CN101638828A

CN101638828A - 采用高压静电纺丝制备双亲性复合纳米膜的方法

Info

Publication number: CN101638828A
Application number: CN200910056747A
Authority: CN
Inventors: 朱利民; 余灯广; 申夏夏; 张晓飞
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2009-08-20
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2029-08-20
Also published as: CN101638828B

Abstract

本发明涉及一种采用高压静电纺丝制备双亲性复合纳米膜的方法，包括：(1)配制50－60∶40－50v/v的乙醇与氯仿混合溶液，加入聚合物，大豆卵磷脂或卵磷脂，制得纺丝溶液；(2)连接高压发生器，进行纺丝。本发明的制备方法简单，适合于工业化生产。

Description

采用高压静电纺丝制备双亲性复合纳米膜的方法

技术领域

本发明属复合纳米膜的制备领域，特别是涉及一种采用高压静电纺丝制备双亲性复合纳米膜的方法。

背景技术

同时具有亲水性和亲油性的材料是目前生物、医药、能源、通讯等众多领域所关注的热点。在生物医药领域，聚合物材料近几十年来一直是药剂学与新剂型发展的重要推动力。许多聚合物材料尤其是水溶性、生物相容性聚合物材料已经在众多市场销售的医药产品中获得良好应用。

然而，口服药物在人体吸收一般需要经历两个过程即溶解与透膜过程，前者需要药物具有一定的水溶性，后者则需要药物具有一定的亲脂性，即溶解后能够顺利透过生物膜，进入血液循环系统，以获得较高的生物利用度。仅改善药物水溶性不一定能促进药物吸收、提高其生物利用度。因此目前许多研究将疏水性物质引入药用水溶性聚合物分子之中，以获得具有双亲性能的聚合物，并应用于给药系统的制备中；也有采用传统铸膜技术制备具有双亲性的复合膜的研究报道。

高压静电纺丝技术具有很强的复合材料制备能力，能够根据物质间的相互作用，将水溶性聚合物与其他众多小分子材料(包括无机金属材料和其氧化物等)进行复合，获得所需的功能。该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，具有良好的前景预期。

但是目前为止，还没有将水溶性聚合物与亲脂性小分子进行复合制备具有双亲性的纳米纤维膜的相关文献。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采用高压静电纺丝制备双亲性复合纳米膜的方法，该制备方法简单，适合于工业化生产。

本发明的一种采用高压静电纺丝制备双亲性复合纳米膜的方法，包括：

(1)配制20-60∶80-40v/v的乙醇与氯仿混合溶液，加入聚合物，然后加入大豆卵磷脂或卵磷脂，制得纺丝溶液，其中聚合物与大豆卵磷脂或卵磷脂的重量比为10∶90-90∶10，聚合物为聚乙烯吡咯烷酮PVP、羟丙基甲基纤维素或聚丙烯酸树脂；

(2)连接高压发生器(ZGF2000型，上海苏特电器有限公司)，进行纺丝；

电纺工艺参数条件：推进速率为1.5-2.5厘米/小时，接受板离喷丝口距离为15cm，电压12kV-15kv。

所述聚合物与大豆卵磷脂或卵磷脂的重量比为30∶70-70∶30。

所述聚合物与大豆卵磷脂或卵磷脂的重量比为50∶50。

所述聚乙烯吡咯烷酮PVP为聚乙烯吡咯烷酮PVP K60，浓度为10％(w/v)。

所述聚丙烯酸树脂的浓度为18％(w/v)。

本发明根据亲水性聚合物分子与亲脂性小分子之间的氢键、疏水作用等二级作用力，采用对共溶溶液进行高压静电纺丝，制备出同时具有亲水性和亲脂性的复合纳米纤维膜。

卵磷脂为黄棕色膏状物，不溶于水，溶于氯仿、乙醇、乙醚、石油醚、矿物油和脂肪酸。聚乙烯吡咯烷酮易溶于水并且溶于乙醇、甲醇、氯仿等典型有机溶剂，在乙醇和甲醇中容易电纺成纤。因此可以选用乙醇或甲醇与氯仿的混合溶液作为溶剂。

本发明提供聚合物与亲脂性小分子共溶有机溶剂的选择方法；聚合物与亲脂性小分子共同溶解纺丝比例的选择与优化措施。

附图说明

图1不同条件下制备的纳米纤维偏光纤维镜形貌，

a-8％聚乙烯吡咯烷酮(PVP)；b-8％PVP+2％大豆卵磷脂；c-10％PVP+1％大豆卵磷脂；d-10％PVP+2％大豆卵磷脂；e-10％PVP+5％大豆卵磷脂；f-10％PVP+10％大豆卵磷脂；

图2随共溶纺丝液中卵磷脂含量增加纳米纤维直径的变化情况；

图3PVP与卵磷脂之间的相互作用

a-PVP；b-10％PVP+5％大豆卵磷脂的纳米纤维；c-大豆卵磷脂；

图410％PVP+5％大豆卵磷脂纳米纤维的原子力显微镜形貌；

图5滴入1滴水后不同纳米纤维的溶解情况

a-10％PVP+1％大豆卵磷脂；b-10％PVP+2％大豆卵磷脂；c-10％PVP+5％大豆卵磷脂；d-10％PVP+10％大豆卵磷脂；

图6尤特奇-卵磷脂纳米纤维偏光纤维镜形貌。

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

共同溶解纺丝比例的选择与优化及复合纳米纤维膜制备

配制60∶40(v/v)的乙醇与氯仿混合溶液，加入聚乙烯吡咯烷酮PVP K60，固定聚乙烯吡咯烷酮PVP K60的浓度为10％(w/v)，分别向其溶液中加入1％、2％、5％、10％(w/v)的大豆卵磷脂，使得干纳米纤维中卵磷脂的含量为9.1％、16.7％、33.3％和50％。

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)，纺丝液量由纺丝液储液器直径大小和微量注射泵(美国Cole-Parmer公司)的推进速率共同控制，采用铝箔平板接受纤维。电纺工艺参数条件：推进速率为1.5厘米/小时，接受板离喷丝口距离为15cm，电压12kV。环境温度为(25±1)℃，环境湿度为67±4％。

在静电纺丝过程中，将载玻片固定于铝箔纤维接收平板上，纺丝1分钟后，取下载玻片，盖上盖玻片，固定于偏光显微镜下，将起偏镜与检偏镜正交相错，在一定物镜下，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，并通过数码相机拍摄记录。结果如图1和图2所示，在PVP浓度为10％的情况中，不同的卵磷脂含量比率下，均能通过静电纺丝制备出复合纳米纤维，并且随着卵磷脂含量的增加，纤维直径呈现先缩小然后增大的趋势。

实施例2

聚乙烯吡咯烷酮与卵磷脂相容性分析

应用衰减全反射傅立叶红外光谱(ATR-FTIR)对聚乙烯吡咯烷酮、卵磷脂和复合纳米纤维进行检测，结果如图3所示。

从图中可以看出聚乙烯吡咯烷酮的羰基吸收峰从1661cm^-1红移到1655cm^-1，峰强度明显增大，而另一方面，卵磷脂的PO₄ ^-在1233cm^-1处的吸收峰红移到1232cm^-1，这一些都说明了PVP与卵磷脂在复合纳米纤维膜中能通过氢键发生相互作用，具有良好的相容性。同时由于卵磷脂亲水端与PVP相互作用，增大了纳米纤维膜的疏水性，提高了复合纳米纤维膜的亲脂性能。

应用原子力显微镜对10％PVP+5％大豆卵磷脂纳米纤维进行形貌分析，结果如图4所示意，纤维表面光滑，质地均匀，也反映了两者之间能够完全复合。按照平均分子量计算饱和摩尔复合比为(500/388.3)÷(1000/360000)＝463.5，即平均每个PVP分子上能接入463.5个卵磷脂分子。

实施例3

复合纳米纤维膜的亲水性能和亲脂性能检验

按照实施例2，在静电纺丝过程中，将载玻片固定于铝箔纤维接收平板上，纺丝10分钟后，取下载玻片，固定于偏光显微镜下，将起偏镜与检偏镜正交相错，在一定物镜下，移动偏光显微镜的移动尺或旋转载物台。采用微量注射器滴入1滴水(大约17μL)到复合纳米纤维的表面，通过正交偏光观察，并由数码相机拍摄记录。

结果如图5所示，从图中可以看出，随着卵磷脂含量的增加，PVP吸水所形成的凝胶层不断增大，当卵磷脂含量为10％时，PVP凝胶化后留下淡蓝色乳粒，这些乳粒是由于卵磷脂含量偏高时候，从PVP纤维基材中发生相分离而形成的。

对于复合纳米纤维膜的疏水性能变化，采用润湿角测定法进行确定。在室温下采用微量注射器将3μL去离子水滴加到纳米纤维膜的表面上，用接触角测定仪(DSA 10，Krüss，德国)测量静态接触角，并记录液滴铺展时间，每个样品重复10次。结果如表1所示。

随着卵磷脂含量的增加，接触角不断增大，而铺展时间不断延长，反映了卵磷脂改变了纤维膜的性能，使亲水性一定程度上有所降低。由于复合纤维中卵磷脂含量增大，亲脂性能自然获得提高，反映在于疏水性加强上。

实施例4

尤特奇-卵磷脂复合纳米纤维膜的置备

固定尤特奇(聚丙烯酸树脂)的浓度为18％(w/v)，向其乙醇溶液中加入6％的大豆卵磷脂，使得干纳米纤维中卵磷脂的含量为25％。按照实施例2制备复合纳米纤维。电纺工艺参数条件：推进速率为3.0ml/h，接受板离喷丝口距离为15cm，电压12kV。环境温度为(25±1)℃，环境湿度为67±4％。偏光纤维镜观察效果如图6所示。由图可知，尤特奇能够与卵磷脂很好地复合，形成双亲性纳米纤维膜，纤维直径为600nm-1300nm之间。

表1不同纳米纤维的接触角与铺展时间(mean±s.d.)

Claims

1.一种采用高压静电纺丝制备双亲性复合纳米膜的方法，包括：

(1)配制20-60∶80-40v/v的乙醇与氯仿混合溶液，加入聚合物，大豆卵磷脂或卵磷脂，制得纺丝溶液，其中聚合物与大豆卵磷脂或卵磷脂的重量比为10∶90-90∶10，聚合物为聚乙烯吡咯烷酮PVP、羟丙基甲基纤维素或聚丙烯酸树脂；

(2)连接高压发生器，进行纺丝；

电纺工艺参数：推进速率为1.5-2.5厘米/小时，接受板离喷丝口距离为15cm，电压8kV-15kv。

2.根据权利要求1所述的一种采用高压静电纺丝制备双亲性复合纳米膜的方法，其特征在于：所述聚合物与大豆卵磷脂或卵磷脂的重量比为30∶70-70∶30。

3.根据权利要求1所述的一种采用高压静电纺丝制备双亲性复合纳米膜的方法，其特征在于：所述聚合物与大豆卵磷脂或卵磷脂的重量比为50∶50。

4.根据权利要求1所述的一种采用高压静电纺丝制备双亲性复合纳米膜的方法，其特征在于：所述聚乙烯吡咯烷酮PVP为聚乙烯吡咯烷酮PVP K60，浓度为10％w/v。

5.根据权利要求1所述的一种采用高压静电纺丝制备双亲性复合纳米膜的方法，其特征在于：所述聚丙烯酸树脂的浓度为18％w/v。