CN108283727A - 一种纳米纤维敷料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纳米纤维敷料，由聚乙烯醇、海藻酸钠与蜂蜜经静电纺丝得到。与现有技术相比，本发明将聚乙烯醇、海藻酸钠与蜂蜜作为静电纺丝的材料，具有生物相容性，得到的纳米纤维敷料属于绿色无害敷料，对细胞无毒害作用，同时该纳米纤维敷料还具有高的孔隙率和大的单位体比表面积，且与细胞外基质结构相似，有利于细胞粘附与增殖，可以替代受损的皮肤起到暂时性屏障作用，有良好的透气透湿性，为组织自愈修复与创面愈合提供适宜的环境，避免或控制伤口感染，促进伤口愈合；再者敷料中蜂蜜还包含各种生物活性成分，提高了敷料的抑菌、抗氧化活性及治愈能力，有抑制细菌生长、促进皮肤愈合的作用。

Description

一种纳米纤维敷料及其制备方法

技术领域

本发明属于生物敷料技术领域，尤其涉及一种纳米纤维敷料及其制备方法。

背景技术

当人体组织受到损伤或进行手术后，如果不对创口进行包扎处理，创口极易受到细菌感染，导致创口发炎，对人体造成更大的伤害；在日常生活中，人们常用的敷料如纱布虽然能吸收伤口渗出液，但是会与渗出物结痂，造成伤口粘连，换药时引发疼痛及新的创伤，而且对细菌的防御能力差，不能保持伤口有适宜的湿度，不利于伤口愈合。而新型生物敷料具有生物相容性、抗菌性等优点，对创口治愈效果好。

海藻酸钠是一种天然的聚阴离子多糖，具有良好的生物相容性、生物降解性、一定的机械强度、资源丰富的特点，并且可以在水中制备，避免使用有毒的有机溶剂，对细胞的毒害作用小，因而，近年来在医用敷料领域，海藻酸钠已成为国内外学者研究的一个热点。

另外当高分子纤维材料由微米尺寸变成纳米尺寸时，会有更大的比表面积，多孔的纤维可以负载更多的药物、更好地与细胞接触，有利于生物功能的发挥，而且更加柔软，机械性能如刚度和拉伸量更出色。研究表明有纳米结构的支架可以支持细胞粘附和繁殖，在功能上比微米结构的支架具有更突出的性能。

近年来已经有大量制备高分子纳米纤维的方法，其中牵引法、模板合成法、相分离法和自组装法十分耗费时间，也不适合大规模生产一根根的连续的纳米纤维。而静电纺丝法具有简单、费用低、可电纺的材料多、能生成有高比表面积的纳米结构的优点，有利于制备纳米纤维膜，因此研究人员对静电纺丝技术生产海藻酸钠基敷料产生浓厚的兴趣。

静电纺丝的原理是利用高电压源将一定极性的电荷注入到聚合物溶液或熔体中，然后将其向相反极性的收集器加速。当液体和收集器之间相反电荷的静电吸引作用加强，且液体中电荷静电排斥作用也加强时，会导致溶液末端从圆形的弯液面变成锥形，这个锥形称为泰勒锥。当电场强度超过液体的表面张力时，纤维射流就会持续地从泰勒锥射出。纤维射流前进过程中溶剂挥发，固体高分子纤维就会沉积在收集器上。

由于静电纺丝法具有简单、费用低、能生成有高比表面积的纳米纤维膜的优点，学者对静电纺丝法制备促进创口治愈的纳米纤维膜产生浓厚的兴趣。相对传统敷料，由电纺纳米纤维所制备的创口敷料，具有高孔隙率，透气性好，有利于细胞粘附和增殖；而且孔隙小，能够阻挡细菌进入伤口；还拥有巨大的比表面积，有利于药物释放，促进伤口愈合。

然而，海藻酸盐是一种高电导率的阴离子型天然高分子，其阴离子之间的相互排斥力会阻碍海藻酸钠在静电场中单独形成纤维，而且黏度比较大，会堵塞针头。因此，通过静电纺丝法直接制备海藻酸纳米纤维具有一定的难度，需要与具有生物相容性的合成高分子(如聚乙烯醇(PVA)，聚环氧乙烷(PEO))共混，降低溶液的电导率和黏度，增强敷料的机械性能。

单纯采用海藻酸盐和载体聚合物作为敷料，并不足以满足用于创口修复时活性敷料应具有的抑菌、促愈、抗氧化、抑瘢等生物活性。所以目前许多学者通过在海藻酸盐和载体聚合物中添加无机纳米银，无机纳米银抗菌剂具有广谱的抗菌活性，可以提高敷料的抗菌性，广泛用于伤口治疗。

但纳米粒子对人体细胞的毒性仍未有定论，以纳米银为例，纳米银颗粒可以穿透完整皮肤进入真皮层，当采用受损皮肤测试时，纳米银颗粒的穿透能力提高了近5倍，进入真皮层的这些纳米颗粒可以转移到该区域的淋巴结，并最终进入血液和其他组织器官，因此在创口敷料中添加纳米抑菌材料用于人体伤口修复存在一定的安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种纳米纤维敷料及其制备方法，该纳米纤维敷料具有较高的抑菌、抗氧化等活性。

本发明提供了一种纳米纤维敷料，由聚乙烯醇、海藻酸钠与蜂蜜经静电纺丝得到；所述聚乙烯醇、海藻酸钠与蜂蜜的质量比(3.5～15)：(0.35～3)：(1～45)。

本发明还提供了一种纳米纤维敷料的制备方法，包括：

S1)将聚乙烯醇、海藻酸钠与水加热混合，得到聚乙烯醇/海藻酸钠溶液；

S2)将所述聚乙烯醇/海藻酸钠溶液与蜂蜜分别预热后混合，得到纺丝溶液；所述聚乙烯醇、海藻酸钠与蜂蜜的质量比(3.5～15)：(0.35～3)：(1～45)；

S3)将所述纺丝溶液进行静电纺丝，得到纳米纤维敷料。

优选的，所述加热混合的温度为70℃～90℃；所述加热混合的时间为1～3h；所述加热混合的搅拌速度为300～500rpm。

优选的，所述聚乙烯醇/海藻酸钠溶液中聚乙烯醇的含量为5％～15％(w/v)。

优选的，所述聚乙烯醇/海藻酸钠溶液中海藻酸钠的含量为0.5％～3.0％(w/v)。

优选的，所述聚乙烯醇/海藻酸钠溶液与蜂蜜分别预热的温度各自独立为50℃～70℃；所述预热的时间各自独立地为1～3h。

优选的，所述聚乙烯醇/海藻酸钠溶液与蜂蜜的体积比为(70～100)：(1～30)。

优选的，所述静电纺丝的温度为20℃～30℃；湿度为40％～70％。

优选的，所述静电纺丝所用设备的注射器出口端与滚筒收集器最近端的距离为10～25cm。

优选的，所述静电纺丝的纺丝电压为20～22kV；所述静电纺丝的纺丝速度为3～9μL/m。

本发明提供了一种纳米纤维敷料，由聚乙烯醇、海藻酸钠与蜂蜜经静电纺丝得到；所述聚乙烯醇、海藻酸钠与蜂蜜的质量比(3.5～15)：(0.35～3)：(1～45)。与现有技术相比，本发明将聚乙烯醇、海藻酸钠与蜂蜜作为静电纺丝的材料，具有生物相容性，得到的纳米纤维敷料属于绿色无害敷料，对细胞无毒害作用，同时该纳米纤维敷料还具有高的孔隙率和大的单位体比表面积，且与细胞外基质结构相似，有利于细胞粘附与增殖，可以替代受损的皮肤起到暂时性屏障作用，有良好的透气透湿性，为组织自愈修复与创面愈合提供适宜的环境，避免或控制伤口感染，促进伤口愈合；再者敷料中蜂蜜还包含各种生物活性成分，提高了敷料的抑菌、抗氧化活性及治愈能力，有抑制细菌生长、促进皮肤愈合的作用。

附图说明

图1为本发明实施例1中得到的纳米纤维敷料的扫描电镜照片；

图2为不同蜂蜜浓度的纳米纤维敷料对大肠杆菌的抑制效果图；

图3为不同蜂蜜浓度的纳米纤维敷料对金黄色葡萄球菌的抑制效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种纳米纤维敷料，由聚乙烯醇、海藻酸钠与蜂蜜经静电纺丝得到；所述聚乙烯醇、海藻酸钠与蜂蜜的质量比(3.5～15)：(0.35～3)：(1～45)，优选为(3.5～15)：(0.35～3)：(5～45)；再优选为(5～10)：(0.35～2)：(10～30)。

本发明将聚乙烯醇、海藻酸钠与蜂蜜作为静电纺丝的材料，具有生物相容性，得到的纳米纤维敷料属于绿色无害敷料，对细胞无毒害作用，同时该纳米纤维敷料还具有高的孔隙率和大的单位体比表面积，且与细胞外基质结构相似，有利于细胞粘附与增殖，可以替代受损的皮肤起到暂时性屏障作用，有良好的透气透湿性，为组织自愈修复与创面愈合提供适宜的环境，避免或控制伤口感染，促进伤口愈合；再者敷料中蜂蜜还包含各种生物活性成分，提高了敷料的抑菌、抗氧化活性及治愈能力，有抑制细菌生长、促进皮肤愈合的作用。

本发明还提供了一种上述纳米纤维敷料的制备方法，包括：

S1)将聚乙烯醇、海藻酸钠与水加热混合，得到聚乙烯醇/海藻酸钠溶液；

S2)将所述聚乙烯醇/海藻酸钠溶液与蜂蜜分别预热后混合，得到纺丝溶液；所述聚乙烯醇、海藻酸钠与蜂蜜的质量比(3.5～15)：(0.35～3)：(1～45)；

S3)将所述纺丝溶液进行静电纺丝，得到纳米纤维敷料。

本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。

将聚乙烯醇、海藻酸钠与水加热混合，得到聚乙烯醇/海藻酸钠溶液；所述聚乙烯醇/海藻酸钠溶液中聚乙烯醇的含量优选为5％～15％(w/v)，更优选为6％～12％(w/v)，再优选为7％～10％(w/v)，最优选为7.2％～8％(w/v)；所述聚乙烯醇/海藻酸钠溶液中海藻酸钠的含量优选为0.5％～3.0％(w/v)，更优选为0.5％～2.5％(w/v)，再优选为0.5％～2.0％(w/v)，再优选为0.5％～1.5％(w/v)，再优选为0.6％～1.0％(w/v)，最优选为0.8％(w/v)；所述加热混合的温度优选为70℃～90℃，更优选为75℃～85℃，再优选为80℃；所述加热混合的时间优选为1～3h，更优选为2～3h；所述加热混合优选在搅拌的条件下进行，更优选在磁力搅拌的条件下进行；所述搅拌的转速优选为300～500rpm；所述加热混合优选采用恒温水浴加热。

将所述聚乙烯醇/海藻酸钠溶液与蜂蜜分别预热；所述预热的温度各自独立地优选为50℃～70℃，更优选为55℃～65℃，再优选为60℃；所述预热的时间各自独立地优选为1～3h，更优选为1～2h；所述预热优选采用恒温水浴进行。

预热后混合，得到纺丝溶液；所述混合优选为将蜂蜜加入聚乙烯醇/海藻酸钠溶液中；所述聚乙烯醇/海藻酸钠溶液与蜂蜜的体积比优选为(70～100)：(1～30)，更优选为(70～95)：(5～30)，再优选为(75～90)：(10～25)，再优选为(75～85)：(15～25)，最优选为80：20；所述混合优选在常温下进行；所述混合的时间优选为2～10h。

将所述纺丝溶液进行静电纺丝，得到纳米纤维敷料；所述静电纺丝的方法为本领域技术人员熟知的方法即可，并无特殊的限制；所述静电纺丝的温度优选为20℃～30℃；所述静电纺丝的湿度优选为40％～70％，更优选为40％～60％；所述静电纺丝所用设备的注射器出口端与滚筒收集器最近端的距离为10～25cm，更优选为10～20cm，再优选为15～20cm；所述滚筒收集器的直径优选为5～20cm，更优选为10～15cm；所述滚筒收集器的表面优选包裹有金属层，更优选为铝箔；所述静电纺丝的纺丝电压优选为20～22kV，更优选为21～22kV；所述静电纺丝的纺丝速度优选为3～9μL/m，更优选为4～9μL/m，再优选为5～9μL/m，再优选为6～8μL/m，最优选为7μL/m；所述静电纺丝时滚筒收集器的转动速度优选为0.5～2r/s，更优选为0.5～1.5r/s，再优选为0.8～1.2r/s，最优选为0.9r/s。

本发明制备纳米纤维敷料没有使用任何有毒有机溶剂，环境友好，对细胞无毒害作用。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种纳米纤维敷料及其制备方法进行详细描述。

以下实施例中所用的试剂均为市售。

实施例1

取聚乙烯醇颗粒、海藻酸钠粉末与蒸馏水进行混合，配成的溶液中聚乙烯醇含量为7.2％w/v，海藻酸钠含量为0.8％w/v，将混合溶液置于圆底烧瓶中，将得到的混合溶液放入硅油浴磁力搅拌锅中进行搅拌。硅油浴磁力搅拌锅的设定温度为80℃，搅拌时间为3小时，搅拌速度设定为300～500rpm，再拿到80℃恒温水浴锅保温1～3h，直至形成完全均一透明的溶液，然后将恒温水浴锅温度调成60℃，继续保温；将保存在4℃冰箱的蜂蜜拿出来，用注射器取适量蜂蜜于试剂瓶中，将该试剂瓶放入60℃恒温水浴锅中保温1～2h；从恒温水浴锅中取出混合好的聚乙烯醇/海藻酸钠溶液，用注射器取一定量的聚乙烯醇/海藻酸钠溶液于小试剂瓶中，在常温下磁力搅拌，然后用注射器逐滴加入一定量的蜂蜜，使得聚乙烯醇/海藻酸钠溶液和蜂蜜的体积比为80：20，在室温下磁力搅拌2～10个小时，使得蜂蜜和混合液充分混合成为均一溶液。

静电纺丝过程如下：

第一步：调节操作室内环境温湿度，确保纺丝环境温度在20℃～30℃，湿度在40％～60％的范围内。

第二步：取铝箔一块，将铝箔粘贴在滚筒收集器上，完全覆盖滚筒收集器，滚筒收集器的直径为10cm。

第三步：取一根0.5mm内径硅胶管，在一端套入0.6mm内径针头，在另一端套上去掉底座的0.6mm内径针头。

第四步：用1mL注射器吸取1mL纺丝溶液，将注射器连接有底座的针头。用手慢慢推动注射器，直到有少许的纺丝液从针头溢出即可。

第五步：将装有纺丝液的注射器安装在推进器上，注意推进器要顶住注射器的末端。

第六步：将滚筒注射器置于注射泵和高压直流电源之间，无底座的针头距离铝箔15cm。高压直接电源的正极接无底座的针头，负极接滚筒收集器。

第七步：打开注射泵电源，调节纺丝速度为7μL/m。

第八步：打开高压直流电源，旋转调压旋钮，调节电压21kV。

第九步：开启滚筒收集器旋转按钮，滚筒转动速率为0.9r/s。

第十步：静电纺丝6h。

第十一步：纺丝结束时，先将高压直流电源的电压调到零，然后关闭高压直流电源，接着关闭注射泵，拔下二者电源插头。取下纺有纳米纤维敷料的铝箔。

利用扫描电镜对实施例1中得到的纳米纤维敷料进行分析，得到其扫描电镜照片如图1所示，由图1可观察到得到的纳米纤维敷料纤维尺寸均匀。

由于海藻酸钠和聚乙烯醇(PVA)都是可溶于水的材料，所以为了将海藻酸钠/聚乙烯醇/蜂蜜纳米纤维膜用于对革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌)和革兰氏阴性菌(大肠杆菌)的研究，需要通过以下方法对纺在载玻片上的纳米纤维敷料进行交联后再进行抑菌实验：

将纺在载玻片上的纳米纤维敷料放置在含有饱和戊二醛蒸汽的真空干燥箱静置12h，对聚乙烯醇组分进行交联。

从真空干燥箱取出纺在载玻片上的纳米纤维敷料，放入40℃真空干燥箱内在真空条件下放置1～2h，以除去残留在纳米纤维膜上的戊二醛蒸汽。

将纺在载玻片上的纳米纤维敷料浸泡在1wt％氯化钙-无水乙醇溶液中1h，对海藻酸钠组分进行交联。

用无水乙醇清洗纳米纤维膜3遍，以除去残留的钙离子。接着放入40℃真空干燥箱2～3h，以除去无水乙醇。

纳米纤维敷料交联完成，就可以将其用做抑菌实验。

抑菌实验步骤

本实验检测以金黄色葡萄球菌为代表的革兰氏阳性菌、以大肠杆菌为代表的革兰氏阴性菌在纳米纤维敷料作用下细菌的抑制率。细菌原液保存于丙三醇中，-70℃温度条件存储。菌种准备流程具体如下：

制备液体培养基：将水解酪蛋白(MH)培养基溶解于蒸馏水中，置于高压蒸汽灭菌锅中高温高压灭菌，温度设定为121℃，灭菌时间30min。同时对培养皿、试管等实验工具高压灭菌，灭菌后烘干冷却待用。

原菌液复苏：先将超净工作台开紫外灯灭菌15分钟，关掉紫外灯后，先将-70℃保存的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌拿到超净工作台，常温溶解为液态；将灭菌后的水解酪蛋白培养基和实验工具移至超净工作台，用无菌吸管分别吸取3mL水解酪蛋白培养基于两根试管中，用移液枪各吸取20μL菌液于MH培养基中，放入恒温培养箱，在37℃温度条件下恒温培养6h后待用。

菌液接种：取2块6孔板，在一块6孔板上的一个孔放入无纤维膜的载玻片作为空白组，其余5个孔分别放入蜂蜜与纺丝溶液体积比为0、5：95、10：90、15：85、20：80的纺在载玻片上的纳米纤维敷料，接着向每个孔加入3mL水解酪蛋白(MH)培养基；在另一块6孔板重复以上步骤。然后在第一块6孔板中分别在每个孔中加入20μL大肠杆菌，在第二块6孔板中分别在每个孔中加入20μL金黄色葡萄球菌，最后将2块6孔板都放入37℃恒温培养箱培养12h。

酶标仪检测：取上述培养12h的溶液，摇匀后用移液枪分别吸取100μL溶液于96孔板中，每种溶液做3个复孔，用酶标仪在620nm波长下检测。

结果与讨论：

大肠杆菌检测评价

图2为不同蜂蜜浓度的纳米纤维敷料对大肠杆菌的抑制效果图；由图2可知，空白组的光密度最大，表明其大肠杆菌繁殖越多，导致溶液越浑浊，而加了纳米纤维敷料的溶液，其光密度均比空白组低，说明加入纳米纤维膜后对大肠杆菌有一定抑制作用，能够抑制其繁殖。

金黄色葡萄球菌检测评价

图3为不同蜂蜜浓度的纳米纤维敷料对金黄色葡萄球菌的抑制效果图；由图3可知，空白组的光密度最大，表明其金黄色葡萄球菌繁殖越多，导致溶液越浑浊，而加了纳米纤维膜的溶液，其光密度均比空白组低，说明加入纳米纤维膜后对金黄色葡萄球菌有一定抑制作用，能够抑制其繁殖。

Claims (10)

1.一种纳米纤维敷料，其特征在于，由聚乙烯醇、海藻酸钠与蜂蜜经静电纺丝得到；所述聚乙烯醇、海藻酸钠与蜂蜜的质量比(3.5～15)：(0.35～3)：(1～45)。

2.一种纳米纤维敷料的制备方法，其特征在于，包括：

S1)将聚乙烯醇、海藻酸钠与水加热混合，得到聚乙烯醇/海藻酸钠溶液；

S2)将所述聚乙烯醇/海藻酸钠溶液与蜂蜜分别预热后混合，得到纺丝溶液；所述聚乙烯醇、海藻酸钠与蜂蜜的质量比(3.5～15)：(0.35～3)：(1～45)；

S3)将所述纺丝溶液进行静电纺丝，得到纳米纤维敷料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述加热混合的温度为70℃～90℃；所述加热混合的时间为1～3h；所述加热混合的搅拌速度为300～500rpm。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇/海藻酸钠溶液中聚乙烯醇的含量为5％～15％(w/v)。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇/海藻酸钠溶液中海藻酸钠的含量为0.5％～3.0％(w/v)。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇/海藻酸钠溶液与蜂蜜分别预热的温度各自独立为50℃～70℃；所述预热的时间各自独立地为1～3h。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇/海藻酸钠溶液与蜂蜜的体积比为(70～100)：(1～30)。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝的温度为20℃～30℃；湿度为40％～70％。

9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝所用设备的注射器出口端与滚筒收集器最近端的距离为10～25cm。

10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝的纺丝电压为20～22kV；所述静电纺丝的纺丝速度为3～9μL/m。