静电纺丝制备聚羟基丁酸酯(P3HB4HB)/醋酸纤维素(CA)复合纳米纤维及其性能表征

摘要

静电纺丝法作为制备纳米纤维最理想方法之一，其工艺流程简单，操作简便且制备出的纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高、长径比大和纤维均匀度高等优点。聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一类由微生物在不平衡生长条件下产生的生物高分子。聚3，4-羟基丁酸酯(P3HB4HB)是第四代PHA生物材料，它可完全生物降解且无任何毒副作用，因此极具可能用来代替传统不可生物降解材料。由于具有良好的生物降解性和生物相容性，它已经被广泛的应用在手术缝合线、植入材料、药物载体和组织工程支架等方面。
　　 本文以90/10氯仿/二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，采用静电纺丝法成功制备出了纯P3HB4HB纳米纤维和P3HB4HB/醋酸纤维素(CA)复合纳米纤维，并研究了溶液浓度、电压、接收距离、挤出速率等参数对纤维直径的影响，获得了最佳工艺参数；通过扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)、接触角和力学性能测试对纳米纤维表面形貌、结构及性能进行了表征；通过研究在不同条件下的降解情况，表征了其降解性能；最后将鼠成纤细胞接种至纳米纤维膜表面，观察成纤细胞在膜表面的生长情况来初步评价其生物相容性。结果表明，制备纯P3HB4HB纳米纤维膜最佳工艺参数是：纺丝溶液浓度1.5％，挤出速率3ml/h，纺丝电压18KV，接收距离20cm。制备P3HB4HB/CA复合纳米纤维膜最佳工艺参数是：P3HB4HB/CA混比为60/40，纺丝溶液浓度2％，挤出速率3ml/h，纺丝电压16KV，接收距离22cm。FTIR图谱表明，纳米纤维膜的聚合物内部结构没有发生变化。DSC和XRD结果都显示，P3HB4HB/CA纳米纤维的结晶结构与纯P3HB4HB基本相同，但结晶度却随CA含量的增加而逐渐下降。P3HB4HB/CA纳米纤维膜的接触角较普通膜有明显的变大，表明膜的疏水性增强。力学性能测试表明，P3HB4HB/CA纳米纤维膜具有较高的断裂伸长率，但其拉伸强度较低。在降解测试过程中发现，不同环境下P3HB4HB/CA纳米纤维的降解速率不同，生物试剂溶菌酶能加速纳米纤维膜的降解速度。生物相容性测试结果显示，鼠成纤细胞能在纳米纤维膜表面很好的黏附和铺展，表明P3HB4HB/CA纳米纤维膜具有较好的细胞相容性，这为其在人工皮肤及组织工程支架方面的应用奠定了基础。