CN101560718B - 多组分共溶单步法制备功能纳米纤维膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多组分共溶单步法制备功能纳米纤维膜的方法，包括：(1)配制二甲基乙酰胺DMAc∶甲醇v∶v＝40-50∶50-60，加入甲醇甜味剂和透膜促渗剂，共溶解；(2)采用削平的针头作为喷射细流的毛细管，连接高压发生器进行静电纺丝，纺丝液流量由微量注射泵控制，接收纤维。本发明的制备方法简单，制得的纳米纤维膜可以简单地制备具有给药、营养补充与吸收、方便日常卫生等用途的功能膜产品。

Description

多组分共溶单步法制备功能纳米纤维膜的方法

技术领域

本发明属功能纳米纤维膜的制备领域，特别是涉及多组分共溶单步法制备功能纳米纤维膜的方法。

背景技术

随着现代科技的进步，特别是材料学与药学的发展，纺织技术在药剂学的应用正向纵深方向不断发展。尤其是近年来，由于纳米技术的热潮，应用高压静电纺丝技术制备功能纳米纤维膜的报道越来越多。研究人员试图将各种各样的聚合物材料(包括天然的与合成的高分子、蛋白质、甚至小分子如卵磷脂等)通过电纺工艺制备成纳米纤维膜，发挥材料在纳米尺度下的功能效应。同时将这些无纺纳米纤维膜在医药、分离提纯、能源、环保、催化反应等众多领域进行尝试性应用。

高压静电纺丝技术是一种自上而下(top-down)的纳米制造技术，通过外加电场力克服喷头尖端液滴的液体表面张力和粘弹力而形成射流，在静电斥力、库仑力和表面张力共同作用下，被雾化后的液体射流被高频弯曲、拉延、分裂，在几十毫秒内被牵伸千万倍，经溶剂挥发或熔体冷却在接收端得到纳米级纤维。该技术工艺过程简单、操控方便、选择材料范围广泛、可控性强、并且可以通过喷头设计制备具有微观结构特征的纳米纤维，被认为是最有可能实现连续纳米纤维工业化生产的一种方法，应用该技术制备功能纳米纤维具有良好的前景预期。

目前该技术在应用研究方面的普遍现象是：(1)将各种天然的或者合成的高分子材料、甚至核酸或小分子如卵磷脂类可以形成“蠕虫”结构类物质电纺成纳米纤维，包括直线纤维或螺旋状纤维，证明电纺工艺的有效性同时制备新型无纺纳米纤维；(2)将一种成纤聚合物与另外一种活性组分共溶解或共混后纺丝，以通过纳米纤维的方式发挥或增强活性成分的功能，如在纳米纤维中载入一种药物、在纳米纤维中混入一种无机功能材料、或在其中混入另外一种功能聚合物等。

然而实际在应用中，常常需要功能膜材料能够结合多种功能材料，发挥整体协同作用、获得所需要的效用，因此如果能将多种起协同作用的功能组分共溶纺丝，将能更好地发挥纳米纤维在纳米尺度下的功能效应。

目前对多功能组分共溶纺丝的报道很少，主要原因是：(1)共溶溶剂的选择，共溶溶剂在将多种组分一起溶解的同时，必须保证聚合物能够被电纺成纳米纤维，因此一般需要用混合有机溶剂；(2)多种功能组分之间必须具有协同作用，并保持纳米纤维的稳定，尤其是其中活性成分的稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供多组分共溶单步法制备功能纳米纤维膜的方法，该制备方法简单，制得的纳米纤维膜可以简单地制备具有给药、营养补充与吸收、方便日常卫生等用途的功能膜产品。

本发明的多组分共溶单步法制备功能纳米纤维膜的方法，包括：

(1)纺丝液的调配

配制二甲基乙酰胺(DMAc)∶甲醇(v∶v)＝40-50∶50-60，加入甲醇甜味剂和透膜促渗剂，共溶解后，溶液清亮透明；

(2)电纺

装置：采用削平的针头(5号不锈钢注射针头，内径0.5mm)作为喷射细流的毛细管，连接高压发生器(ZGF2000型，上海苏特电器有限公司)，纺丝液流量由微量注射泵(美国公司)控制，采用铝箔平板接收纤维。

条件选择：在静电纺丝过程中，将载玻片固定于铝箔纤维接受平板上，纺丝10分钟，取下载玻片，盖上盖玻片，固定于偏光显微镜下(XP-700，上海长方光学仪器有限公司)，将起偏镜与检偏镜正交相错，在固定物镜下，移动偏光显微镜的移动尺或旋转载物台，通过正交偏光观察载药纤维的形态，并通过Power-Shot A640数码相机(Canon，Japan)拍摄记录(如图1e)；同样可采用偏光纤维镜观察豆腐果苷原料药、PVP粉末、三氯蔗糖、SLS的形态(如图1a、b、c、d)。

纺丝工艺参数：流速为2.0-4.0mL/h，接受板离喷丝口距离为15cm，电压12-15kV。其他条件：环境温度为(12±1)℃，环境湿度为67±4％。

所述步骤(1)甲醇甜味剂为三氯蔗糖。

所述步骤(1)透膜促渗剂为十二烷基硫酸钠(SLS)。

所述步骤(1)将豆腐果苷溶于二甲基乙酰胺DMAc∶甲醇v∶v＝40-50∶50-60中。

聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)在纯二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(DMSO)、水中由于溶剂沸点高、难挥发，不能形成纤维。豆腐果苷在甲醇、乙醇、氯仿中难溶，在DMSO、DMAc、DMF中溶解，溶解度顺序为：DMSO＞DMF＞DMAc。综合考虑纺丝与药物溶解度情况，选用DMAc与甲醇混合溶剂进行纺丝。

本发明将小分子功能组分或功能聚合物与成纤聚合物共溶于溶剂中制备成理化性能与流变性能合适的纺丝液体，采用高压静电纺丝工艺，单步制备出具有复合功能的纳米纤维膜。

本发明根据复合成分之间可能的相互作用，选用能够同时使多种功能组分溶解成溶液的混合溶剂，并保证制备成的纺丝液能够被电纺成纤维。

本发明根据主导功能组分的情况，如药物活性组分、生物体有效营养成分、具有抗菌杀菌功能的成分，与成纤聚合物和其他辅助成分共溶于单一或混合溶剂中，制备出用于高效给药、营养补充和吸收、或方便日常生活的功能膜产品。

附图说明

图1多种功能组分粉末和共纺成纳米纤维后的偏光显微镜图，a-豆腐果苷，b-PVP K30，c-SLS，d-三氯蔗糖，e-纳米纤维膜；

图2药膜中各种功能组分的紫外检测图谱，a-PVP，b-三氯蔗糖，c-SLS，d-基线，e-豆腐果苷，f-纳米纤维膜；

图3速效给药功能膜的体外释药特征；

图4速效给药功能膜的小鼠体内药动学特征。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

(1)纺丝液的调配

配制二甲基乙酰胺(DMAc)∶甲醇(v∶v)＝50∶50，加入三氯蔗糖和十二烷基硫酸钠(SLS)，共溶解后，溶液清亮透明；

(2)电纺

装置：采用削平的针头(5号不锈钢注射针头，内径0.5mm)作为喷射细流的毛细管，连接高压发生器(ZGF2000型，上海苏特电器有限公司)，纺丝液流量由微量注射泵(美国

公司)控制，采用铝箔平板接收纤维。

条件选择：在静电纺丝过程中，将载玻片固定于铝箔纤维接受平板上，纺丝10分钟，取下载玻片，盖上盖玻片，固定于偏光显微镜下(XP-700，上海长方光学仪器有限公司)，将起偏镜与检偏镜正交相错，在固定物镜下，移动偏光显微镜的移动尺或旋转载物台，通过正交偏光观察载药纤维的形态，并通过Power-Shot A640数码相机(Canon，Japan)拍摄记录(如图1e)；同样可采用偏光纤维镜观察豆腐果苷原料药、PVP粉末、三氯蔗糖、SLS的形态(如图1a、b、c、d)。

纺丝工艺参数：流速为2.0-4.0mL/h，接受板离喷丝口距离为15em，电压12-15kV。其他条件：环境温度为(12±1)℃，环境湿度为67±4％。

实施例2

速效功能纳米纤维药膜共溶解纺丝液的调配

配制DMAc∶甲醇(v∶v)＝40∶60，将豆腐果苷溶于其中，载药量能满足要求，同时纺丝液透明清亮、成丝性能好。

同时选择能够溶解于DMAc或甲醇甜味剂和透膜促渗剂，如三氯蔗糖和十二烷基硫酸钠(SLS)分别按一定比例(请给出比例)加入上述溶液，共溶解后，溶液清亮透明。

速效功能纳米纤维药膜的电纺制备

电纺装置：采用削平的针头(5号不锈钢注射针头，内径0.5mm)作为喷射细流的毛细管，连接高压发生器(ZGF2000型，上海苏特电器有限公司)，纺丝液流量由微量注射泵(美国

公司)控制，采用铝箔平板接收纤维。

电纺条件选择：在静电纺丝过程中，将载玻片固定于铝箔纤维接受平板上，按选定条件纺丝10分钟后，取下载玻片，盖上盖玻片，固定于偏光显微镜下(XP-700，上海长方光学仪器有限公司)，将起偏镜与检偏镜正交相错，在固定物镜下，移动偏光显微镜的移动尺或旋转载物台，通过正交偏光观察载药纤维的形态，并通过Power-Shot A640数码相机(Canon，Japan)拍摄记录(如图1e)。同样可采用偏光纤维镜观察豆腐果苷原料药、PVP粉末、三氯蔗糖、SLS的形态(如图1a、b、c、d)。

选定纺丝工艺参数：流速为2.0mL/h，接受板离喷丝口距离为15cm，电压12kV。其他条件：环境温度为(12±1)℃，环境湿度为67±4％。

速效功能纳米纤维药膜的体外溶出实验

按中国药典2005版附录XD释放度测定第二法浆法进行体外溶出试验。转速50rpm，温度37±0.5℃，溶出介质为生理盐水，考察纳米纤维膜中豆腐果苷的体外溶出行为，并与原料药相对比。称取上述样品适量投入杯中，自样品与介质接触时开始记时，分别于预定时间取样5mL，0.22μm微孔滤膜过滤，得到溶出液样品，并立刻补充同体积等温新鲜介质。对样品进行紫外测定，计算溶出介质中阿昔洛韦的含量，计算药物累积溶出百分比，重复6次。

采用紫外分光光度法测定，建立豆腐果苷在270nm处的吸光度与浓度关系标准方程，如图2所示各种辅料在270nm处没有吸收，不影响豆腐果苷的测定。在37℃条件下，纳米纤维中豆腐果苷与豆腐果苷原料药物颗粒的体外溶出特征如图3所示，纳米纤维中所装载的药物均在60秒内完全释放，而原料药颗粒在5分钟时仅释放38.71％，载药纳米纤维极大地提高了豆腐果苷的体外溶出速率，改善了其溶出性能。其原因是：(1)纳米纤维巨大表面积；(2)纳米纤维间丰富孔隙率；(3)药物在纤维中的固态溶液或无定形态存在；(4)PVP的亲水性和立体空间阻剂效应，(5)SLS和PVP对药物的增溶解作用。速效功能纳米纤维药膜的小鼠体内药动学实验

采用SD雄性大鼠，通过罐胃给药，应用毛细管采血。毛细管预处理：普通滴管尖端内径约在0.3mm用50mL 1.5mg·mL^-1的肝素钠溶液润湿于75℃下烘干备用。大鼠实验前禁食12h，自由饮水。分别于0.15、0.5、1、2、3、4、6、8、10h时用肝素处理过的毛细管自眼眶后静脉丛取血。0.5mL 3000r·min-1离心10min取上层血浆经HPLC检测。

色谱柱Hanbon C185μm 250mm 4.6mm，流动相乙腈-醋酸水溶液10∶90v/v流速0.8mL·min^-1，检测波长270nm，柱温室温25℃。采用豆腐果苷系列标准溶液建立豆腐果苷浓度与峰面积的标准曲线回归方程：y＝0.2583x+3.9611，r＝0.9994，线性范围为0.025～10μg·mL^-1，最低检测限为2ng S/N＝3。

实验结果表明豆腐果苷在大鼠体内的吸收符合一级一室吸收模型。纳米纤维能提高豆腐果苷在生物体内的生物利用度，其对豆腐果苷原料粉末的相对生物利用度约为157％，说明复合纳米纤维膜能够改善豆腐果苷在生物体内的吸收，提高药效。

Claims (5)

1.多组分共溶单步法制备功能纳米纤维膜的方法，包括：

(1)配制体积比为40-50∶50-60的二甲基乙酰胺DMAc与甲醇，加入甲醇甜味剂和透膜促渗剂，共溶解；

(2)采用削平的针头作为喷射细流的毛细管，将载玻片固定于铝箔纤维接受平板上，连接高压发生器进行静电纺丝，纺丝液流量由微量注射泵控制，流速为2.0-4.0mL/h，接受板离喷丝口距离为15cm，电压12-15kV，纺丝10-20分钟，接收纤维。

2.根据权利要求1所述的多组分共溶单步法制备功能纳米纤维膜的方法，其特征在于：所述步骤(1)甲醇甜味剂为三氯蔗糖。

3.根据权利要求1所述的多组分共溶单步法制备功能纳米纤维膜的方法，其特征在于：所述步骤(1)透膜促渗剂为十二烷基硫酸钠SLS。

4.根据权利要求1所述的多组分共溶单步法制备功能纳米纤维膜的方法，其特征在于：应用于满足载药量，具体过程如下：

(1)配制体积比为40-50∶50-60的二甲基乙酰胺DMAc与甲醇，将豆腐果苷溶于其中，加入甲醇甜味剂和透膜促渗剂，共溶解；

(2)采用削平的针头作为喷射细流的毛细管，将载玻片固定于铝箔纤维接受平板上，连接高压发生器进行静电纺丝，纺丝液流量由微量注射泵控制，流速为2.0-4.0mL/h，接受板离喷丝口距离为15cm，电压12-15kV，纺丝10-20分钟，接收纤维。

5.根据权利要求4所述的多组分共溶单步法制备功能纳米纤维膜的方法，其特征在于：功能纳米纤维膜提高了豆腐果苷的体外溶出速率和在动物体内的生物利用度。

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