一種新型選擇性降害濾嘴材料及其製備方法
2024-02-26 07:39:15
專利名稱：一種新型選擇性降害濾嘴材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種捲菸降害濾嘴材料，具體涉及一種新型選擇性降害濾嘴材料及其 製備方法
背景技術：
隨著《菸草控制框架公約》的籤訂，捲菸主流煙氣中焦油、C0、HCN等有害成分倍受 關注，研發優質安全的低危害捲菸已成為國際捲菸的發展方向。其中，具有降害功能的新型 濾嘴材料已經是各個捲菸企業突破的重點，成為捲菸工作者研究的熱點。血紅蛋白因其與CO、HCN等有害物質的高結合難解離的特性，成為降害研究的重 點。John C.Stavridis教授對血紅蛋白降低捲菸煙氣中有害成分進行研究；張愛華將血 紅素加入到濾嘴中，進行降焦降害的研究；深圳捲菸廠選用希臘黃金濾嘴公司開發的複合 濾嘴，進一步製成捲菸進行研究。然而，在這些研究中，血紅蛋白直接由濾嘴吸附或者由活 性炭吸附後，再添加於濾嘴當中，這樣就無法確保血紅蛋白的活性，也就無法確保其降害效 果。並且，含活性炭的濾嘴，給烤菸型捲菸香氣造成負面的影響。
發明內容
本發明需要解決的技術問題是提供一種新型選擇性降害濾嘴材料，並將該材料應 用於菸草降焦減害。該材料可以降低煙氣有害物質，其中，CO和HCN選擇性的大幅降低，而 對捲菸評吸品質影響較小。本發明還提供一種新型選擇性降害濾嘴材料的製備方法。本發明的技術方案是這樣是鹹的它是包載了血紅蛋白的納米水凝膠顆粒材料， 其中血紅蛋白的質量百分比為5% —70%。其中所述納米水凝膠顆粒材料優選化學式為以下結構的有機化合物 其中!！ = 14，111=28。本發明的製備方法，它包括以下步驟合成反應方程式為 1)將聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯、甲基丙烯酸、交聯劑四乙二醇-雙甲基丙烯酸酯 溶於乙腈中，再加入引發劑偶氮二異丁腈進行反應，反應完成後將反應產物分離固體雜質 後，冷凍乾燥製得納米介孔水凝膠顆粒材料；2)將血紅蛋白溶於酸性緩衝溶液中，加入納米介孔水凝膠顆粒，經振蕩、離心分 離，得上清液冷凍乾燥，得到水凝膠血紅蛋白納米濾嘴材料。其中所述參加反應的聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯和甲基丙烯酸以及交聯劑四乙二 醇-雙甲基丙烯酸酯重量比例為2 4 1。其中所述酸性緩衝液為磷酸緩衝溶液，濃度為lOymol/L.其中所述的聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯分子量為2000。反應溫度為70-80°C，反應時間為1-5小時。本發明的水凝膠具有良好的物理化學性質和生物相容性，與其他載體相比，納米 介孔水凝膠與被固定在其中的藥物或生物活性分子的相互作用極其微小，可使被固定的物 質長時間的保持活性。本發明製備方法的第一步中合成條件溫和，設備簡單，操作方便，可 以實現大規模的工業化生產；第二步中，血紅蛋白固定在第一步合成的水凝膠顆粒中，條件 溫和，可以確保血紅蛋白的活性，並且可以長期保存。同時避免現有血紅蛋白吸附在活性炭 上，應用於濾嘴中，給烤菸型捲菸帶來的香氣損失。這種新型濾嘴材料在確保捲菸品質的前 提下，降害降焦效果顯著，具有較廣闊的應用前景。納米水凝膠顆粒(PNH)的表徵1.紅外光譜分析採用紅外光譜儀測定樣品的紅外光譜，方法是固體樣品和KBr粉末混研壓片後直 接進行測試，掃描次數為256次，解析度為2CHT1。並依據IR圖譜中相關峰的位置及峰形的 分析，確定樣品的結構。從紅外譜圖可以看出1717. 23cm"1處為羧酸C = 0的伸縮振動峰；在1111. 26cm"1 處為PEG C-0-C的反對稱伸縮振動峰；在3410. 48cm-1處為羥基的特徵吸收峰；而在 1633cm-1附近的C = C的伸縮振動峰消失，表明發生共聚合反應，生成預期結構的共聚物。2.掃描電鏡分析將樣品用無水乙醇分散，經超聲加強分散後，取數滴滴於載玻片上，待乙醇揮發， 載玻片進行噴金，然後用掃描電鏡觀察，並於合適區域拍攝納米粒形態照片，依照片分析納 米粒粒徑及粒徑分布。3.透射電鏡分析樣品分散在去離子水中，超聲加強分散效果，用滴管取數滴滴於銅網上，滴加磷鎢 酸稀溶液染色，吸附約30秒，用濾紙將多餘液體吸走，於室溫下晾乾。然後用透射電鏡觀 察，並於合適區域拍攝納米粒形態照片，依照片分析納米粒粒徑及粒徑分布。4.雷射粒度儀分析
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採用雷射粒度儀來測定粒徑及粒徑分布。測試溫度25°C ；散射角度90° ；掃描 波長678nm。每次測試一分鐘，反覆測試三次，取三次測試平均值作為最終測試結果。從SEM照片可以清楚的看出，PNH粒子基本呈球形。從TEM照片可以看出球狀PNH 粒子具有中空內腔。這樣的結構使其具有包載血紅蛋白的能力。並且圖4表明，PNH分布 較窄，粒徑在300nm左右。同時在圖中也存在粒徑200nm以下的納米介孔粒，這是因為在蒸 餾沉澱聚合法製備過程中後期核的形成，沒有更多的單體能使之聚合增長，最終形成了粒 徑較小的納米介孔球，這與雷射粒度儀測得的粒徑呈雙峰分布相一致。PNH的平均粒徑在 290nm左右，粒徑分布指數0. 296。這個結果與TEM測試得到的結果是一致的。水凝膠納米介孔顆粒(PNH)的安全性分析採用人的成纖維細胞與生物材料進行共培養，同時作空白試驗，考察此材料對細 胞的生物學活性的影響規律。具體實驗方法如下(1)人皮膚成纖維細胞的培養從人體真皮層分離獲得成纖維細胞，並進行傳代 培養，培養基為10% NBS的DMEM，構建人工真皮的細胞採用第9_14代人皮膚成纖維。(2)實驗材料的預處理和浸出液的製備納米高分子生物材料裝瓶進行常規高溫 消毒處理。消毒後分別浸泡於含10% NBS的DMEM培養基中，同時取一份10% NBS的DMEM 培養基作為空白對照，將上述樣品放入37°C培養箱中靜置24h後，保存於4°C的冰箱。(3)細胞懸液的製備方瓶中培養的人成纖維細胞經0.25%胰酶消化後，採用 10% NBS的DMEM培養基配製成一定細胞密度的細胞懸液。(4)實驗材料浸出液實驗a.實驗步驟用上述製得生物材料浸出液以及空白樣，分別在24孔板內進行浸出 液細胞培養，每孔內加入lmL的溶液，以1 1的體積比分別加入浸出液和細胞懸液。每樣 品取三個孔進行重複性實驗。b.細胞量的檢測分別於24h、72h、144h培養時間間隔取樣，使用MTT法測試孔內 細胞線粒體脫氫酶活性，獲得相對細胞量。從MTT的測試結果可以看出，PNH浸出液培養細胞的吸光值與空白對照相近，證實 所製備的水凝膠納米介孔顆粒PNH對人體是安全的。表1PNH在不同培養時間的吸光值及活細胞相對百分含量 注相對百分含量=樣品的吸光值/空白對照的吸光值血紅蛋白含量的測定用紫外-可見分光光度計測量血紅蛋白在Soret區的特徵紫外吸收(A4J，根據標準曲線計算上清液中血紅蛋白的含量。標準曲線的測定取6支試管，按順序分別加入樣品、水和試劑，即用1. Omg/mL的 標準血紅蛋白溶液給各試管分別加入0. 01,0. 02,0. 04,0. 06,0. 08,0. lmL，然後用無離子 水補充到5mL，混合均勻。取0. lmL待測樣品加入空白試管中，用無離子水補充到5mL，混合均勻後，即可開 始用比色皿，在分光光度計上測定待測樣品在405nm處的光吸收值。空白為5mL H20。由上 述標準曲線，根據測出的待測樣品的光吸收值，即可查出待測樣品的血紅蛋白含量。水凝膠固定化血紅蛋白納米介孔濾嘴材料(HINH)包載量和包載率的測定包載量的測定稱取一定質量的HINH，加入5mL水，用分光光度計測光吸收值A4Q5， 結合血紅蛋白的標準曲線，計算包載量(LC% w/w)。
JIPII中血紅蛋白的質量 包載量(LC%W/W) = - 乂 100%
Hl_的質量用5mL水溶解離心分離的沉澱物質，用分光光度計測光吸收值A4(15，結合血紅蛋白 的標準曲線，計算包載率(EE% )。 選用不同理論包載量的血紅蛋白經固定後所形成的HINH的實際包載量(LC% )、 包載率(EE%)、粒徑列於表2。從表2可以看出PNH可以成功包載血紅蛋白形成水凝膠固 定化血紅蛋白納米介孔顆粒HINH，隨著PNH中血紅蛋白包載量的增加，HINH的粒徑增加。 隨著理論包載量增加，即參與包載的血紅蛋白量增加，但實際包載量有限，所以包載率逐漸 降低。表2HINH的性質 HINH濾嘴材料的降害分析採用GB/T5606. 5-1996，YC/T29 30-1996，YC/T156 157-2001 標準規定的方法 分別檢測捲菸煙氣的總粒相物、焦油、水分、菸鹼、CO、抽吸口數等指標。採用比色法檢測捲菸煙氣的氫氰酸含量。
包載不同量血紅蛋白的水凝膠納米介孔濾嘴材料經制粒處理後，製作為HINH復 合濾嘴。在捲菸葉組配方和其它輔料不變的情況下，將HINH複合濾嘴與相同規格的空白 醋纖濾嘴製作成捲菸，檢測捲菸煙氣的總粒相物(TPM)、焦油、水分、菸鹼、CO、HCN等煙氣指 標，結果列於表4。表3HINH複合濾嘴的降害性能 檢測結果顯示，在捲菸配方和其他輔料不變的情況下，相對空白對照捲菸，水凝膠 固定化血紅蛋白納米介孔濾嘴材料(HINH)可以降低焦油、菸鹼、⑶和HCN含量。並且隨著血 紅蛋白包載量的增加，這些有害成分的降低率逐漸增加。其中，總粒相物降低0. 52-1. 81mg, 降低率2. 77-9. 63%;焦油降低0. 6-1. 6mg，降低率3. 95-10. 5%;菸鹼降低0. 02-0. llmg，降 低率 1. 67-9. 17% ；CO 降低 3. 1-6. 7mg,降低率 20. 12-58. 77% ；HCN 降低 9-38 u g,降低率 7. 96-41. 76%。CO和HCN的降低幅度明顯大於焦油和菸鹼的降低幅度；但是對總粒相物和 水分基本沒影響。這說明HINH濾嘴材料具有優良的選擇性降低CO和HCN的性能。HINH濾嘴材料的捲菸感官質量評價按(GB/T16447-1996菸草及菸草製品調節與測試的大氣環境)調節捲菸樣品含水率，委託湖北省菸草產品質量監督檢驗站組織湖北省評煙委員，按(GB5606. 4-1996捲菸感 官技術要求)的規定，進行評吸。評吸結果見表5。結果表明，固定血紅蛋白的HINH複合濾 嘴和空白醋纖複合濾嘴的評吸得分基本接近，總體質量水平和產品風格無明顯差異。相對 而言，HINH濾嘴捲菸香氣略淡，但是口感變好，餘味舒適乾淨。表4HINH複合濾嘴的捲菸評吸結果 說明書附圖
圖1 納米介孔水凝膠顆粒PNH的紅外譜2 納米介孔水凝膠顆粒PNH的SEM照片圖3 納米介孔水凝膠顆粒PNH的TEM照片圖4 納米介孔水凝膠顆粒PNH粒徑及其分布圖
具體實施例方式下面結合附圖，通過實例對本發明進一部描述，但本發明的實施方式不限於此。實施例1本發明是將血紅蛋白包載在納米水凝膠顆粒材料中，血紅蛋白的質量百分比為 5%。納米水凝膠顆粒材料的化學式為以下結構的有機化合物 其中！！ = 14，111=28。本發明的製備方法包括以下步驟合成反應方程式為 1)將聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯、甲基丙烯酸、交聯劑四乙二醇-雙甲基丙烯酸酯按重量比例為2 4 1溶於乙腈中，再加入引發劑偶氮二異丁腈進行反應，反應完成後將 反應產物分離固體雜質後，冷凍乾燥製得納米介孔水凝膠顆粒材料；2)將血紅蛋白溶於酸性緩衝溶液中，加入納米介孔水凝膠顆粒，經振蕩、離心分 離，得上清液冷凍乾燥，得到水凝膠血紅蛋白納米濾嘴材料。其中所述酸性緩衝液為磷酸緩 衝溶液，濃度為lOymol/L.中所述的聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯分子量為2000。反應溫度為 70-80°C，反應時間為1小時。實施例2 本發明是將血紅蛋白包載在納米水凝膠顆粒材料中，血紅蛋白的質量百分比為 10%。納米水凝膠顆粒材料與實施例1相同。製備方法包括以下步驟1)將重量比例為2:4:1的聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯(PEGMA)和甲基丙烯酸 (MAA)以及交聯劑四乙二醇-雙甲基丙烯酸酯(TEGDMA)溶於乙腈中，通氮氣以排除體系中 的空氣，加入引發劑偶氮二異丁腈(AIBN)，繼續通氮氣，70°C水浴恆溫下反應3小時。所得 反應液過濾，濾液冷卻後裝入透析袋，放在蒸餾水中進行透析，以除去未反應的單體、低聚 物和殘留引發劑。透析後液體冷凍乾燥，製得納米水凝膠顆粒材料。2)稱取血紅蛋白溶於磷酸緩衝溶液中，加入納米介孔水凝膠顆粒，用恆溫振蕩器 振蕩8小時；離心分離(30min，3000rpm)後，將所得上清液冷凍乾燥，得到水凝膠固定化血 紅蛋白納米介孔濾嘴材料(HINH)，冷凍乾燥後收集密封保存。實施例3 本發明是將血紅蛋白包載在納米水凝膠顆粒材料中，血紅蛋白的質量百分比為 50%。納米水凝膠顆粒材料與實施例1相同。製備方法包括以下步驟1)將重量比例為2 4 1的分子量為2000的聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯 (PEGMA)，和甲基丙烯酸(MAA)以及交聯劑四乙二醇-雙甲基丙烯酸酯(TEGDMA)溶於乙腈 中，通氮氣20分鐘以排除體系中的空氣，加入引發劑偶氮二異丁腈(AIBN)，繼續通氮氣5分 鍾，80°C溫度水浴下攪拌反應5小時。所得反應液過濾，冷卻後裝入截取分子量12000的透 析袋，放在蒸餾水中進行透析72小時，以除去未反應的單體、低聚物和殘留引發劑。透析後 液體冷凍乾燥，收集備用水凝膠顆粒。2)稱取血紅蛋白溶於一定離子強度的磷酸緩衝溶液中，配成lOymol/L濃度的 溶液；加入適量納米介孔水凝膠顆粒，在一定溫度下用恆溫振蕩器振蕩8小時；離心分離 (30min,3000rpm)後，將所得上清液冷凍乾燥，得到水凝膠固定化血紅蛋白納米介孔濾嘴材 料(HINH)，冷凍乾燥後收集密封保存。實施例4 本發明是將血紅蛋白包載在納米水凝膠顆粒材料中，血紅蛋白的質量百分比為 70%。納米水凝膠顆粒材料與實施例1相同。製備方法包括以下步驟1)將重量比例為2 4 1的分子量為2000的聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯 (PEGMA)，和甲基丙烯酸(MAA)以及交聯劑四乙二醇-雙甲基丙烯酸酯(TEGDMA)溶於乙腈 中，通氮氣20分鐘以排除體系中的空氣，加入引發劑偶氮二異丁腈(AIBN)，繼續通氮氣5分鐘，80°C溫度水浴下攪拌反應4小時。所得反應液過濾，冷卻後裝入截取分子量12000的透 析袋，放在蒸餾水中進行透析72小時，以除去未反應的單體、低聚物和殘留引發劑。透析後 液體冷凍乾燥，收集備用水凝膠顆粒。 2)稱取血紅蛋白溶於一定離子強度的磷酸緩衝溶液中，配成lOymol/L濃度的 溶液；加入適量納米介孔水凝膠顆粒，在一定溫度下用恆溫振蕩器振蕩8小時；離心分離 (30min,3000rpm)後，將所得上清液冷凍乾燥，得到水凝膠固定化血紅蛋白納米介孔濾嘴材 料(HINH)，冷凍乾燥後收集密封保存。
權利要求
一種新型選擇性降害濾嘴材料，它是包載了血紅蛋白的納米水凝膠顆粒材料，其中血紅蛋白的質量百分比為5％--70％。
2.根據權利要求1所述的新型選擇性降害濾嘴材料，其中所述納米水凝膠顆粒材料的 化學式為 其中 η = 14，m = 28。
3.一種新型選擇性降害濾嘴材料的製備方法，它包括以下步驟1)將聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯、甲基丙烯酸、四乙二醇-雙甲基丙烯酸酯溶於乙腈中， 再加入引發劑偶氮二異丁腈進行反應，反應完成後將反應產物分離固體雜質後，冷凍乾燥 製得納米介孔水凝膠顆粒材料；2)將血紅蛋白溶於酸性緩衝溶液中，加入納米介孔水凝膠顆粒，經振蕩、離心分離，得 上清液冷凍乾燥，得到水凝膠血紅蛋白納米濾嘴材料。
4.根據權利要求3所述一種新型選擇性降害濾嘴材料的製備方法，其中所述參加反應 的聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯和甲基丙烯酸以及交聯劑四乙二醇-雙甲基丙烯酸酯重量比 例為2:4:1。
5.根據權利要求3所述一種新型選擇性降害濾嘴材料的製備方法，其中所述酸性緩衝 液為磷酸緩衝溶液，濃度為lOymol/L。
6.根據權利要求3所述一種新型選擇性降害濾嘴材料的製備方法，其中所述的聚乙二 醇單甲醚丙烯酸酯分子量為2000。
全文摘要
本發明公開了一種新型選擇性降害濾嘴材料，它是包載了血紅蛋白的納米水凝膠顆粒材料，其中血紅蛋白的質量百分比為5％-70％。納米水凝膠顆粒材料的化學式為其中n＝14，m＝28。本發明具有良好的物理化學性質和生物相容性，與其他載體相比，納米介孔水凝膠與被固定在其中的藥物或生物活性分子的相互作用極其微小，可使被固定的物質長時間的保持活性。它可以降低煙氣有害物質，其中CO和HCN選擇性的大幅降低，而對捲菸評吸品質影響較小。
文檔編號A24D3/02GK101849709SQ20091006139
公開日2010年10月6日 申請日期2009年4月3日 優先權日2009年4月3日
發明者司輝, 王娜, 董世良 申請人:湖北中煙工業有限責任公司;武漢市黃鶴樓科技園有限公司