CN103422191A

CN103422191A - 一种网状结构的聚己内酯和聚乙烯吡咯烷酮复合纳米纤维制备

Info

Publication number: CN103422191A
Application number: CN2012101634912A
Authority: CN
Inventors: 贾永堂; 朱湘英; 刘青青; 董凤春; 黄钢
Original assignee: Wuyi University
Current assignee: Wuyi University
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2013-12-04

Abstract

本发明涉及一种网状结构的聚己内酯和聚乙烯吡咯烷酮复合纳米纤维及其制法和应用，其组分包括聚己内酯(PCL)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，其质量比为100∶0～95∶5，其制备方法包括如下步骤：(1)制备二氯甲烷和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂，将聚己内酯和聚乙烯吡咯烷酮混合后加入混合溶剂中，进行静电纺丝，溶液的供料速度是80～100μL/min，电压为10～14kV，屏针距8～12cm，即得聚己内酯和聚乙烯吡咯烷酮复合纳米纤维。(2)将步骤(1)制得的复合纤维利用戊二醛蒸汽进行交联，获得网状结构的纤维。本发明的纤维具有良好的生物相容性和生物可降解性，且制备方法具有操作简单，对设备要求低，经济效益好等优点，可以广泛地应用于制备过滤材料、传感器、组织工程支架材料等。

Description

一种网状结构的聚己内酯和聚乙烯吡咯烷酮复合纳米纤维制备

技术领域

本发明属生物可降解高分子复合纳米纤维及其制备和应用领域，特别是涉及一种具有网状结构聚己内酯和聚乙烯吡咯烷酮复合纳米纤维的制备。

背景技术

生物可降解高分子由于其良好的生物相容性和生物可吸收性，在生物医药领域已得到了广泛应用。而近年来发展起来的静电纺丝技术，则能将生物可降解高分子制备成尺寸介于数十纳米至数微米的具有超高特异性比表面积和孔隙率的超细纤维材料，使其表现出更好的生物相容性、可降解性、机械耐受性以及诱导再生性。目前，用于研究的可降解高分子材料的电纺纤维有：聚己内酯、聚乳酸、壳聚糖、醋酸纤维素、胶原蛋白等，以获得理想的组织工程修复材料、创伤敷料、药物传递等。但是，多数情况下单一材料本身性能的局限性往往限制了他们的应用。针对这一问题，复合材料的静电纺丝则能很大程度改善某单一材料的不足，从而拓宽生物材料的应用范围。

聚己内酯(PCL)是一种具有良好生物相容性的半结晶性聚合物，较高的结晶度和非极性亚甲基的存在，使得PCL亲水性较差且生物降解缓慢，但是他对小分子药物具有很好的通透性。这些性质使得PCL十分适用于长效、植入性的药物载体。聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是水溶性含氮聚合物，无毒并对生物活性组织具有优良的生物相容性，而且由于PVP分子中具有含氮的基团，可以与蛋白质肽链发生官能团之间的作用，从多角度来促进细胞的生长。

因此，本发明将PCL与PVP共混进行静电纺丝，使二者性能互补，同时调控具有特殊结构的静电纺纤维具有许多独特的性能，以拓宽潜在的应用价值。纤维结构决定纤维的性能，通过调控及优化静电纺纤维及其集合体的结构，可大幅度提高纤维材料的应用性能。丁(Ding)等采用聚乙烯醇和醋酸锌的混合溶液作为制备聚乙烯醇/ZnO复合纳米纤维的前驱体溶液，通过溶胶-凝胶静电纺丝工艺制备了聚乙烯醇/ZnO复合纳米蛛网纤维。张(Zhang)等用导电模板作为收集装置来制备图案化的纳米纤维，通过调控收集装置上突起随时间的排列次序，可获得织物形态的纤维膜。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有网状结构的聚己内酯和聚乙烯吡咯烷酮复合纳米纤维的制备方法，该纤维具有良好的生物相容性和生物可降解性，其孔隙率介于30％～50％之间；其制备方法具有操作简单，对设备要求低，经济效益好等优点。

附图说明

图1是聚己内酯纳米纤维的扫描电镜(SEM)照片；

其中，(a)交联前；(b)交联后；

图2是PCL/PVP(99/1，w/w)复合纳米纤维的扫描电镜(SEM)照片；

其中，(a)交联前；(b)交联后；

图3是PCL/PVP(95/5，w/w)复合纳米纤维的扫描电镜(SEM)照片；

其中，(a)交联前；(b)交联后；

图4是PCL/PVP复合纳米纤维交联前后的红外光谱(FTIR)图；

其中，(a)PCL/PVP(99/1，w/w)；(b)PCL/PVP(95/5，w/w)

图5是PCL/PVP(99/1，w/w)复合纳米纤维交联前后的差示扫描量热仪(DSC)图谱；

其中，(a)升温；(b)降温

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

称取2.000gPCL溶解于18g二氯甲烷/N，N-二甲基甲酰胺(5∶1，v/v)的混合溶剂中，高速搅拌使之充分溶解，得到浓度为10％(w/w)的纯PCL均匀溶液。将配置好的溶液静置10min后倒入20mL注射器中，采用8号针头作喷丝头。溶液在喷丝口处的流速为100μL/min，施加的电压为14kV，两极间距离为12cm，得到的纯PCL纤维膜如图1(a)所示。再将其置于密闭容器中，利用戊二醛蒸汽，恒温37℃下交联24h，得到的纤维膜如图1(b)所示。

实施例2

称取1.800gPCL和0.200gPVP，使二者溶于18g二氯甲烷/N，N-二甲基甲酰胺(5∶1，v/v)的混合溶剂中，高速搅拌使其充分溶解，得到浓度为10％(w/w)、PCL/PVP质量比为99/1的均匀溶液。将配置好的溶液静置10min后倒入20mL注射器中，采用8号针头作喷丝头。溶液在喷丝口处的流速为100μL/min，所施加的电压为14kV，两极间的距离为12cm，即得PCL/PVP(99/1，w/w)的复合纤维膜如图2(a)所示。将其置于密闭容器中，利用戊二醛蒸汽，恒温37℃下交联24h，得到的纤维膜如图2(b)所示。

实施例3

称取1.200gPCL和0.800gPVP，使二者溶于18g二氯甲烷/N，N-二甲基甲酰胺(5∶1，v/v)的混合溶剂中，高速搅拌使其充分溶解，得到浓度为10％(w/w)、PCL/PVP质量比为95/5的均匀溶液。将配置好的溶液静置10min后倒入20ml注射器中，采用8号针头作喷丝头。溶液在喷丝口的流速为100μL/min，所施加的电压为14kV，两极间的距离为12cm，即得PCL/PVP(95/5，w/w)的复合纤维膜如图3(a)所示，将其置于密闭容器中，利用戊二醛蒸汽，恒温37℃下交联24h，得到的纤维膜如图3(b)所示。

结合以上实施例和附图可以看到，纤维膜的表面覆盖了一层网状结构的纤维，其中PCL/PVP(99/1，w/w)的复合纳米纤维网孔大且密集，如图2所示。利用戊二醛蒸汽交联纤维膜的红外图谱如图4所示。PCL/PVP(99/1，w/w)纤维膜交联前后其峰值(交联前为989.42，交联后是999.07)发生了10左右的偏移，而PCL/PVP(95/5，w/w)纤维膜交联前后分别有三处的峰值发生13～30上下的漂移，交联前分别为1525.61、1186.15、790.77，交联后则分别是1512.11、1166.86、821.66，这说明戊二醛蒸汽对纤维膜的结构产生了一定的作用。戊二醛蒸汽交联纤维膜前后的DSC曲线如图5所示。由图5(a)熔融升温DSC曲线可知，交联前后熔融峰值并未发生明显的变化，不过其熔融峰形状变化明显。由图5(b)的DSC降温曲线可以看出交联前后的放热峰分别出现在24.58℃、27.06℃，升高了2.5℃。交联前后其结晶度分别为11.6％，14.6％，交联后纤维膜的结晶度升高。这表明交联后纤维膜的结构发生了一定的变化。

Claims

1.一种具有网状结构的聚己内酯和聚乙烯毗咯烷酮复合纳米纤维，其组分包括聚己内酯(PCL)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，其质量比为100∶0～95∶5。

2.根据权利要求1所述的一种具有网状结构的聚己内酯和聚乙烯吡咯烷酮复合纳米纤维，其特征在于：所述的聚己内酯和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为100∶0、99∶1或95∶5。

3.根据权利要求1所述的一种具有网状结构的聚己内酯和聚乙烯吡咯烷酮复合纳米纤维，其特征在于：所述的聚己内酯和聚乙烯吡咯烷酮复合纳米纤维其孔隙率为30％～50％。

4.一种具有网状结构的聚己内酯和聚乙烯吡咯烷酮复合纳米纤维的制备方法，包括：

(1)混合溶剂的制备

将二氯甲烷与N，N-二甲基甲酰胺混合，使得二氯甲烷和N，N-二甲基甲酰胺的体积百分比为5∶1v/v，混合均匀，备用；

(2)PCL和PVP混合溶液的制备

将聚己内酯与聚乙烯吡咯烷酮按质量比为100∶0～95∶5混合，并将二者溶解于上述混合溶剂中，高速搅拌均匀混合，得到PCL和PVP的混合溶液；

(3)纤维的静电纺丝

将上述PCL和PVP的混合溶液进行静电纺丝，溶液的供料速率为80～100μL/min，电压为10～14kV，屏针距8～12cm；

(4)交联

将电纺纤维膜置于密闭容器中，加入100mL50％戊二醛，恒温37℃，交联20～30h后，将样品取出，放入真空干燥箱烘干。

5.一种聚己内酯和聚乙烯吡咯烷酮复合纳米纤维，其表面结构特征在于：孔隙率为30％～50％。