CN103088630A

CN103088630A - 一种用于促进伤口愈合的纳米纤维薄膜的制备方法

Info

Publication number: CN103088630A
Application number: CN2011103348215A
Authority: CN
Inventors: 董华; 郗艳丽; 王树涛
Original assignee: Institute of Chemistry CAS
Current assignee: Institute of Chemistry CAS
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-05-08

Abstract

本发明涉及通过静电纺丝制备由平行排列的纳米纤维构成的用于促进伤口愈合的纳米纤维薄膜的方法。本发明采用接地平行电极作为电纺丝接收装置，在适宜的电纺条件下将聚合物纺丝溶液制备成由平行排列的聚合物电纺纳米纤维构成的薄膜；然后在该薄膜表面引入Ag纳米粒子。本发明的制备方法简单，能耗低，效率高，制备的薄膜中的聚合物电纺纳米纤维平行排列，有利于细胞沿着聚合物电纺纳米纤维方向迁移，促进伤口愈合，附着在聚合物电纺纳米纤维上的Ag纳米粒子具有抗菌作用，有利于减小伤口感染几率；该薄膜由聚合物电纺纳米纤维拼接而成，具有大量亚微米孔隙，具有优良的透气效果。

Description

一种用于促进伤口愈合的纳米纤维薄膜的制备方法

技术领域

本发明属于用于促进伤口愈合的薄膜的制备，特别涉及一种采用静电纺丝的方法制备由平行排列的纳米纤维构成的用于促进伤口愈合的纳米纤维薄膜的方法。

背景技术

伤口愈合是组织器官损伤修复的一种途径，在组织器官损伤修复的过程中，伤口敷料会起到保护伤口不被细菌侵袭并加速伤口愈合的作用。早在4500年前人们就发现了这一现象，并学会了用植物等覆盖伤口，利于伤口愈合，减轻因感染而致死亡的几率。之后的几千年里人们一直在寻找更加适合促进伤口愈合的材料，以此减轻病人的痛苦，提高病人的生活质量，减少愈后瘢痕以达到美观的目的。同时还可以通过开发新型的伤口敷料，以期研发新的治疗手段。

伤口敷料的最佳材料需具有能够维持伤口湿润环境、保护伤口不被感染、有良好的透气性、可吸收伤口渗出液等优点，随着近几年环保意识的增强，伤口敷料也逐渐发展为以环境友好为前提，除需具有上述优点外，还需具有可循环利用或可降解的特点。随着科学技术的飞速发展，模拟原生态的生物材料逐渐被人们重视。生物修复材料的表现形态也逐渐发展到多元化，其形态可以是固态或液态，通过缝合、贴敷、涂抹或注射等方式作用于伤口。目前所使用的修复材料也比较广泛，最为引人注目的是纳米生物材料，其可塑性好、生物相容性高、材料低廉、可以被制备成统一尺寸的纳米结构，因而被广泛应用于生物医学领域。

目前应用比较广泛的纳米材料有PLLA、PLGA等，这些材料可以被制成各种形貌特征，如纤维状、颗粒状、网状等，这些纳米材料已经作为组织工程材料被广泛应用在组织修复、细胞支架、移植等诸多方面。

聚氨酯(PU)具有良好的机械强度和生物相容性，易加工成型且价位低廉。电纺PU膜具有较高的孔密度和超疏水的性质，因此具有较好的透气性和防水性，将其制备成伤口敷料贴敷于伤口，可以模拟组织再生的微环境，促进损伤或疾病造成的组织再生成新的组织，因此是一类具有较好市场前景的伤口敷衍材料。

通过静电纺丝得到平行排列的电纺纤维已有文献报道(Nano Lett.2003，3，1167)。基于平行纤维的位阻作用，当细胞与之接触时，更倾向于沿着纤维的平行方向运动。

向制备的薄膜材料中添加一系列的功能性辅料，可以达到抗菌消炎、减轻瘢痕的形成、促进伤口愈合的目的。Ag纳米粒子是一种已知的抗菌消炎材料。基于以上思路，本发明设计将Ag纳米粒子加入到电纺薄膜中，从而设计出一种有利于伤口愈合并能抑制细菌滋生的经济适用型敷料。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过静电纺丝的方法制备具有平行取向的纳米纤维构成的用于促进伤口愈合的纳米纤维薄膜的方法。

本发明是利用静电纺丝的方法，采用接地平行电极作为电纺丝接收装置，在适宜的电纺条件下将聚合物纺丝溶液制备成由平行排列的聚合物电纺纳米纤维构成的薄膜；然后向得到的薄膜上引入Ag纳米粒子，使Ag纳米粒子吸附在聚合物电纺纳米纤维的表面。本发明的制备方法简单，能耗低，效率高，制备的薄膜中的聚合物电纺纳米纤维平行排列，有利于细胞沿着聚合物电纺纳米纤维方向迁移，促进伤口愈合，附着在聚合物电纺纳米纤维上的Ag纳米粒子具有抗菌作用，有利于减小伤口感染几率；该薄膜由聚合物电纺纳米纤维拼接而成，具有大量亚微米孔隙，具有优良的透气效果。

本发明方法制备得到的薄膜在用于伤口敷衍后，能促进细胞沿着垂直于伤口的方向运动，加速了伤口两侧的细胞融合的速度，从而促进了伤口的愈合。

本发明的用于促进伤口愈合的纳米纤维薄膜的制备方法，涉及采用静电纺丝的方法，包括以下步骤：

(1)纺丝溶液的制备：将聚合物溶于有机溶剂中，充分搅拌至聚合物完全溶解，得到聚合物纺丝溶液(优选聚合物纺丝溶液的质量浓度为6％～13％)；

(2)纺丝条件：将步骤(1)得到的聚合物纺丝溶液置于静电纺丝设备的注射器中，在注射器的喷丝头与接地的接收装置之间施加的高压静电场为10～22kV，喷丝头与接收装置之间的距离为14～30cm，聚合物纺丝溶液的流量为1～2mL/h；聚合物纺丝溶液在静电作用下产生射流，在所述的接收装置上得到由平行排列的聚合物电纺纳米纤维构成的薄膜；

(3)Ag纳米粒子的吸附：将步骤(2)收集得到的由平行排列的聚合物电纺纳米纤维构成的薄膜浸泡于AgNO₃的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中(一般为24小时左右)，取出后用水清洗掉未被吸附的自由Ag离子；取出再浸泡于NaBH₄的水溶液中(一般为5～30分钟)，使吸附于电纺纳米纤维表面的Ag离子被还原成单质Ag并形成Ag纳米粒子，得到用于促进伤口愈合的纳米纤维薄膜。

所述的聚合物为具有弹性且生物相容性好的聚合物，其是聚氨酯(PU)、聚乳酸或聚偏氟乙烯等。

所述的有机溶剂是N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和四氢呋喃(THF)的混合溶剂、三氟乙醇或N，N-二甲基甲酰胺；在N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃的混合溶剂中，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)与四氢呋喃(THF)的质量比为4∶6～1∶9。

所述的聚合物电纺纳米纤维的直径为50～2000nm。

所述的AgNO₃的DMF溶液的浓度为0.01～0.1mol/L。

所述的NaBH₄的水溶液的浓度为0.1～1wt％。

所述的接收装置是由一个绝缘板及固定于绝缘板上的一对平行电极构成。所述的一对平行电极的长度优选为2～5mm，平行电极之间的距离优选为1～4cm。

所述的Ag纳米粒子的粒径为10～100nm。

本发明采用造价低廉，机械强度好，具有弹性且生物相容性好的聚合物；本发明所制备的电纺纤维薄膜中的聚合物电纺纳米纤维具有平行取向结构，细胞倾向于沿着平行电纺丝的方向迁移运动；实际使用中，将这种纤维薄膜垂直于伤口方向敷衍，伤口两侧细胞倾向于沿着垂直伤口方向迁移运动，从而加速伤口愈合；吸附在纤维上的Ag纳米粒子使薄膜具有抗菌作用，能够降低伤口被感染的几率；本发明方法得到的薄膜具有大量亚微米孔隙，使该薄膜具有良好的透气性能。

下面通过实施例及附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1.本发明所采用的接收装置示意图。

图2.本发明实施例1的平行排列PU电纺纳米纤维薄膜的微观形貌。

图3.本发明实施例1的细胞迁移结果。

具体实施方式

实施例1

1)将聚氨酯溶于N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃的混合溶剂中，搅拌形成均一的纺丝溶液，其中，纺丝溶液中的聚氨酯的质量分数为8％，N，N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃的质量比为1∶9。

2)将步骤1)得到的聚氨酯纺丝溶液置于静电纺丝设备的注射器中，距离注射器的喷丝头20cm处放置接收装置，接收装置由绝缘板及固定于绝缘板上的一对平行电极构成(如图1所示)，平行电极的长度为4mm，相对距离为2cm。接收装置接地。在喷丝头与接收装置之间施加的高压静电场为14kV，聚氨酯纺丝溶液的流量为1.6mL/h；聚氨酯纺丝溶液在静电作用下产生射流，在接收装置上收集得到由平行排列的直径为100～400nm的聚氨酯电纺纳米纤维构成的薄膜(如图2所示)。

3)将步骤2)得到的由平行排列的直径为100～400nm的聚氨酯电纺纳米纤维构成的薄膜取下并浸泡于浓度为0.05mol/L的AgNO₃的DMF溶液中24小时，取出后用水清洗5次，清洗掉未被吸附的自由Ag离子；取出后再浸泡于浓度为0.5wt％的NaBH₄水溶液中5分钟，使吸附于聚氨酯电纺纳米纤维表面的Ag离子被还原成单质Ag并形成Ag纳米粒子，取出后用水清洗5次，晾干；在聚氨酯电纺纳米纤维的表面形成粒径为10～30nm的Ag纳米粒子；得到用于促进伤口愈合的纳米纤维薄膜。

4)在步骤3)得到的薄膜上种入NIH/3T3细胞，制备成伤口模型，在倒置显微镜下观察，每隔2小时拍一次照片，如图3所示，垂直于伤口模型方向放置的PU膜上，细胞发生迁移的现象最明显并在10小时后融合。这种形貌特征相对于网状排列的PU膜以及平面光滑PU膜，更有利于伤口的愈合。标尺代表200μm。

实施例2

1)将聚氨酯溶于N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃的混合溶剂中，搅拌形成均一的纺丝溶液，其中，纺丝溶液中的聚氨酯的质量分数为6％，N，N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃的质量比为4∶6。

2)将步骤1)得到的聚氨酯纺丝溶液置于静电纺丝设备的注射器中，距离注射器的喷丝头20cm处放置接收装置，接收装置由绝缘板及固定于绝缘板上的一对平行电极构成(如图1所示)，平行电极的长度为2mm，相对距离为1cm。接收装置接地。在喷丝头与接收装置之间施加的高压静电场为16kV，聚氨酯纺丝溶液的流量为1mL/h；聚氨酯纺丝溶液在静电作用下产生射流，在接收装置上收集得到由平行排列的直径为50～200nm的聚氨酯电纺纳米纤维构成的薄膜。

3)将步骤2)得到的由平行排列的直径为50～200nm的聚氨酯电纺纳米纤维构成的薄膜取下并浸泡于浓度为0.01mol/L的AgNO₃的DMF溶液中24小时，取出后用水清洗5次，清洗掉未被吸附的自由Ag离子；取出后再浸泡于浓度为0.1wt％的NaBH₄水溶液中15分钟，使吸附于聚氨酯电纺纳米纤维表面的Ag离子被还原成单质Ag并形成Ag纳米粒子，取出后用水清洗5次，晾干；在聚氨酯电纺纳米纤维的表面形成粒径为50～80nm的Ag纳米粒子；得到用于促进伤口愈合的纳米纤维薄膜。

实施例3

1)将聚氨酯溶于N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃的混合溶剂中，搅拌形成均一的纺丝溶液，其中，纺丝溶液中的聚氨酯的质量分数为13％，N，N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃的质量比为1∶9。

2)将步骤1)得到的聚氨酯纺丝溶液置于静电纺丝设备的注射器中，距离注射器的喷丝头20cm处放置接收装置，接收装置由绝缘板及固定于绝缘板上的一对平行电极构成(如图1所示)，平行电极的长度为5mm，相对距离为4cm。接收装置接地。在喷丝头与接收装置之间施加的高压静电场为10kV，聚氨酯纺丝溶液的流量为2mL/h；聚氨酯纺丝溶液在静电作用下产生射流，在接收装置上收集得到由平行排列的直径为200～600nm的聚氨酯电纺纳米纤维构成的薄膜。

3)将步骤2)得到的由平行排列的直径为200～600nm的聚氨酯电纺纳米纤维构成的薄膜取下并浸泡于浓度为0.1mol/L的AgNO₃的DMF溶液中24小时，取出后用水清洗5次，清洗掉未被吸附的自由Ag离子；取出后再浸泡于浓度为1wt％的NaBH₄水溶液中30分钟，使吸附于聚氨酯电纺纳米纤维表面的Ag离子被还原成单质Ag并形成Ag纳米粒子，取出后用水清洗5次，晾干；在聚氨酯电纺纳米纤维的表面形成粒径为70～100nm的Ag纳米粒子；得到用于促进伤口愈合的纳米纤维薄膜。

实施例4

1)将重均分子量为10K的聚乳酸(PLLA)溶于三氟乙醇中，搅拌形成均一的纺丝溶液，其中，纺丝溶液中的PLLA的质量分数为7％。

2)将步骤1)得到的PLLA纺丝溶液置于静电纺丝设备的注射器中，距离注射器的喷丝头14cm处放置接收装置，接收装置由绝缘板及固定于绝缘板上的一对平行电极构成(如图1所示)，平行电极的长度为4mm，相对距离为2cm。接收装置接地。在喷丝头与接收装置之间施加的高压静电场为18kV，PLLA纺丝溶液的流量为2mL/h；PLLA纺丝溶液在静电作用下产生射流，在接收装置上收集得到由平行排列的直径为400～1000nm的PLLA电纺纳米纤维构成的薄膜。

3)将步骤2)得到的由平行排列的直径为300～700nm的PLLA电纺纳米纤维构成的薄膜取下并浸泡于浓度为0.05mol/L的AgNO₃的DMF溶液中24小时，取出后用水清洗5次，清洗掉未被吸附的自由Ag离子；取出后再浸泡于浓度为0.5wt％的NaBH₄水溶液中10分钟，使吸附于PLLA电纺纳米纤维表面的Ag离子被还原成单质Ag并形成Ag纳米粒子，取出后用水清洗5次，晾干；在PLLA电纺纳米纤维的表面形成粒径为20～50nm的Ag纳米粒子；得到用于促进伤口愈合的纳米纤维薄膜。

实施例5

1)将聚偏氟乙烯(PVDF)溶于N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌形成均一的纺丝溶液，其中，纺丝溶液中的PVDF的质量分数为6％。

2)将步骤1)得到的PVDF纺丝溶液置于静电纺丝设备的注射器中，距离注射器的喷丝头26cm处放置接收装置，接收装置由绝缘板及固定于绝缘板上的一对平行电极构成(如图1所示)，平行电极的长度为4mm，相对距离为2cm。接收装置接地。在喷丝头与接收装置之间施加的高压静电场为22kV，PVDF纺丝溶液的流量为2mL/h；PVDF纺丝溶液在静电作用下产生射流，在接收装置上收集得到由平行排列的直径为1.0μm～2.0μm的PVDF电纺纳米纤维构成的薄膜。

3)将步骤2)得到的由平行排列的直径为1.0μm～2.0μm的PVDF电纺纳米纤维构成的薄膜取下并浸泡于浓度为0.05mol/L的AgNO₃的DMF溶液中24小时，取出后用水清洗5次，清洗掉未被吸附的自由Ag离子；取出后再浸泡于浓度为0.5wt％的NaBH₄水溶液中10分钟，使吸附于PVDF电纺纳米纤维表面的Ag离子被还原成单质Ag并形成Ag纳米粒子，取出后用水清洗5次，晾干；在PVDF电纺纳米纤维的表面形成粒径为20～50nm的Ag纳米粒子；得到用于促进伤口愈合的纳米纤维薄膜。

Claims

1.一种用于促进伤口愈合的纳米纤维薄膜的制备方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

(1)将聚合物溶于有机溶剂中，搅拌，得到聚合物纺丝溶液；

(2)将步骤(1)得到的聚合物纺丝溶液置于静电纺丝设备的注射器中，在注射器的喷丝头与接地的接收装置之间施加的高压静电场为10～22kV，喷丝头与接收装置之间的距离为14～30cm，聚合物纺丝溶液的流量为1～2mL/h；聚合物纺丝溶液在静电作用下产生射流，在所述的接收装置上得到由平行排列的聚合物电纺纳米纤维构成的薄膜；

(3)将步骤(2)收集得到的由平行排列的聚合物电纺纳米纤维构成的薄膜浸泡于AgNO₃的N，N-二甲基甲酰胺溶液中，取出后用水清洗掉未被吸附的自由Ag离子；取出后再浸泡于NaBH₄的水溶液中，使吸附于聚合物电纺纳米纤维表面的Ag离子被还原成单质Ag并形成Ag纳米粒子，得到用于促进伤口愈合的纳米纤维薄膜；

所述的接收装置是由一个绝缘板及固定于绝缘板上的一对平行电极构成。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的一对平行电极的长度为2～5mm，平行电极之间的距离为1～4cm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的聚合物纺丝溶液的质量浓度为6％～13％。

4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征是：所述的聚合物是聚氨酯、聚乳酸或聚偏氟乙烯。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的有机溶剂是N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃的混合溶剂、三氟乙醇或N，N-二甲基甲酰胺；其中，N，N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃的质量比为4∶6～1∶9。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的聚合物电纺纳米纤维的直径为50～2000nm。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的AgNO₃的N，N-二甲基甲酰胺溶液的浓度为0.01～0.1mol/L。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的NaBH₄的水溶液的浓度为0.1～1wt％。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的Ag纳米粒子的粒径为10～100nm。