一种静电纺丝制备纳米纤维的方法及其得到的纳米纤维和纳米纤维的应用

摘要

本发明公开了一种静电纺丝制备纳米纤维的方法，包括以下步骤：(1)制备普鲁兰-明胶混合溶液：将普鲁兰和明胶混合物溶于去离子水中，磁力搅拌至完全溶解；(2)静电纺丝：将(1)中得到的普鲁兰-明胶混合溶液进行静电纺丝，调节工艺参数为：静电场电压15～25kv，纺丝速度0.3～0.7ml/h，接收距离8～20cm，相对湿度为20-50％，采用平面接收装置接收。本发明方法采用水为唯一溶剂，无有机溶剂残留，并通过静电纺丝的方法纺成纳米纤维，可以从组成和结构上仿生天然细胞外基质。

说明书

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝制备纳米纤维的方法及其得到的纳米纤维和纳米纤维的应用，属于静电纺丝领域。

背景技术

组织工程学的目的是使缺损的组织和器官得以重塑和再建。组织工程支架是组织工程研究的重要组成部分，支架所形成的三维结构不但为细胞获取营养、生长和代谢提供了一个有利的空间，也为植入的细胞分泌细胞外基质并最终形成相应的组织或器官提供了一个良好的环境。组织工程中，人工制成的细胞外基质，即临时支架，促进细胞黏附、保持分化而不影响细胞增殖，同时诱导新组织的形成。支架既可以是天然聚合物，也可以是合成聚合物。与合成聚合物相比，天然大分子更易于细胞的黏附和保持分化作用。已有研究表明，纳米纤维支架有利于吸附更多的蛋白质，能够为细胞膜上的受体提供更多的黏附位点，吸附的蛋白质也可通过改变构象暴露更多隐蔽的黏附位点，为细胞的生长提供一个三维的空间，从而有利于细胞黏附。因而天然大分子纳米纤维制备细胞支架能模拟人体内细胞外基质的物理结构。

明胶原蛋白和氨基聚糖是天然细胞外基质的主要成分，但由于胶原价格昂贵，其应用受到了限制。明胶生物相容性与生物可降解性类似于天然细胞外基质的胶原蛋白，明胶采用甲酸、三氟乙醇和六氟异丙醇为溶剂，已成功地静电纺成纳米纤维，静电纺明胶及其与聚己内酯(PCL)共混复合支架材料也可用于皮肤组织支架材料。由于有机溶剂具有良好的挥发性，因此在静电纺过程中易于挥发，得到平滑的纤维，但存在溶剂回收难，同时残留的溶剂可能对纳米纤维材料应用产生不良影响。普鲁兰是出芽短梗霉产生的胞外多糖，主要是由α-1,6连接的麦芽三糖亚单元组成的聚合物，具有水溶性、成膜性、黏附性等独特的性质。目前，普鲁兰已被美国认定为一种生物安全物质，可用作食品添加剂和药物载体材料等。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种用静电纺丝技术制备普鲁兰-明胶共混纳米纤维膜的方法，以水为溶剂将天然可降解且具有良好生物相容性材料普鲁兰和明胶构筑的普鲁兰-明胶复合材料成为很有应用前途的材料，可作为仿生细胞外基质材料。

本发明的目的是提供一种静电纺丝制备纳米纤维的方法，包括以下步骤：

(1)制备普鲁兰-明胶混合溶液：将普鲁兰和明胶混合物溶于去离子水中，磁力搅拌至完全溶解，得到浓度为0.15～0.30g/mL的普鲁兰-明胶混合水溶液，所述普鲁兰和明胶混合物中普鲁兰质量百分含量为50％-95％，明胶质量百分含量为5％-50％。

(2)静电纺丝：将(1)中得到的普鲁兰-明胶混合溶液进行静电纺丝，调节工艺参数为：静电场电压15～25kv，纺丝速度0.3～0.7ml/h，接收距离8～20cm，相对湿度为30-50％，采用平面接收装置接收，得到膜状结构纤维集合体即为纳米纤维膜。

进一步地，在上述技术方案中，普鲁兰-明胶混合水溶液浓度为0.15g/mL或0.20g/mL或0.24g/mL或0.25g/mL或0.30g/mL。

本发明的另一目的是提供上述方法得到的普鲁兰/明胶混合纳米纤维膜。该纤维膜为一种无纺布材料。

本发明的再一目的是提供上述普鲁兰/明胶混合纳米纤维膜作为纳米药物载体的应用。

本发明的又一目的是提供上述普鲁兰/明胶混合纳米纤维膜作为仿生细胞外基质纤维支架的应用。

发明有益效果

理想的生物材料支架首先须仿生天然细胞外基质的结构和生物学功能，并有良好的生物相容性，胶原蛋白和氨基聚糖是天然细胞外基质的主要成分，普鲁兰和明胶共混该新型蛋白-多糖体系，采用水为唯一溶剂，无有机溶剂残留，并通过静电纺丝的方法纺成纳米纤维，可以从组成和结构上仿生天然细胞外基质。

附图说明

本发明附图1幅，

图1为实施例4制备的纳米纤维膜扫描电镜照片。

具体实施方式

下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

用电子天平称取0.1g明胶和0.3g普鲁兰溶于2ml去离子水中，得到质量体积比浓度为20(m/v)％、普鲁兰/明胶混合比例为75/25的水溶液，将溶液在常温下磁力搅拌12h溶解完全；静置五分钟后静电纺丝，静电纺参数为：静电电压20kv，接收距离11cm，纺丝速度0.5ml/h。用铝箔接收，最终得到纤维平均直径为175nm的无纺布材料。

实施例2

用电子天平称取0.16g明胶和0.32g普鲁兰溶于2ml去离子水中，得到质量体积比浓度为24(m/v)％、普鲁兰/明胶混合比例为66/34的水溶液，将溶液在常温下磁力搅拌12h溶解完全；静置五分钟后静电纺丝，静电纺参数为：静电电压20kv，接收距离11cm，纺丝速度0.5ml/h。用铝箔接收，最终得到纤维平均直径为179nm的无纺布材料。

实施例3

用电子天平称取0.25明胶和0.25g普鲁兰溶于2ml去离子水中，得到质量体积比浓度为25％、普鲁兰/明胶混合比例为50/50的水溶液，将溶液在常温下磁力搅拌12h溶解完全；静置五分钟后静电纺丝，静电纺参数为：静电电压20kv，接收距离11cm，纺丝速度0.5ml/h。用铝箔接收，最终得到纤维平均直径为141nm的无纺布材料。

实施例4

用电子天平称取0.16g明胶和0.32g普鲁兰溶于2ml去离子水中，得到质量体积比浓度为24(m/v)％、普鲁兰/明胶混合比例为67/33的水溶液，将溶液在常温下磁力搅拌12h溶解完全；静置五分钟后静电纺丝，静电纺参数为：静电电压20kv，接收距离11cm，纺丝速度0.5ml/h。用铝箔接收，如图1所示，最终得到纤维平均直径为171nm的无纺布材料。

应用例

实施例1-4方法制备的到的纳米纤维膜，该复合物从结构和组成上仿生天然细胞外基质，可用作皮肤组织工程支架材料。