高分子生物降解材料的動態降解方法
2023-05-25 19:05:56
高分子生物降解材料的動態降解方法
【專利摘要】本發明公開了一種高分子生物降解材料的動態降解方法，是在一種持續流動降解裝置中實現的，包括如下步驟：將高分子生物材料在一定的溫度、一定的壓力、特定的酶緩衝溶液且緩衝溶液線速度一定的條件下，在持續流動態下進行降解，對經過不同時間的降解試驗的材料進行檢測，即可獲得該材料的降解性能；其中所述緩衝溶液是可以更換的且緩衝溶液中所加酶濃度為可控梯度濃度。本發明能夠定量測定材料的降解實驗結果，評價所需時間為幾小時至幾天。適用於降解產物的測定和解釋降解機理，重複性好，能提高靈敏度，並能較好地進行定量測定。
【專利說明】高分子生物降解材料的動態降解方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高分子生物降解材料的動態降解方法。
【背景技術】
[0002]生物降解材料，是指在細菌、真菌、藻類等自然界存在的微生物作用下能發生化學、生物或物理作用而降解或分解的材料。其特點是在失去作為材料的利用價值而變成垃圾之後，不但不會破壞生態環境，反而會提高土壤的生物活性。生物降解性能的評價方法是在降解原理的基礎上逐步完善起來的，目前主要是通過一些生物化學和微生物學的實驗手段來實現。其降解方法大致如下:
[0003]( I)野外環境試驗:該方法是將試樣直接埋在森林或耕田土壤、汙泥、堆肥中，或浸在河流或海水中。採用的微生物源是來自這種自然環境中的微生物群。經過一段時間的降解之後，能夠檢測到降解性高分子材料的質量損失和各項性能的劣化。
[0004]該方法的優勢是能真實反映試樣在自然界中的分解情況。但試驗時間長，因土質、微生物種類、溫度、溼度等因素的變化，重複性差，同時分解產物難以確定，數據重現性也較差。分解程度只能以質量減少和形態變化來表示，不適宜對分解機理的研究。
[0005](2)環境微生物試驗:將待測試樣埋入或浸入容器中的微生物群，進行實驗室培養。存在的問題是試驗的重複性和評價時間雖然均明顯優於野外環境試驗，但仍不是十分理想。此外該方法不太適合降解產物的測定和解釋降解機理，材料添加劑或者混入的共聚物影響結構。
[0006](3)特定微生物體外試驗:這種方法的微生物源為能分解、礦化對象高分子的單獨分離的微生物。將該微生物接種於試樣上進行`培養(大多數為液體培養)一段時間後，目測菌落生長情況，使用顯微鏡觀察試樣表面的變化，測定其質量損失，並測定試樣的分子量等某些特性的變化。這種方法的缺點是步驟比較麻煩，涉及的領域比較廣，只能適用於有限的高分子材料。
[0007](4)實驗室用降解裝置-搖床:用搖床做降解實驗時，由於液體衝擊所產生的霧沫，容易使降解瓶封口材料潮溼而造成培養物的汙染，同時還會形成不均勻濃度的降解溶液；降解溶液久會變質且更換降解溶液比較麻煩，得到的降解數據穩定性很差。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是提供一種高分子生物降解材料的動態降解方法，以克服上述現有技術的不足。
[0009]本發明的動態降解方法，是在一種持續流動降解裝置中實現的，包括如下步驟:將高分子生物材料在一定的溫度、一定的壓力、特定的酶緩衝溶液且緩衝溶液線速度一定的的條件下，在持續流動態下進行降解，對經過不同時間的降解試驗的材料進行檢測，即可獲得該材料的降解性能；其中所述緩衝溶液是可以更換的且緩衝溶液中所加酶濃度為可控梯度濃度。[0010]優選的，包括如下步驟:將高分子生物材料在溫度為5~80°C、壓力為IOKPa~80MPa、酶緩衝溶液的線速度為100~200mL/min的條件下，在動態下進行降解，對經過不同時間的降解試驗的材料進行檢測，即可獲得該材料的降解性能。
[0011]所述的高分子生物材料為聚乳酸-羥基乙酸(PLGA)、聚乳酸(PLA)、聚己內酯(PCL)、聚羥基脂肪酸酯(PHA)、脂肪族聚酯、聚酯醚、聚膦腈、聚原酸酯、聚碳酸酯、聚酸酐或聚胺基酸等，優選為分子量為20000，質量為IOg的聚乳酸-羥基乙酸(PLGA)；
[0012]所述的酶緩衝溶液，由如下重量百分比的組分組成:
[0013]NaAc45% ~50%
[0014]重量分數為36%的HAc溶液 48%~54%
[0015]酶0.02%~2%
[0016]組分的百分比之和為100%。
[0017]所述的酶選自酯酶、脂酶、澱粉酶、纖維素酶或蛋白酶；
[0018]在做降解試驗時可以根據降解速率的需求，把材料紡成比表面積比較大的膜或做成比表面積較小的片材進行降解。
[0019]所述動態降解裝置，包括設有溫度控制系統的溶液池、進料蠕動泵、循環蠕動泵、降解槽和壓強控制系統；
[0020]所述進料蠕動泵的入口與所述的溶液池的物料出口相連接，進料蠕動泵的出口與降解槽的入口相連接，降解槽的出口與循環蠕動泵的入口相連接，循環蠕動泵的出口與溶液池的入口相連接，所述的壓強控制系統設置在降解槽與循環蠕動泵之間的管線上；
[0021]與現有的方法相比，本發明的有益效果是:能夠定量測定(固體試料的場合)的降解實驗結果，評價所需時間為幾小時至幾天。適用於降解產物的測定和解釋降解機理，重複性好，能提高靈敏度，並能較好地進行定量測定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明的原理圖；
[0023]圖2為降解槽；
[0024]圖3為置樣板主視圖。
【具體實施方式】
[0025]參見圖1~圖3，所述的動態降解裝置，包括設有溫度控制系統101的溶液池1、進料蠕動泵2、循環蠕動泵3、降解槽4和壓強控制系統5 ；
[0026]所述進料蠕動泵2的入口與所述的溶液池I的物料出口相連接，進料蠕動泵2的出口與降解槽4的入口相連接，降解槽4的出口與循環蠕動泵3的入口相連接，循環蠕動泵3的出口與溶液池I的入口相連接，所述的壓強控制系統5設置在降解槽4與循環蠕動泵3之間的管線上；
[0027]參見圖1，所述的壓強控制系統5包括:壓力傳感器501，空壓機502，氣壓調節閥503、大氣口平衡閥504、大氣口 505、進氣閥506和氣泵口 507 ；
[0028]所述系統平衡閥503的一端與空壓機502儲氣筒相連通，另一端通過管線分別與壓力傳感器501、降解槽4和循環蠕動泵3之間的管線以及大氣口 505相連通，所述大氣口平衡閥504設置在大氣口 505處，所述氣泵口 507設置在空壓機502的儲氣筒上，所述進氣閥506設置在氣泵口 507處；
[0029]壓強控制系統5的工作原理如下:
[0030]氣壓是由氣壓調節閥的彈簧預緊度和調節螺栓設定的，當儲氣筒氣壓升到預定壓強時，將推動氣壓調節閥503的膜片並帶動芯杆向上升，使芯杆與閥門脫開，同時回位彈簧把閥門頂起，封閉與大氣相同的氣孔。這時壓縮空氣通過芯杆進入壓縮機缸蓋上的松壓閥，使松壓閥閥杆下行，把空壓機的進氣閥506的片頂開，使其不能關閉。這樣空壓機與大氣相同。空壓機開始空轉，不再產生壓縮空氣。當儲氣筒氣壓低於8公斤/平方釐米時，彈簧推動膜片下行，使芯杆與閥門接觸，關閉儲氣筒與松壓閥之間的通道，同時芯杆下行把閥門頂離閥座，將排氣通道打開，這樣松壓閥上方管路的壓縮空氣便由氣壓調節閥的排氣口排除，松壓閥杆在彈簧的作用下回位，進氣閥開始起密封作用。空壓機正常工作。
[0031]參見圖2和圖3，所述的降解槽4選自透析器或者設有置物板401的容器，所述置物板401為設有插孔402的條板，所述物板401固定在容器的內壁，所述插孔402用於固定被試驗的樣品。
[0032]採用上述的動態降解裝置，進行高分子生物材料的動態降解的方法，包括如下步驟:
[0033]將酶緩衝溶液加入溶液池1，將高分子生物材料固定在置物板401的插孔402中，通過溫度控制系統101控制溫度為5~70°C，通過壓強控制系統(5)控制系統的壓力為IOKPa~80MPa，然後啟動進料蠕動泵2和循環蠕動泵(3)，使緩衝溶液循環流動，控制酶緩衝溶液的線速度為100~200mL/min，使高分子生物材料，在動態下進行降解，對經過不同時間的降解試驗的材料進行檢測，即可獲得該材料的降解性能。
[0034]實施例1`[0035]採用圖1~圖3的裝置。
[0036]將澱粉酶緩衝溶液加入到溶液池I後，啟動進料蠕動泵2和循環蠕動泵3，使緩衝溶液循環流動。
[0037]體系的溫度可以通過恆溫裝置101調節，溶液流速可通過蠕動泵2和蠕動泵3控制，體系的壓強通過壓強控制裝置5調節。
[0038]把5片分子量為20000，質量為IOg的聚乳酸-羥基乙酸(PLGA)片材樣本放在片材降解槽中的置物板插孔上固定，片材厚為0.5cm ；
[0039]所述的酶緩衝溶液，由如下重量百分比的組分組成:
[0040]NaAc45 %
[0041 ] 重量分數為36 %的HAc溶液 54 %
[0042]澱粉酶I %
[0043]蠕動泵的流量1000mL/min，壓力(TMP)控制在50Kpa (500mmHg)，溫度為35°C，厭
氧降解。
[0044]設定降解時間為4周，取出聚乳酸-羥基乙酸(PLGA)片材樣本，進行拉伸強度、降解率、GPC測定，見表1
[0045]表1
[0046]
【權利要求】
1.高分子生物降解材料的動態降解方法，其特徵在於，是在一種持續流動降解裝置中實現的，包括如下步驟:將高分子生物材料在一定的溫度、一定的壓力、特定的酶緩衝溶液且緩衝溶液線速度一定的的條件下，在持續流動態下進行降解，對經過不同時間的降解試驗的材料進行檢測，即可獲得該材料的降解性能；其中所述緩衝溶液是可以更換的且緩衝溶液中所加酶濃度為可控梯度濃度。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的高分子生物材料，為聚乳酸-羥基乙酸(PLGA)、聚乳酸(PLA)、聚己內酯(PCL)、聚羥基脂肪酸酯(PHA)、脂肪族聚酯、聚酯醚、聚膦腈、聚原酸酯、聚碳酸酯、聚酸酐、聚胺基酸等。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:裝置溫度控制在5~80°C，壓力為IOKPa~80MPa，緩衝溶液的線速度為100~200mL/min，高分子生物材料分子量為20000，質量為10g，所述的酶緩衝溶液，由如下重量百分比的組分組成: NaAc45% ~50% 重量分數為36%的HAc溶液 48%~54% 酶0.02%~2% 組分的百分比之和為100%; 所述的酶選自酯酶、脂酶、澱粉酶、纖維素酶或蛋白酶。
4.根據權利要求2所 述的方法，其特徵在於:裝置溫度控制在5~80°C，壓力為IOKPa~80MPa，緩衝溶液的線速度為100~200mL/min，高分子生物材料分子量為20000，質量為10g，所述的酶緩衝溶液，由如下重量百分比的組分組成: NaAc45% ~50% 重量分數為36%的HAc溶液 48%~54% 酶0.02%~2% 組分的百分比之和為100%; 所述的酶選自酯酶、脂酶、澱粉酶、纖維素酶或蛋白酶。
5.根據權利要求1~4任一項所述的方法，其特徵在於，所述裝置，包括設有溫度控制系統(101)的溶液池(I)、進料蠕動泵(2)、循環蠕動泵(3)、降解槽(4)和壓強控制系統(5)； 所述進料蠕動泵(2)的入口與所述的溶液池(I)的物料出口相連接，進料蠕動泵(2)的出口與降解槽(4)的入口相連接，降解槽(4)的出口與循環蠕動泵(3)的入口相連接，循環蠕動泵(3)的出口與溶液池(I)的入口相連接，所述的壓強控制系統(5)設置在降解槽(4)與循環蠕動泵(3)之間的管線上。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述的壓強控制系統(5)包括:壓力傳感器(501)，空壓機(502)，氣壓調節閥(503)、大氣口平衡閥(504)、大氣口(505)、進氣閥(506)和氣泵口(507)； 所述系統平衡閥(503)的一端與空壓機(502)儲氣筒相連通，另一端通過管線分別與壓力傳感器(501)、降解槽(4)和循環蠕動泵(3)之間的管線以及大氣口(505)相連通，所述大氣口平衡閥504設置在大氣口(505)處，所述氣泵口(507)設置在空壓機502的儲氣筒上，所述進氣閥(506)設置在氣泵口(507)處。
7.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述的降解槽4選自透析器或者設有置物板(401)的容器，所述置物板(401)為 設有插孔(402)的條板，所述物板(401)固定在容器的內壁。
【文檔編號】C12Q1/34GK103555817SQ201310467125
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月9日 優先權日:2013年10月9日
【發明者】朱同賀, 陳思浩, 樓建中, 王繼虎, 王錦成, 包一鳴, 邢晨晨, 劉傳榮, 黃大鵬, 楊秋傑, 周超 申請人:上海工程技術大學