CN112111795B - 一种一步法纳米纤维水凝胶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一步法纳米纤维水凝胶的制备方法，包括静电纺丝设备、注射器，所述注射器固定于静电纺丝设备的上料位，所述注射器的尾端连通有连接软管，所述连接软管的尾端与静电纺丝设备卡接，所述连接软管的外口正对于静电纺丝设备的收料辊，所述注射器为双管注射器，本发明涉及水凝胶技术领域。通过对聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯进行酰肼基、醛基改性，再通过静电纺制备出纳米纤维聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯水凝胶，不需要粘合剂、热能或紫外促进凝胶,该一步法制备的纳米纤维水凝胶有较好的细胞相容性和可降解性,安全无毒，该纳米纤维在干燥状态(伤口敷料、屏障材料)和湿润状态(组织工程基质、药物输送)中有良好的应用前景。

Description

一种一步法纳米纤维水凝胶的制备方法
技术领域
本发明涉及水凝胶技术领域，具体为一种一步法纳米纤维水凝胶的制备装置及方法。
背景技术
现有的静电纺纳米纤维水凝胶是利用挥发性有机溶剂在纺丝机和收集器之间的快速分离来制备固体纳米纤维，而有机溶剂的使用限制了这种方法在细胞应用中的直接适用性,将纺制好的纳米纤维经再经过化学或者物理交联，获得纳米纤维水凝胶，所使用的交联物通常是是不可降解的(戊二醛，光交联)或者是非共价的，这些方法可能会引起细胞毒性，限制了它们的生物医学应用,在这种情况下，发明静电纺共价交联的纳米纤维水凝胶是有研究意义的。
聚乙二醇(peg)是一种亲水性，非免疫原性、无细胞毒性和高度拒绝蛋白质的聚合物，peg基水凝胶是目前应用最广泛的合成生物材料之一，本发明利用聚乙二醇和纳米纤维水凝胶的这些优良性能，我们开发了一种一步法直接制备出可降解的纳米纤维聚乙烯醇水凝胶。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种一步法纳米纤维水凝胶的制备装置及方法，已解决上述问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种一步法纳米纤维水凝胶的制备装置，包括静电纺丝设备、注射器，所述注射器固定于静电纺丝设备的上料位，所述注射器的尾端连通有连接软管，所述连接软管的尾端与静电纺丝设备卡接，所述连接软管的外口正对于静电纺丝设备的收料辊，所述注射器为双管注射器。
优选的，所述注射器的前端与静电纺丝设备的收卷辊之间电性连接有电压表。
一种一步法纳米纤维水凝胶的制备方法，具体操作步骤如下：
步骤1)，聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯的酰肼基改性：取100ml二恶烷置于带塞锥形瓶中，加入5g聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯和5g丙烯酸进行共轭反应，再加入2g偶氮二异丁酸二甲酯,放入水浴锅中，加入5g已二酸二酰肼和2ml碳二亚胺，用HCl将PH调整至4.6，在70℃磁力搅拌反应5h，获得酰肼基改性的聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯；
步骤2)，醛基改性：取50ml二恶烷置于带塞锥形瓶中，加入5g聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯和5g甲基丙烯酰胺乙二醛，放入水浴锅中，加入10ml盐酸，加2g偶氮二异丁酸二甲酯,在70℃磁力搅拌反应5h，获得醛基改性的聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯；
步骤3)，静电纺：将上述所得两种聚合物以10％w/v的浓度溶解于去离子水中，按照1：4的重量比加入聚氧化乙烯，装入注射器单独桶中，安装在静态混合器上，在端口处有一根钝的16G的针头，再将注射器安装到静电纺丝设备的注射泵上并通过连接软管连接到静电纺丝平台，所用聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯的本体凝胶时间为45分钟，为了确保可纺性，流速为7.5μL/min，使得聚合物在混合通道中停留时间与凝胶速率相匹配，确保可纺性的同时提高纳米纤维的稳定性，电压为8KV，采用铝箔或铝盘收集纳米纤维，将收集到的纳米纤维放入纯水中，充分溶胀，既得纳米纤维水凝胶。
(三)有益效果
本发明提供了一种一步法纳米纤维水凝胶的制备装置及方法。具备了以下有益效果：
该一种一步法纳米纤维水凝胶的制备装置及方法，通过该方法静电纺丝可以一步法制备出基于聚丙烯酸酯的纳米纤维水凝胶，不需要外部交联剂和紫外交联,该纳米纤维水凝胶有较好的好的生物相容性和可降解性,安全无毒，该纳米纤维在干燥状态(伤口敷料、屏障材料)和湿润状态(组织工程基质、药物输送)中有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明结构原理图；
图3为本发明注射器结构示意图；
图4为本发明步骤1)反应方程式；
图5为本发明步骤2)反应方程式；
图6为本发明交联示意图。
图中：1静电纺丝设备、2注射器、3连接软管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种一步法纳米纤维水凝胶的制备装置，包括静电纺丝设备1、注射器2，所述注射器2固定于静电纺丝设备的上料位，所述注射器2的尾端连通有连接软管3，所述连接软管3的尾端与静电纺丝设备1卡接，实现纳米纤维水凝胶制备，所述连接软管3的外口正对于静电纺丝设备1的收料辊，实现线丝收卷，所述注射器2为双管注射器，实现反应存放。
注射器2的前端与静电纺丝设备1的收卷辊之间电性连接有电压表，方便电压量实时观测，保证纺丝稳定性。
一种一步法纳米纤维水凝胶的制备方法，具体操作步骤如下：
步骤1)，聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯的酰肼基改性：取100ml二恶烷置于带塞锥形瓶中，加入5g聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯和5g丙烯酸进行共轭反应，因为丙烯酸具备一定的光敏性，为避免紫外干扰，再加入2g偶氮二异丁酸二甲酯,作为紫外吸收剂，放入水浴锅中，加入5g已二酸二酰肼和2ml碳二亚胺，碳二亚胺作为催化剂，提高羟基的活化，用HCl将PH调整至4.6，在70℃磁力搅拌反应5h，引入酰肼基，获得酰肼基改性的聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯；
步骤2)，醛基改性：取50ml二恶烷置于带塞锥形瓶中，加入5g聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯和5g甲基丙烯酰胺乙二醛，放入水浴锅中，加入10ml盐酸，将双乙缩醛裂解成醛，同聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯发生共聚反应，引入醛基，加2g偶氮二异丁酸二甲酯,作为紫外吸收剂，在70℃磁力搅拌反应5h，获得醛基改性的聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯；
步骤3)，静电纺：将上述所得两种聚合物以10％w/v的浓度溶解于去离子水中，按照1：4的重量比加入聚氧化乙烯，作为电纺助剂，装入注射器单独桶中，安装在静态混合器上，在端口处有一根钝的16G的针头，再将注射器安装到静电纺丝设备1的注射泵上并通过连接软管3连接到静电纺丝平台，所用聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯的本体凝胶时间为45分钟，为了确保可纺性，流速为7.5μL/min，使得聚合物在混合通道中停留时间与凝胶速率相匹配，确保可纺性的同时提高纳米纤维的稳定性，电压为8KV，采用铝箔或铝盘收集纳米纤维，将收集到的纳米纤维放入纯水中，充分溶胀，既得纳米纤维水凝胶。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种一步法纳米纤维水凝胶的制备方法，包括静电纺丝设备(1)、注射器(2)，其特征在于，所述注射器(2)固定于静电纺丝设备(1)的上料位，所述注射器(2)的尾端连通有连接软管(3)，所述连接软管(3)的尾端与静电纺丝设备(1)卡接，所述连接软管(3)的外口正对于静电纺丝设备(1)的收料辊，所述注射器(2)为双管注射器，具体操作步骤如下：
步骤1)，聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯的酰肼基改性：取100ml二恶烷置于带塞锥形瓶中，加入5g聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯和5g丙烯酸进行共轭反应，再加入2g偶氮二异丁酸二甲酯,放入水浴锅中，加入5g已二酸二酰肼和2ml碳二亚胺，用HCl将PH调整至4.6，在70℃磁力搅拌反应5h，获得酰肼基改性的聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯；
步骤2)，醛基改性：取50ml二恶烷置于带塞锥形瓶中，加入5g聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯和5g甲基丙烯酰胺乙二醛，放入水浴锅中，加入10ml盐酸，加2g偶氮二异丁酸二甲酯,在70℃磁力搅拌反应5h，获得醛基改性的聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯；
步骤3)，静电纺：将上述所得两种聚合物以10％w/v的浓度溶解于去离子水中，按照1：4的重量比加入聚氧化乙烯，装入注射器(2)单独桶中，安装在静态混合器上，在端口处有一根钝的16G的针头，再将注射器安装到静电纺丝设备(1)的注射泵上并通过连接软管(3)连接到静电纺丝平台，所用聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯的本体凝胶时间为45分钟，为了确保可纺性，流速为7.5μL/min，使得聚合物在混合通道中停留时间与凝胶速率相匹配，确保可纺性的同时提高纳米纤维的稳定性，电压为8KV，采用铝箔或铝盘收集纳米纤维，将收集到的纳米纤维放入纯水中，充分溶胀，既得纳米纤维水凝胶。
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