CN106480607A - 静电纺丝膜、静电纺丝膜的制备方法及复合膜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种静电纺丝膜、静电纺丝膜的制备方法及复合膜，静电纺丝膜包括增强纤维束，所述增强纤维束包括多组第一纤维束及多组第二纤维束，所述多组第一纤维束与所述多组第二纤维束相互交错连接，构成网格；每组所述第一纤维束及每组所述第二纤维束均由多根纤维聚集而成。基于上述结构的静电纺丝膜强度更高，承载抗菌药物的能力更强，进而在使用静电纺丝膜包覆心内置入装置表面植入人体后，可以有效的隔离心内置入装置和周围组织，避免心内置入装置携带的细菌引起CIED感染的问题。

Description

静电纺丝膜、静电纺丝膜的制备方法及复合膜
技术领域
本发明涉及医用材料工艺领域，特别涉及一种静电纺丝膜、静电纺丝膜的制备方法及复合膜。
背景技术
美国明尼苏达州罗切斯特市梅奥医院梅奥临床医学院内科系拉里·M·巴杜尔等研究发现，随着心内置入装置(Cardiac implantable electronic deviece,CIED)的功能及使用指征的大规模扩大，其应用已在不断增加，尽管在置入或更新装置时使用抗生素进行预防，但根据多个全国性数据库的报告，与装置相关的感染率可能仍在增加。心内置入装置主要包括心脏起搏器、心脏除颤器。以心脏起搏器植入为例：据报道国外发生CIED感染的发生率约0.13％～19.9％，国内发生CIED感染的发生率约0.9％～1.9％。
经研究，引起CIED感染的因素很多，但大多数是来自内心置入装置所携带的细菌感染，对于治愈CIED感染，多个医学中心的观察结果均普遍支持采用完全取出心内置入装置的方式，患者需要再次进行手术，增加了患者的痛楚。为了降低心内置入装置引起的感染的几率，本领域技术人员一直在寻找解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种静电纺丝膜、静电纺丝膜的制备方法及复合膜，以解决心内置入装置直接植入人体后引起CIED感染的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种静电纺丝膜，所述静电纺丝膜包括：
增强纤维束，所述增强纤维束包括多组第一纤维束及多组第二纤维束，所述多组第一纤维束与所述多组第二纤维束相互交错连接，构成网格；每组所述第一纤维束及每组所述第二纤维束均由多根纤维聚集而成。
在一实施例中，所述静电纺丝膜还包括膜体纤维，所述膜体纤维包括多根无规律分布的纤维，分布于所述网格之间，与所述增强纤维束相连接。
在一实施例中，所述增强纤维束和所述膜体纤维中的所述纤维为纳米纤维，且均承载有抗菌药物。
在一实施例中，所述网格为矩形或菱形。
本发明还提供一种静电纺丝膜的制备方法，所述静电纺丝膜的制备方法包括：
通过静电纺丝技术，在接收电场下进行静电纺丝，同时在静电纺丝液喷射过程中，施加垂直于喷丝方向的定向电场，以使制备的部分或全部纤维在接收器上沿预定方向分布，并聚集成多组第一纤维束及多组第二纤维束，所述多组第一纤维束与所述多组第二纤维束相互交错并构成网格。
在一实施例中，所述静电纺丝膜的制备方法还包括使得剩余部分纤维在所述接收电场下无规律地分布于所述网格之间，以形成与所述增强纤维束相连接的膜体纤维。
在一实施例中，施加垂直于喷丝方向的定向电场的步骤包括同时施加垂直于喷丝方向的两个定向电场和分别先后施加垂直于喷丝方向的两个定向电场，所述两个定向电场的电场线相互交错并构成网格。
在一实施例中，所述接收器为绝缘装置，所述定向电场由高压供电装置产生。
在一实施例中，所述接收器为金属网，所述定向电场由所述接收器产生。
在一实施例中，当所述金属网为金属单向栅格时，还包括在第一次进行喷丝后，取下形成的纤维膜，旋转所述接收器，将所述纤维膜按原来的方向重新固定于所述接收器，并继续进行喷丝。
在一实施例中，所述接收器为表面绕有金属网或导电材料的绝缘材质筒状接收器。
在一实施例中，所述静电纺丝液中加有抗菌药物。
本发明还提供一种复合膜，所述复合膜包括：增强纤维束及与所述增强纤维束交叠的无网格状纤维膜；所述增强纤维束包括多组第一纤维束及多组第二纤维束，所述多组第一纤维束与所述多组第二纤维束相互交错连接，构成网格；每组所述第一纤维束及每组所述第二纤维束均由多根纤维聚集而成；所述无网格状纤维膜由多根纤维相互交错形成。
在一实施例中，所述复合膜包括包括至少两层所述无网格状纤维膜及至少一层所述增强纤维束，所述增强纤维束布置于两层所述无网格状纤维膜之间。
在一实施例中，所述增强纤维束用于形成静电纺丝膜，所述静电纺丝膜通过上述所述的静电纺丝膜的制备方法制得。
在一实施例中，所述无网格状纤维膜通过静电纺丝技术在不施加定向电场的情况下制得。
在本发明所提供的静电纺丝膜、静电纺丝膜的制备方法及复合膜中，所述静电纺丝膜包括增强纤维束，所述增强纤维束包括多组第一纤维束及多组第二纤维束，所述多组第一纤维束与所述多组第二纤维束相互交错连接，构成网格；每组所述第一纤维束及每组所述第二纤维束均由多根纤维聚集而成。基于上述结构的静电纺丝膜强度更高，承载抗菌药物的能力更强，进而在使用静电纺丝膜包覆心内置入装置表面植入人体后，可以有效的隔离心内置入装置和周围组织，避免心内置入装置携带的细菌引起CIED感染的问题。
附图说明
图1a是本发明实施例一中静电纺丝膜的结构示意图；
图1b是本发明实施例一中静电纺丝膜在显微镜下的结构示意图；
图2是本发明实施例二中静电纺丝膜的制备方法的流程图；
图3是本发明实施例二中接收器为金属网格的结构示意图；
图4是本发明实施例二中接收器为金属单向栅格的结构示意图。
图中：增强纤维束1；第一纤维束10；第二纤维束11；膜体纤维2。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的静电纺丝膜及其制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
请参考图1a及图1b，图1a为本发明实施例一中静电纺丝膜的结构示意图；图1b为本发明实施例一中静电纺丝膜在显微镜下的结构示意图，如图1a及图1b所示，所述静电纺丝膜包括相互连接的增强纤维束1及膜体纤维2，增强纤维束1包括多组第一纤维束10及多组第二纤维束11，所述多组第一纤维束10大致沿着Y方向延伸，所述多组第二纤维束11大致沿着X方向延伸，所述多组第一纤维束10与所述多组第二纤维束11相互交错连接，构成网格；膜体纤维2包括多根无规律分布的纳米纤维，分布于所述网格之间，与第一纤维束10及第二纤维束11相连接。其中，每组第一纤维束10及每组第二纤维束11均是由多根纳米纤维在定向电场下并排或靠近聚集而成。其中，所述网格为矩形或菱形。本实施例中的网格优选为矩形。
本实施例中，所述增强纤维束1和所述膜体纤维2均承载有抗菌药物。为了增加静电纺丝膜的抗菌性能，在制备静电纺丝膜采用的静电纺丝液中加入抗菌药物，进行静电纺丝工艺后，抗菌药物会留存于静电纺丝膜的增强纤维束1和膜体纤维2中，由于本申请制备的静电纺丝膜为多组第一纤维束10与多组第二纤维束11相互交错连接并构成网格，网格之间分布有膜体纤维2的结构，因此，增加了药物的承载量，从而增加了静电纺丝膜的抗菌性能。
在其他实施例中，也可以使得所述静电纺丝膜仅包括增强纤维束1，只要调整定向电场的电场强度即可，电场强度越大，膜体纤维2越少，电场强度越小，膜体纤维2越多。所述增强纤维束1和所述膜体纤维2中的纤维可以为纳米纤维，也可以为微米纤维，本发明对此不做限制。
实施例二
相应的，请参考图1及图2，图2为本发明实施例二中静电纺丝膜的制备方法的流程图。如图2所示，本实施例还提供了一种静电纺丝膜的制备方法包括如下步骤：
首先，执行步骤S1，提供一静电纺丝装置，所述静电纺丝装置包括料桶、设置于所述料桶的一端并与所述料桶连通的喷丝头、与所述喷丝头电性连接的高压供电装置、对应所述喷丝头设置的接收器；
为了较好的理解实施例二的方案，这里对于专业术语进行详细的解读。其中，静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在接受电场中进行喷射纺丝。在接受电场作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形(即“泰勒锥”)，并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。这种方式可以生产出纳米级或微米级直径的聚合物细丝。本申请中静电纺丝装置为进行静电纺丝工艺的设备，由于静电纺丝装置为现有技术，此处对于其相关细节就不做过多的阐述。
接着，执行步骤S2，通过静电纺丝技术，在接收电场下进行静电纺丝，同时在静电纺丝液喷射过程中，施加垂直于喷丝方向的定向电场，以使制备的部分或全部纤维在所述接收器上沿预定方向分布，以形成多组第一纤维束10及多组第二纤维束11，所述多组第一纤维束10与所述多组第二纤维束11相互交错连接并构成网格；
接着，执行步骤S3，使得剩余部分纤维在所述接收电场下无规律地分布于所述网格之间，以形成与所述增强纤维束1相连接的膜体纤维2。
通常，静电纺丝液可采用PLA、壳聚糖作为溶质，在静电纺丝液中还添加了抗菌药物，例如青霉素。
上述制备方法可通过多种具体实施方案来实现，以制备出具有实施例一中的静电纺丝膜。在第一种实施方案中，采用的接收器为绝缘板，利用所述高压供电装置在所述喷丝头和所述接收器之间施加定向电场，施加的定向电场垂直于接收方向的电压(即喷丝方向)，以使制备的部分纳米纤维在所述接收器上沿定向电场的预定方向分布，该预定方向可以认为是定向电场的电场线方向。
具体来说，在喷丝的同时，可以同时施加与喷丝方向相垂直的两个定向电场，所述两个定向电场的电场线相互交错并构成网格，一部分静电纺纳米纤维在定向电场的作用下，会沿着定向电场的电场线方向进行分布，从而在接收器上形成多组第一纤维束10及多组第二纤维束11，同时，另一部分纳米纤维无规律的分布于所述网格之间，从而形成与所述增强纤维束1相连接的膜体纤维2。当然，两个定向电场也可以分别先后施加，例如，先施加一个定向电场，形成多组第一纤维束10，再施加另一个定向电场，形成多组第二纤维束11，本发明对此不做限制。
为了使得纤维走向更为整齐，增强纤维束1更易成型，本发明还提供了第二种实施方案：采用金属网作为静电纺丝的接收器，所述金属网可以具有矩形网格、菱形网格、单向栅格或其他类型的网格，适用于制备载药量较高或需要较小的网格的静电纺丝膜。
为了便于理解金属网作为接收器时的工作原理，请参考图3中矩形网格的结构，喷丝头喷出的静电纺丝液直接喷到金属网的金属丝上，金属网有产生定向电场的作用，在定向电场下，部分静电纺纳米纤维沿着金属丝的走向成丝，形成增强纤维束1，在接收电场下，部分静电纺纳米纤维在金属丝之间成丝，形成膜体纤维2，膜体纤维2呈杂乱状分布，而加强纤维分布沿金属丝方向，较为整齐，从而形成增强纤维束1与膜体纤维2组成的“钢筋-水泥”结构。
当接收器具有如图4所示的单向栅格时，为了获得网格状结构，需要两次喷射静电纺丝液，利用金属单向栅格进行第一次喷射静电纺丝液后，将形成的纤维膜取下，将金属单向栅格旋转90度(此时，当前金属单向栅格与旋转前的金属单向栅格垂直)，之后将取下的纤维膜按原方向置于当前金属单向栅格上，而后再次喷射静电纺丝液，最终形成具有网格状的增强纤维束1和分布于增强纤维束1之间的膜体纤维2。采用单向栅格的优势在于可灵活调整网格的形状和大小，降低设备成本。
当制备静电纺丝膜的载药量较小或需要较大的网格时，直接在金属网上喷丝，可能使得纳米纤维过长而松脱，导致制备的整个静电纺丝膜的质量下降。因此，本发明还提供了第三种实施方案，当所需要制备的静电纺丝膜的网格较大时，使用表面绕有金属网的绝缘材质筒状接收器，利用绝缘材质筒状接收器防止纳米纤维过长而松脱。所述金属网格可由铜线等导电材料手工制成，也可以是与筒状接收器尺寸相匹配的金属网。具体的，在制备静电纺丝膜时，由于绝缘材质筒状接收器表面固定有金属网络，金属网格会产生定向电场，部分纳米纤维在定向电场的作用下沿着金属网络分布，形成增强纤维束1，部分静电纺纳米纤维在接受电场的作用下在金属丝之间成丝，形成膜体纤维2。
使用绝缘材质筒状接收器，可制备出一体环状的静电纺丝膜，在其他实施例中，接收器的形状不仅限于筒状，也可以是各种不同的立体形状，以直接形成适用于心内置入装置的包覆袋。
当然，对于制备静电纺丝膜的接收方式不局限于上述几种方式，只要最终制备出具有网格状的增强纤维束1(钢筋-水泥结构，这里的“钢筋”指的是沿预定方向分布的部分纤维，即第一纤维束10和第二纤维束11，“水泥”指的是分布于若干所述第一纤维束10与若干所述第二纤维束11相互交错并构成网格之间的膜体纤维2)即可。
本发明的一较佳实施例还提供了一种复合膜，所述复合膜包括如上所述的网格状的增强纤维束1及与所述网格状的增强纤维束1交叠的无网格状纤维膜，所述无网格状纤维膜可以是由普通的静电纺丝工艺制得，与膜体纤维2的结构相同，或者由其他纺织工艺制得，由多根纤维相互交错形成，无网格状结构。
较佳的，复合膜可以包括多层所述网格状的增强纤维束及多层无网格状纤维膜，所述网格状的增强纤维束与所述无网格状纤维膜交叠形成，所述网格状的增强纤维束位于两层无网格状纤维膜之间，无网格状纤维膜的层数为n(n≥2)，则网格状的增强纤维束的层数为n-1，如同“三明治”结构。复合膜由于存在网格状的增强纤维束，加强了复合膜强度，复合膜的载药量，防止使用过程中产生破损。较传统复合膜强度更高、抗菌效果更好。
制备上述复合膜的方法有多种，可结合上述制备静电纺丝膜的方法，利用静电纺丝方法在不施加定向电场的情况下，制备得到一层无网格状纤维膜后，施加定向电场，在无网格状纤维膜上增加一层带有膜体纤维或不带有膜体纤维的网格状的增强纤维束，然后再移除定向电场，再通过静电纺丝方法制备一层无网格状纤维膜，以形成“三明治”结构。
当然，还可以用其他的纤维通过其他的纺织方法来制得网格状的增强纤维束，然后使其与无网格状纤维膜相交叠。本发明对此不做限制。复合膜中的网格状的增强纤维束和无网格状纤维膜的层数和各层的材质和结构可通过实际需要进行调整。
综上，在本发明实施例所提供的静电纺丝膜及其制备方法中，所述静电纺丝膜包括增强纤维束，所述增强纤维束包括多组第一纤维束及多组第二纤维束，所述多组第一纤维束与所述多组第二纤维束相互交错连接，构成网格；每组所述第一纤维束及每组所述第二纤维束均由多根纤维聚集而成。基于上述结构的静电纺丝膜强度更高，承载抗菌药物的能力更强，进而在使用静电纺丝膜包覆心内置入装置表面植入人体后，可以有效的隔离心内置入装置和周围组织，避免心内置入装置携带的细菌引起CIED感染的问题。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (16)

1.一种静电纺丝膜，其特征在于，包括：
增强纤维束，所述增强纤维束包括多组第一纤维束及多组第二纤维束，所述多组第一纤维束与所述多组第二纤维束相互交错连接，构成网格；每组所述第一纤维束及每组所述第二纤维束均由多根纤维聚集而成。
2.如权利要求1所述的静电纺丝膜，其特征在于，还包括膜体纤维，所述膜体纤维包括多根无规律分布的纤维，分布于所述网格之间，与所述增强纤维束相连接。
3.如权利要求2所述的静电纺丝膜，其特征在于，所述增强纤维束和所述膜体纤维中的所述纤维为纳米纤维，且均承载有抗菌药物。
4.如权利要求1所述的静电纺丝膜，其特征在于，所述网格为矩形或菱形。
5.一种静电纺丝膜的制备方法，其特征在于，包括：
通过静电纺丝技术，在接收电场下进行静电纺丝，同时在静电纺丝液喷射过程中，施加垂直于喷丝方向的定向电场，以使制备的部分或全部纤维在接收器上沿预定方向分布，并聚集成多组第一纤维束及多组第二纤维束，所述多组第一纤维束与所述多组第二纤维束相互交错并构成网格。
6.如权利要求5所述的静电纺丝膜的制备方法，其特征在于，还包括使得剩余部分纤维在所述接收电场下无规律地分布于所述网格之间，以形成与所述增强纤维束相连接的膜体纤维。
7.如权利要求5所述的静电纺丝膜的制备方法，其特征在于，施加垂直于喷丝方向的定向电场的步骤包括同时施加垂直于喷丝方向的两个定向电场和分别先后施加垂直于喷丝方向的两个定向电场，所述两个定向电场的电场线相互交错并构成网格。
8.如权利要求5所述的静电纺丝膜的制备方法，其特征在于，所述接收器为绝缘装置，所述定向电场由高压供电装置产生。
9.如权利要求5所述的静电纺丝膜的制备方法，其特征在于，所述接收器为金属网，所述定向电场由所述接收器产生。
10.如权利要求9所述的静电纺丝膜的制备方法，其特征在于，当所述金属网为金属单向栅格时，还包括在第一次进行喷丝后，取下形成的纤维膜，旋转所述接收器，将所述纤维膜按原来的方向重新固定于所述接收器，并继续进行喷丝。
11.如权利要求5所述的静电纺丝膜的制备方法，其特征在于，所述接收器为表面绕有金属网或导电材料的绝缘材质筒状接收器。
12.如权利要求5所述的静电纺丝膜的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝液中加有抗菌药物。
13.一种复合膜，其特征在于，包括增强纤维束及与所述增强纤维束交叠的无网格状纤维膜；所述增强纤维束包括多组第一纤维束及多组第二纤维束，所述多组第一纤维束与所述多组第二纤维束相互交错连接，构成网格；每组所述第一纤维束及每组所述第二纤维束均由多根纤维聚集而成；所述无网格状纤维膜由多根纤维相互交错形成。
14.如权利要求13所述的复合膜，其特征在于，包括至少两层所述无网格状纤维膜及至少一层所述增强纤维束，所述增强纤维束布置于两层所述无网格状纤维膜之间。
15.如权利要求13所述的复合膜，其特征在于，所述增强纤维束用于形成静电纺丝膜，所述静电纺丝膜通过权利要求5～12中的任一项所述的制备方法制得。
16.如权利要求13所述的复合膜，其特征在于，所述无网格状纤维膜通过静电纺丝技术在不施加定向电场的情况下制得。
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