CN101705529B - 生物相容壳核结构复合超细纤维膜及其制作方法 - Google Patents

生物相容壳核结构复合超细纤维膜及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种生物相容壳核结构复合超细纤维膜材料及其制备方法，主要是利用简单易于操作的静电纺丝方法，制得由质量百分含量为20％～95％的壳层生物高分子和质量百分含量为5％～80％的核层胶体组成的生物相容壳核结构复合超细纤维。本发明的生物相容壳核结构复合超细纤维膜材料质轻柔软、透气性好，具有良好的生物相容性、生物降解性及生物吸收性，可以作为活性药物载体材料使用，能够完全封装多种活性药物，并能实现各种药物的独立控制释放，在组织工程支架材料、伤口包覆材料、人造敷料和多功能复合膜等方面有广泛的应用前景。

Description

生物相容壳核结构复合超细纤维膜及其制作方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，特别是涉及一种生物相容壳核结构复合超细纤维膜材料及其制备方法。
背景技术
高分子聚合物可以作为载药材料，特别是用静电纺丝方法制备得到的聚合物纤维，其直径一般在纳米级到微米级，具有较高的药物负载量，并且可被生物降解、吸收，是目前应用最多的载药材料。目前对于静电纺丝聚合物纤维作为载药材料的研究多集中于如何提高载药量以及如何精准控制药物释放、防止药物突释等，即研究多局限于利用聚合物纤维负载释放单一药物这方面；尽管目前也有利用多通路纤维同时负载多种药物的尝试，但是由于纤维直径一定、降解速率恒定，虽然可以在不同通道内负载不同药物，但是却始终不能实现药物的分别释放。如何实现多种药物的同时负载并且分别释放一直是载药材料研究领域的一个难题，这一难题的解决无疑会将生物医药学领域向前推动一大步。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物相容壳核结构复合超细纤维膜材料，其质轻柔软、透气性好，能够同时负载多种药物并且能够实现每种药物的独立控制释放，同时具有良好的生物相容性、生物降解性及生物吸收性。本发明的另一目的在于提供该生物相容壳核结构复合超细纤维膜材料的制备方法。
上述目的是通过如下技术方案实现的：
一种生物相容壳核结构复合超细纤维膜材料，是由壳层和核层两部分所组成的直径为100nm～10μm的复合纤维；
所述壳层占复合纤维总质量的20％～95％，由重均分子量(Mw)为5万～50万的生物高分子构成，前述生物高分子选自聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯乙酸酯(PVAc)、聚乳酸(PLA)、聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)中的任意一种；
所述核层占复合纤维总质量的5％～80％，是由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体与聚N-异丙基丙烯酰胺(PNiPAm)胶体按照任意比例配置成的直径为50nm～500nm的胶体组合物。
上述生物相容壳核结构复合超细纤维膜材料的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将生物高分子材料溶于水或相应的有机溶剂，配制成质量百分浓度为2％～30％的生物高分子溶液，备用；
不同生物高分子材料所对应的溶剂分别为：PEO溶于水；PVA溶于水或丙酮或水和丙酮的混合液；PVAc溶于水或者水和乙醇的混合液，PLA溶于二甲基甲酰胺或二甲基甲酰胺和丙酮的混合液；PLGA溶于二甲基甲酰胺或二甲基甲酰胺和丙酮的混合液；PCL溶于丙酮或四氢呋喃或丙酮和二甲基甲酰胺的混合液；
(2)将质量百分浓度为15％的甲基丙烯酸甲酯水溶液和质量百分浓度为20％的乙烯基二甲基丙烯酸乙二酯水溶液按照9∶1的体积比混合，得溶液I备用；
(3)先将质量百分浓度为1％的甲基-β-环糊精水溶液加热并保持在70℃，然后按照每100ml溶液加入0.3g过硫酸钾的比例向其中加入少量过硫酸钾并搅拌均匀，再向其中缓慢滴加甲基-β-环糊精水溶液1/10体积的步骤(2)得到的溶液I，边滴加边搅拌，溶液I全部滴加完毕后继续搅拌1小时，最后在3000r/min的转速下离心2min，离心产物用去离子水洗涤、再离心，重复三次洗涤-离心的步骤，得到交联的PMMA胶体，备用；
(4)按照100∶3∶4的质量比称取N-异丙基丙烯酰胺、过硫酸钾和二甲基丙烯酰胺，将三者全部溶于N-异丙基丙烯酰胺40倍质量的去离子水中，加热混合溶液并将温度稳定在75℃，再在氮气保护下持续加热2h，最后在3000r/min的转速下离心2min，离心产物用去离子水洗涤、再离心，重复三次洗涤-离心的步骤，得到交联的PNiPAm胶体，备用；
(5)将步骤(3)的PMMA胶体和步骤(4)的PNiPAm胶体加入到步骤(1)的生物高分子溶液中，不断搅拌直至得到均一透明的静电纺丝液；
(6)将步骤(5)的静电纺丝液注入单针头静电纺丝装置中，在电压为15～30kV、溶液流量为10～100μL/min、接收距离为5cm～25cm的条件下进行静电纺丝，即得到生物相容壳核结构复合超细纤维膜材料。
本发明的方法简单、易于操作，在制备过程中得到两种具有不同特性的交联的聚合物胶体(PMMA胶体和PNiPAm胶体)，胶体在按照本发明方法制得的具有特定浓度的静电纺丝液中发生溶胀、形成胶体相分离的原动力，另一方面静电纺丝的过程会加速溶剂的挥发、从而加快了胶体相分离的速度，二者共同作用使胶体发生分相从而被封装在纤维内部，形成了壳核复合纤维的内核。由于复合纤维的内核中含有具有不同特性的胶体，故可以同时负载不同的药物、并实现每种药物的分别控制释放。本发明的生物相容壳核结构复合超细纤维膜材料质轻柔软、透气性好，具有良好的生物相容性、生物降解性及生物吸收性，可以作为活性药物载体材料使用，能够完全封装多种活性药物，并能实现各种药物的独立控制释放；在组织工程支架材料、伤口包覆材料、人造敷料和多功能复合膜等方面也有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但并非是对本发明的进一步限定，根据本发明的上述内容作出其他形式的变更、替换等均属于本发明的范围。
实施例1：
(1)将10g聚己内酯(PCL)溶于90g四氢呋喃中，配制成质量百分浓度为10％的PCL溶液，备用；
(2)将9ml质量百分浓度为15％的甲基丙烯酸甲酯水溶液和1ml质量百分浓度为20％的乙烯基二甲基丙烯酸乙二酯水溶液混合，得溶液I备用；
(3)先将100ml质量百分浓度为1％的甲基-β-环糊精水溶液加热并保持在70℃，然后加入0.3g过硫酸钾并搅拌均匀，再向其中缓慢滴加步骤(2)得到的溶液I，边滴加边搅拌，4～5小时后溶液I全部滴加完毕，继续搅拌1小时，最后在3000r/min的转速下离心2min，离心产物用去离子水洗涤、再离心，重复三次洗涤-离心的步骤，得到交联的PMMA胶体，备用；
(4)取N-异丙基丙烯酰胺4g、过硫酸钾0.12g和二甲基丙烯酰胺0.16g溶于160ml去离子水中，加热混合溶液并将温度稳定在75℃，再在氮气保护下持续加热2h，最后在3000r/min的转速下离心2min，离心产物用去离子水洗涤、再离心，重复三次洗涤-离心的步骤，得到交联的PNiPAm胶体，备用；
(5)将步骤(3)的PMMA胶体和步骤(4)的PNiPAm胶体加入到步骤(1)的PCL溶液中，不断搅拌直至得到均一透明的静电纺丝液；
(6)将步骤(5)的静电纺丝液注入单针头静电纺丝装置中，在电压为20kV、溶液流量为55μL/min、接收距离为15cm的条件下进行静电纺丝，即得到生物相容壳核结构复合超细纤维膜材料。

Claims (1)

1.一种生物相容壳核结构复合超细纤维膜材料的制备方法，所述生物相容壳核结构复合超细纤维膜材料是由壳层和核层两部分所组成的直径为100nm的复合纤维；
所述壳层占复合纤维总质量的20％～95％，由重均分子量(Mw)为5万～50万的生物高分子构成，前述生物高分子选自聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯乙酸酯(PVAc)、聚乳酸(PLA)、聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)中的任意一种；
所述核层占复合纤维总质量的5％～80％，是由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体与聚N-异丙基丙烯酰胺(PNiPAm)胶体按照任意比例配置成的直径为50nm～500nm的胶体组合物；其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将生物高分子材料溶于水或相应的有机溶剂，配制成质量百分浓度为2％～30％的生物高分子溶液，备用；
(2)将质量百分浓度为15％的甲基丙烯酸甲酯水溶液和质量百分浓度为20％的乙烯基二甲基丙烯酸乙二酯水溶液按照9∶1的体积比混合，得溶液I备用；
(3)先将质量百分浓度为1％的甲基-β-环糊精水溶液加热并保持在70℃，然后按照每100ml溶液加入0.3g过硫酸钾的比例向其中加入少量过硫酸钾并搅拌均匀，再向其中缓慢滴加甲基-β-环糊精水溶液1/10体积的步骤(2)得到的溶液I，边滴加边搅拌，溶液I全部滴加完毕后继续搅拌1小时，最后在3000r/min的转速下离心2min，离心产物用去离子水洗涤、再离心，重复三次洗涤-离心的步骤，得到交联的PMMA胶体，备用；
(4)按照100∶3∶4的质量比称取N-异丙基丙烯酰胺、过硫酸钾和二甲基丙烯酰胺，将三者全部溶于N-异丙基丙烯酰胺40倍质量的去离子水中，加热混合溶液并将温度稳定在75℃，再在氮气保护下持续加热2h，最后在3000r/min的转速下离心2min，离心产物用去离子水洗涤、再离心，重复三次洗涤-离心的步骤，得到交联的PNiPAm胶体，备用；
(5)将步骤(3)的PMMA胶体和步骤(4)的PNiPAm胶体加入到步骤(1)的生物高分子溶液中，不断搅拌直至得到均一透明的静电纺丝液；
(6)将步骤(5)的静电纺丝液注入单针头静电纺丝装置中，在电压为15～30kV、溶液流量为10～100μL/min、接收距离为5cm～25cm的条件下进行静电纺丝，即得到生物相容壳核结构复合超细纤维膜材料。
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