CN106367955A - 一种具有ph敏感特性纳米粒子复合电纺纤维的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有pH敏感特性纳米粒子复合电纺纤维的制备方法，制备步骤包括：(1)按照CN104958767A公布的现有技术制备PH敏感特性的环糊精纳米粒子；(2)纳米粒子溶液的配置；(3)配置电纺溶液；(4)静电纺丝；(5)电纺纤维的交联。本发明的制备出了具备环境响应特性的纳米粒子复合电纺纤维，制备方法简单，产品性能稳定，具备工业化应用的良好前景。

Description

一种具有PH敏感特性纳米粒子复合电纺纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及医药材料领域，具体涉及一种具有PH敏感特性纳米粒子复合电纺纤维的制备方法。
背景技术
静电纺丝简称电纺，是一种在静电力的作用下纺得纤维的方法。制备材料时，向装有聚合物溶液或熔体的毛细管施加高压直流电场。在电场的作用下，毛细管末端悬挂的液滴发生变形，表面均匀分布同种电荷。由于表面带电，液滴受两种静电力作用：(1)表面电荷之间的排斥作用(2)喷丝头与接收装置之间电场作用在其上的库仑力。在这两种作用力的共同作用下，液滴变形在电场方向上呈锥状，形成Taylor锥体。当施加的电场超过某一临界值时，电场力克服溶液或熔体的表面张力，形成较细的表面带电的射流。射流在电场的作用下，向接地的收集器运动。在运动过程中，射流不断地拉伸；某些情况射流会发生分裂，形成更细的射流。溶剂不断挥发，最后在收集器上得到直径为几微米到几十纳米，甚至几纳米的纤维。基于这个原理，这种方法得到的超细纤维具有比表面积大、孔隙率高、孔径分布范围宽的优点，因此在纳米催化载体、组织支架、防护织物、超细过滤、光电子学等方面均有广泛的应用前景。
聚乙烯醇(PVA)具有较优异的生物相容性和化学稳定性。其在生活中的应用十分广泛，纺织行业、化工行业、造纸行业、日化行业和农业中都有很多用途但是做为载体材料。
PVA电纺纤维也有一定的缺陷。如药物、催化剂等需要负载的材料通常混入电纺溶液中，纤维成型时这些功能分子负载在纤维的内部或表面。由于材料本身一些性能的限制，经常出现爆释等现象。且电纺纤维的成分比较单一，很难对复杂的环境实现多重响应。
本发明针对电纺纤维这些缺点，将具有PH敏感特性的环糊精纳米粒子引入电纺溶液中，通过静电纺丝制备一种具有PH敏感特性纳米粒子PVA复合电纺纤维。
发明内容
本发明的目的是提供一种能否实现对环境多重响应的具有PH敏感特性纳米粒子PVA复合电纺纤维。该制备方法简便，通过药物加载得到的敷料具有优异的药物缓释放性能。
为达到本发明的目的，本发明的技术方案包括以下步骤：
步骤1：PH敏感特性的环糊精纳米粒子的制备
按照CN104958767A公布的现有技术制备PH敏感特性的环糊精纳米粒子；
步骤2：纳米粒子溶液的配置
将冻干后的纳米粒子超声分散在水中，分散浓度1-25mg/mL；
步骤3：电纺溶液的配置
将PVA在70-80℃条件下溶于蒸馏水中，制得浓度为5-15w/v％的溶液；待冷却后，混入上述纳米粒子溶液；PVA溶液与纳米粒子溶液溶液体积比为20:1-1:1；所得溶液为溶液为电纺溶液；
步骤4：静电纺丝
静电纺丝的工艺条件设顶为高压电源输出电压调整为10-25KV，接受装置与喷头之间的固化距离为10-25cm，电纺时间为10min-3h；成型后，放入40度烘箱烘干；
步骤5：电纺纤维的交联
将烘干后的电纺薄膜浸入一定浓度的交联剂溶液中，反应一定时间即得到交联后的电纺纤维。
本发明的各步骤具体的反应条件及优化反应条件如下：
步骤1：PH敏感特性的环糊精纳米粒子的制备
将一定质量PH敏感环糊精衍生物溶解二氯甲烷中形成环糊精/二氯甲烷溶液，浓度为10％(w/v)，密封冰浴超声粉碎2min；再加入一定浓度和体积的明胶/PBS(PH＝7.5)溶液，浓度为1％(w/v)；水油比为6：1；密封超声波细胞粉碎3min形成初乳液，接着加入一定浓度和体积的明胶/PBS(PH＝7.5)溶液得到混合乳液，浓度为0.3％(w/v)；初乳液与混合乳液比为1：2，在磁力搅拌器1300r/min下搅拌10h，让有机溶剂充分蒸发形成PH敏感特性的环糊精纳米粒子的乳液。然后将液体离心(10000r/min)10min，得到沉淀物，之后再用碱性水水洗、离心，除去乳化剂，此过程反复5次；最后，冻干储存。
步骤2：纳米粒子溶液的配置
将冻干后的纳米粒子超声分散在水中，优选的分散浓度1-25mg/mL,进一步的为5-20mg/mL,最优的为10-15mg/Ml。
步骤3：电纺溶液的配置
将PVA在70-80℃条件下溶于蒸馏水中，制得优选5-15w/v％(进一步8-13％，最优10-13％)，待冷却后，混入上述纳米粒子溶液。PVA溶液与纳米粒子溶液溶液体积比优选20:1-1:1、进一步15:1-5:1、最优10:1。
步骤4：静电纺丝
将高压电源输出电压调整为10-25KV，进一步15-20KV，最优15KV，固化距离(接受装置与喷头之间的距离)调整为10-25cm，进一步为10-20cm，最优为15cm。优选的电纺时间为10min-3h，进一步为30min-2h，最优30min-1h。成型后，放入40℃烘箱烘干。
步骤5：电纺纤维的交联
将烘干后的电纺薄膜浸入交联剂溶液中，优选的交联剂为戊二醛(溶剂为水)、环氧氯丙烷(溶剂为丙酮)、水溶性的碳化二亚胺(溶剂为水)，最优的为环氧氯丙烷(溶剂为丙酮)。优选的戊二醛的浓度为0.01％-5％，进一步的为0.05％-1％，最优的为0.1-0.5％(w/v)；优选的水溶性的碳化二亚胺的浓度为0.1％-5％，进一步的为0.5％-2％，最优的为1％(w/v)。反应于室温下反应一段时间，优选的戊二醛的反应时间1-10h，进一步的为3-7h，最优为5-6h；优选的水溶性的碳化二亚胺的反应时间1-24h，进一步的为5-15h，最优为5-10h。
优选的环氧氯丙烷的浓度为1％-25％，进一步的为5％-20％，最优的为20％(w/v)；优选的反应温度为20-80度，进一步为40-70度，最优的为60度；优选的水溶性的反应时间1-24h，进一步的为5-15h，最优为5-10h。
本发明所取得的有益效果：
(1)所制备的一种具有PH敏感特性纳米粒子PVA复合电纺纤维能够实现对复杂环境的响应，为在医药等相关领域的广泛应用提供了条件。
(2)实现方法简便，成本低，易于工业化生产。
附图说明
图1为静电纺丝工艺流程图；
图2为实施例1所制备的纳米纤维的实务照片图；
图3为实施例1所制备的纳米粒子负载于纤维表面的电镜照片；
图4a为对比例1电纺纤维薄膜失重率与时间的曲线；图4b为实施例1电纺纤维薄膜失重率与时间的曲线；
图5为实施例1在PH＝5的水溶液中浸泡5min烘干后的电镜照片；
图6为实施例1在pH＝8的水溶液中浸泡5min烘干的电镜照片。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明，但下述实施例对本发明的保护范围并无明确限制。
实施例1
将PVA在70-80℃条件下溶于蒸馏水中，制得10w/v溶液，待冷却后，混入20mg/mL纳米粒子水溶液。PVA溶液与纳米粒子体积比10:1。所得溶液为电纺溶液。
电纺工艺条件设置为：将高压电源输出电压调整为15KV，固化距离(接受装置与喷头之间的距离)调整为15cm，电纺时间为30min。成型后，放入40℃烘箱烘干。将烘干后的电纺薄膜浸入20％(w/v)环氧氯丙烷(溶剂为丙酮)溶液中，反应温度为60℃；反应时间为10h。清洗、烘干待用。
实施例2
将PVA在70-80℃条件下溶于蒸馏水中，制得10w/v溶液，待冷却后，混入25mg/mL纳米粒子水溶液。PVA溶液与纳米粒子体积比20:1。所得溶液为电纺溶液。
将高压电源输出电压调整为15KV，固化距离(接受装置与喷头之间的距离)调整为15cm，电纺时间为30min。成型后，放入40℃烘箱烘干。将烘干后的电纺薄膜浸入20％(w/v)环氧氯丙烷(溶剂为丙酮)溶液中，反应温度为60℃；反应时间为10h。清洗、烘干待用。
实施例3
将PVA在70-80℃条件下溶于蒸馏水中，制得10w/v溶液，待冷却后，混入20mg/mL纳米粒子水溶液。PVA溶液与纳米粒子体积比10:1。所得溶液为电纺溶液。
将高压电源输出电压调整为15KV，固化距离(接受装置与喷头之间的距离)调整为20cm，电纺时间为1h。成型后，放入40℃烘箱烘干。将烘干后的电纺薄膜浸入20％(w/v)环氧氯丙烷(溶剂为丙酮)溶液中，优选的反应温度为60℃；反应时间为10h。清洗、烘干待用。
实施例4
将PVA在70-80℃条件下溶于蒸馏水中，制得10w/v溶液，待冷却后，混入20mg/mL纳米粒子水溶液。PVA溶液与纳米粒子体积比10:1。所得溶液为电纺溶液。
将高压电源输出电压调整为15KV，固化距离(接受装置与喷头之间的距离)调整为15cm，电纺时间为30min。成型后，放入40℃烘箱烘干。将烘干后的电纺薄膜浸入20％(w/v)环氧氯丙烷(溶剂为丙酮)溶液中，优选的反应温度为40℃；反应时间为15h。清洗、烘干待用。实施例5：
将PVA在70-80℃条件下溶于蒸馏水中，制得10w/v溶液，待冷却后，混入20mg/mL纳米粒子水溶液。PVA溶液与纳米粒子体积比10:1。所得溶液为电纺溶液。
将高压电源输出电压调整为15KV，固化距离(接受装置与喷头之间的距离)调整为15cm，电纺时间为30min。成型后，放入40℃烘箱烘干。将烘干后的电纺薄膜浸入0.5％(w/v)戊二醛(溶剂为水)溶液中，优选的反应温度为室温；反应时间为10h。清洗、烘干待用。
对比例1
将PVA在70-80℃条件下溶于蒸馏水中，制得13w/v溶液，所得溶液为电纺溶液。
将高压电源输出电压调整为15KV，固化距离(接受装置与喷头之间的距离)调整为15cm，电纺时间为30min。
对相关实施例和对比例进行相应的测试。
按照本实现的方法成功实现了纳米纤维的制备，纳米例子在纤维中分散性好，参见图2的纤维照片及图3的微观电镜图。
取同样大小的电纺纤维薄膜对比例1(图4a)、实施例1(图4b)分别放入装有4ml蒸馏水的离心管中，对比10℃失重率与时间的曲线，图4a为对比例1的曲线、图4b为实施例1的曲线，可以发现交联的薄膜(实施例1)具有更好的稳定性。
对实施例1在不同PH值下的电镜照片进行比对，图5为实施例1在PH＝5的水溶液中浸泡5min，烘干，图中未发现纳米微粒的存在；图6为实施例1在PH＝8的水溶液中浸泡5min，烘干，发现在纳米纤维的表面依然存在纳米粒子，表现了材料的PH敏感特性。
综上，按照本发明的方法，成功制备了性能稳定的一种具有PH敏感特性纳米粒子复合电纺纤维。本发明的实施例是用来说明发明的内容，任何按照本发明思路的制备方法和制得产品都是本发明权利要求所保护的范围。

Claims (10)

1.一种具有PH敏感特性纳米粒子复合电纺纤的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：PH敏感特性的环糊精纳米粒子的制备
按照CN104958767A公布的现有技术制备PH敏感特性的环糊精纳米粒子；
步骤2：纳米粒子溶液的配置
将步骤1中制备的纳米粒子超声分散在水中，分散浓度1-25mg/mL；
步骤3：电纺溶液的配置
将PVA在70-80℃条件下溶于蒸馏水中，制得浓度为5-15w/v％的溶液；冷却后，混入纳米粒子溶液中，PVA溶液与纳米粒子溶液的体积比为20:1-1:1；所得溶液为电纺溶液；
步骤4：静电纺丝
静电纺丝的工艺条件设定为：高压电源输出电压10-25KV，接受装置与喷头之间的固化距离为10-25cm，电纺时间为10min-3h；成型后，放入40℃烘箱烘干；
步骤5：电纺纤维的交联
将烘干后的电纺薄膜浸入一定浓度的交联剂溶液中，反应一定时间即得到交联后的电纺纤维。
2.根据权利要求1所述的一种具有PH敏感特性纳米粒子复合电纺纤的制备方法，其特征在于:
所述的步骤5中，交联剂溶液为戊二醛的水溶液、环氧氯丙烷的丙酮溶液、碳化二亚胺的水溶液。
3.根据权利要求2所述的一种具有PH敏感特性纳米粒子复合电纺纤的制备方法，其特征在于：
所述的步骤5中，所述的戊二醛水溶液的浓度为0.01-5％，反应时间1-10h。
4.根据权利要求3所述的一种具有PH敏感特性纳米粒子复合电纺纤的制备方法，其特征在于：
所述步骤2中，所述纳米粒子超声分散在水中的分散浓度5-20mg/mL；
所述步骤3中，所述的PVA溶液浓度为8-13％，所述PVA溶液与纳米粒子溶液体积比为15:1-5:1；
所述步骤4中，所述高压电源输出电压为15-20KV，所述接受装置与喷头之间的固化距离为10-20cm，电纺时间为30min-2h；
所述步骤5中，所述的戊二醛的浓度为0.05-1w/v％，反应时间3-7h。
5.权利要求4所述的一种具有PH敏感特性纳米粒子复合电纺纤的制备方法，其特征在于：
所述步骤2中，所述纳米粒子超声分散在水中的分散浓度10-15mg/mL；
所述步骤3中，所述的PVA溶液的浓度为10-13％，所述PVA溶液与纳米粒子溶液的体积比为10:1；
所述步骤4中，所述高压电源输出电压为15KV，接受装置与喷头之间的固化距离为15cm，电纺时间为30min-1h；
所述步骤5中，所述的戊二醛的浓度为0.1-0.5w/v％，反应时间5-6h。
6.根据权利要求2所述的一种具有PH敏感特性纳米粒子复合电纺纤的制备方法，其特征在于：所述的步骤5中，所述的环氧氯丙烷溶液的浓度为1-25w/v％，反应时间1-24h。
7.根据权利要求6所述的一种具有PH敏感特性纳米粒子复合电纺纤的制备方法，其特征在于：
所述步骤2中，所述纳米粒子超声分散在水中的分散浓度5-20mg/mL；
所述步骤3中，所述的PVA溶液的浓度为8-13％，所述PVA溶液与纳米粒子溶液的体积比为15:1-5:1；
所述步骤4中，所述高压电源输出电压调整为15-20KV，接受装置与喷头之间的固化距离为10-20cm，电纺时间为30min-2h；
所述步骤5中，所述的环氧氯丙烷溶液的浓度为5-20w/v％，反应时间5-15h。
8.权利要求7所述的一种具有PH敏感特性纳米粒子复合电纺纤的制备方法，其特征在于：
所述步骤2中，所述纳米粒子超声分散在水中的分散浓度10-15mg/mL；
所述步骤3中，所述的PVA溶液的浓度为10-13％，所述PVA溶液与纳米粒子溶液的体积比为10:1；
所述步骤4中，所述高压电源输出电压为15KV，接受装置与喷头之间的固化距离为15cm，电纺时间为30min-1h；
所述步骤5中，所述的环氧氯丙烷溶液的浓度为20w/v％，反应时间5-10h。
9.据权利要求2所述的一种具有PH敏感特性纳米粒子复合电纺纤的制备方法，其特征在于：
所述的步骤5中，所述的碳化二亚胺溶液的浓度为0.1％-5％,反应时间为1-24h。
10.据权利要求9所述的一种具有PH敏感特性纳米粒子复合电纺纤的制备方法，其特征在于所述步骤2中，所述纳米粒子超声分散在水中的分散浓度5-20mg/mL；
所述步骤3中，所述的PVA溶液的浓度为8-13％，所述PVA溶液与纳米粒子溶液的体积比为15:1-5:1；
所述步骤4中，所述高压电源输出电压为15-20KV，接受装置与喷头之间的固化距离为10-20cm，电纺时间为30min-2h；
所述步骤5中，所述的碳化二亚胺溶液的浓度为0.5％-2％,反应时间为5-15h。
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