CN109468708B - 海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维及制备方法和载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种海藻酸钙‑氧化石墨烯纳米纤维及制备方法和载药海藻酸钙‑氧化石墨烯纳米纤维，涉及纳米纤维技术领域，海藻酸钙‑氧化石墨烯纳米纤维的制备方法包括如下步骤：将海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液和氯化钙溶液通过微流控纺丝，得到海藻酸钙‑氧化石墨烯纳米纤维；改善了现有海藻酸钙纳米纤维吸湿性强，机械强度低，导致其在水溶液中存在药物突释现象的技术问题。本发明提供的制备方法通过在原料中加入氧化石墨烯，使海藻酸钙‑氧化石墨烯纳米纤维通过氧化石墨烯片层上的含氧基团与海藻酸钙分子中的羟基发生氢键相互作用，削弱海藻酸钙和水分子之间的氢键作用，从而降低了海藻酸钙的溶胀速率，阻止药物突释现象的出现。
Description
技术领域
本发明涉及纳米纤维技术领域，尤其是涉及一种海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维及制备方法和载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维。
背景技术
为使给药方式更加高效、方便、安全以及稳定，药剂学进入了新型的给药系统时代。海藻酸钠是一种从褐色海藻中提取的线型多糖，由β－D－甘露糖醛酸(M单元)和α－L－古洛糖醛酸(G单元)通过1，4－糖苷键连接，并且结构单元上有着比例不一的G单元，M 单元的片段组成的均聚物(GG，MM)及共聚物(GM)。这样的结构特性和结构单元使海藻酸盐具有良好的成膜性，易凝胶化特性和生物治疗效果，使其在生物医用领域上得到重视和开发。利用海藻酸钠制成海藻酸钠纤维已经成为一种常用的药物载体材料，但是由于海藻酸钠吸湿性强，机械强度低，导致其在水溶液中会大量的溶胀降解，使得药物出现突释现象，限制了其应用。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维的制备方法，以缓解现有的海藻酸钠纤维吸湿性强，机械强度低，导致其在水溶液中存在药物突释现象的技术问题。
本发明提供的海藻酸钙-氧化石墨烯的制备方法，包括如下步骤：将海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液和氯化钙溶液通过微流控纺丝，得到海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维。
进一步的，采用双通道微流控芯片进行微流控纺丝，所述双通道微流控芯片包括第一通道、第二通道和出丝通道，所述第一通道和第二通道分别和所述出丝通道相连通；
优选地，包括如下步骤：
(a)将海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液通过第一通道输送至出丝通道；
(b)将氯化钙溶液通过第二通道输送至出丝通道；
(c)海藻酸钙和氯化钙在出丝通道发生钙离子交换，得到海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维。
进一步的，所述海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液中，海藻酸钠的质量浓度为2-6％，优选为3-5％，更优选为4％；
和/或，所述氯化钙溶液的质量浓度为1-3％，优选为1.5-2.5％，更优选为2％。
进一步的，所述海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液中，氧化石墨烯的质量浓度为0.02-0.5％，优选为0.06-0.3％，更优选为0.1％。
进一步的，海藻酸钠和氧化石墨烯混合溶液的流速为 80-120mL/h，优选为95-105mL/h，更优选为100mL/h；
和/或，所述氯化钙溶液的流速为0.5-1.5mL/h，优选为 0.9-1.1mL/h，更优选为1mL/h。
本发明的目的之二在于提供一种海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维，按照本发明提供的制备方法制备得到。
本发明的目的之三在于提供一种载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维，包括药物和海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维，所述药物负载于所述海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维上。
本发明的目的之四在于提供一种载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：将药物、海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液和氯化钙溶液通过微流控纺丝，得到载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维。
进一步，采用双通道微流控芯片进行微流控纺丝，所述双通道微流控芯片包括第一通道、第二通道和出丝通道，所述第一通道和第二通道分别和所述出丝通道相连通；
优选地，药物、海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液通过第一通道流输送至出丝通道，氯化钙溶液通过第二通道输送至出丝通道，海藻酸钠和和氯化钙在出丝通道发生钙离子交换，得到载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维。
进一步的，药物、海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液中，海藻酸钠的质量浓度为2-6％，优选为3-5％，更优选为4％；
和/或，药物、海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液中，氧化石墨烯的质量浓度0.02-0.5％优选为0.06-0.3％，更优选为0.1％；
和/或，所述氯化钙溶液的质量浓度为1-3％，优选为1.5-2.5％，更优选为2％；
和/或，药物、海藻酸钠和氧化石墨烯混合溶液的流速为 80-120mL/h，优选为95-105mL/h，更优选为100mL/h；
和/或，所述氯化钙溶液的流速为0.5-1.5mL/h，优选为 0.9-1.1mL/h，更优选为1mL/h。
本发明提供的海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维的制备方法通过微流控纺丝制备得到，工艺简单操作方便，通过在原料中加入氧化石墨烯，使得制备得到的海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维通过氧化石墨烯片层上的含氧基团与海藻酸钙分子中的羟基发生氢键相互作用，削弱海藻酸钙和水分子之间的氢键作用，从而降低了海藻酸钙的溶胀速率，阻止药物突释现象的出现。
本发明提供的海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维通过氧化石墨烯片层上的含氧基团与海藻酸钙分子中的羟基发生氢键相互作用，削弱海藻酸钙和水分子之间的氢键作用，从而降低了海藻酸钙的溶胀速率，阻止药物突释现象的出现。
本发明提供的载药海藻酸-氧化石墨烯纳米纤维通过采用海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维作为药物载体，有效降低了药物在体内的释放速率，避免了药物突释现象的出现，能够更好的发挥药物的治疗作用。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：将海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液和氯化钙溶液通过微流控纺丝，得到海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维。
本发明提供的海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维的制备方法通过微流控纺丝制备得到，工艺简单操作方便，通过在原料中加入氧化石墨烯，使得制备得到的海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维通过氧化石墨烯片层上的含氧基团与海藻酸钙分子中的羟基发生氢键相互作用，削弱海藻酸钙和水分子之间的氢键作用，从而降低了海藻酸钙的溶胀速率，阻止药物突释现象的出现。
在本发明的一种优选实施方式中，采用双通道微流控芯片进行微流控纺丝，该双通道微流控芯片包括第一通道、第二通道和出丝通道，第一通道和第二通道分别和出丝通道相连通。
在本发明的进一步优选实施方式中，海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：
(a)将海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液通过第一通道输送至出丝通道；
(b)将氯化钙溶液通过第二通道输送至出丝通道；
(c)海藻酸钙和氯化钙在出丝通道发生钙离子交换，得到海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维。
在本发明的一种优选实施方式中，海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液中，海藻酸钠的质量浓度为2-6％。
在本发明的优选实施方式中，海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液中，海藻酸钠的典型但非限制性的质量浓度如为2％、2.5％、3％、3.5％、 4％、4.5％、5％、5.5％或6％。
通过控制海藻酸钠和氧化石墨烯混合溶液中，海藻酸钠的质量浓度以保证生成的纳米纤维的表面光滑性和机械强度，使其能够应用于药物投递系统。
在本发明的一种优选实施方式中，氯化钙溶液的质量浓度为 1-3％。
在本发明的优选实施方式中，氯化钙溶液的典型但非限制性的质量浓度如为1％、1.2％、1.5％、1.8％、2％、2.2％、2.5％、2.8％或3％。
氯化钙溶液用于与海藻酸钠和氧化石墨烯混合溶液中的海藻酸钠发生离子交换，以得到凝胶状的海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维。
在本发明的一种优选实施方式中，海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液中，氧化石墨烯的质量浓度为0.02-0.5％。
在本发明的优选实施方式中，海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液中，氧化石墨烯的典型但非限制性的质量浓度如为0.02％、0.05％、 0.08％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％或0.5％。
通过控制海藻酸和氧化石墨烯混合溶液中氧化石墨烯的质量浓度，以控制生成的海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维中氧化石墨烯的含量，以消弱海藻酸钙的溶胀速率，避免药物突释现象的出现。
在本发明的一种优选实施方式中，海藻酸钠和氧化石墨烯混合溶液的流速为80-120mL/h。
在本发明的优选实施方式中，海藻酸钠和氧化石墨烯混合溶液的典型但非限制性的流速如为80、85、90、95、100、105、110、115 或120mL/h。
通过控制海藻酸钠的氧化石墨烯混合溶液的流速，以控制生成的海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维的直径及表面光滑度。
在本发明的一种优选实施方式中，氯化钙溶液的流速为0.5-1.5 mL/h。
在本发明的优选实施方式中，氯化钙溶液的典型但非限制性的流速如为0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4或1.5mL/h。
通过控制氯化钙溶液的流速，以使得海藻酸钠和氧化石墨烯混合溶液中的海藻酸钠能够全部发生钙离子交换，得到海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维，其按照本发明提供的海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维的制备方法制备得到。
本发明提供的海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维通过氧化石墨烯片层上的含氧基团与海藻酸钙分子中的羟基发生氢键相互作用，削弱海藻酸钙和水分子之间的氢键作用，从而降低了海藻酸钙的溶胀速率，阻止药物突释现象的出现。
根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维，包括药物和海藻酸钙-氧化石墨烯纤维，药物负载于海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维上。
本发明提供的载药海藻酸-氧化石墨烯纳米纤维通过采用海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维作为药物载体，有效降低了药物在体内的释放速率，避免了药物突释现象的出现，能够更好的发挥药物的治疗作用。
根据本发明的第四个方面，本发明提供了一种海藻酸钙-氧化石墨烯的制备方法，包括如下步骤：将海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液和氯化钙溶液通过微流控纺丝，得到海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维。
在本发明中，通过将药物溶解于海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液中，以得到将药物负载于海藻酸酸钙-氧化石墨烯上的载药纳米纤维，工艺简单，操作方便，能够有效降低制备成本。
在本发明的一种优选实施方式中，采用双通道微流控芯片进行微流控纺丝，该双通道微流控芯片的结构与上述提高的微流控芯片相同，在此不再赘述。
在本发明的进一步优选实施方式中，载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维的制备方法包括如下步骤：
(a)将海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液通过第一通道输送至出丝通道；
(b)将氯化钙溶液通过第二通道输送至出丝通道；
(c)海藻酸钙和氯化钙在出丝通道发生钙离子交换，得到海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维。
在本发明的一种优选实施方式中，药物、海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液中，海藻酸钠的质量浓度为2-6％。
在本发明的优选实施方式中，药物、海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液中，海藻酸钠的典型但非限制性的质量浓度如为2％、2.5％、 3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％或6％。
通过控制药物、海藻酸钠和氧化石墨烯混合溶液中，海藻酸钠的质量浓度以保证生成的纳米纤维的表面光滑性和机械强度，使其能够应用于药物投递系统。
在本发明的一种优选实施方式中，氯化钙溶液的质量浓度为1-3％。
在本发明的优选实施方式中，氯化钙溶液的典型但非限制性的质量浓度如为1％、1.2％、1.5％、1.8％、2％、2.2％、2.5％、2.8％或3％。
氯化钙溶液用于与药物、海藻酸钠和氧化石墨烯混合溶液中的海藻酸钠发生离子交换，以得到载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维。
在本发明的一种优选实施方式中，药物、海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液中，氧化石墨烯的质量浓度为0.02-0.5％。
在本发明的优选实施方式中，药物、海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液中，氧化石墨烯的典型但非限制性的质量浓度如为0.02％、 0.05％、0.08％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、 0.45％或0.5％。
通过控制药物、海藻酸和氧化石墨烯混合溶液中氧化石墨烯的质量浓度，以控制生成的载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维中氧化石墨烯的含量，以消弱海藻酸钙的溶胀速率，降低药物溶解速度，避免药物突释现象的出现。
在本发明的一种优选实施方式中，药物、海藻酸钠和氧化石墨烯混合溶液的流速为80-120mL/h。
在本发明的优选实施方式中，药物、海藻酸钠和氧化石墨烯混合溶液的典型但非限制性的流速如为80、85、90、95、100、105、110、 115或120mL/h。
通过控制药物、海藻酸钠的氧化石墨烯混合溶液的流速，以控制生成的载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维的直径及表面光滑度。
在本发明的一种优选实施方式中，氯化钙溶液的流速为0.5-1.5 mL/h。
在本发明的优选实施方式中，氯化钙溶液的典型但非限制性的流速如为0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4或1.5mL/h。
通过控制氯化钙溶液的流速，以使得药物、海藻酸钠和氧化石墨烯混合溶液中的海藻酸钠能够全部发生钙离子交换，得到载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维。
下面结合实施例和对比例对本发明提供的技术方案做进一步的描述。
实施例1
本实施例提供了载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维，其按照如下步骤制备而成：
(1)以蒸馏水为溶剂，配置罗丹明B、海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液，其中，海藻酸钠的质量浓度为2％，氧化石墨烯的质量浓度为0.1％，罗丹明B的质量浓度为1％；
(2)以蒸馏水为溶剂，配置氯化钙溶液，其中，氯化钙溶液的浓度为1％；
(3)采用双通道微流控芯片制备载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维，将罗丹明B、海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液的混合溶液通过第一通道输送至出丝通道，流速为100mL/h；将氯化钙溶液通过第二通道输送至出丝通道，流速为1mL/h得到载药海藻酸钙-氧化石墨烯水凝胶，冻干，得到载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维。
实施例2
本实施例提供了一种载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维，其制备方法与实施例1的不同之处在于，在步骤(1)中，海藻酸钠的质量浓度为6％，在步骤(2)中，氯化钙的质量浓度为3％。
实施例3
本实施例提供了一种载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维，其制备方法与实施例1的不同之处在于，在步骤(1)中，海藻酸钠的质量浓度为4％，在步骤(2)中，氯化钙的质量浓度为2％。
实施例4
本实施例提供了一种载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维，其制备方法与实施例3的不同之处在于，在步骤(1)中，氧化石墨烯的质量浓度为0.02％。
实施例5
本实施例提供了一种载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维，其制备方法与实施例3的不同之处在于，在步骤(1)中，氧化石墨烯的质量浓度为0.5％。
实施例6
本实施例提供了一种载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维，其制备方法与实施例3的不同之处在于，在步骤(1)中，氧化石墨烯的质量浓度为0.06％。
实施例7
本实施例提供了一种载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维，其制备方法与实施例3的不同之处在于，在步骤(1)中，氧化石墨烯的质量浓度为0.3％。
实施例8
本实施例提供了一种载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维，其制备方法与实施例7的不同之处在于，在步骤(1)中，海藻酸钠的质量浓度为0.5％。
实施例9
本实施例提供了一种载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维，其制备方法与实施例7的不同之处在于，在步骤(1)中，海藻酸钠的质量浓度为10％。
对比例1
本对比例提供了一种载药海藻酸钙纳米纤维，其制备方法与实施例8的不同之处，未加入氧化石墨烯。
试验例1
采用扫描电镜观察实施例1-9及对比例1提供的载药纳米纤维，结果显示，实施例1-7及对比例1提供的纳米纤维表面光滑，直径为200-500nm，而实施例8-9提供的纳米纤维表面不光滑，且成型性不好，这说明在制备载药海藻酸钙-氧化石墨烯时，药物、海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液中，海藻酸钠的质量浓度低于2％或高于6％，均不能得到表面光滑，成型性好的载药纳米纤维。
试验例2
分别取100mg实施例1-7和对比例1提供的载药纳米纤维，分别将其溶解于PBS溶剂中测定实施例1-8和对比例1提供的载药纳米纤维的药物包封率和不同时间点药物释放率，结果如表1所示。
表1载药纳米纤维性能数据表
从表1可以看出，实施例1-7提供的载药纳米纤维的载药量均高于对比例1，且药物释放速率显著低于对比例1，这说明在载药海藻酸钙纳米纤维中加入氧化石墨烯不仅能够提高载药量，而且能够降低药物的释放速率，改善缓控释效果。
从表1中，实施例1-3之间的对比可以看出，实施例3提供的载药纳米纤维的载药量最高，药物缓控释效果最好，这说明在制备载药纳米纤维时，海藻酸钠的质量浓度为4％，氯化钙质量溶度为2％，得到的纳米纤维的载药量和药物包封效果最好。
从实施例3-7之间的对比可以看出，氧化石墨烯的质量浓度对纳米纤维的载药量和药物控释效果，当氧化石墨烯质量浓度提高时，药物载药量和药物缓控释效果均有所提高，但是当氧化石墨烯质量浓度过高，会导致药物包载率下降，且药物在1-4h内，释放过快，这说明，当氧化石墨烯的浓度为0.06-0.3％时，制成的纳米纤维的载药量和缓控释效果均较好，尤其是当氧化石墨烯的质量浓度为0.1％时，载药量和缓控释效果均最佳。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (1)
1.一种载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维，其特征在于，按照如下步骤制备而成：
(1)以蒸馏水为溶剂，配置罗丹明B、海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液，其中，海藻酸钠的质量浓度为4％，氧化石墨烯的质量浓度为0.1％，罗丹明B的质量浓度为1％；
(2)以蒸馏水为溶剂，配置氯化钙溶液，其中，氯化钙溶液的浓度为2％；
(3)采用双通道微流控芯片制备载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维，将罗丹明B、海藻酸钠和氧化石墨烯的混合溶液通过第一通道输送至出丝通道，流速为100mL/h；将氯化钙溶液通过第二通道输送至出丝通道，流速为1mL/h得到载药海藻酸钙-氧化石墨烯水凝胶，冻干，得到载药海藻酸钙-氧化石墨烯纳米纤维。
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