CN101892529B - 包载有蛋白质的乳芯-同轴电纺超细纤维膜及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制备包载有蛋白质的乳芯-同轴电纺超细纤维膜的方法。将含牛血清白蛋白(BSA)的乳液作为内芯溶液，将聚乙二醇-co-聚(丙交酯co-己内酯)溶液作为外壳溶液，选用与同轴电纺相同的装置进行电纺。其中乳液的制备方法为：油相是聚乙二醇-co-聚(丙交酯-co-乙交酯)或聚乙二醇-co-聚(丙交酯-co-乙交酯)的氯仿溶液，水相是300～500mg/mL的BSA水溶液，将水相加入油相后，漩涡混合器振荡5min制得乳液。电纺电压为16kV，接收距离是20cm；内芯溶液的流量为0.05～0.1mL/h，外壳溶液的流量为0.5～1.0mL/h。通过透射电子显微镜来确定BSA在纤维中的包裹。此方法制备的电纺纤维同样适用于对其它蛋白质的包载和释放。
Description
技术领域
本发明涉及一种包载有蛋白质的乳芯-同轴电纺超细纤维膜及制备方法，属于能够包载和释放蛋白质的静电纺丝制备技术。
背景技术
静电纺丝超细纤维膜具有相似于天然细胞外基质的纤维形貌，因此广泛应用于组织工程支架，提供细胞生长的支撑和相应要求的力学性能。在纤维中载入生物活性物质，可以促进和指导细胞的生长、繁殖和分化，有利于组织的形成和功能的完善。(Pham Q P，SharmaU，Mikos A G，“Electrospinning of polymeric nanofibers for tissue engineeringapplications：a review”，Tissue Engineering，2006，12(5)：1197-1211；Sill T J，von Recum H A，“Electrospinning：Applications in drug delivery and tissueengineering”，Biomaterials，2008，29(13)：1989-2006)
由同轴电纺或乳液电纺制备的芯/壳结构超细纤维，可将脆弱的生长因子等水溶性活性物质包载入聚合物纤维中，同时保证由纤维释放出来后仍具有一定活性。(Huang Z M，HeC L，Yang A Z，et al.“Encapsulating drugs in biodegradable ultrafine fibersthrough co-axial electrospinning”，Journal of Biomedical Materials Research，2006，77A(1)：169-179；Yang Y，Li X H，Cui W G，et al.“Structural stabilityand release profiles of proteins from core-shell poly(DL-lactide)ultrafinefibers prepared by emulsion electrospinning”，Journal of Biomedical MaterialsResearch，2008，86A(2)：374-385)
但由同轴或乳液电纺制备的载药芯/壳结构纤维一般会在释放前期(1d以内)出现较严重的突释现象，而术期的释放量又过少(Li H，Zhao C G，Wang Z X，et al.“Controlledrelease of PDGF-bb by coaxial electrospun dextran/poly(L-lactide-co-ε-caprolactone)fibers with an ultrafine core/shell structure”，Journal ofBiomaterials Science-Polymer Edition，2010，21(6-7)：803-819；Li X R，Zhang H，Li H，et al.“Self-accelerated biodegradation of electrospun poly(ethyleneglycol)-poly(L-lactide)membranes by loading proteinase K”，Polymer Degradationand Stability，2008，93(3)：618-626)。同时，乳液电纺中引入的表面活性剂，可能会对载入的蛋白质活性以及细胞实验、动物试验产生影响。传统同轴电纺的纤维膜作为对比，以牛血清白蛋白的水溶液作为内芯溶液，以聚乙二醇-co-聚(丙交酯-co-己内酯)溶液作为外壳溶液，其释放行为在12小时的释放率即为48.7±3.0％，说明前期的突释较为严重。
发明内容
本发明的目的在于提供一种包载有蛋白质的乳芯-同轴电纺超细纤维膜及制备方法，它是将作为内芯溶液的载药水溶液替换为载药的油包水乳液，将可降解的生物相容性聚合物聚乙二醇-co-聚(丙交酯-co-己内酯)(PELCL，以开环聚合方法自制，聚乙二醇2000作为引发剂，LA∶CL＝3∶1，分子量为12万)溶液作为外壳溶液，由乳芯-同轴电纺将牛血清白蛋白(BSA)进行双层完好包裹，本发明的纤维膜可以实现对蛋白质的包载和释放。
本发明提供的一种包载有蛋白质的乳芯-同轴电纺超细纤维膜是以聚乙二醇-co-聚(丙交酯-co-乙交酯)(PELGA)或聚(丙交酯-co-乙交酯)(PLGA)的氯仿溶液作为油相，牛血清白蛋白(BSA)水溶液作为水相，按照水相/油相的体积比例为1∶20～1∶10制备乳液(其制备方法为：水相加入油相后，用漩涡混合器振荡制得乳液)作为内芯溶液，可降解的生物相容性聚合物PELCL溶液作为外壳溶液，用接地的铝箔接收纤维，选用同轴电纺装置进行电纺。
本发明提供的一种包载有蛋白质的乳芯-同轴电纺超细纤维膜的制备方法包括的步骤：室温下将牛血清白蛋白(BSA)水溶液加入到PELGA或PLGA的氯仿溶液后，用漩涡混合器振荡制得的乳液作为内芯溶液，聚合物PELCL溶液作为外壳溶液，用接地的铝箔接收纤维，选用同轴电纺装置进行电纺，电纺的电压为16kV，接收距离是20cm；内芯溶液的流量为0.05～0.1mL/h，外壳溶液的流量为0.5～1.0mL/h。外壳溶液为50～200mg/mLPELCL溶液(氯仿∶三氟乙醇＝7∶3，体积)，BSA水溶液的浓度为300～500mg/mL。
本发明选用与同轴电纺同样的电纺装置，将作为内芯溶液的载药水溶液替换为载药的油包水(W/O)乳液，将由乳芯-同轴电纺(Emulsion-core coaxial electrospinnig，EC coaxial electrospinning)技术，将BSA作为模型蛋白进行双层包裹，以此减缓BSA突释和调控释放速率。通过透射电子显微镜(TEM)来确定BSA在纤维中的包裹。其中BSA作为模拟蛋白载入乳液中，并同时对乳液起到乳化稳定的作用，避免表面活性剂的加入对载入蛋白质活性以及细胞实验、动物试验的影响。
本发明的优点在于，通过将乳液作为内芯溶液、运用同轴电纺装置进行电纺，将BSA首先包载入乳液中，然后通过电纺将乳液再次包覆在外壳材料中，实现对BSA的完善包覆，以减缓BSA初期的突释。此方法制备的电纺纤维同样适用于对其它蛋白质的包载和释放，例如蛋白质生长因子的包载和组织工程修复。
附图说明
图1乳芯-同轴电纺EC-PLGA样品的TEM照片。
图2乳芯-同轴电纺EC-PELGA样品的TEM照片。
具体实施方式
实施例1
1.W/O乳液的各组分制备：0相是将相对分子质量为3万的PLGA(乙二醇作为引发剂，LA∶GA＝3∶1)溶于氯仿得到的溶液，W相是BSA水溶液。
2.内芯溶液：将步骤1中制备的W相加入O相后，用漩涡混合器振荡5min制得W/O乳液，作为内芯溶液。
3.外壳溶液：100mg/mL PELCL(PELCL是以开环聚合方法，具体为：聚合单体：丙交酯(LA)和己内酯(CL)，无水无氧环境下，140℃下反应24小时，辛酸亚锡作为催化剂，聚乙二醇2000作为引发剂，LA∶CL＝3∶1；分子量为12万)溶液，溶剂是氯仿和三氟乙醇以体积比7∶3的混合溶剂。
4.将内芯溶液和外壳溶液通过同轴电纺装置进行电纺。各自溶液(emulsion和shell)通过独立的微量注射泵以特定的流量从注射器中输出。高压直流电源输出的电纺电压为16kV，纺丝头与已接地的铝箔的接收距离是20cm。样品标记为EC-PLGA，图1为乳芯-同轴电纺样品EC-PLGA的TEM照片，深色衬度表明BSA被包裹在纤维中。
实施例2
1.W/O乳液的各组分制备：O相是将相对分子质量为3万的PELGA(聚乙二醇2000作为引发剂，LA∶GA＝3∶1)溶于氯仿得到的溶液，W相是BSA水溶液。
2.内芯溶液：将步骤1中制备的W相加入O相后，用漩涡混合器振荡5min制得W/O乳液，作为内芯溶液。
3.外壳溶液：100mg/mL PELCL(制备方法同上，LA∶CL＝3∶1，分子量为12万)溶液，溶剂是氯仿和三氟乙醇以体积比7∶3的混合溶剂。
4.将内芯溶液和外壳溶液通过同轴电纺装置进行电纺。各自溶液(emulsion和shell)通过独立的微量注射泵以特定的流量从注射器中输出。高压直流电源输出的电纺电压为16kV，纺丝头与已接地的铝箔的接收距离是20cm。样品标记为EC-PELGA，图2为乳芯-同轴电纺EC-PELGA样品的TEM和照片深色衬度表明BSA被包裹在纤维中。
Claims (6)
1.一种包载有蛋白质的乳芯-同轴电纺超细纤维膜，其特征在于它是以聚乙二醇-co-聚(丙交酯-co-乙交酯)(PELGA)或聚(丙交酯-co-乙交酯)(PLGA)的氯仿溶液作为油相，牛血清白蛋白(BSA)水溶液作为水相，按照水相/油相的体积比例为1∶20～1∶10，制备乳液作为内芯溶液，可降解的生物相容性聚合物聚乙二醇-co-聚(丙交酯-co-己内酯)(PELCL)溶液作为外壳溶液，选用同轴电纺装置进行电纺，用接地的铝箔接收纤维；所述的乳液的制备方法为：水相加入油相后，用漩涡混合器振荡制得乳液。
2.一种权利要求1所述的包载有蛋白质的乳芯-同轴电纺超细纤维膜的制备方法，其特征在于它包括的步骤：室温下将牛血清白蛋白(BSA)水溶液加入到PELGA或PLGA的氯仿溶液后，用漩涡混合器振荡制得乳液，作为内芯溶液，可降解的生物相容性PELCL溶液作为外壳溶液，用接地的铝箔接收纤维，选用同轴电纺装置进行电纺，电纺的电压为16kV，接收距离是20cm；内芯溶液的流量为0.05～0.1mL/h，外壳溶液的流量为0.5～1.0mL/h。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的外壳溶液浓度为50～200mg/mL PELCL溶液，氯仿∶三氟乙醇＝7∶3，体积比。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的BSA水溶液的浓度为300～500mg/mL。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的PLGA相对分子量为3万。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的PELGA相对分子量为3万。
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