CN100443126C

CN100443126C - 以海藻酸钠为基质的纳米纤维支架材料及其制备方法

Info

Publication number: CN100443126C
Application number: CNB2007100194736A
Authority: CN
Inventors: 顾忠泽; 冯章启; 王婷; 何农跃
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2027-01-26
Also published as: CN101011597A

Abstract

以海藻酸钠为基质的纳米纤维支架材料及其制备方法是一种可用于组织修复的材料及制备方法，该材料以海藻酸钠为基质，其组分为海藻酸钠、聚氧化乙烯或聚乙烯醇、丙三醇；以重量百分比计，材料中含有90wt%～95wt%的海藻酸钠和聚氧化乙烯或聚乙烯醇，其余为丙三醇，其中海藻酸钠与聚氧化乙烯或聚乙烯醇的质量比为W_海藻酸钠∶W_{聚氧化乙烯或聚乙烯醇}＝6∶4～9∶1，该材料的纤维直径在50nm～500nm、孔隙率＞90%。其制备方法包括海藻酸钠静电纺丝溶液的配制、利用静电纺丝技术制备海藻酸钠纳米纤维支架材料的方法、海藻酸钠纳米纤维支架材料的改性处理。该材料质地柔韧，具有较好的透水透气性能，优良的组织相容性、可控生物降解性、无抗原性。

Description

以海藻酸钠为基质的纳米纤维支架材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种以海藻酸钠为基质的纳米纤维支架材料及其制备方法，属于组织修复材料制备的技术领域。

背景技术

海藻酸是一种从褐藻中提取出来的酸性多糖，是古洛糖醛酸与甘露糖醛酸组成的嵌段聚合物，其结构类似于人体组织支架材料糖胺聚糖。海藻酸钠具有优良的生物相容性、无毒副作用、可控的生物降解性、无抗原性等特征，已经被广泛应用于组织工程学及医学领域中。在组织修复领域中，海藻酸钠由于其良好的组织相容性可提供于细胞和生物活性物质相结合的活性位点因此可以促进组织的再生，T.Hashimoto(T.Hashimoto，Y.Suzuki，M.Tanihara，Y.Kakimaru，K.Suzuki，Biomaterials 2004，25，1407)将海藻酸钠多孔膜应用皮肤再生敷料，收到良好效果，并且海藻酸钠对软骨组织(Z.Li，M.Zhang，J.Biomed.Mater.Res.A 2005，75，485)、成骨组织(E.Alsberg，K.W.Anderson，A.Albeiruti，R.T.Franceschi，D.J.Mooney，J.Dent.Res.2001，80，2025)、心肌组织(A.Dar，M.Shachar，J.Leor，S.Cohen，Biotechnol.Bioeng.2002，80，305)等的再生具有促进作用。

该纳米纤维支架材料由海藻酸钠、聚氧化乙烯或聚乙烯醇、丙三醇组成，其直径范围在50nm～500nm之间，孔隙率＞90％，且孔隙在三维方向上相互贯通。纳米纤维直径接近细胞的尺寸大小，因此纳米纤维有利于细胞的黏附生长，并且纳米纤维支架中极小的三维空隙促进细胞在生长过程中产生相互的影响，利于细胞的分化、繁殖。因此纳米纤维支架可以提供给细胞一个优良的生长环境，实现真正意义上的细胞三维生长。

利用静电纺丝技术将海藻酸钠制备成纳米纤维支架材料，依据上述纳米纤维支架和海藻酸钠的优点，可以相信海藻酸钠纳米纤维支架材料在组织修复领域具有广阔的应用前景。

目前没有关于利用海藻酸钠纳米纤维支架材料作为组织修复支架的报道或专利，该项发明补充了这一空白。

发明内容

技术问题：本发明目的在于提供一种以海藻酸钠为基质的纳米纤维支架材料及其制备方法，该材料由海藻酸钠、聚氧化乙烯或聚乙烯醇、丙三醇组成，其纤维直径在50nm～500nm，孔隙率＞90％，质地柔韧，具有较好的透水透气性能，优良的组织相容性、可控生物降解性、无抗原性。制备方法简单易行，且成本较低。

技术方案：为达到上述目的，本发明通过以下方法加以实施。将海藻酸钠溶液和共聚物(聚氧化乙烯、聚乙烯醇等)溶液按一定比例混合均匀。共聚物的加入可以降低海藻酸钠溶液的黏度并促进海藻酸纳水凝胶转变为海藻酸钠溶液以利于静电纺丝的进行。待溶液混合均匀后按体积比V_丙三醇∶V_{海藻酸钠与共聚物混合溶液}＝1％～10％的比率向混合溶液中加入丙三醇，混合均匀之后按体积比V_{表面活性剂}∶V_{海藻酸钠与} _{共聚物混合溶液}＝0.5％～2％的比率向混合溶液中加入表面活性剂(曲拉通X-100、或吐温-80、或OP-10乳化剂)，再次混合均匀，之后按体积比V_助溶剂∶V_{海藻酸钠与共聚物混合} _溶液＝2％～10％的比率加入助溶剂(菸酰胺、或乙酰胺)。利用静电纺丝技术将此混合溶液制备成纳米纤维膜。将该材料用乙醇和CaCl₂溶液进行改性处理，制得海藻酸钙纳米纤维支架材料。

本发明的以海藻酸钠为基质的纳米纤维支架材料以海藻酸钠为基质，其组分为海藻酸钠、聚氧化乙烯或聚乙烯醇、丙三醇；以重量百分比计，材料中含有90wt％～95wt％的海藻酸钠和聚氧化乙烯或聚乙烯醇，其余为丙三醇，其中海藻酸钠与聚氧化乙烯或聚乙烯醇的质量比为W_海藻酸钠∶W_{聚氧化乙烯酸聚乙烯醇}＝6∶4～9∶1，该材料的纤维直径在50nm～500nm、孔隙率＞90％。

本发明的以海藻酸钠为基质的纳米纤维支架材料的制备方法为：

先制备静电纺丝溶液：将海藻酸钠溶液与聚氧化乙烯或聚乙烯醇溶液按比率质量比W_海藻酸钠∶W_{聚氧化乙烯成聚乙烯醇}＝6∶4～9∶1共混成混合溶液，之后加入体积比为V_丙三醇∶V_混合溶液＝1％～10％的丙三醇和体积比为V_{表面活性剂}∶V_混合溶液＝0.5％～2％的表面活性剂，以及体积比为V_助溶剂∶V_混合溶液＝2％～10％的助溶剂，制得静电纺丝溶液；

利用静电纺丝技术将此混合溶液制备成纳米纤维材料膜，

将所得的纳米纤维材料膜浸泡在无水乙醇中5min～20min，后用质量比为W_CaCl2∶W_H2O＝2％～5％的CaCl₂溶液浸泡60min～120min，再用去离子水冲洗5min～10min以去除残留的CaCl₂，即制得海藻酸钠纳米纤维支架材料。

所述表面活性剂为曲拉通X-100、或吐温-80、或OP-10乳化剂的表面活性剂。所述助溶剂为二甲亚砜、或菸酰胺、或二甲基乙酰胺。

有益效果：该材料由海藻酸钠、聚氧化乙烯或聚乙烯醇、丙三醇组成，其纤维直径在50nm～500nm，孔隙率＞90％，质地柔韧，具有较好的透水透气性能，优良的组织相容性、可控生物降解性、无抗原性。制备方法简单易行，且成本较低。该制备工艺简单、成本低，可实现大量生产。所制得的海藻酸钙纳米纤维支架材料具有优良的生物相容性和力学性能，材料性质稳定，使用中无不安全因素产生，常规的消毒和储存不会破坏其结构和性能。

附图说明

图1是静电纺丝原理示意图。其中有：接收器1、接受其移动方向2、高压电源3、纺丝溶液4、驱动装置5。

具体实施方式

1.纺丝溶液的制备：将海藻酸钠溶于去离子水中制备成浓度为质量比W_海藻酸 _钠∶W_去离子水＝1％～5％的溶液，将共聚物(聚氧化乙烯、或聚乙烯醇等)溶于去离子水中制备成浓度为质量比W_共聚物∶W_去离子水＝1％～10％的溶液，之后将两种溶液按体积比V_{海藻酸钠溶液}∶V_{共聚物溶液}＝6∶4～9∶1的比率混合，常温搅拌60min～120min至混合均匀，得到海藻酸钠与共聚物的混合溶液。之后按体积比V_丙三醇∶V_混合溶液＝1％～10％的比率加入丙三醇，常温下搅拌30min～70min。溶液混合均匀后按体积比V_{表面活性剂}∶V_混合溶液＝0.5％～2％的比率加入表面活性剂(曲拉通X-100、或吐温-80、或OP-10乳化剂)，持续搅拌5min～10min。之后按体积比V_助溶剂∶V_混合溶液＝2％～10％的比率加入助溶剂(二甲亚砜、或菸酰胺、或二甲基乙酰胺)。在室温下持续搅拌60min～120min。即获得均一、稳定的浅黄色纺丝溶液。

2.纳米纤维膜的制备：使用离心机将步骤1中获得的纺丝溶液在2000rpm～10000rpm的转速下离心3min～10min，之后将其注入到注射器(直径为20mm)中，将注射器固定在微量注射泵上，距针头10cm～20cm处固定铝箔作为接收器。在针头上施加5kv～20kv的高压，注射泵流速为0.3mL/h～1.5mL/h。在纺丝过程中不断移动接收器，即获得一定面积的纤维膜，其纤维直径在50nm～500nm。

3.海藻酸钙纳米纤维支架材料的改性处理：将步骤2中所得的纳米纤维材料浸泡在无水乙醇中5min～20min，之后将该材料浸泡在浓度为质量比W_CaCl2∶W_H2O＝2％～5％的CaCl₂溶液中并持续60min～120min，然后用去离子水冲洗5min～10min以去除残留的CaCl₂。即制得海藻酸钠纳米纤维支架材料。

实施例1：

1.纺丝溶液的制备：将海藻酸钠溶于去离子水中制备成浓度为质量比W_海藻酸 _钠∶W_去离子水＝4％的溶液，将共聚物(聚氧化乙烯、或聚乙烯醇等)溶于去离子水中制备成浓度为质量比W_共聚物∶W_去离子水＝4％的溶液，之后将两种溶液按体积比V_{海藻酸钠溶液}∶V_{共聚物溶液}＝8∶2的比率混合，常温搅拌100min至混合均匀，得到海藻酸钠与共聚物的混合溶液。之后按体积比V_丙三醇∶V_混含溶液＝4％的比率加入丙三醇，常温下搅拌50min。溶液混合均匀后按体积比V_{表面活性剂}∶V_混合溶液＝0.5％的比率加入表面活性剂(曲拉通X-100、或吐温-80、或OP-10乳化剂)，持续搅拌10min。之后按体积比V_助溶剂∶V_混合溶液＝10％的比率加入助溶剂(二甲亚砜、或菸酰胺、或二甲基乙酰胺)。在室温下持续搅拌60min。即获得均一、稳定的浅黄色纺丝溶液。

2.纳米纤维膜的制备：使用离心机将步骤1中获得的纺丝溶液在5000rpm的转速下离心5min，之后将其注入到注射器(直径为20mm)中，将注射器固定在微量注射泵上，距针头15cm处固定铝箔作为接收器。在针头上施加18kv的高压，注射泵流速为1.0mL/h。在纺丝过程中不断移动接收器，即获得一定面积的纤维膜，其纤维直径在50nm～500nm。

3.海藻酸钙纳米纤维支架材料的改性处理：将步骤2中所得的纳米纤维材料浸泡在无水乙醇中10min，之后将该材料浸泡在浓度为质量比W_CaCl2∶W_H2O＝2％的CaCl₂溶液中并持续120min，然后用去离子水冲洗10min以去除残留的CaCl₂。即制得海藻酸钠纳米纤维支架材料。

实施例2：

1.纺丝溶液的制备：将海藻酸钠溶于去离子水中制备成浓度为质量比W_海藻酸 _钠∶W_去离子水＝4％的溶液，将共聚物(聚氧化乙烯、或聚乙烯醇等)溶于去离子水中制备成浓度为质量比W_共聚物∶W_去离子水＝4％的溶液，之后将两种溶液按体积比V_{海藻酸钠溶液}∶V_{共聚物溶液}＝6∶4的比率混合，常温搅拌100min至混合均匀，得到海藻酸钠与共聚物的混合溶液。之后按体积比V_丙三醇∶V_混合溶液＝4％的比率加入丙三醇，常温下搅拌50min。溶液混合均匀后按体积比V_{表面活性剂}∶V_混合溶液＝0.5％的比率加入表面活性剂(曲拉通X-100、或吐温-80、或OP-10乳化剂)，持续搅拌10min。之后按体积比V_助溶剂∶V_混合溶液＝10％的比率加入助溶剂(二甲亚砜、或菸酰胺、或二甲基乙酰胺)。在室温下持续搅拌60min。即获得均一、稳定的浅黄色纺丝溶液。

2.纳米纤维膜的制备：使用离心机将步骤1中获得的纺丝溶液在5000rpm的转速下离心5min，之后将其注入到注射器(直径为20mm)中，将注射器固定在微量注射泵上，距针头15cm处固定铝箔作为接收器。在针头上施加15kv的高压，注射泵流速为1.0mL/h。在纺丝过程中不断移动接收器，即获得一定面积的纤维膜，其纤维直径在50nm～500nm。

实施例3：

1.纺丝溶液的制备：将海藻酸钠溶于去离子水中制备成浓度为质量比W_海藻酸 _钠∶W_去离子水＝4％的溶液，将共聚物(聚氧化乙烯、或聚乙烯醇等)溶于去离子水中制备成浓度为质量比W_共聚物∶W_去离子水＝4％的溶液，之后将两种溶液按体积比V_{海藻酸钠溶液}∶V_{共聚物溶液}＝9∶1的比率混合，常温搅拌100min至混合均匀，得到海藻酸钠与共聚物的混合溶液。之后按体积比V_丙三醇∶V_混合溶液＝4％的比率加入丙三醇，常温下搅拌50min。溶液混合均匀后按体积比V_{表面活性剂}∶V_混合溶液＝1％的比率加入表面活性剂(曲拉通X-100、或吐温-80、或OP-10乳化剂)，持续搅拌10min。之后按体积比V_助溶剂∶V_混合溶液＝10％的比率加入助溶剂(二甲亚砜、或菸酰胺、或二甲基乙酰胺)。在室温下持续搅拌60min。即获得均一、稳定的浅黄色纺丝溶液。

2.纳米纤维膜的制备：使用离心机将步骤1中获得的纺丝溶液在5000rpm的转速下离心5min，之后将其注入到注射器(直径为20mm)中，将注射器固定在微量注射泵上，距针头15cm处固定铝箔作为接收器。在针头上施加20kv的高压，注射泵流速为1.0mL/h。在纺丝过程中不断移动接收器，即获得一定面积的纤维膜，其纤维直径在50nm～500nm。

Claims

1.一种以海藻酸钠为基质的纳米纤维支架材料，其特征在于该材料以海藻酸钠为基质，其组分为海藻酸钠、聚氧化乙烯或聚乙烯醇、丙三醇；以重量百分比计，材料中含有90wt％～95wt％的海藻酸钠和聚氧化乙烯或聚乙烯醇，其余为丙三醇，其中海藻酸钠与聚氧化乙烯或聚乙烯醇的质量比为W_海藻酸钠∶W_{聚氧化乙烯或聚乙烯} _醇＝6∶4～9∶1，该材料的纤维直径为50nm～500nm、孔隙率＞90％。

2.一种如权利要求1所述的以海藻酸钠为基质的纳米纤维支架材料的制备方法，其特征在于以海藻酸钠为基质制备，具体方法为：

先制备静电纺丝溶液：将海藻酸钠溶于去离子水中制备成浓度为质量比W_海 _藻酸钠∶W_去离子水＝1％～5％的溶液，将聚氧化乙烯、或聚乙烯醇溶于去离子水中制备成浓度为质量比W_共聚物∶W_去离子水＝1％～10％的溶液，之后将两种溶液按体积比V_{海藻酸钠溶液}∶V_{共聚物溶液}＝6∶4～9∶1的比率混合成混合溶液，之后加入体积比为V_丙三醇∶V_混合溶液＝1％～10％的丙三醇和体积比为V_{表面活性剂}∶V_混合溶液＝0.5％～2％的表面活性剂，以及体积比为V_助溶剂∶V_混合溶液＝2％～10％的助溶剂，制得静电纺丝溶液；

利用静电纺丝技术将制得的静电纺丝溶液制备成纳米纤维材料膜，将所得的纳米纤维材料膜浸泡在无水乙醇中5min～20min，后用质量比为W_CaCl2∶W_H2O＝2％～5％的CaCl₂溶液浸泡60min～120min，再用去离子水冲洗5min～10min以去除残留的CaCl₂，即制得海藻酸钠纳米纤维支架材料。

3.根据权利要求2所述的以海藻酸钠为基质的纳米纤维支架材料的制备方法，其特征在于所述表面活性剂为曲拉通X-100、或吐温-80、或OP-10乳化剂。

4.根据权利要求2所述的以海藻酸钠为基质的纳米纤维支架材料的制备方法，其特征在于所述助溶剂为二甲亚砜、或菸酰胺、或二甲基乙酰胺。