CN103243407A - 一种以无针静电纺丝技术制备皮芯结构载药纳米纤维的方法 - Google Patents

一种以无针静电纺丝技术制备皮芯结构载药纳米纤维的方法 Download PDF

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李大伟
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Abstract

本发明涉及一种以无针静电纺丝技术制备皮芯结构载药纳米纤维的方法，包括：将脂溶性药物溶解在植物油中，得到油相溶液；将水溶性高分子材料溶解在水中，然后加入乳化剂，得到的水相溶液；乳化剂用量为溶液总质量的0.1-5%；在匀速搅拌条件下，将油相溶液逐滴加入水相溶液中，得到水包油型O/W乳液；将上述乳液在无针静电纺丝设备上进行静电纺丝，即得皮芯结构载药纳米纤维。本发明制备方法操作简单，生产率可高达每小时8克纳米纤维，成本低，可带来良好的经济效益；且制备的皮芯结构纳米纤维不但具有较高的力学性能，且实现了对脂溶性药物的负载。

Description

一种以无针静电纺丝技术制备皮芯结构载药纳米纤维的方法
技术领域
本发明属于载药纳米纤维的制备领域，特别涉及一种以无针静电纺丝技术制备皮芯载药纳米纤维的方法。
背景技术
静电纺丝，是在高压电场的作用下，聚合物溶液会被电场力拉伸形成泰勒锥。随着电压的升高，电场力会克服溶液表面张力，聚合物溶液会从泰勒锥顶部被抽长拉细，并且加速喷到接地线的接收装置上。在静电纺丝过程中，溶剂会挥发，纳米纤维可以在接收装置上收集到。简单来说，静电纺丝装置包括静电发生器、喷丝头和接收装置，通过施加一个高伏电压使溶液由喷丝头喷出。1934年，Formhals发发明了利用静电斥力获得聚合物纤维的方法，即后来的静电纺丝技术。20世纪80年代，Reneker等进行了大量的实验和理论探索，建立了较为完整的技术体系。到目前为止，研究人员已经成功得将成百上千种材料------例如聚合物、医用生物材料、陶瓷、碳等有机、无机、生物材料的纳米纤维用静电纺丝技术制备出来，所得的纳米纤维直径从几十纳米到几微米。静电纺丝制备的纳米纤维在复合增强材体、纳米传感器、生物医学等诸多领域有广泛的潜在应用。
传统的针头型静电纺丝技术的产量为每针每小时300mg，远远无法满足市场的需要，于是研究人员进行了多种尝试来提升静电纺纳米纤维的产量。2004年，有研究人员报道了一种磁场辅助的无针静电纺仪器，其原理是利用磁场诱导溶液表面产生凸起的峰，随后在高压电场作用下凸起的聚合物溶液被抽长拉细形成纳米纤维（A.L.Yarin and E.Zussman,“Upwardneedleless electrospinning of multiple nanofibers,”Polymer,vol.45,no.9,pp.2977–2980,2004）。至今，已经有多种类型的无针静电纺丝装置被发明出来，包括滚筒、圆盘、喷溅滚筒、旋转圆锥、螺旋线、气泡无针纺等。无针静电纺丝技术通过在宽阔的液面利用高压电场产生泰勒锥，可同时形成数十根甚至上百根聚合物射流，生产率可以达到每小时8克。
在载药缓释领域，药物的负载量和缓释速率对于药物发挥作用是很重要的方面。通常药物的体积或包裹药物的材料体积越小，药物就越容易被人体吸收。纳米纤维具有较高的比表面积、优异的表面性能因此使得纳米纤维在各方面都有极大的应用潜力，尤其是在载药缓释方面。静电纺丝技术在载药缓释领域的应用可分为四种方式：（1）表面浸渍或接枝改性，静电纺丝技术制备的纳米纤维通过浸渍在药物溶液中使药物颗粒粘附在纳米纤维的表面，或在纤维表面发生化合反应将药物接枝在纤维表面；（2）共混静电纺丝，药物溶解在聚合物溶液中，溶液混合均匀后经静电纺制备纳米纤维，最终使药物分散在纳米纤维中；（3）同轴静电纺丝，利用特制的同轴针头，针头的外层为聚合物溶液，内层为药物的溶液，经静电纺丝后可以形成皮芯结构纳米纤维将药物包覆在纤维的芯层；（4）乳液静电纺，聚合物溶解在油相溶剂中，药物溶解在水相溶剂中，混合形成油包水型乳液后经静电纺制备皮芯结构的纳米纤维，药物被包覆在纤维的芯层。其中，在传统针头型静电纺丝技术的基础上，利用同轴纺丝技术和乳液纺丝技术可以形成皮芯结构的纳米纤维，将药物固定于纤维的芯层有利于药物的控释，能够显著的降低突释并能长期释放药物。公开号为101509154的专利提到一种以乳液静电纺丝技术制备壳-芯结构药物纳米纤维的方法，可以将水溶性药物包覆在聚合物的芯层，形成良好的皮芯结构纳米纤维。
目前还没有关于以无针静电纺丝技术制备皮芯结构纳米纤维，以达到药物控释的相关报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种以无针静电纺丝技术制备皮芯结构载药纳米纤维的方法，该制备方法操作简单，生产率可高达每小时8克纳米纤维，成本低，可带来良好的经济效益；且制备的皮芯结构纳米纤维不但具有较高的力学性能，且实现了对脂溶性和水溶性药物的负载。
本发明的一种以无针静电纺丝技术制备皮芯结构载药纳米纤维的方法，包括：
（1）将脂溶性药物溶解在植物油中，得到油相溶液；
（2）将水溶性高分子材料溶解在水中，然后加入乳化剂，得到质量体积比为6-20%的水相溶液；乳化剂用量为溶液总质量的0.1-5%；
（3）在匀速搅拌条件下，将油相溶液逐滴加入水相溶液中，油相和水相的体积比为1：20，得到水包油型O/W乳液；
（4）将上述乳液在无针静电纺丝设备上进行静电纺丝，即得皮芯结构载药纳米纤维。
所述步骤（1）中脂溶性药物为抗癌性药物、抗炎症药物、脂溶性抗生素、脂溶性维生素中的一种或几种；脂溶性药物在油相中的浓度为10ng/mL-100mg/mL。
所述脂溶性药物为地塞米松（Dexamethasone）、紫杉醇（Paclitaxel）、灰黄霉素、罗丹明（Rhodamine）或维生素A、维生素D、维生素E、维生素K中的一种或几种。
药物浓度为药物在溶剂中饱和浓度的40-100%。
所述步骤（1）植物油为橄榄油、大豆油、玉米油中的一种或几种。
所述步骤（2）中水溶性高分子材料为水溶性高分子聚合物或/和天然高分子材料。
所述水溶性高分子聚合物为聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮中的两种或两种以上材料的混合物；水溶性天然高分子材料为丝素和/或胶原。
所述步骤（2）中乳化剂为十二烷基磺酸钠、斯盘、吐温中的一种或几种。
所述斯盘为斯盘SPAN-80，吐温为吐温TWEEN-20、吐温TWEEN-80。
所述步骤（4）中无针静电纺丝装置为圆盘状无针静电纺丝装置，由圆盘状喷丝头、收集滚筒、储液槽、高压电极、接地电极、可调速电机组成。
所述步骤（4）中静电纺丝的工艺参数为纺丝电压为50-75kV，接收距离为8-20cm，圆盘状喷丝头直径为5cm、10cm，转速为5-15rpm。
本发明采用无针静电纺丝方法制备负载两种或两种以上药物及生物活性生长因子的皮芯结构纳米纤维，同一根纤维同时负载脂溶性药物一种或一种以上的不同的药物。由于不同的药物理化性能和在纤维中的分布不同，故而其缓释行为也不同，通过调节初始溶液的浓度和纺丝过程中的各项工艺参数，可以实现不同药物在单位时间内的给药量不同，以期用于载药组织工程支架的研究及应用。
有益效果
（1）本发明的制备方法操作简单，生产率可高达每小时8克纳米纤维，成本低，可带来良好的经济效益；
（2）本发明制备的皮芯结构纳米纤维不但具有较高的力学性能，且实现了对脂溶性药物的负载。
附图说明
图1是无针静电纺丝装置的示意图；
图2是皮芯结构纳米纤维的形成示意图；
图3是载药纳米纤维放大1000倍的SEM图像；
图4是载药纳米纤维放大5000倍的SEM图像；
图5是载药纳米纤维放大5000倍的TEM图像；
图6是载药纳米纤维放大10000倍的TEM图像。
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
用电子天平称取50毫克地塞米松，并将其溶解于10毫升橄榄油中，搅拌震荡溶解完全得到5毫克每毫升的油相溶液。将0.25毫升TWEEN-20溶解于50毫升超纯水中，搅拌均匀。用电子天平称取6克聚乙烯醇（PVA），溶解于超纯水中，加以搅拌震荡使完全溶解，得到水相溶液。在搅拌的条件下，将2.5mL油相溶液逐滴地加入到聚乙烯醇水溶液中，继续搅拌直到得到均一的乳液。利用无针静电纺丝设备对得到的乳液进行静电纺丝，喷丝头和收集滚筒的距离为15cm，施加电压为60千伏，喷丝头的转速为5转每分钟。一小时后在收集滚筒上得到4.12克厚度约为0.4毫米的三维纳米纤维毡，纳米纤维直径在200到1300纳米之间。
实施例2
用电子天平称取30毫克紫杉醇，并将其溶解于10毫升橄榄油中，搅拌震荡溶解完全得到3毫克每毫升的油相溶液。将0.25毫升TWEEN-20溶解于50毫升超纯水中，搅拌均匀。用电子天平6.5克聚乙烯醇（PVA），溶解于超纯水中，加以搅拌震荡使完全溶解，得到水相溶液。在搅拌的条件下，将2.5mL油相溶液逐滴地加入到聚乙烯醇水溶液中，继续搅拌直到得到均一的乳液。利用无针静电纺丝设备对得到的乳液进行静电纺丝，喷丝头和收集滚筒的距离为18cm，施加电压为65千伏，喷丝头的转速为5转每分钟。一小时后在收集滚筒上得到3.54克厚度约为0.4毫米三维纳米纤维毡，纳米纤维为直径在200到1400纳米之间。

Claims (10)

1.一种以无针静电纺丝技术制备皮芯结构载药纳米纤维的方法，包括：
（1）将脂溶性药物溶解在植物油中，得到油相溶液；
（2）将水溶性高分子材料溶解在水中，然后加入乳化剂，得到质量体积比为6-20%的水相溶液；乳化剂用量为溶液总质量的0.1-5%；
（3）在匀速搅拌条件下，将油相溶液逐滴加入水相溶液中，油相和水相的体积比为1：20，得到水包油型O/W乳液；
（4）将上述乳液在无针静电纺丝设备上进行静电纺丝，即得皮芯结构载药纳米纤维。
2.根据权利要求1所述的一种以无针静电纺丝技术制备皮芯结构载药纳米纤维的方法，其特征在于：所述步骤（1）中脂溶性药物为抗癌性药物、抗炎症药物、脂溶性抗生素、脂溶性维生素中的一种或几种；脂溶性药物在油相中的浓度为10ng/mL-100mg/mL。
3.根据权利要求1或2所述的一种无针静电纺丝技术制备皮芯结构载药纳米纤维的方法，其特征在于：所述脂溶性药物为地塞米松、紫杉醇、灰黄霉素、罗丹明或维生素A、维生素D、维生素E、维生素K中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种以无针静电纺丝技术制备皮芯结构载药纳米纤维的方法，其特征在于：所述步骤（1）植物油为橄榄油、大豆油、玉米油中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种以无针静电纺丝技术制备皮芯结构载药纳米纤维的方法，其特征在于：所述步骤（2）中水溶性高分子材料为水溶性高分子聚合物或/和天然高分子材料。
6.根据权利要求5所述的一种以无针静电纺丝技术制备皮芯结构载药纳米纤维的方法，其特征在于：所述水溶性高分子聚合物为聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮中的两种或两种以上材料的混合物；水溶性天然高分子材料为丝素和/或胶原。
7.根据权利要求1所述的一种以无针静电纺丝技术制备皮芯结构载药纳米纤维的方法，其特征在于：所述步骤（2）中乳化剂为十二烷基磺酸钠、斯盘、吐温中的一种或几种。
8.根据权利要求7所述的一种以无针静电纺丝技术制备皮芯结构载药纳米纤维的方法，其特征在于：所述斯盘为斯盘SPAN-80，吐温为吐温TWEEN-20、吐温TWEEN-80。
9.根据权利要求1所述的一种以无针静电纺丝技术制备皮芯结构载药纳米纤维的方法，其特征在于：所述步骤（4）中无针静电纺丝装置为圆盘状无针静电纺丝装置，由圆盘状喷丝头、收集滚筒、储液槽、高压电极、接地电极、可调速电机组成。
10.根据权利要求1所述的一种以无针静电纺丝技术制备皮芯结构载药纳米纤维的方法，其特征在于：所述步骤（4）中静电纺丝的工艺参数为纺丝电压为50-75kV，接收距离为8-20cm，圆盘状喷丝头直径为5cm、10cm，转速为5-15rpm。
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