CN105908374A - 一种多孔纳米纤维膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多孔纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：准备片状氧化石墨烯和再生蚕丝蛋白干燥膜；将片状氧化石墨烯分散在无水甲酸溶液中，制得分散液；在分散液中加入再生蚕丝蛋白干燥膜，制得混合纺丝液；通过混合纺丝液制备多孔纳米纤维膜。本发明制备的多孔纤维膜具有良好透气透湿性、细胞亲和性功能和较好的抗菌效果，且制备方法简单，适合大批量生产。

Description

一种多孔纳米纤维膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种膜的制备方法，更具体涉及一种兼具抗菌和增强细胞亲和性多孔纳米纤维膜的制备方法。
背景技术
蚕丝的主要成分是丝胶蛋白和丝素蛋白，丝素蛋白即蚕丝蛋白作为一种天然的高分子材料，产量丰富。经过国内外学者大量研究发现，蚕丝经过脱胶、溶解、提纯制得的再生丝素蛋白具有良好的生物降解性和生物相容性，并且无毒、无刺激，易于加工成各种形态。目前国内外学者已能熟练将蚕丝蛋白材料制备成膜状材料，并将这些材料用于伤口包覆等生物医用材料领域。然而蚕丝蛋白也有其内在的缺陷，如蚕丝蛋白材料不抗菌、且对细胞缺乏识别和诱导作用，导致上述制备的蚕丝蛋白生物材料在具体应用时存在较大的缺陷。
目前对蚕丝蛋白在上述的改性主要通过采用一些功能性纳米粒子对蚕丝蛋白进行修饰。中国专利公开号CN104353127A提供了一种抗菌蚕丝蛋白材料及其制备方法，该发明将石墨烯量子点与蚕丝蛋白水溶液共混后固化成型制得，该蚕丝蛋白材料具有抗菌效果，但采用固化成型法制得的材料不具备多孔的纳米结构，材料的透气透湿性差，且采用石墨烯量子点并复合了含金、铂金、铅、钌等的重金属盐，材料对细胞的亲和性差，不能满足作为伤口包覆材料的要求。中国专利公开号CN1887362A公布了一种细胞培养支架及其制备方法，该发明采用静电纺丝的方法将蚕丝蛋白与明胶等复合，制备了一种多孔纳米纤维膜，该材料具有良好的透气透湿性，明胶等材料的复合提高了材料的细胞亲和性，但是材料不具有抗菌性，在应用做伤口包覆等材料时收到限制。
发明内容
为了解决上述一个或多个技术问题，本发明提供一种兼有抗菌和增强细胞亲和性多孔纳米纤维膜的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种多孔纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：
准备片状氧化石墨烯和再生蚕丝蛋白干燥膜；
将片状氧化石墨烯分散在无水甲酸溶液中，制得分散液；
在所述分散液中加入再生蚕丝蛋白干燥膜，制得混合纺丝液；
通过所述混合纺丝液制备多孔纳米纤维膜。
在一些实施方式中，所述分散液中氧化石墨烯的质量分数为1-5％。
在一些实施方式中，所述混合纺丝液中再生蚕丝蛋白干燥膜的质量分数为11-15％。
在一些实施方式中，所述片状氧化石墨烯通过超声波振荡均匀分散在无水甲酸溶液中。
在一些实施方式中，所述混合纺丝液通过静电纺丝装置制备多孔纳米纤维膜。
在一些实施方式中，所述静电纺丝装置的参数为：电为压15-30V，混合纺丝液流速为0.1-0.5mL/h，喷丝口和收集装置的距离为13-18cm。
其有益效果为：(1)氧化石墨烯的具有较高的比表面积，其表面具有丰富官能团，该官能团对细胞具有亲和性和诱导功能，使氧化石墨烯同时具有细胞亲和性功能和较好的抗菌效果。
(2)本发明利用再生蚕丝蛋白和氧化石墨烯制成多孔纤维膜，通过静电纺丝方式将片状氧化石墨烯颗粒以微球状包裹在再生蚕丝蛋白里，氧化石墨烯不易被外界破坏，制成多孔纤维膜具有微纳结构，在结构上模拟细胞外基质，具有良好的透气透湿性。
(3)本发明制备的多孔纤维膜具有良好透气透湿性、细胞亲和性功能和较好的抗菌效果，且制备方法简单，适合大批量生产。
附图说明
图1a是本发明实施例1中的再生蚕丝蛋白氧化石墨烯多孔纳米纤维在扫描电子纤维镜下的示意图；
图1b是本发明对比实施例中的再生蚕丝蛋白多孔纳米纤维膜在扫描电子显微镜下的示意图；
图1c是本发明实施例1中的复合多孔纳米纤维膜在投射电镜下的示意图；
图1d是本发明对比实施例中的再生蚕丝蛋白多孔纳米纤维膜在投射电镜下的示意图；
图2a是本发明实施例1中的复合多孔纳米纤维膜在扫描电子显微镜下的放大10000倍的示意图；
图2b是本发明实施例1中的复合多孔纳米纤维膜在扫描电子显微镜下的放大13000倍的示意图；
图2c是本发明对比实施例中的再生蚕丝蛋白多孔纳米纤维膜在扫描电子显微镜下的放大10000倍的示意图；
图2d是本发明对比实施例中的再生蚕丝蛋白多孔纳米纤维膜在扫描电子显微镜下的放大13000倍的示意图；
图3a是本发明实施例1中的复合多孔纳米纤维膜的细胞培养1天激光共聚显微镜下的示意图；
图3b是本发明对比实施例中的再生蚕丝蛋白多孔纳米纤维膜的细胞培养1天激光共聚显微镜下的示意图；
图3c是本发明实施例1中的复合多孔纳米纤维膜的细胞培养3天激光共聚显微镜下的示意图；
图3d本发明对比实施例中的再生蚕丝蛋白多孔纳米纤维膜的细胞培养3天激光共聚显微镜下的示意图；
图3e是本发明实施例1中的复合多孔纳米纤维膜的细胞培养7天激光共聚显微镜下的示意图；
图3f本发明对比实施例中的再生蚕丝蛋白多孔纳米纤维膜的细胞培养7天激光共聚显微镜下的示意图。
具体实施方式
实施例1
将洗涤干净的0.5g片状氧化石墨烯分散在9.5g无水甲酸中，置于超声波振荡器中振荡2h，制得氧化石墨烯无水甲酸均匀分散的分散液。分散液中氧化石墨烯的质量分数为5％。向上述分散液中加入1.3g再生蚕丝蛋白干燥膜，通过磁力搅拌器搅拌2h，得到均匀的纺丝液。再生蚕丝蛋白干燥膜在纺丝液中的质量分数为11.5％。调节静电纺丝装置的工作参数：电压为30kV，纺丝液流速为 0.2mL/h，喷丝口与收集装置距离为13cm，将上述纺丝液加入5mL的玻璃注射器中，经静电纺丝2h后在收集装置上获得具有厚度为0.5mm的多孔纳米纤维膜。
对比实施例
将实施例1制得的复合多孔纳米纤维膜从收集装置上揭下来，对该复合多孔纳米纤维膜进行抗菌实验和细胞培养实验。在相同工艺条件下制备再生蚕丝蛋白多孔纳米纤维膜，同时对其进行抗菌实验和细胞培养实验。
结构对比：如图1a、1b、1c和1d所示，相对于再生蚕丝蛋白多孔纳米纤维膜，复合多孔纳米纤维膜的氧化石墨烯呈微球状形式被包覆在再生蚕丝蛋白纤维里，复合多孔纳米纤维膜的纳米纤维直径分布在10-50nm范围内。
抗菌实验对比：将再生蚕丝蛋白多孔纳米纤维膜进行大肠杆菌和金黄色葡萄球菌实验，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在再生蚕丝蛋白多孔纳米纤维膜上的存活率均在90％左右；将复合多孔纳米纤维膜进行大肠杆菌和金黄色葡萄球菌实验，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在再生蚕丝蛋白-氧化石墨烯多孔纳米纤维膜上的存活率分别为35.7％左右和41.6％左右。如图2a和2b所示，细菌在再生蚕丝蛋白-氧化石墨烯多孔纳米纤维膜上的尺寸变小、萎缩，部分细菌已经死亡，且细菌的数量减少。如图2c和2d所示，细菌在再生蚕丝蛋白多孔纳米纤维膜上生长良好。上述结果表明本发明制备的复合多孔纳米纤维膜具有良好的抗菌性能。
细胞亲和性试验对比：如图3a、3b、3c、3d、3e和3f所示，经培养1天、3天和7天后，前成骨细胞粘附和铺展在复合多孔纳米纤维膜的表面，并且比再生蚕丝蛋白多孔纳米纤维膜表面具有更多的细胞粘附和更快的铺展速率，复合多孔纳米纤维膜的表面细胞数量明显大于再生蚕丝蛋白多孔纳米纤维表面的细胞数量。上述结果表明前成骨细胞在再生蚕丝蛋白多孔纳米纤维膜和复合多孔纳米纤维膜上均可存活、生长和增殖，但细胞在生蚕丝蛋白氧化石墨烯多孔纳米纤维膜的增殖明显高于再生蚕丝蛋白多孔纳米纤维膜。本发明制备的多孔纳米纤维膜具有增强细胞相容性的功能。
实施例2
将洗涤干净的0.4g片状氧化石墨烯分散在9.5g无水甲酸中，置于超声波振荡器中振荡2h，制得氧化石墨烯无水甲酸均匀分散的分散液。分散液中氧化石墨烯的质量分数为4％。向上述分散液中加入1.5g再生蚕丝蛋白干燥膜，通过 磁力搅拌器搅拌2h，得到均匀的纺丝液。再生蚕丝蛋白干燥膜在纺丝液中的质量分数为13％。调节静电纺丝装置的工作参数：电压为20kV，纺丝液流速为0.3mL/h，喷丝口与收集装置距离为15cm，将上述纺丝液加入5mL的玻璃注射器中，经静电纺丝2h后在收集装置上获得具有厚度为0.4mm的多孔纳米纤维膜。
实施例3
将洗涤干净的0.3g片状氧化石墨烯分散在9.5g无水甲酸中，置于超声波振荡器中振荡2h，制得氧化石墨烯无水甲酸均匀分散的分散液。分散液中氧化石墨烯的质量分数为3％。向上述分散液中加入1.2g再生蚕丝蛋白干燥膜，通过磁力搅拌器搅拌2h，得到均匀的纺丝液。再生蚕丝蛋白干燥膜在纺丝液中的质量分数为12％。调节静电纺丝装置的工作参数：电压为15kV，纺丝液流速为0.5mL/h，喷丝口与收集装置距离为18cm，将上述纺丝液加入5mL的玻璃注射器中，经静电纺丝2h后在收集装置上获得具有厚度为0.6mm的多孔纳米纤维膜。
上面结合附图对本发明的一些实施方式做了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种多孔纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
准备片状氧化石墨烯和再生蚕丝蛋白干燥膜；
将片状氧化石墨烯分散在无水甲酸溶液中，制得分散液；
在所述分散液中加入再生蚕丝蛋白干燥膜，制得混合纺丝液；
通过所述混合纺丝液制备复合多孔纳米纤维膜。
2.根据权利要求1所述的多孔纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述分散液中氧化石墨烯的质量分数为1-5％。
3.根据权利要求1所述的多孔纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述混合纺丝液中再生蚕丝蛋白干燥膜的质量分数为11-15％。
4.根据权利要求1所述的多孔纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述片状氧化石墨烯通过超声波振荡均匀分散在无水甲酸溶液中。
5.根据权利要求1所述的多孔纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述混合纺丝液通过静电纺丝装置制备多孔纳米纤维膜。
6.根据权利要求5所述的多孔纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝装置的参数为：电为压15-30V，混合纺丝液流速为0.1-0.5mL/h，喷丝口和收集装置的距离为13-18cm。
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