CN101775704A - 一种制备纯透明质酸纳米纤维无纺布的方法 - Google Patents

一种制备纯透明质酸纳米纤维无纺布的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制备纯透明质酸纳米纤维膜的方法。方法是将透明质酸粉末溶于水、甲酸和DMF组成的混合溶剂中配制成溶液，将溶液静置超声波1个小时使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液；将配制的透明质酸静电纺丝溶液加入注射泵，调整适当的纺丝电压、喷丝头到收集板的距离以及喷丝头纺丝溶液的流量，在5～60℃的温度范围内静电纺丝到折扇形的铝箔上，得到了纤维平均直径在200～600nm的透明质酸纳米纤维无纺布。本发明制备过程、后处理工序简单，并实现了在较大的温度范围内获得透明质酸纳米纤维无纺布，所获得的透明质酸纳米纤维直径分布均匀。

Description

一种制备纯透明质酸纳米纤维无纺布的方法
技术领域
本发明涉及一种制备纯透明质酸纳米纤维无纺布的方法。
背景技术
透明质酸(Hyaluronic acid、HA)又名玻尿酸，是存在于生物组织中细胞外基质中的一种酸性粘多糖，由β-D-N-乙酰氨基葡萄糖和β-D-葡萄糖磺酸为结构单元的以β-1，4-糖苷链连成的一种链状高分子，在空间上呈刚性的螺旋柱状结构，柱的内侧由于存在大量的羟基而产生强亲水性，而且透明质酸分子将其结合的水分子锁定在其双螺旋柱状结构中，使水分不易流失，因此具有特殊的保水作用。透明质酸以其独特的分子结构和理化性质在机体内显示出多种重要的生理功能，如润滑关节，调节血管壁的通透性，调节蛋白质，水电解质扩散及运转，促进创伤愈合等。同时，由于透明质酸对人体皮肤刺激性小，安全无毒，使得它在很多领域有着广泛的应用：在食品方面，透明质酸可以为人体补充透明质酸，改善肌肤水分和关节功能；在医药方面，透明质酸常作为药物载体，不但能增强药物的生物利用度而且能减少全身的毒副作用；在日化方面，透明质酸常可作为优异的保湿剂和成膜剂。
静电纺丝是一种使带电荷的聚合物溶液或熔体在静电场中射流制备聚合物超细纤维的加工方法，在外加电场达到一定临界值时，纤维就会从喷丝口喷射而出，同时溶剂逐渐挥发离开带电纤维，干燥的纤维落在收集板上，形成无纺布。由于透明质酸的特殊的保水作用极大地限制了透明质酸的在静电纺丝过程中溶剂的挥发，未挥发的溶剂在收集板上使得到的纳米纤维相互溶解粘连在一起(如图3和4所示)，而得不到纳米纤维无纺布。据文献报道应用传统的静电纺丝方法电纺透明质酸是收集不到透明质酸纳米纤维膜的(J.Li，A.He，C.C.Han，D.Fang，B.S.Haiao，B.Chu，Electrospinning of hyaluronic acid(HA)and HA/gelatinblends，Macromol.Rapid Commun.2005，27，114-120；I.C.Um，D.Fang，B.S.Hsiao，A.Okamoto，B.Chu，Electro-spinning and electro-blowing of hyaluronic acid，Biomacromolecules.2004，5，1428-1436)，但是在一些辅助装置的帮助下，可以在高于37℃的条件下收集到透明质酸的纳米纤维膜，如李军星等(J.Li，A.He，C.C.Han，D.Fang，B.S.Haiao，B.Chu，Electrospinning of hyaluronic acid(HA)andHA/gelatin blends，Macromol.Rapid Commun.2005，27，114-120)在40±3℃的条件下，将透明质酸直接电纺到水和乙醇混合溶液中，经过一系列的后处理工艺，获得了透明质酸纳米纤维膜；In Chul Um等(I.C.Um，D.Fang，B.S.Hsiao，A.Okamoto，B.Chu，Electro-spinning and electro-blowing of hyaluronic acid，Biomacromolecules.2004，5，1428-1436)通过加载气吹辅助设备，在吹入39-57℃空气的条件下通过电纺收集到透明质酸的纳米纤维膜。
以上这些方法存在以下缺点：
1、制备过程需要控制在较高温度下，不能在常温下获得纳米纤维膜；
2、收集器浸泡在乙醇中，易使收集到的透明质酸纳米纤维发生部分溶胀溶解作用，得到纤维量少；
3、制备过程需要控制在较高温度下，对设备要求提高，制备方法的后处理麻烦，都增加了成本。
发明内容
针对目前制备的透明质酸纳米纤维膜都是在大于37℃的条件下静电纺丝得到，本发明的目的在于提供一种制备纯透明质酸纳米纤维膜的方法。该方法操作过程条件温和、易于控制、步骤简单，成本低廉。
本发明所提供的一种制备纯透明质酸纳米纤维膜的方法，包括以下步骤：
(1)透明质酸静电纺丝溶液的配制：将透明质酸粉末溶于水、甲酸和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)组成的混合溶剂中，配成重量百分比为0.5～5wt％的溶液，然后将溶液充分搅拌，以致完全溶解，将溶液静置超声波1个小时使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液。所述的透明质酸重均分子量为400,000～2,000,000，溶剂水、甲酸和DMF的体积比例为1～3∶1～3∶1～3。
(2)静电纺丝制备透明质酸纳米纤维：将步骤(1)中配制的透明质酸静电纺丝溶液加入注射泵，调整电压为1～50kV，优选为15～30kV；喷丝头到收集板的距离为5～25cm，优选为8～20cm；喷丝头纺丝溶液的流量为0.5～2.0mL/h；纺丝环境温度为5～60℃，优选为10～40℃；收集板为折纸扇形(纺丝设备如图1和2所示)，启动装置进行透明质酸的静电纺丝，在收集板上得到了透明质酸纳米纤维无纺布，纤维直径分布均匀，纤维直径在200nm～600nm之间。
与现有技术相比，本发明方法具有以下优点：
1、此方法可以在较大的温度范围内获得透明质酸纳米纤维膜；
2、此方法对设备要求低，收集装置、后处理工序简单，降低了成本；
3、此方法获得的纤维直径分布均匀，且纤维直径在200～600nm之间。
附图说明
图1是本发明实施过程中使用的实物装置图。
图2是针对透明质酸高保水性的特点而改进的接收装置。
图3是透明质酸的水、DMF混合溶液采用静电纺丝技术收集得到的产物的SEM形貌。
图4是按本发明实施例2所提供的技术方案在平面铝箔上收集的透明质酸纺丝产物的SEM形貌。
图5是按本发明实施例2所提供的技术方案在折扇形铝箔上收集的透明质酸纺丝产物的SEM形貌。
具体实施方式
实施例1：
(1)将重均分子量为Mw＝400,000透明质酸粉末溶于水、甲酸和DMF的体积比例为1∶1∶1的混合溶剂中，配成重量百分比为5wt％的溶液，然后将溶液充分搅拌，以致完全溶解，将溶液静置超声波1个小时使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液。
(2)将步骤(1)中配制的透明质酸静电纺丝溶液加入注射泵，调整电压为20kV；喷丝头到收集板的距离为8cm；喷丝头纺丝溶液的流量为1.5mL/h；纺丝环境温度为30℃；收集板为折纸扇形，启动装置进行透明质酸的静电纺丝，在收集板上得到了透明质酸纳米纤维无纺布，纤维直径分布均匀，且纤维直径在200～400nm之间。
实施例2：
(1)将重均分子量为Mw＝1,000,000透明质酸粉末溶于水、甲酸和DMF的体积比例为1∶2∶1的混合溶剂中，配成重量百分比为1.5wt％的溶液，然后将溶液充分搅拌，以致完全溶解，将溶液静置超声波1个小时使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液。
(2)将步骤(1)中配制的透明质酸静电纺丝溶液加入注射泵，调整电压为24kV；喷丝头到收集板的距离为18cm；喷丝头纺丝溶液的流量为1.0mL/h；纺丝环境温度为20℃；收集板为折纸扇形，启动装置进行透明质酸的静电纺丝，在收集板上得到了透明质酸纳米纤维无纺布，纤维直径分布均匀，且纤维直径在200～400nm之间。由扫描电镜图可以清楚的看到(图5)，纳米纤维直径在200纳米左右。
实施例3：
(1)将重均分子量为Mw＝2,000,000透明质酸粉末溶于水、甲酸和DMF的体积比例为1∶2∶3的混合溶剂中，配成重量百分比为0.5wt％的溶液，然后将溶液充分搅拌，以致完全溶解，将溶液静置超声波1个小时使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液。
(2)将步骤(1)中配制的透明质酸静电纺丝溶液加入注射泵，调整电压为30kV；喷丝头到收集板的距离为20cm；喷丝头纺丝溶液的流量为0.5mL/h；纺丝环境温度为40℃；收集板为折纸扇形，启动装置进行透明质酸的静电纺丝，在收集板上得到了透明质酸纳米纤维无纺布，纤维直径分布均匀，且纤维直径在400～600nm之间。
实施例4：
(1)将重均分子量为Mw＝1,000,000透明质酸粉末溶于水、甲酸和DMF的体积比例为2∶1∶2的混合溶剂中，配成重量百分比为1.5wt％的溶液，然后将溶液充分搅拌，以致完全溶解，将溶液静置超声波1个小时使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液。
(2)将步骤(1)中配制的透明质酸静电纺丝溶液加入注射泵，调整电压为15kV；喷丝头到收集板的距离为12cm；喷丝头纺丝溶液的流量为0.8mL/h；纺丝环境温度为30℃；收集板为折纸扇形，启动装置进行透明质酸的静电纺丝，在收集板上得到了透明质酸纳米纤维无纺布，纤维直径分布均匀，且纤维直径在300～500nm之间。
实施例5：
(1)将重均分子量为Mw＝800,000透明质酸粉末溶于水、甲酸和DMF的体积比例为3∶3∶2的混合溶剂中，配成重量百分比为2.5wt％的溶液，然后将溶液充分搅拌，以致完全溶解，将溶液静置超声波1个小时使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液。
(2)将步骤(1)中配制的透明质酸静电纺丝溶液加入注射泵，调整电压为20kV；喷丝头到收集板的距离为10cm；喷丝头纺丝溶液的流量为1.0mL/h；纺丝环境温度为10℃；收集板为折纸扇形，启动装置进行透明质酸的静电纺丝，在收集板上得到了透明质酸纳米纤维无纺布，纤维直径分布均匀，且纤维直径在300～500nm之间。
实施例6：
(1)将重均分子量为Mw＝800,000透明质酸粉末溶于水、甲酸和DMF的体积比例为2∶3∶1的混合溶剂中，配成重量百分比为2.0wt％的溶液，然后将溶液充分搅拌，以致完全溶解，将溶液静置超声波1个小时使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液。
(2)将步骤(1)中配制的透明质酸静电纺丝溶液加入注射泵，调整电压为18kV；喷丝头到收集板的距离为15cm；喷丝头纺丝溶液的流量为1.5mL/h；纺丝环境温度为20℃；收集板为折纸扇形，启动装置进行透明质酸的静电纺丝，在收集板上得到了透明质酸纳米纤维无纺布，纤维直径分布均匀，且纤维直径在300～500nm之间。
实施例7：
(1)将重均分子量为Mw＝400,000透明质酸粉末溶于水、甲酸和DMF的体积比例为2∶2∶3的混合溶剂中，配成重量百分比为4.0wt％的溶液，然后将溶液充分搅拌，以致完全溶解，将溶液静置超声波1个小时使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液。
(2)将步骤(1)中配制的透明质酸静电纺丝溶液加入注射泵，调整电压为25kV；喷丝头到收集板的距离为10cm；喷丝头纺丝溶液的流量为1.0mL/h；纺丝环境温度为20℃；收集板为折纸扇形，启动装置进行透明质酸的静电纺丝，在收集板上得到了透明质酸纳米纤维无纺布，纤维直径分布均匀，且纤维直径在200～400nm之间。

Claims (7)

1.一种制备纯透明质酸纳米纤维无纺布的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将透明质酸粉末溶于水、甲酸和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)组成的混合溶剂中，配成重量百分比为0.5～5wt％的溶液，然后将溶液充分搅拌，以致完全溶解，将溶液静置超声波1个小时使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液。
(2)将步骤(1)中配制的透明质酸静电纺丝溶液加入注射泵，调整纺丝电压为1～50kV；喷丝头到收集板的距离为5～25cm；喷丝头纺丝溶液的流量为0.5～2.0mL/h；纺丝环境温度为5～60℃；收集板为折纸扇形，启动装置进行透明质酸的静电纺丝，在收集板上得到了透明质酸纳米纤维无纺布。
2.根据权利要求1的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的透明质酸重均分子量为400,000～2,000,000。
3.根据权利要求1的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的溶剂水、甲酸和DMF的体积比例为1～3∶1～3∶1～3。
4.根据权利要求1的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的透明质酸溶液的重量百分比为0.5～5wt％。
5.根据权利要求1的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的电压为1～50kV。
6.根据权利要求1的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的喷丝头到收集板的距离为5～25cm。
7.根据权利要求1的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的纺丝环境温度为5～60℃。
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