻酸鹽凝膠結構的主要分子結構。

【具體實施方式】
[0028] 為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合 附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的含金屬晶體的海藻酸單體結構、含金屬晶體的海 藻酸鹽單體結構、及含金屬晶體的海藻酸鹽凝膠結構及製造方法的【具體實施方式】、結構、特 徵及其功效，詳細說明如下：
[0029] 有關本發明的前述及其它技術內容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實 施例的詳細說明中將可清楚呈現。通過【具體實施方式】的說明，當可對本發明為達成預定目 的所採取的技術手段及功效得以更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說 明的用，並非用來對本發明加以限制。
[0030] 首先，圖1繪示為本發明的含金屬晶體的海藻酸單體結構的主要分子結構。本發 明的含金屬晶體的海藻酸單體結構100包含第一海藻酸單體10以及第一金屬晶體14。第 一海藻酸單體10是由第一糖醛酸分子11結合第二糖醛酸分子12所構成。為了便於說明， 圖1中僅標示第一糖醛酸分子11以及第二糖醛酸分子12的分子結構中碳鏈上第一個碳至 第四個碳（標記為C1?C4)，其中第一糖醛酸分子11的C2形成第一羰基112,第一糖醛酸 分子11中的C1與第二糖醛酸分子12中的C4接合形成第一單體間糖苷基13。至少一個 第一金屬晶體14形成於第一糖醛酸分子11以及第二糖醛酸分子12間（圖中箭頭實線所 示）。
[0031] 進一步來說，第一糖醛酸分子11以及第二糖醛酸分子12可分別選自葡萄糖醛酸 (a -L-guluronate)或甘露糖醒酸（β -D-mannuronate)。第一海藻酸單體10可由第一糖 醛酸分子11與第二糖醛酸分子12以G-G、G-M或M-M的結合方式來形成。圖1A?1C分別 繪示了含金屬晶體的海藻酸單體結構100的三種不同的分子結構。值得說明的是，以下圖 1A?1C中，第一糖醛酸分子11以及第二糖醛酸分子12的碳鏈上第六個碳（C6)所形成的 羧基，羧基上兩個氧原子間的虛線符號表示自由價電子在兩個氧原子間的共振態。
[0032] 請參見圖1A，第一糖醛酸分子11以及第二糖醛酸分子12均為葡萄糖醛酸，即第 一海藻酸單體10為G-G組合的分子結構。第一糖醛酸分子11的C2形成第一羰基（C2 = 0) 112,第二糖醛酸分子12碳鏈上第六個碳（標記為C6)存在第一羧基126。在圖1A所示 的結構中，第一金屬晶體14位於第一羰基112以及第一羧基126間（圖中箭頭實線所示）。
[0033] 再請參見圖1B，第一糖醛酸分子11為葡萄糖醛酸；第二糖醛酸分子12為甘露糖 醛酸，即第一海藻酸單體10為G-Μ組合的分子結構。第二糖醛酸分子12的C6存在第一羧 基126,第一金屬晶體14位於第一羰基112與第一羧基126間（圖中箭頭實線所示）。 [0034] 再請參見圖1C，第一糖醛酸分子11以及第二糖醛酸分子12為甘露糖醛酸，即第一 海藻酸單體10為M-Μ組合的分子結構。在圖1C所示的結構中，第一金屬晶體14位於第一 羰基112以及第一羧基126間（圖中箭頭實線所示）。
[0035] 本發明的含金屬晶體的海藻酸單體結構100,可以如下述方法來形成。首先，提供 第一溶液，其包含至少一個第一海藻酸高分子。第一海藻酸高分子可選用萃取天然褐藻中 海藻酸鈉 （sodium alginate)成份製備而得的市售品。第一海藻酸高分子是由多個海藻酸 單體經由多個第一分子間糖苷基聚合而成，每一海藻酸單體可以是G-G、G-Μ或M-M混合的 結合方式。在本實施例，第一溶液中第一海藻酸高分子的含量約在2?12% (w/v)，第一海 藻酸高分子中所含的Μ/G比例範圍約在17?56%。值得注意的是，在此步驟時，海藻酸單 體的分子結構中，第一糖醛酸分子以及第二糖醛酸分子，即葡萄糖醛酸（G)或甘露糖醛酸 (M)，的C2以及C3均為羥基（C - 0H)。
[0036] 接著，水解和氧化第一海藻酸高分子，使第一海藻酸高分子中海藻酸單體因水解 形成多個如圖1A?1C中所繪示的第一海藻酸單體10,其中海藻酸單體中原有的羥基至少 在第一糖醛酸分子11(G或M)的C2因氧化而形成第一羰基112。經水解形成海藻酸單體和 氧化其中的羥基形成第一海藻酸單體10的第一羰基112的步驟可選擇 ：
[0037] 以相對於第一海藻酸高分子15?25 %重量比的氫氧化鈉或氫氧化鉀做為鹼性水 解-氧化劑（hydrolyzing agent);或
[0038] 以弱酸混和相對於第一海藻酸高分子0.1?3%重量比的自動氧化劑 (auto-oxidant),自動氧化劑可選擇自過氧化氫（hydrogen peroxide)、抗壞血酸 (ascorbate)、亞硫酸鹽（sulphites)或多酚類（polyphenols)以做為弱酸性水解-氧化 齊[J，並可選擇性地同時加入0. 1?ImM的第一金屬粒子（metallic particles)溶液於第一 溶液中作為輔助劑，第一金屬粒子來源可選擇市售的金屬粒子或者由電化學還原的金屬粒 子；可與自動氧化劑形成共軛氧化還原劑。值得一提的是，第一金屬粒子與本發明所述的第 一金屬晶體均來源於多個第一金屬原子團聚（agglomeration)所形成，只是本發明的第一 金屬晶體已與多個經修飾的海藻酸單體形成穩定的結合結構，無法在此作為輔助劑使用。
[0039] 接著，在第一溶液中加入第一金屬離子，其較佳的是選自過渡金屬元素 XI族，如： 銅（Cu)、銀（Ag)或金（Au)。在第一溶液中加入第一金屬離子的濃度較佳為0. 1?3mM。加 入第一金屬離子的方式可以使用前述過渡金屬的化合物溶液，過渡金屬的化合物溶於水中 會解離形成帶正電荷的第一金屬離子。由於第一羰基上的氧原子具有兩對未鍵結價電子， 而帶正電荷的第一金屬離子具有空的電子軌域，因此第一羰基可吸附第一溶液中帶正電荷 的第一金屬離子配位結合於第一羰基的氧原子上。在本實施例中，是選用弱酸混和過氧化 氫作為水解-氧化劑，同時選擇使用電化學還原的銀粒子作為氧化還原輔助劑，並選用硝 酸銀（silver nitrate,分子式為 AgN03)及/或碳酸銀（silver carbonate,分子式為Ag2C03) 做為第一金屬離子溶液。以弱酸調整第一溶液的pH值至4. 5?6. 5,在55?130°C的溫度 反應約0. 5?3小時水解第一海藻酸高分子使形成多個第一海藻酸單體並使其中部份第一 海藻酸單體的第一糖醛酸的羥基經氧化形成第一羰基112。在並存銀離子的條件下，第一溶 液中部分的銀離子可穩定地結合於第一羰基112上。在本實施例中的最終產物不限於上述 的第一海藻酸單體，尚可包含甘油酸（glycerate)或丙酮酸（pyruvate)生成，其來源是由 於部份甘露糖醛酸經水解和氧化所致，其水解程度視所加入的自動氧化劑比例而定。另外 一提，在此所加入的銀粒子最終會全數氧化為銀離子形態存在，其可作為後續形成第一金 屬晶體材料來源。
[0040] 接著，在適當的反應條件下，在第一溶液中加入還原劑使多個第一金屬離子在第 一羰基上形成第一金屬晶體。詳細來說，在還原劑及/或第一海藻酸單體中的羧基（G或 Μ的C6羧基）的穩定協同作用下，結合於第一羰基112上的第一金屬離子可被還原為鍵結 型第一金屬原子晶種；未結合於第一羰基上的第一金屬離子可被還原成游離的第一金屬原 子，此反應會伴隨著將第一海藻酸單體的糖醛酸中未經上述氧化反應的部份二級羥基（糖 醛酸中C2或C3中的一個）氧化成羰基，如部份的第一羰基112和第二羰基。（補充說明， 此述的第二羰基是第二糖醛酸的C3羥基經氧化形成的C3羰基，此C3羰基亦能協同穩定 第一金屬晶體於第一羰基112上，由於第二糖醛酸中形成C3羰基比例遠低於C2羰基，因 此於圖式中不加以描述。）游離的第一金屬原子會自然與結合於第一羰基112上的鍵結 型第一金屬原子晶種共聚（co-aggregation)結合形成第一金屬晶體且固定於第一海藻酸 單體中。在本實施例中，可選用的還原劑，如硼氫化鈉（NaBH 4 ;sodium borohydride)、抗壞 血酸（Ascorbic acid)、葡萄糖（Glucose)、澱粉（Starch)、羧甲基纖維素（CMC)或朽1檬酸 (Citrate)，在40?60°C的溫度下加入相對於第一溶液5?30 %的還原劑並持續反應約 1?4小時，使第一金屬離子在第一海藻酸單體10的第一羰基112上形成如圖1A?1C中 所繪示的含第一金屬晶體14的海藻酸單體結構100。由上述說明可知，依據本發明的方法， 在海藻酸高分子中所形成金屬晶體可穩定地結合在經設計修飾後的海藻酸單體結構中。
[0041] 以本發明的含金屬晶體的海藻酸單體結構，進而可形成具有含金屬晶體的海藻酸 鹽單體結構。為了便於說明本發明的含金屬晶體的海藻酸鹽單體的各種結構，圖2中僅繪 示出含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構200的主要分子結構。
[0042] 請參見圖2,本發明的含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構200,其包含兩個以反序列 結合的海藻酸單體（圖2中顯示一個第一海藻酸單體10和一個第二海藻酸單體20的結合； 然而，也可為兩個第一海藻酸單體10結合的型式）、至少一個第二金屬離子24以及至少一 個第一金屬晶體14。每一第二海藻酸單體20是由第三糖醛酸分子21結合第四糖醛酸分子 22所構成，其中第三糖醛酸分子21中的C1與第四糖醛酸分子22中的C4接合形成第二單 體間糖苷基23。相鄰的兩個第二海藻酸單體20間形成第二分子間糖苷基25。第三糖醛酸 分子21以及第四糖醛酸分子22可分別選自一個葡萄糖醛酸或一個甘露糖醛酸。每一第二 海藻酸單體20同樣可由第三糖醛酸分子21與第四糖醛酸分子22以G-G、G-Μ或M-M的結 合方式來形成。值得一提的是，第二海藻酸單體20的分子結構中，第三糖醛酸分子21以及 第四糖醛酸分子22 (即G或M)，的C2和C3均為羥基（C-0H)。圖2中僅繪示位於第二海藻 酸高分子（其是由多個第二海藻酸單體20聚合而成的長鏈高分子）中的一個第二海藻酸 單體20和一個含第一金屬晶體14的第一海藻酸單體10,以反序列方式（anti-parallel) 相互接合的海藻酸鹽單體200的分子結構示意圖（圖中僅標記糖醛酸分子中碳鏈上第一個 碳至第四個碳為C1?C4)、第二金屬離子24分別接合於第一單體間糖苷基13與第二單體 間糖苷基23間且與鄰近未形成鍵結的羥基、羰基和羧基結合。第一金屬晶體14形成在第 一海藻酸單體的第一羰基112 (圖中箭頭實線所示）。
[0043] 配合如圖1A?1C中不同的含金屬晶體的海藻酸單體結構所形成的含金屬晶體的 海藻酸鹽單體結構，圖2A?2C分別例示第一型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構200'的三 種不同的分子結構，圖2D?2E分別例示第二型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構200 "的二 種不同的分子結構，但本發明不以此為限。值得說明的是，以下圖式中第一海藻酸單體10 以及第二海藻酸單體20的碳鏈上第六個碳（C6)所形成的羧基，羧基上兩個氧原子間的虛 線符號表示自由價電子在兩個氧原子間共振態，而第一海藻酸單體10以及第二海藻酸單 體20中的C2羰基/羥基、C3羰基/羥基、C6羧基可與金屬離子形成穩定的錯合結構。
[0044] 請參見圖2A所示含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構200'，第一海藻酸單體10為 G-G組合的分子結構，其中第一糖醛酸分子11的C2形成第一羰基112,第一金屬晶體14位 於第一羰基112與第一羧基126間（圖中箭頭實線所不）。另一第一海藻酸單體10同樣為 G-G組合的分子結構，此兩個第一海藻酸單體10以反向序列方式經由第二金屬離子24分別 接合在兩個第一單體間糖苷基13間。
[0045] 再請參見圖2B所示含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構200'，第一海藻酸單體10為 G-Μ組合的分子結構，其中第一糖醛酸分子11的C2形成第一羰基112,第一金屬晶體14位 於第一羰基112與第一羧基126 (圖中箭頭實線所示）。另一第一海藻酸單體10為G-Μ組 合的分子結構，此兩個第一海藻酸單體10以反向序列方式經由第二金屬離子24分別接合 在兩個第一單體間糖苷基13間。
[0046] 再請參見圖2C所示含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構200'，第一海藻酸單體10為 M-M組合的分子結構，其中第一糖醛酸分子11的C2形成第一羰基112,第一金屬晶體14位 於羰基112與第一羧基126間（圖中箭頭實線所示）。另一第一海藻酸單體10為M-M組合 的分子結構，此兩個第一海藻酸單體10以反向序列方式經由第二金屬離子24分別接合於 兩個第一單體間糖苷基13間。在此型式中，由於結構立體障礙，使得第一金屬晶體形成不 穩定。
[0047] 請參見圖2D所示含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構200 "，其第一海藻酸單體10為 G-G組合的分子結構，其中第一糖醛酸分子11的C2形成第一羰基112,第一金屬晶體14位 於第一羰基112與第一羧基126間（圖中箭頭實線所示）。第二海藻酸單體20為G-G組合 的分子結構，其為未經修飾的海藻酸高分子內的海藻酸單體結構。兩個海藻酸單體10和20 以反向序列方式經由第二金屬離子24分別接合於第一單體間糖苷基13與第二單體間糖苷 基23上。
[0048] 再請參見圖2E所示含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構200"，其第一海藻酸單體10 為G-Μ組合的分子結構，其中第一糖醛酸分子11的C2形成第一羰基112,第一金屬晶體14 位於第一羰基112與第一羧基126間（圖中箭頭實線所示）。第二海藻酸單體20為G-Μ組 合的分子結構，其為未經修飾的海藻酸高分子內的海藻酸單體結構。兩個海藻酸單體10和 20以反向序列方式經由第二金屬離子24分別接合在第一單體間糖苷基13與第二單體間糖 苷基23上。
[0049] 接著請參見圖3所示的含金屬晶體的海藻酸鹽凝膠結構300,其至少包含一個第 二海藻酸高分子，其分子結構聚合多個第二海藻酸單體結構20,經由多個第二金屬離子24 以反序列方式接合多個第一海藻酸單體10以形成多個如上述的第二型含金屬晶體的海藻 酸鹽單體結構。任一第二型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構的第一金屬晶體14上，會以第 一金屬晶體14為軸心共聚合多個上述第一型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構，上述的第 一型和第二型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構經由交聯（cross-linkage)反應形成網狀 凝膠結構。
[0050] 本發明的含金屬晶體的海藻酸鹽凝膠製造方法，可在海藻酸鹽凝膠中形成如圖 2A?2E中所例示的第一型和第二型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構。首先，提供第一溶 液，其包含第一海藻酸高分子，第一海藻酸高分子可製造成多個具有如圖1A?1C中所示不 同的含金屬晶體的海藻酸單體結構100。在本實施例中，第一溶液中第一海藻酸高分子的含 量約2?10 %重量比。
[0051] 接著，將第二海藻酸高分子以及第二金屬離子加入第一溶液中。第二海藻酸高分 子可選用萃取天然褐藻中海藻酸鈉成份製備而得的市售品。第二海藻酸高分子是由多個第 二海藻酸單體聚合而成，其分子量可大於第一海藻酸高分子的分子量。每一個第二海藻酸 單體是由第三糖醛酸分子結合第四糖醛酸分子所構成，第三糖醛酸分子以及第四糖醛酸分 子分別選自葡萄糖醛酸（G)或甘露糖醛酸（M)。每一個第二海藻酸單體同樣可由第三糖醛 酸分子與第四糖醛酸分子以G-G、G-Μ或M-M的結合方式來形成。在本實施例中，加入第一 溶液中的第二海藻酸高分子的含量約3?15%重量比。接著，使第一溶液與第二海藻酸高 分子充分混合，並可選擇性地加入少許磷酸及/或氫氧化鈉溶液來調整第一溶液的pH值維 持約在4. 5?5. 5,用以穩定第一海藻酸單體中的第一金屬晶體。
[0052] 第二金屬離子較佳的是選自可與海藻酸單體配位形成錯合結構的多價金屬離子， 如丐離子（Ca 2+)、銅離子（Cu2+)、鍶離子（Sr2+)、鋇離子（Ba2+)或鋅離子（Zn 2+)。第二金屬離 子可以使用前述金屬的化合物溶液。由於海藻酸高分子溶於水中形成陰離子型高分子，帶 有多價正電荷的第二金屬離子可迅速與第一海藻酸單體以及第二海藻酸高分子中的糖苷 基或相鄰近且未與第一金屬離子作用的其他羰基、羥基和羧基配位鍵結，產生反應形成含 第一金屬晶體的海藻酸鹽凝膠，其中糖苷基包含第一單體間糖苷基與第二單體間糖苷基， 及/或第一分子糖苷基與第二分子間糖苷基。依據本發明的方法所製造的含金屬晶體的海 藻酸鹽凝膠，其包含多個如圖2A?2E中所例示的含第一金屬晶體14的海藻酸鹽單體結構 200'與200"。在本實施例中，第二金屬離子溶液是選用氯化鈣溶液，在第一溶液中加入第 二金屬離子的濃度較佳為20?45% (重量比）。形成的含銀晶體的海藻酸鈣凝膠可選擇 直接通過紡絲口射出、延伸製成含銀晶體的海藻酸鈣纖維；或可選擇乾燥製成含銀晶體的 海藻酸鈣凝膠粉末，以供其他方式的應用，如制膜。詳細的制絲或制膜方法，本發明不做限 制，在此不多贅述。
[0053] 綜上所述，依據本發明的方法在海藻酸鹽凝膠中所形成金屬晶體，除金屬晶體的 結晶尺寸可成長至20納米以上，甚至可達50?250納米，其更可在特定條件下逐漸釋出 金屬原子。具體來說，本發明中第一海藻酸單體的酸解離常數（pKa)值小於5,在pH值約 5. 5?6. 0的弱酸環境下（相當於人體表皮的酸鹼值），第一及/或第二海藻酸單體中的羧 基會質子化，而使第一金屬晶體逐漸釋出第一金屬原子。以運用本發明的方法所製成的含 銀晶體的海藻酸鈣敷料為例，其貼附於人體受創傷部位時，由於銀晶體穩定地形成在海藻 酸鈣結構中且其尺寸可達50?250納米，因此可長時間釋出銀晶體及/或銀離子，而藉由 海藻酸鈣的生物兼容性以及銀原子的抗菌性，其能真正達到抗敏、殺菌、保護、助愈等功效。
[0054] 以上對本發明所提供的含金屬晶體的海藻酸單體結構、含金屬晶體的海藻酸鹽單 體結構、及含金屬晶體的海藻酸鹽凝膠結構與其製造方法進行了詳細介紹，本文中應用了 具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本 發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體 實施方式及應用範圍上均會有改變的處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的 限制。
【權利要求】
1. 一種含金屬晶體的海藻酸單體結構，其特徵在於，其包含： 第一海藻酸單體，其是由第一糖醛酸分子結合第二糖醛酸分子所構成，其中該第一糖 醛酸分子的分子結構中碳鏈上第二個碳（C2)形成第一羰基，該第一糖醛酸分子的該分子 結構中該碳鏈上第一個碳（C1)與該第二糖醛酸分子的分子結構中碳鏈上第四個碳（C4)接 合形成第一單體間糖苷基；以及 至少一個第一金屬晶體，形成在該第一糖醛酸分子與該第二糖醛酸分子間。
2. 如權利要求1所述的含金屬晶體的海藻酸單體結構，其特徵在於，該第二糖醛酸分 子形成第一羧基，該第一金屬晶體位於該第一羰基與該第一羧基間。
3. 如權利要求1所述的含金屬晶體的海藻酸單體結構，其特徵在於，該第二糖醛酸分 子形成第二羰基，該第一金屬晶體位於該第一羰基與該第二羰基間。
4. 如權利要求1所述的含金屬晶體的海藻酸單體結構，其特徵在於，該第一糖醛酸分 子以及該第二糖醛酸分子分別選自一個葡萄糖醛酸或一個甘露糖醛酸。
5. 如權利要求1所述的含金屬晶體的海藻酸單體結構，其特徵在於，該第一金屬晶體 是選自鐵（Fe)、鋅（Zn)、銅（Cu)、銀（Ag)或金（Au)。
6. 如權利要求1所述的含金屬晶體的海藻酸單體結構，其特徵在於，該第一金屬晶體 的尺寸為20納米以上。
7. -種含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構，其特徵在於，其包含第一型含金屬晶體的海 藻酸鹽單體結構或第二型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構，其中： 該第一型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構包含：兩個如權利要求1所述的含金屬晶體 的海藻酸單體結構，該兩個第一海藻酸單體以反序列方式相互接合；至少一個第二金屬離 子，接合於該兩個第一單體間糖苷基間； 該第二型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構包含：一個如權利要求1所述的含金屬晶體 的海藻酸單體結構與一個第二海藻酸單體，該第一海藻酸單體與該第二海藻酸單體以反序 列方式相互接合，該第二海藻酸單體具有第三糖醛酸分子、第四糖醛酸分子與第二單體間 糖苷基；至少一個第二金屬離子接合於該第一單體間糖苷基與該第二單體間糖苷基間。
8. 如權利要求7所述的含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構，其特徵在於，該第一糖醛酸 分子、該第二糖醛酸分子、該第三糖醛酸分子以及該第四糖醛酸分子分別選自葡萄糖醛酸 或甘露糖醒酸。
9. 如權利要求7所述的含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構，其特徵在於，該第二金屬離 子是選自鈣離子（Ca2+)、銅離子（Cu 2+)、鍶離子（Sr2+)、鋇離子（Ba2+)或鋅離子（Zn2+)。
10. 如權利要求7所述的含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構，其特徵在於，該第一金屬晶 體是選自鐵（Fe)、鋅（Zn)、銅（Cu)、銀（Ag)或金（Au)。
11. 如權利要求7所述的含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構，其特徵在於，該第一金屬晶 體的尺寸為20納米以上。
12. -種含金屬晶體的海藻酸鹽凝膠結構，其特徵在於，其包含多個如權利要求1所述 的含金屬晶體的海藻酸單體結構、至少一個由多個第二海藻酸單體聚合而成的第二海藻酸 高分子，以及第一型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構和第二型含金屬晶體的海藻酸鹽單體 結構，該第一型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構包含：兩個如權利要求1所述的含金屬晶 體的海藻酸單體結構，該兩個第一海藻酸單體以反序列方式相互接合；以及至少一個第二 金屬離子，接合在該兩個第一單體間糖苷基間；該第二型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構 是以該第二海藻酸高分子為模板，經由多個第二金屬離子接合該多個第一海藻酸單體的該 第一單體間糖苷基形成；任一該第二型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構的該第一金屬晶體 上，再以該第一金屬晶體為軸心共聚合該多個第一型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構，再 經由多個該第一金屬晶體和該第二金屬離子反覆交聯於該多個第一型含金屬晶體的海藻 酸鹽單體結構以及該多個第二型含金屬晶體的海藻酸鹽單體結構，由於彼此間經交聯而形 成網狀海藻酸鹽凝膠結構，該多個第一金屬晶體穩定形成於該海藻酸鹽凝膠結構中。
13. -種含金屬晶體的海藻酸鹽凝膠結構的製造方法，其特徵在於，包含下列步驟： 提供第一溶液，其包含至少一個第一海藻酸高分子，其中水解-氧化該第一海藻酸高 分子使形成有多個第一海藻酸單體，該第一海藻酸單體由第一糖醛酸分子結合第二糖醛酸 分子所構成，其中該第一糖醛酸分子的分子結構中碳鏈上第二個碳（C2)形成第一羰基，該 第一糖醛酸分子的該分子結構中該碳鏈上第一個碳（C1)與該第二糖醛酸分子的分子結構 中碳鏈上第四個碳（C4)接合形成第一單體間糖苷基； 加入多個第一金屬離子於該第一溶液中，並還原該多個第一金屬離子，而在該多個第 一海藻酸單體中形成多個第一金屬晶體； 將至少一個第二海藻酸高分子以及多個第二金屬離子加入該第一溶液中；以及 使含該多個第一金屬晶體的該多個第一海藻酸單體、該第二海藻酸高分子以及該多個 第二金屬離子反應形成含金屬晶體的海藻酸鹽凝膠結構。
14. 如權利要求13所述的含金屬晶體的海藻酸鹽凝膠結構的製造方法，其特徵在於， 水解-氧化該第一海藻酸高分子的步驟包含： 水解該第一海藻酸高分子使形成多個海藻酸單體，任一該海藻酸單體具有至少一個羥 基；以及 氧化部份該羥基形成該第一羰基，而使該多個海藻酸單體形成該多個第一海藻酸單 體。
15. 如權利要求14所述的含金屬晶體的海藻酸鹽凝膠結構的製造方法，其特徵在於， 水解該第一海藻酸高分子使形成該多個海藻酸單體和氧化部份該羥基形成該第一羰基包 含：選擇以氫氧化鈉或氫氧化鉀作為鹼性水解-氧化劑；或以弱酸混合自動氧化劑作為弱 酸性水解-氧化劑。
16. 如權利要求15所述的含金屬晶體的海藻酸鹽凝膠結構的製造方法，其特徵在 於，該自動氧化劑為過氧化氫（hydrogen peroxide)、抗壞血酸（ascorbate)、亞硫酸鹽 (sulphites)或多酌·類（polyphenols)。
17. 如權利要求13所述的含金屬晶體的海藻酸鹽凝膠結構的製造方法，其特徵在於， 該多個第一金屬離子是選自鐵離子、鋅離子、銅離子、銀離子或金離子。
18. 如權利要求13所述的含金屬晶體的海藻酸鹽凝膠結構的製造方法，其特徵在於， 該多個第二金屬離子是選自鈣離子、銅離子、鍶離子、鋇離子或鋅離子。
19. 如權利要求14所述的含金屬晶體的海藻酸鹽凝膠結構的製造方法，其特徵在於， 形成該多個第一金屬晶體的步驟包含： 使部分的該多個第一金屬離子結合於該第一羰基上； 還原結合於該第一羰基上的該多個第一金屬離子以及未鍵結於該第一羰基上的該多 個第一金屬離子，而形成結合於該第一羰基上的多個第一金屬原子晶種以及多個第一金屬 原子；以及 使該多個第一金屬原子在該多個第一金屬原子晶種上共聚形成該多個第一金屬晶體。
20.如權利要求19所述的含金屬晶體的海藻酸鹽凝膠結構的製造方法，其特徵在於， 還原結合於該第一羰基上的該多個第一金屬離子以及還原未鍵結於該第一羰基上的該多 個第一金屬離子包含：以硼氫化鈉（NaBH 4 ;Sodium borohydride)、抗壞血酸（Ascorbate)、 澱粉（Starch)、羧甲基纖維素（CMC)、葡萄糖（Glucose)或朽 1檬酸（Citrate)做為還原劑。
【文檔編號】C08B37/04GK104151444SQ201410191634
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年5月8日 優先權日:2013年5月14日
【發明者】李永彬 申請人:合浦企業有限公司