CN105239206A - 一种聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维及其制备方法 - Google Patents
一种聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种聚己内酯/聚乙二醇(PCL/PEG)复合串珠状纤维的制备方法，通过确定静电纺丝溶液中的PCL和PEG的最佳含量及静电纺丝条件，制备得到连续而分布均匀的串珠状纤维结构，纤维表面光滑的纳米级纤维，珠粒为带有微孔表面的微米级纺锤形，这种无缺陷的串珠结构纤维，可用于药物的担载，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于静电纺丝技术领域，具体涉及一种聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维结构及其制备方法。
背景技术
静电纺丝是目前连续获得纳米级、亚微米级聚合物纤维最主要的途径之一。由于静电纺丝技术制备的纤维具有直径小、比表面积大、孔隙率高、吸附性强和空间连通性好的特点，因此广泛应用于生物医药领域，用作药物缓控释放载体、组织工程支架、伤口敷料。此类纤维支架往往用于担载一些具有生物活性的药物，如蛋白、生长因子和基因类，这类药物在单独用药时往往会因为药物本身的特性而对于时间、剂量以及储存条件的要求比较苛刻。同时，药物容易因为外界环境的影响而失去活性或发生变性，导致药物失去功效，所以常规制备载药纤维时，一般会预先对药物处理，使其形成外有保护层的微球药物来避免与外界环境直接接触而导致其失活，但是处理后形成的颗粒型的微球药物往往直径较大，实际效果往往不尽人意，但是满足支架尺寸的纤维却不能有效地担载此类颗粒药物。
事实上，即使非颗粒药物，传统的静电纺载药光滑纤维也存在着明显的突释现象，主要是药物大多裸露在纤维表面，而不是包入内部。一旦外层与外界环境接触之后，其药物释放方式就易变得极快，不仅失去了缓慢释放的初衷，同时也影响药物的作用时间。同时，传统的纳米、亚纳米纤维所承载的药物量的限制十分的大，往往达不到释放效果。因此，通过改变纺丝的形貌来调控药物的释放，如串珠结构纤维。
利用静电纺丝串珠结构纤维来担载组织工程中的颗粒型药物，可有效缓解药物释放现象。串珠结构纤维，即在连续的尺度的纤维上形成了直径约有1～2μm，甚至更大的珠粒，可有效的增加载药量，延长药物的释放。而且其独特的结构一方面能保证珠粒之间的纤维直径限制在50～500nm范围内，满足制备生物支架的尺寸要求；另一方面珠粒本身可实现对颗粒型药物的担载，将药物包载在串珠结构内部，从而缓解药物突释现象。然而串珠结构的制备过程极不稳定，且目前较多的研究集中在光滑纤维的获取上，对于静电纺丝制备聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维的研究还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维及其制备方法，采用静电纺丝技术通过共混可生物降解高分子聚合物制备得到纤维连续、光滑、均匀、珠粒结构无缺陷的串珠结构纤维，具有广泛的应用前景。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：
一种聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维的制备方法，包括：
1)按质量份数计，将5～9份第一溶剂、1～4份第二溶剂混合配制得到混合溶剂；
2)将聚己内酯与聚乙二醇加入至上述混合溶剂中并使二者的终浓度分别为6～15wt％和4～9wt％，20～35℃下搅拌8～12h使二者充分溶解；静置1～5h，得到聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液；
3)在电压4～15kV，湿度30～80％，温度25～40℃下将步骤2)得到的聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液进行静电纺丝，纺丝流量为200～2000μL/h，喷丝头与接收器的距离为10～40cm，在接收器上即可得到所述之聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维，纤维直径为100～900nm，串珠的直径为1～6μm。
一实施例中：所述步骤1)中，第一溶剂为毒性小，溶解能力强、挥发性强的有机溶剂，例如为二氯甲烷，三氯甲烷、丙酮、甲醇、乙醇、石油醚、乙酸乙酯、正己烷中的至少一种。
一实施例中：所述步骤1)中，第二溶剂为导电性强，可与多种有机溶剂互溶，低毒的有机溶剂，例如为二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺、二甲亚砜、四氢呋喃、三氟乙烯中的至少一种。
一实施例中：所述步骤2)中，聚己内酯的分子量为40000～80000Da。
一实施例中：所述步骤2)中，聚乙二醇的分子量为2000～20000Da。
一实施例中：所述步骤3)中，所述接收器为平面铝箔。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：
一种聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维，所述聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维直径为100～900nm，串珠的直径为1～6μm。
一实施例中：所述聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维通过含有6～15wt％的聚己内酯和4～9wt％的聚乙二醇的聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液在电压4～15kV，湿度30～80％，温度25～40℃下进行静电纺丝制备而成，纺丝流量为200～2000μL/h，喷丝头与接收器的距离为10～40cm。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1.本发明通过确定静电纺丝溶液中的PCL和PEG的最佳含量，使静电纺丝溶液可以稳定的制备出串珠状结构的纤维，得到的纤维连续、表面光滑、尺寸分布均匀，珠粒为纺锤形、尺寸分布均匀、表面有微孔、珠粒均匀分布在纤维上，珠粒结构无缺陷，且操作简单、成本低廉；利用该纤维可以用于负载颗粒型或非颗粒型的药物，在抗肿瘤、抗菌、抗炎、组织工程等方面有较佳的应用前景。
2.本发明制得的聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维既保持了纤维连续性、PCL和PEG本身的生物相容性好的优点，同时又具有比表面积大、孔隙小、孔隙率高等优点。
3.本发明制备的聚己内酯/聚乙二醇复合串珠纤维的纤维直径和串珠直径可通过调节纺丝工艺如静电纺丝溶液浓度、聚己内酯/聚乙二醇复合比例、电压、喷丝头与接收器距离、纺丝溶液流量、环境条件等进行控制，从而得到一系列直径不同的纤维，可应用于不同的领域。
4.本发明制备工艺简单，PCL和PEG价格低廉、在体内外均可降解为水和二氧化碳，对环境无污染。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1本发明的聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维制备方法的装置示意图。
图2a为实施例1的聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维的扫描电镜照片之一，放大倍数为1700倍。
图2b为实施例1的聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维的扫描电镜照片之二，放大倍数为2050倍。
图2c为实施例1的聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维的扫描电镜照片之三，放大倍数为3300倍。
图2d为实施例1的聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维的扫描电镜照片之四，放大倍数为5100倍。
具体实施方式
下面通过实施例具体说明本发明的内容：
实施例1
1)按质量份数计，将8份第一溶剂二氯甲烷、2份第二溶剂二甲基甲酰胺混合配制得到混合溶剂；
2)将分子量为80000Da的聚己内酯(PCL)与分子量为6000Da的聚乙二醇(PEG)加入至上述混合溶剂中并使二者的终浓度分别为5wt％和5wt％，30℃下搅拌8h使二者充分溶解；静置2h，得到聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液；
3)将步骤2)得到的聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液抽取到带有不锈钢针头的注射器中并固定在高压静电纺丝器中，在电压6kV，湿度40％，温度26℃下将进行静电纺丝，纺丝流量为400μL/h，喷丝头与接收器的距离为20cm，在平板铝箔接收器上即可收集得到聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维，纤维直径为0.76±0.14μm，串珠为纺锤形，串珠直径为5.14±0.88μm，如图2a至图2d所示。
实施例2
1)按质量份数计，将8份第一溶剂二氯甲烷、2份第二溶剂二甲基甲酰胺混合配制得到混合溶剂；
2)将分子量为80000Da的聚己内酯与分子量为6000Da的聚乙二醇加入至上述混合溶剂中并使二者的终浓度分别为7wt％和3wt％，30℃下搅拌8h使二者充分溶解；静置2h，得到聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液；
3)将步骤2)得到的聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液抽取到带有不锈钢针头的注射器中并固定在高压静电纺丝器中，在电压6kV，湿度40％，温度26℃下将进行静电纺丝，纺丝流量为400μL/h，喷丝头与接收器的距离为20cm，在平板铝箔接收器上即可收集得到之聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维，纤维直径为0.75±0.14μm，串珠为纺锤形，串珠直径为4.56±0.75μm。
实施例3
1)按质量份数计，将8份第一溶剂二氯甲烷、2份第二溶剂二甲基甲酰胺混合配制得到混合溶剂；
2)将分子量为80000Da的聚己内酯与分子量为6000Da的聚乙二醇加入至上述混合溶剂中并使二者的终浓度分别为3wt％和7wt％，30℃下搅拌8h使二者充分溶解；静置2h，得到聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液；
3)将步骤2)得到的聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液抽取到带有不锈钢针头的注射器中并固定在高压静电纺丝器中，在电压6kV，湿度40％，温度26℃下将进行静电纺丝，纺丝流量为400μL/h，喷丝头与接收器的距离为20cm，在平板铝箔接收器上即可收集得到之聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维，纤维直径为0.75±0.20μm，串珠为纺锤形，串珠直径为5.08±0.95μm。
实施例4
1)按质量份数计，将8份第一溶剂二氯甲烷、2份第二溶剂二甲基甲酰胺混合配制得到混合溶剂；
2)将分子量为80000Da的聚己内酯与分子量为8000Da的聚乙二醇加入至上述混合溶剂中并使二者的终浓度分别为5wt％和5wt％，30℃下搅拌8h使二者充分溶解；静置2h，得到聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液；
3)将步骤2)得到的聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液抽取到带有不锈钢针头的注射器中并固定在高压静电纺丝器中，在电压8kV，湿度40％，温度26℃下将进行静电纺丝，纺丝流量为300μL/h，喷丝头与接收器的距离为20cm，在平板铝箔接收器上即可收集得到之聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维，纤维直径为0.74±0.11μm，串珠为纺锤形，串珠直径为4.95±0.87μm。
实施例5
1)按质量份数计，将8份第一溶剂二氯甲烷、2份第二溶剂二甲基甲酰胺混合配制得到混合溶剂；
2)将分子量为80000Da的聚己内酯与分子量为6000Da的聚乙二醇加入至上述混合溶剂中并使二者的终浓度分别为5wt％和5wt％，30℃下搅拌8h使二者充分溶解；静置2h，得到聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液；
3)将步骤2)得到的聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液抽取到带有不锈钢针头的注射器中并固定在高压静电纺丝器中，在电压10kV，湿度40％，温度26℃下将进行静电纺丝，纺丝流量为500μL/h，喷丝头与接收器的距离为20cm，在平板铝箔接收器上即可收集得到之聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维，纤维直径为0.70±0.11μm，串珠为纺锤形，串珠直径为4.85±0.90μm。
实施例6
1)按质量份数计，将8份第一溶剂二氯甲烷、2份第二溶剂二甲基甲酰胺混合配制得到混合溶剂；
2)将分子量为80000Da的聚己内酯与分子量为10000Da的聚乙二醇加入至上述混合溶剂中并使二者的终浓度分别为5wt％和5wt％，30℃下搅拌8h使二者充分溶解；静置2h，得到聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液；
3)将步骤2)得到的聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液抽取到带有不锈钢针头的注射器中并固定在高压静电纺丝器中，在电压6kV，湿度40％，温度26℃下将进行静电纺丝，纺丝流量为800μL/h，喷丝头与接收器的距离为20cm，在平板铝箔接收器上即可收集得到之聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维，纤维直径为0.79±0.15μm，串珠为纺锤形，串珠直径为5.20±0.91μm。
实施例7
1)按质量份数计，将8份第一溶剂二氯甲烷、2份第二溶剂二甲基甲酰胺混合配制得到混合溶剂；
2)将分子量为80000Da的聚己内酯与分子量为20000Da的聚乙二醇加入至上述混合溶剂中并使二者的终浓度分别为5wt％和5wt％，30℃下搅拌8h使二者充分溶解；静置2h，得到聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液；
3)将步骤2)得到的聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液抽取到带有不锈钢针头的注射器中并固定在高压静电纺丝器中，在电压6kV，湿度40％，温度26℃下将进行静电纺丝，纺丝流量为400μL/h，喷丝头与接收器的距离为25cm，在平板铝箔接收器上即可收集得到之聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维，纤维直径为0.90±0.14μm，串珠为纺锤形，串珠直径为5.13±0.76μm。
实施例8
1)按质量份数计，将8份第一溶剂二氯甲烷、2份第二溶剂二甲基甲酰胺混合配制得到混合溶剂；
2)将分子量为80000Da的聚己内酯与分子量为6000Da的聚乙二醇加入至上述混合溶剂中并使二者的终浓度分别为5wt％和5wt％，30℃下搅拌8h使二者充分溶解；静置2h，得到聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液；
3)将步骤2)得到的聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液抽取到带有不锈钢针头的注射器中并固定在高压静电纺丝器中，在电压25kV，湿度40％，温度26℃下将进行静电纺丝，纺丝流量为400μL/h，喷丝头与接收器的距离为20cm，在平板铝箔接收器上即可收集得到之聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维，纤维直径为0.72±0.12μm，串珠为纺锤形，串珠直径为4.80±0.67μm。
本领域技术人员可知，当本发明的技术参数在如下范围内变化时，可以预期得到与上述实施例相同或相近的技术效果：
一种聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维的制备方法，包括：
1)按质量份数计，将5～9份第一溶剂、1～4份第二溶剂混合配制得到混合溶剂；例如第一溶剂为5、6、7、8、9份，第二溶剂为1、2、3、4份；
2)将聚己内酯与聚乙二醇加入至上述混合溶剂中并使二者的终浓度分别为6～15wt％和4～9wt％，20～35℃下搅拌8～12h使二者充分溶解；静置1～5h，得到聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液；例如聚己内酯的终浓度为6wt％、8wt％、10wt％、12wt％、15wt％；聚乙二醇的终浓度为4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％；
3)在电压4～15kV，湿度30～80％，温度25～40℃下将步骤2)得到的聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液进行静电纺丝，纺丝流量为200～2000μL/h，喷丝头与接收器的距离为10～40cm，在接收器上即可得到所述之聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维，纤维直径为100～900nm，串珠的直径为1～6μm；例如电压为4、6、8、10、12、15kV；湿度为30％、45％、60％；温度为30℃、35℃；纺丝流量为200、600、1000、1500μL/h；
所述步骤1)中，第一溶剂为毒性小，溶解能力强、挥发性强的有机溶剂，例如为二氯甲烷，三氯甲烷、丙酮、甲醇、乙醇、石油醚、乙酸乙酯、正己烷中的至少一种。
所述步骤1)中，第二溶剂为导电性强，可与多种有机溶剂互溶，低毒的有机溶剂，例如为二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺、二甲亚砜、四氢呋喃、三氟乙烯中的至少一种。
所述步骤2)中，聚己内酯的分子量为40000～80000Da，例如50000、60000、70000Da。
所述步骤2)中，聚乙二醇的分子量为2000～20000Da，例如5000、12000、18000Da。
所述步骤3)中，所述接收器为平面铝箔。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：
一种聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维，所述聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维直径为100～900nm，串珠的直径为1～6μm。
所述聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维通过含有6～15wt％的聚己内酯和4～9wt％的聚乙二醇的聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液在电压4～15kV，湿度30～80％，温度25～40℃下进行静电纺丝制备而成，纺丝流量为200～2000μL/h，喷丝头与接收器的距离为10～40cm。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (8)
1.一种聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维的制备方法，其特征在于：包括：
1)按质量份数计，将5～9份第一溶剂、1～4份第二溶剂混合配制得到混合溶剂；
2)将聚己内酯与聚乙二醇加入至上述混合溶剂中并使二者的终浓度分别为6～15wt％和4～9wt％，20～35℃下搅拌8～12h使二者充分溶解；静置1～5h，得到聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液；
3)在电压4～15kV，湿度30～80％，温度25～40℃下将步骤2)得到的聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液进行静电纺丝，纺丝流量为200～2000μL/h，喷丝头与接收器的距离为10～40cm，在接收器上即可得到所述之聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维，纤维直径为100～900nm，串珠的直径为1～6μm。
2.根据权利要求1所述的一种聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，第一溶剂为二氯甲烷，三氯甲烷、丙酮、甲醇、乙醇、石油醚、乙酸乙酯、正己烷中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，第二溶剂为二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺、二甲亚砜、四氢呋喃、三氟乙烯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，聚己内酯的分子量为40000～80000Da。
5.根据权利要求1所述的一种聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，聚乙二醇的分子量为2000～20000Da。
6.根据权利要求1所述的一种聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述接收器为平面铝箔。
7.一种聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维，其特征在于：所述聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维直径为100～900nm，串珠的直径为1～6μm。
8.根据权利要求7所述的一种聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维，其特征在于：所述聚己内酯/聚乙二醇复合串珠状纤维通过含有6～15wt％的聚己内酯和4～9wt％的聚乙二醇的聚己内酯/聚乙二醇复合静电纺丝溶液在电压4～15kV，湿度30～80％，温度25～40℃下进行静电纺丝制备而成，纺丝流量为200～2000μL/h，喷丝头与接收器的距离为10～40cm。
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