CN103789847A - 一种复合纳米纤维材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合纳米纤维材料的制备方法，包括：将聚乙烯醇PVA加入三蒸水中，加热搅拌至完全溶解，室温冷却，得到溶液A；其中聚乙烯醇PVA和三蒸水的比例关系为0.9g：8.5-9.21mL；将聚醚酰亚胺PEI加入三蒸水中，加热搅拌至溶解，得到溶液B；其中聚醚酰亚胺PEI和三蒸水的比例关系为3g：15mL；室温条件下，将CO2通入溶液B中，鼓泡5-10h，搅拌，得到PEI-CO2溶液C；将上述溶液A和溶液C混合，搅拌过夜，得到纺丝液D，进行静电纺丝，干燥，即得。本发明的制备方法快速、简捷、高效、廉价并且操作方便，复合纳米纤维膜可用于生物支架，有利于细胞的黏附和生长，具有良好的应用前景。

Description

一种复合纳米纤维材料的制备方法
技术领域
本发明属于高分子纳米纤维材料的制备领域，特别涉及一种复合纳米纤维材料的制备方法。
背景技术
纳米纤维具有尺度小、比表面积大和物理性能优异等特点,在微电子和生物医学等领域具有广阔的应用前景。具有纳米或亚微米结构的微包囊体系也会在食品添加剂、药物载体及特种材料加工等领域发挥重要作用。
PEI是一种带正电荷的高分子聚电解质材料，分为直连型和超支化型两种，其常被用于基因转移载体、自组装高分子和组织工程支架等领域，尤其25kDa的支化PEI表面含有大量氨基基团，对细胞有很强的吸附性，增加细胞的黏附性，但其细胞毒性很大，为了很好的利用PEI，就必须解决这个问题，已经有很多报道对PEI改性来降低其细胞毒性，主要思路即为降低PEI表面氨基数量。
静电纺丝是作为一种高效制备纳米纤维的技术，因其方便快捷的得到连续的纳米纤维而受到广泛关注。1934年，Formlals发明了第一项关于静电纺丝技术的专利，详细的论及到静电纺丝法的制备工艺与纺丝装置；但直到20世纪80年代，由于纳米科学的快速兴起和发展，这种制备纳米纤维的方法才受到了人们的广泛关注；从21世纪初，国内才开始了对静电纺丝的研究，中国科学院用静电纺丝法制得了纳米级聚丙烯腈纤维毡。
近年来，静电纺丝优化研究炙手可热，虽然高聚物有许多优越的性能，但也有很多缺陷，如：机械强度低、导电性差等。所以复合纤维应运而生，将不同的聚合物或者无机材料复合在一起，很好的弥补了彼此的缺陷，而静电纺丝技术不仅可以将有机高分子材料和无机材料很好的复合在一起，并且可以制备纳米级的纤维，有利于细胞的黏附和生长、在药物的缓释体系、载药医用敷料以及组织工程支架构建、缝合线等这些生物的医学领域，带来的效果良好，前景优越。
鉴于以上原因，由于PEI对CO2有很强的吸附作用，而且吸附后相对稳定，分解温度在100℃～200℃，所以利用CO2对PEI改性，再将其用静电纺丝与PVA混纺，制备新型复合的纳米纤维支架材料显得意义重大，目前的研究文献和专利，未利用CO2对PVA/PEI纤维进行改性的文章。我利用连续的、相对简便的静电纺的方法，得到了一种更简单、更省时、更快速的静电纺的方法制备细胞黏附性好的复合的纳米纤维支架材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种复合纳米纤维材料的制备方法，该方法快速、简便、高效、廉价并且操作方便；该发明使用的原材料廉价易得，具有良好的生物相容性及细胞粘附性，具有应用其做后续祥光实验分析的潜力。
本发明的一种复合纳米纤维材料的制备方法，包括：
（1）将聚乙烯醇PVA加入三蒸水中，加热搅拌使其完全溶解成透明的粘状液体，室温冷却，得到溶液A；其中聚乙烯醇PVA和三蒸水的比例关系为0.9g：8.5-9.21mL；
（2）将聚醚酰亚胺PEI加入三蒸水中，加热搅拌使其溶解成透明液体，得到溶液B；其中聚醚酰亚胺PEI和三蒸水的比例关系为3g：15～20mL；
（3）室温条件下，将二氧化碳通入溶液B中，持续鼓泡5-10h，搅拌，得到PEI-CO2溶液C；
（4）将上述溶液A和溶液C混合，搅拌过夜，得到纺丝液D，然后进行静电纺丝，干燥，即得复合纳米纤维材料。
所述步骤（1）中PVA的重均分子量为88000。
所述步骤（1）加热搅拌为用数显磁力恒温搅拌器油浴，温度控制在70℃，加热搅拌2-3h。
所述步骤（2）中PEI重均分子量为25000。
所述步骤（2）中加热搅拌为用数显磁力恒温搅拌器水浴，温度控制在35-40℃，加热搅拌10-15min。
所述步骤（3）中二氧化碳为超纯二氧化碳气体，为钢瓶气体。
所述步骤（3）中搅拌为用数显磁力恒温搅拌器搅拌。
所述步骤（4）中溶液A和溶液C按PVA：PEI-CO2质量比65～95:5～35混合。优选为按PVA：PEI-CO2质量比95:5、85:15、75:25、65:35混合。
所述步骤（4）中静电纺丝工艺参数为：注射器规格为5mL，针头内径为0.4～0.6mm，喷出流速0.1～0.3mL/h，静电压10～15kV，接收屏采用铝箔接地接收，接收距离为10～17cm，采用正交方法调节纺丝参数进行纺丝。
所述步骤（4）中干燥时间为24h。
所述步骤（4）中复合纳米纤维材料直径为260nm-500nm。
本发明是对静电纺细胞支架材料的初步的研究，对于了解CO2对PVA/PEI复合材料的应用影响与应用调控具有重要的意义。
有益效果
（1）本发明方法快速、简捷、高效、廉价并且操作方便；
（2）本发明所使用的原材料廉价易得，具有良好的生物相容性及细胞黏附性，具有应用其做后续相关实验分析的潜力。
附图说明
图1为按PVA：PEI-CO2不同比例的复合纤维，干燥后所拍摄的SEM图；其中（a）95：5、（b）85：15、（c）75：25、（d）65：35；
图2为按PVA：PEI-CO2不同比例的复合纤维的直径分布图；其中（a）95：5、（b）85：15、（c）75：25、（d）65：35；
图3为PVA/PEI-CO2（75/25）和PVA/PEI（75/25）的复合纤维的红外光谱图。
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
（1）将0.9g PVA分别加入到8.5mL、9.77mL、9.21mL、9.12mL三蒸水中油浴加热搅拌使其完全溶解，室温冷却，得到溶液A；
（2）将3g PEI加入到15mL三蒸水中加热摇晃使其迅速溶解，得到溶液B；
（3）室温下，将二氧化碳（CO2）通入B溶液中，持续鼓泡5h，并搅拌使反应充分，得到溶液C；
（4）将溶液A和溶液C按不同比例混合，得到PVA/PEI-CO2质量比分别为（a）95/5、（b）85/15、（c）75/25、（d）65/35，搅拌过夜，得到纺丝液D；
（5）将制得的纺丝液D进行静电纺丝，静电纺丝的工艺参数为：注射器规格为1mL，针头内径为0.4～0.6mm，喷出流速0.2mL/h，静电压13.4kV，接收屏采用铝箔接地接收，接收距离为17cm,最后真空干燥，即得不同PVA/PEI-CO2的复合纳米纤维膜a、b、c、d。
依照以上步骤所得到结果的电镜图片如图1所示。
实施例2
（1）实施例1的电镜图片，在ImageJ软件中测量50根纤维的直径。
（2）将50根纤维直径的数据用origin8.0软件进行分析；依照以上步骤所得到结果的图片如图2所示。
实施例3
（1）将0.9g PVA加入到9.12mL三蒸水中油浴加热搅拌使其完全溶解，室温冷却，得到溶液A；
（2）将3g PEI加入到15mL三蒸水中加热摇晃使其迅速溶解，得到溶液B；
（3）室温下，将二氧化碳（CO2）通入B溶液中，持续鼓泡5h，并搅拌使反应充分，得到溶液C；
（4）分别取2.4mL溶液C加入溶液A中，搅拌过夜，得到纺丝液D；
（5）将制得的纺丝液D进行静电纺丝，静电纺丝的工艺参数为：注射器规格为1mL，针头内径为0.4～0.6mm，喷出流速0.2mL/h，静电压13.4kV，接收屏采用铝箔接地接收，接收距离为17cm,最后真空干燥，即得复合纳米纤维膜1。
（6）将0.9g PVA加入到9.12mL三蒸水中油浴加热搅拌使其完全溶解，室温冷却，得到溶液A1；
（7）将3g PEI加入到15mL三蒸水中加热摇晃使其迅速溶解，得到溶液B1；
（8）取2.4mL溶液B1加入溶液A中，搅拌过夜，得到纺丝液D；
（9）将制得的纺丝液D进行静电纺丝，静电纺丝的工艺参数为：注射器规格为1mL，针头内径为0.4～0.6mm，喷出流速0.2mL/h，静电压13.4kV，接收屏采用铝箔接地接收，接收距离为17cm,最后真空干燥，即得复合纳米纤维膜2。
所得到复合纳米纤维膜1和2用于红外光谱测试；依照以上步骤所得到结果的图片如图3所示。

Claims (9)

1.一种复合纳米纤维材料的制备方法，包括：
（1）将聚乙烯醇PVA加入三蒸水中，加热搅拌至完全溶解，室温冷却，得到溶液A；其中聚乙烯醇PVA和三蒸水的比例关系为0.9g：8.5-9.21mL；
（2）将聚醚酰亚胺PEI加入三蒸水中，加热搅拌至溶解，得到溶液B；其中聚醚酰亚胺PEI和三蒸水的比例关系为3g：15～20mL；
（3）室温条件下，将二氧化碳通入溶液B中，持续鼓泡5-10h，搅拌，得到PEI-CO2溶液C；
（4）将上述溶液A和溶液C混合，搅拌过夜，得到纺丝液D，然后进行静电纺丝，干燥，即得复合纳米纤维材料。
2.根据权利要求1所述的一种复合纳米纤维材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中PVA的重均分子量为88000。
3.根据权利要求1所述的一种复合纳米纤维材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）加热搅拌为用数显磁力恒温搅拌器，油浴，温度控制在70℃，加热搅拌2-3h。
4.根据权利要求1所述的一种复合纳米纤维材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中PEI重均分子量为25000。
5.根据权利要求1所述的一种复合纳米纤维材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中加热搅拌为用数显磁力恒温搅拌器水浴，温度控制在35-40℃，加热搅拌10-15min。
6.根据权利要求1所述的一种复合纳米纤维材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中溶液A和溶液C按PVA：PEI-CO2质量比65～95:5～35混合。
7.根据权利要求1所述的一种复合纳米纤维材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中静电纺丝工艺参数为：注射器规格为5mL，针头内径为0.4～0.6mm，喷出流速0.1～0.3mL/h，静电压10～15kV，接收屏采用铝箔接地接收，接收距离为10～17cm，采用正交方法调节纺丝参数进行纺丝。
8.根据权利要求1所述的一种复合纳米纤维材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中干燥时间为24h。
9.根据权利要求1所述的一种复合纳米纤维材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中复合纳米纤维材料直径为260nm-500nm。
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