CN103276472A - 胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球及其制备方法和用途 - Google Patents

胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球及其制备方法和用途，属于高分子复合材料领域，其中胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球中微球直径为100～1000nm，微球间由胶原蛋白/聚乙烯醇复合纳米纤维连接成串珠状，或以微球为结点、由所述复合纳米纤维串成网状。其制备方法包括以下步骤：1）将胶原蛋白溶于乙酸水溶液中，配制成浓度为7～25g/L的胶原蛋白溶液；2）将上述胶原蛋白溶液与浓度为6～12wt%的聚乙烯醇水溶液按重量比1～9:1混匀，进行静电纺丝，纺丝针头与接收板之间的距离为8～30cm，电压为8～30kV，纺丝流速为0.1～10mL/h，纺丝温度为25～35℃。本发明提供的胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球可用作生物组织工程支架材料或作为药物缓释材料使用。

Description

胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球，同时还涉及该复合微球的制备方法和用途。
背景技术
静电纺丝技术作为一种最为直接、有效的纺丝方法，现已被广泛应用于聚合物纳米纤维的制备中。而胶原蛋白作为一种广泛存在于动物结缔组织的天然高分子材料，具有很好的生物相容性，因此在生物医用材料领域具有广阔的应用前景。目前，我国国家专利库中虽然也公开了一些利用胶原蛋白进行静电纺丝的专利，如公开号为CN1944724A的200610116988.3号专利，提供了一种胶原蛋白和壳聚糖复合纳米纤维，但该专利是以六氟异丙醇和三氟乙酸为溶剂，先配制壳聚糖与胶原蛋白的混合溶液，尔后经静电纺丝而成。其中六氟异丙醇和三氟乙酸是具有挥发性的有毒溶剂，不仅影响生产过程的清洁性，还容易残留于产品中，从而限制了该产品的推广应用。另有200910052714.6号专利公开了一种海洋生物抗菌纳米纤维及其制备方法。该专利以草鱼皮胶原蛋白、聚乙烯醇和电触杀纳米高价银氧化物为原料，经静电纺丝而得纳米纤维。然而，上述专利提供的产品均为纳米纤维，其应用领域较为单一，不能满足各类生物医用材料的广泛需求。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球，同时还提供了该复合微球的制备方法和用途。
基于上述目的，本发明采取了如下技术方案：胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球，其中微球直径为100～1000nm，微球间由胶原蛋白/聚乙烯醇复合纳米纤维连接成串珠状，或以微球为结点、由所述复合纳米纤维串成网状。
所述微球间复合纳米纤维的直径为1～100nm。
所述胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球的制备方法，步骤包括：
1）将胶原蛋白溶于乙酸水溶液中，配制成浓度为7～25g/L的胶原蛋白溶液；
2）将上述胶原蛋白溶液与浓度为6～12wt%的聚乙烯醇水溶液按重量比1～9:1混匀，进行静电纺丝，纺丝针头与接收板之间的距离为8～30cm，电压为8～30kV，纺丝流速为0.1～10mL/h，纺丝温度为25～35℃。
所述胶原蛋白溶液通过下述方法制得：采用胃蛋白酶-酸性水解法从猪皮中提取胶原蛋白，然后利用截留分子量为8000～14400的纤维素透析膜除去小分子量胶原蛋白，剩余胶原蛋白分子量大且分布较窄，冻干后形成多孔状的胶原海绵；在0～35℃条件下将胶原海绵溶于浓度为0.05～0.8M乙酸水溶液中，搅拌至完全溶解，得到胶原蛋白溶液。
所述聚乙烯醇水溶液的配制方法为：将聚乙烯醇与水的混合物置于60～90℃水浴锅中加热搅拌溶解。
所述胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球的用途，是将所述复合微球用作生物组织工程支架材料。
所述胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球的用途，是将所述复合微球用作药物缓释材料。
本发明选用资源丰富且无毒无害的水作溶剂，将分子量高、且分子量分布较窄的胶原溶液与聚乙烯醇溶液按一定比例混合均匀，通过静电纺丝获得了一种既含有微球、又含有纳米纤维的复合体系，两者交替相连形成串珠状，或以微球为结点形成网状。该复合体系中，连接微球的胶原蛋白/聚乙烯醇复合纳米纤维便于细胞黏附，而微球则可以增加纤维间的空隙，便于细胞向纤维间隙中迁移和增殖。因此，与单纯的复合纳米纤维相比，本发明提供的由胶原蛋白/聚乙烯醇制成的微球——纳米纤维复合体系在生物组织工程支架方面更具优势。此外，还可以在微球中预置一定药物，在作为组织支架的同时缓慢释放药物，以提升治疗效果。当然，也可以将该复合体系作为单纯的药物缓释材料使用。
其相应的制备方法简便可行，条件温和（溶剂为水、操作温度0～35℃），因此胶原的天然生物活性受破坏小，制得的产品具有良好的生物相容性。静电纺丝过程中，带电液滴受到电场力和表面张力的共同作用，液滴被拉伸、细化和分裂，进而形成纤维。而对于本发明的纺丝原料而言，胶原分子间存在较多的氢键和分子间作用力，具有较好的凝胶性能，而聚乙烯醇分子量比胶原大，且分子间也存在一定量的氢键，纺丝性能好，能够很好地改善胶原的可纺性；当聚乙烯醇含量较高时，主要得到纳米纤维，而当胶原含量增加到一定程度时，其在溶液中起到缠结作用，使溶液不易被拉伸细化成纤维，因此便形成了具有串珠形态的微球——纳米纤维复合体系。
附图说明
图1是实施例1所得产品的扫描电镜照片；
图2是实施例1所得产品的光学显微镜照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球，是由胶原蛋白/聚乙烯醇微球和胶原蛋白/聚乙烯醇纳米纤维构成的复合体系，如图1所示，该复合体系以微球为结点、由纳米纤维连接成串珠状或网状，其中微球平均直径为550nm，纳米纤维平均直径55nm。
该胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球的制备方法包括以下步骤：
1）采用胃蛋白酶-酸性水解法从猪皮中提取胶原蛋白，然后利用截留分子量为8000～14400的纤维素透析膜除去小分子量胶原蛋白，剩余胶原蛋白分子量高且分布较窄，冻干后形成多孔状的胶原海绵；在15℃下，取0.5g胶原海绵溶于50mL浓度为0.5M乙酸水溶液中，搅拌至完全溶解，配制成浓度为10g/L的胶原蛋白溶液；取4g聚乙烯醇（1755）加入46g水中，然后将两者的混合物置于80℃水浴锅中加热溶解，配制成浓度为8wt%的聚乙烯醇水溶液。
2）将上述胶原蛋白溶液与聚乙烯醇水溶液按重量比7:3混匀，进行静电纺丝，纺丝针头与接收板之间的距离为15cm，电压为15kV，纺丝流速为0.2mL/h，纺丝温度为25℃。
对所得产品进行扫描电镜分析，其扫描电镜照片如图1所示；图2是该产品的光学显微镜照片。由图2中可以看出，该产品微球形态明显，通过扫描电镜进一步观察到：有纳米级纤维自微球延伸出来并与其他微球相连。
将所得胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球用作生物组织工程支架材料。
实施例2
胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球，是由胶原蛋白/聚乙烯醇微球和胶原蛋白/聚乙烯醇纳米纤维构成的复合体系，该复合体系以微球为结点、由纳米纤维连接成串珠状或网状，其中微球直径为100～1000nm，纳米纤维直径1～100nm。
该胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球的制备方法包括以下步骤：
1）采用胃蛋白酶-酸性水解法从猪皮中提取胶原蛋白，然后利用截留分子量为8000～14400的纤维素透析膜除去小分子量胶原蛋白，剩余胶原蛋白分子量高且分布较窄，冻干后形成多孔状的胶原海绵；在20℃下，取0.75g胶原海绵溶于50mL浓度为0.8M乙酸水溶液中，搅拌至完全溶解，配制成浓度为15g/L的胶原蛋白溶液；取3g聚乙烯醇（1755）加入47g水中，然后将两者的混合物置于90℃水浴锅中加热溶解，配制成浓度为6wt%的聚乙烯醇水溶液。
2）将上述胶原蛋白溶液与聚乙烯醇水溶液按重量比1:1混匀，进行静电纺丝，纺丝针头与接收板之间的距离为15cm，电压为20kV，纺丝流速为0.1mL/h，纺丝温度为25℃。
实施例3
胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球，是由胶原蛋白/聚乙烯醇微球和胶原蛋白/聚乙烯醇纳米纤维构成的复合体系，该复合体系以微球为结点、由纳米纤维连接成串珠状或网状，其中微球直径为100～1000nm，纳米纤维直径1～100nm。
该胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球的制备方法包括以下步骤：
1）采用胃蛋白酶-酸性水解法从猪皮中提取胶原蛋白，然后利用截留分子量为8000～14400的纤维素透析膜除去小分子量胶原蛋白，剩余胶原蛋白分子量高且分布较窄，冻干后形成多孔状的胶原海绵；在30℃下，取0.35g胶原海绵溶于50mL浓度为0.5M乙酸水溶液中，搅拌至完全溶解，配制成浓度为7g/L的胶原蛋白溶液；取6g聚乙烯醇（1788）加入44g水中，然后将两者的混合物置于85℃水浴锅中加热溶解，最后将0.12g水杨酸作为模型药物添加到聚乙烯醇溶液中继续搅拌30分钟，配制成浓度为12wt%的聚乙烯醇含药物水杨酸的水溶液。
2）将上述胶原蛋白溶液与聚乙烯醇水溶液按重量比5:5混匀，进行静电纺丝，纺丝针头与接收板之间的距离为18cm，电压为15kV，纺丝流速为0.3mL/h，纺丝温度为27℃。
纺丝结束后获得一种可以缓慢释放药物水杨酸的产品，在20小时内，水杨酸的缓慢释放量达到60%，可见本发明提供的胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球可以作为药物缓释材料使用。
实施例4
胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球，是由胶原蛋白/聚乙烯醇微球和胶原蛋白/聚乙烯醇纳米纤维构成的复合体系，该复合体系以微球为结点、由纳米纤维连接成串珠状或网状，其中微球直径为100～1000nm，纳米纤维直径1～100nm。
该胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球的制备方法包括以下步骤：
1）采用胃蛋白酶-酸性水解法从猪皮中提取胶原蛋白，然后利用截留分子量为8000～14400的纤维素透析膜除去小分子量胶原蛋白，剩余胶原蛋白分子量高且分布较窄，冻干后形成多孔状的胶原海绵；在4℃条件下，取0.5g胶原海绵溶于50mL浓度为0.5M乙酸水溶液中，搅拌至完全溶解，配制成浓度为10g/L的胶原蛋白溶液；取4g聚乙烯醇（1788）加入46g水中，然后将两者的混合物置于70℃水浴锅中加热溶解，配制成浓度为8wt%的聚乙烯醇水溶液。
2）将上述胶原蛋白溶液与聚乙烯醇水溶液按重量比8:2混匀，进行静电纺丝，纺丝针头与接收板之间的距离为10cm，电压为18kV，纺丝流速为1mL/h，纺丝温度为30℃。

Claims (7)

1.胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球，其特征在于，所述微球直径为100～1000nm，微球间由胶原蛋白/聚乙烯醇复合纳米纤维连接成串珠状，或以微球为结点、由所述复合纳米纤维串成网状。
2.如权利要求1所述的胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球，其特征在于，微球间复合纳米纤维的直径为1～100nm。
3.权利要求1或2所述胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球的制备方法，其特征在于，步骤包括：
   1）将胶原蛋白溶于乙酸水溶液中，配制成浓度为7～25g/L的胶原蛋白溶液；
   2）将上述胶原蛋白溶液与浓度为6～12wt%的聚乙烯醇水溶液按重量比1～9:1混匀，进行静电纺丝，纺丝针头与接收板之间的距离为8～30cm，电压为8～30 kV，纺丝流速为0.1～10mL/h，纺丝温度为25～35℃。
4.如权利要求3所述胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球的制备方法，其特征在于，所述胶原蛋白溶液通过下述方法制得：采用胃蛋白酶-酸性水解法从猪皮中提取胶原蛋白，然后利用截留分子量为8000～14400的纤维素透析膜除去小分子量胶原蛋白，剩余大分子量胶原蛋白冻干后形成多孔状的胶原海绵；在0～35℃条件下将胶原海绵溶于浓度为0.05～0.8M乙酸水溶液中，搅拌至完全溶解，得到胶原蛋白溶液。
5.如权利要求4所述胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇水溶液的配制方法为：将聚乙烯醇与水的混合物置于60～90℃水浴锅中加热搅拌溶解。
6.权利要求1或2所述胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球的用途，其特征在于，将所述复合微球用作生物组织工程支架材料。
7.权利要求1或2所述胶原蛋白/聚乙烯醇复合微球的用途，其特征在于，将所述复合微球用作药物缓释材料。
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