CN104120500A - 一种鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜的其制备方法，包括步骤：制备介孔生物玻璃凝胶；将鱼胶原溶液和介孔生物玻璃凝胶充分混合；通过静电纺丝的方法制得鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜。本发明所述制备方法简单，适合工业化生产，所制得的鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜材料具有较高的比表面积和孔隙率，增强了材料的生物相容性和机械性能等，还具有抗菌性、可降解性等，在生物医学领域如创伤修复，人工皮肤、血管、神经和组织工程支架材料等有广阔的应用前景。

Description

一种鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合纳米纤维膜，尤其涉及一种鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜及其制备方法。

背景技术

随着纳米科技的发展,近年来涌现出了许多制备纳米纤维的方法,如拉伸法、相分离法、模板合成法、自组装法等。静电纺丝法是一种最简单有效的方法,无论从设备、制作工艺、可操作性、还是适纺范围、生产成本、纤维尺度可控性等方面考虑，都有明显的优势。静电纺纳米纤维具有直径小、比表面积高、连续性好、纤维膜空隙小、孔隙率高、机械性能稳定性好等特性，可以模仿天然的细胞外基质，为细胞提供黏附、增殖及生长用的理想模板，因此在生物医药领域有着广泛的应用，如创伤修复、人工血管、药物控释、组织工程支架材料等。

目前已研究了很多高分子材料的静电纺丝，天然类材料如胶原蛋白、壳聚糖等，合成类材料如聚己内酯、左旋聚乳酸、聚乙烯醇、聚氨酯等。

CN1795932A公开了一种采用中空湿法纺丝制备可促进神经再生的复合胶原神经导管的方法，由胶原蛋白，壳聚糖及致孔剂组成的复合胶原蛋白纺丝原液，通过一步法中空湿法纺丝成形方法制得复合胶原神经导管。天然的胶原蛋白如猪胶原蛋白来源丰富，具有止血功能，但有免疫排斥性，抗感染能力不足，壳聚糖有优良的生物相容性，还具有抑菌，止血，促进伤口愈合，生物可降解性等优点，但是机械强度不高，可纺性差。

CN101401955A公开了一种以左旋聚乳酸为基质的纳米纤维支架材料制备方法，将左旋聚乳酸为基质溶解于二氯甲烷与二甲基甲酰胺溶液中，搅拌、离心得静电纺丝溶液；再置聚乳酸溶液于玻璃注射器中，加高电压；推进玻璃注射器中的左旋聚乳酸溶液；利用静电纺丝技术将此混合溶液制备成纳米纤维材料膜；改性处理得纳米纤维支架材料，该纳米纤维支架材料具有质地柔韧，具有较好的透水透气性能，但合成类材料生物相容性差，且降解产物可能有一定毒性。

发明内容

本发明的在于克服上述不足，提供一种鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜及其制备方法，采用该制备方法适合于工业生产，采用该制备方法制备的鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜具有优越的机械性能和生物相容性等。

本发明首先提供了一种鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将表面活性剂溶解在溶剂中，酸性条件下加入硅源、钙源和磷源，搅拌8-48小时后，陈化得到介孔生物玻璃浓度为0.01-0.07g/mL的介孔生物玻璃凝胶；

步骤2，将鱼胶原溶液和步骤1所得介孔生物玻璃凝胶混合；

步骤3，将步骤2所得混合物通过静电纺丝的方法制成鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维。

优选地，步骤1中，将表面活性剂溶解在溶剂中，酸性条件下搅拌8-48小时后，再加入硅源、钙源和磷源。

优选地，步骤1中，陈化温度为50-100℃，陈化时间为1-5天。

进一步优选地，步骤1中，陈化温度为72℃，陈化时间为3天。

优选地，步骤2中，控制鱼胶原与介孔生物玻璃的质量比为（30-5）:1，

更优选地，步骤2中，控制鱼胶原与介孔生物玻璃的质量比为（20-10）:1。

优选地，步骤2中所述鱼胶原溶液的浓度为0.01-2g/mL，更优选为0.08g/mL。

优选地，步骤3中，静电纺丝的工艺参数：电压为5-20kV，溶液流速为0.1-2mL/h，接受台离喷丝头的距离为10-20cm。

进一步优选地，步骤3中，静电纺丝的工艺参数：电压为16-18kV，溶液流速为0.8-1.2mL/h，接受台离喷丝头的距离为12-15cm。

优选地，步骤1中，将表面活性剂溶解在溶剂中，控制表面活性剂的浓度为0.01-0.1g/mL。

优选地，步骤1中，所述硅源、钙源和磷源中Ca、Si和P的摩尔比为（1-30）:（50-100）:（1-10），且所述表面活性剂与钙源的质量比为（0.5-4）:（0.2-1.4）。

进一步优选地，步骤1中，所述硅源、钙源和磷源中Ca、Si和P的摩尔比为15:80:5。

优选地，步骤2中所述表面活性剂为嵌段共聚物非离子表面活性剂。

进一步优选地，所述嵌段共聚物非离子表面活性剂选自P123、P105、P104、P103、P85、P84、P75、P65、P38、F127、F108、F98、F88、F87、F77、F68、F38、L122、L121、L101、L92、L81、L72、L65、L64、L63、L62、L61、L44、L43、L42、L35、L31和FC-4等中的至少一种；

优选地，步骤2中所述硅源为正硅酸酯类。

进一步优选地，所述硅源选自正硅酸乙酯、正硅酸甲酯和正硅酸丙酯中的至少一种。

优选地，步骤2中所述钙源为无机钙。

进一步优选地，所述钙源选自硝酸钙、醋酸钙和其水合物等中的至少一种。

优选地，步骤2中，所述磷源为有机磷酸酯类。

进一步优选地，所述磷源选自磷酸三甲酯和磷酸三乙酯等中的至少一种。

最优选地，所述嵌段共聚物非离子表面活性剂为P123（聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯），所述硅源为正硅酸乙酯（TEOS），所述钙源为硝酸钙和/或其水合物，所述磷源为磷酸三乙酯（TEP）。

优选地，步骤1中，酸性条件为通过加入使用浓度为0.05-5mmol/L的盐酸调节pH值至pH=1-6。

优选地，使用浓度为0.1-1mmol/L的盐酸调节pH值至pH=2-5。

优选地，使用浓度为0.5mmol/L的盐酸调节pH值至pH=3-4。

其中，步骤1中所述溶剂可以为有机溶剂、无机溶剂或二者的混合物。

所述无机溶剂优选为水。

所述有机溶剂优选为脂肪烃、芳香烃、氯代烃、醇、酮、醛、酯、腈、羧酸、亚砜、酰胺类溶剂。

所述脂肪烃的例子包括：戊烷、己烷、辛烷、环己烷等。

所述芳香烃的例子包括：苯乙烯、苯、甲苯、二甲苯等。

所述氯代烃的例子包括：二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、溴仿、氯苯、二氯苯（对二氯苯、邻二氯苯）、四氯乙烷等。

所述醇的例子包括：甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丙二醇、叔丁醇、甘油、丁二醇、戊二醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚等。

所述酮的例子包括：丙酮、丁酮、甲基丁基酮、环己酮等。

所述醛的例子包括：乙醛、丙醛、戊二醛、乙二醛等。

所述酯的例子包括：乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丁酯、甲酸戊酯等。

所述腈的例子如：乙腈等。

所述羧酸的例子包括：甲酸、乙酸等。

所述亚砜的例子包括：二甲基亚砜、氯化亚砜、二苯基亚砜等。

所述酰胺的例子包括：N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺等。

优选地，步骤1中所述溶剂选自甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、六氟异丙醇、丙二醇、叔丁醇、甘油、丁二醇、戊二醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚等中的至少一种。

本发明还提供了一种上述制备方法制备的鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜，其中，所述鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜中鱼胶原与介孔生物玻璃的质量比为（30-5）:1。

优选地，所述鱼胶原与介孔生物玻璃的质量比为（20-10）:1。

优选地，所述的鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜的纤维直径为400-500nm。

进一步优选地，所述纤维直径为432-494nm。

本发明具有以下优点：（1）制备方法简单，适合于工业化生产；（2）采用的鱼胶原安全性好，具有低免疫原性，止血性，可降解性，且生物相容性和机械性好；（3）采用的介孔生物玻璃是一种有抗菌性，生物相容性和力学强度高并易于降解的材料。

本发明所述制备方法简单，适合工业化生产，所制得的鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜材料具有较高的比表面积和孔隙率，增强了材料的生物相容性和机械性能等，还具有抗菌性、可降解性等，在生物医学领域如创伤修复，人工皮肤、血管、神经和组织工程支架材料等有广阔的应用前景。

附图说明

图1是实例1制得的鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜的扫描电镜图；

图2是实例1制得的鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜的直径分布图；

图3是实例2制得的鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜的扫描电镜图；

图4是实例2制得的鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜的直径分布图；

图5是实例3制得的鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜的扫描电镜图；

图6是实例3制得的鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜的直径分布图。

具体实施方式

下面参照附图，结合具体实施例对本发明进行进一步地说明，以更好地理解本发明。

实施例1

用电子分析天称取0.16g鱼胶原溶于2mL六氟异丙醇中得到浓度为0.08g/mL的鱼胶原溶液。

称取0.2g的P123溶于3mL乙醇中，用浓度为0.5mol/L HCl溶液调节pH为3，室温搅拌24小时后，加入0.0367g TEP、0.67g TEOS和0.07g Ca(NO₃)₂·4H₂O（Si、Ca和P的摩尔比为80:15:5），室温搅拌24小时，然后倒入培养皿中，80℃陈化72小时，得到介孔生物玻璃浓度为0.034g介孔生物玻璃凝胶。

取2mL鱼胶原溶液与0.235mL介孔生物玻璃凝胶充分混合，得到质量比为20:1的鱼胶原/介孔生物玻璃共混溶液，静置十分钟后，通过静电纺丝制得鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维（Col/BG=20/1），其中，静电纺丝的工艺参数为：电压为18kV，溶液流速为1mL/h，接受台离喷丝头的距离为13cm，选用9号针头，铝箔接收或粗棉基布接收。

扫描电镜观察所得鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维，结果如图1所示，纤维直径均一，表面光滑没有断裂，孔隙率均一。测量纳米支架纤维直径，结果如图2所示，所得鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维的平均纤维直径约为432nm。

实施例2

用电子分析天称取0.16g鱼胶原溶于2mL六氟异丙醇中得到浓度为0.08g/mL的鱼胶原溶液。

称取0.2g的P123溶于3mL乙醇中，用浓度为0.5mol/L HCl溶液调节pH为3，室温搅拌24小时后，加入0.0367g TEP、0.67g TEOS和0.07g Ca(NO₃)₂·4H₂O（Si、Ca和P的摩尔比为80:15:5），室温搅拌24小时，然后倒入培养皿中，80℃陈化72小时，得到介孔生物玻璃浓度为0.034g介孔生物玻璃凝胶。

取2mL鱼胶原溶液与0.314mL介孔生物玻璃凝胶充分混合，得到质量比为15:1的鱼胶原/介孔生物玻璃共混溶液，静置十分钟后，通过静电纺丝制得鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维（Col/BG=15/1），其中，静电纺丝的工艺参数为：电压为18kV，溶液流速为1mL/h，接受台离喷丝头的距离为13cm，选用9号针头，铝箔接收或粗棉基布接收。

扫描电镜观察所得鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维，结果如图3所示，纤维直径均一，表面光滑没有断裂，孔隙率均一。测量纳米支架纤维直径，结果如图4所示，所得鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维的平均纤维直径为451nm。

实施例3

用电子分析天称取0.16g鱼胶原溶于2mL六氟异丙醇中得到浓度为0.08g/mL的鱼胶原溶液。

称取0.2g的P123溶于3mL乙醇中，用浓度为0.5mol/L HCl溶液调节pH为3，室温搅拌24小时后，加入0.0367g TEP、0.67g TEOS和0.07g Ca(NO₃)₂·4H₂O（Si、Ca和P的摩尔比为80:15:5），室温搅拌24小时，然后倒入培养皿中，80℃陈化72小时，得到介孔生物玻璃浓度为0.034g介孔生物玻璃凝胶。

取2mL鱼胶原溶液与0.471mL介孔生物玻璃凝胶充分混合，得到质量比为10:1的鱼胶原/介孔生物玻璃共混溶液，静置十分钟后，通过静电纺丝制得鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维（Col/BG=10/1），其中，静电纺丝的工艺参数为：电压为18kV，溶液流速为1mL/h，接受台离喷丝头的距离为13cm，选用9号针头，铝箔接收或粗棉基布接收。

扫描电镜观察所得鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维，结果如图5所示，纤维直径均一，表面光滑没有断裂，孔隙率均一。测量纳米支架纤维直径，结果如图6所示，所得鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维的平均纤维直径为494nm。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将表面活性剂溶解在溶剂中，酸性条件下加入硅源、钙源和磷源，搅拌8-48小时后，陈化得到介孔生物玻璃浓度为0.01-0.07g/mL的介孔生物玻璃凝胶；

步骤2，将鱼胶原溶液和步骤1所得介孔生物玻璃凝胶混合；

步骤3，将步骤2所得混合物通过静电纺丝的方法制成鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，陈化温度为50-100℃，陈化时间为1-5天。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，控制鱼胶原与介孔生物玻璃的质量比为（30-5）:1。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，静电纺丝的工艺参数：电压为5-20kV，溶液流速为0.1-2mL/h，接受台离喷丝头的距离为10-20cm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，将表面活性剂溶解在溶剂中，控制表面活性剂的浓度为0.01-0.1g/mL。

6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述硅源、钙源和磷源中Ca、Si和P的摩尔比为（1-30）:（50-100）:（1-10），且所述表面活性剂与钙源的质量比为（0.5-4）:（0.2-1.4）。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述硅源、钙源和磷源中Ca、Si和P的摩尔比为15:80:5。

8.一种权利要求1所述制备方法制备的鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜，其特征在于，所述鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜中鱼胶原与介孔生物玻璃的质量比为（30-5）:1。

9.根据权利要求8所述的鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜，其特征在于，所述鱼胶原与介孔生物玻璃的质量比为（20-10）:1。

10.根据权利要求8所述的鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜，其特征在于，所述的鱼胶原/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜的纤维直径为400-500nm。