CN113144268A - 一种负载臭氧油高活性纳米纤维膜及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纳米复合纤维制备技术领域，具体涉及一种负载臭氧油纳米纤维膜及其制备方法。所述制备方法，包括如下步骤：(1)将高分子溶于有机溶剂中，获得高分子溶液；(2)在高分子溶液中加入臭氧油中，在恒温水浴锅中搅拌，得到臭氧油‑高分子混合溶液；(3)将臭氧油‑高分子混合溶液转移至注射器内，通过静电纺丝设备进行静电纺丝过程得到负载臭氧油的纳米纤维膜。本发明方法得到的负载臭氧油的纳米纤维膜绿色无害、对细胞无毒害作用、高孔隙率和大的单位体比表面积。

Description

一种负载臭氧油高活性纳米纤维膜及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于创面敷料技术领域，具体涉及一种负载臭氧油高活性纳米纤维膜及其制备方法与应用。
背景技术
静电纺丝技术是制备纳米纤维的常用方法，相比拉伸法、相分离法等方法，静电纺丝法具备设备操作简单、制造工艺简单、纺丝成本低、可纺材料种类多、工艺可控等优点。基于静电纺丝纳米纤维膜材料优异的性能，纤维膜已经被广泛应用于生物医用器件、过滤吸附、催化材料、传感器等领域。
在生物医学领域，纳米纤维尺寸与天然细胞外基质中纤维蛋白的尺寸相似，能更好地模拟细胞外基质的结构和生物功能，为纳米纤维用于组织和器官的修复提供了可能；大多数静电纺丝原料具有很好的生物相容性及可降解性，可作为载体进入人体，并容易被吸收；加之纤维膜具有大的比表面积、孔隙率等优良特性，因此，在生物医学领域引起了研究者的广泛关注，并在药物控释、创伤修复、生物组织工程等方面已经得到了很好的应用。在过滤吸附领域，静电纺丝纳米纤维具有直径小、孔径小、孔隙率高、纤维均一性好等优点，且纤维过滤材料的过滤效率会随着纤维直径的降低而提高，使其在气体过滤、液体过滤及个体防护等领域表现出巨大的应用潜力。在催化领域，具有纳米结构的催化剂颗粒容易团聚，从而影响其分散性和利用率，静电纺丝纳米纤维材料极高的孔隙率和良好的孔洞连通性有助于基体的扩散，同时也可发挥聚合物载体的柔韧性和易操作性；还可以利用催化材料和聚合物微纳米尺寸的表面复合产生较强的协同效应，提高催化效能。在传感领域，静电纺丝纳米纤维具有较高的比表面积和孔隙率，可增大传感材料与被检测物的作用区域，有望大幅度提高传感灵敏度。
近年来，医用臭氧越来越受到重视。研究者往往将臭氧溶入水、橄榄油中制成臭氧水和臭氧油。液态臭氧的氧化活性及安全性得到相对保证，并被应用于临床抗炎、杀菌等治疗。应用方法有：臭氧水/油外用、体外套袋、关节腔灌注、大小自血及微创注射等疗法。臭氧油常外用治疗鼻炎、痤疮、痔疮、皮肤感染及妇科感染等疾病。目前医用臭氧被临床广泛应用并取得显著疗效，如口腔科：口臭、牙周炎；皮肤科：烧伤、压疮、糖尿病足、老年斑、美容等；骨科：颈腰椎间盘突出症、骨性关节炎；风湿免疫科：痛风性、风湿性及类风湿关节炎；病毒感染性疾病：带状疱疹、病毒性肝炎；血管阻塞性疾病：周围及中枢缺血性疾病等。但是目前使用的臭氧油呈液体状，使用起来有诸多不便，限制了其广阔的应用。纳米纤维膜有望成为臭氧油良好的载体材料，除了封装臭氧油，还能发挥纳米纤维膜自身的特点，进而实现在生命、医疗、美容等行业广阔的用途。然而，目前还未见报道有制备两者复合的技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种负载臭氧油高活性纳米纤维膜及其制备方法与应用。
本发明的实现过程如下：
一种负载臭氧油高活性纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将高分子溶于有机溶剂中，获得高分子溶液；
(2)在步骤(1)得到的高分子溶液中加入臭氧油中，在恒温水浴锅中搅拌，得到臭氧油-高分子混合溶液；
(3)将步骤(2)得到的臭氧油-高分子混合溶液转移至注射器内，通过静电纺丝设备进行静电纺丝过程得到负载臭氧油的纳米纤维膜。
进一步，步骤(1)中，所述高分子选自聚乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚砜、明胶、聚乙交丙交酯、聚氨酯中任意一种或几种组合。
进一步，步骤(1)中，所述有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、二甲基甲酰胺或四氢呋喃与二甲基甲酰胺的混合液。
进一步，所述四氢呋喃与二甲基甲酰胺的混合液中四氢呋喃与二甲基甲酰胺的体积比为1:4～4:1。
进一步，步骤(1)中，高分子与有机溶剂的质量体积比为0.05g/ml～0.3g/ml。
进一步，步骤(2)中，有机溶剂与臭氧油的体积比为(4～10)：(0.05～3)。
进一步，步骤(2)中，恒温水浴锅的温度为30～60℃，搅拌时间为1～48小时。
进一步，步骤(3)中，静电纺丝过程为：静电纺丝设备的高压电源的电压为5～30kV，注射器内臭氧油-高分子混合溶液的流速为0.1～10ml/h，注射器的针尖与收集装置之间的距离为5～30cm，收集装置为滚筒，采用滚筒收集纳米纤维膜，滚筒的转速控制在500～5000rpm，收集时间为20～300min。
上述负载臭氧油高活性纳米纤维膜的制备方法得到的负载臭氧油高活性纳米纤维膜。
上述负载臭氧油高活性纳米纤维膜在皮肤创面愈合领域中作为敷料的应用。
本发明的设计构思为：
臭氧油具有诸多优点；然而，因为其易流动，单独使用时存在诸多不便。本发明首次将臭氧油与静电纺丝技术结合，形成负载臭氧油的纳米纤维膜，采用静电纺丝工艺制备不同臭氧油复合量以及不同种类高分子复合的电纺丝纳米纤维膜，高分子纤维基体除了起到载体材料的作用外，其自身的物理特性(如轻薄柔，透气，防水等)也对于拓宽其用途具有重要意义。此外，纳米纤维膜本身具有良好的透气、防水等功效，可以与臭氧油协同发挥治疗作用。
本发明的积极效果：
所述负载臭氧油高活性纳米纤维膜，由医用臭氧油、医用高分子经静电纺丝得到，并作为敷料应用于皮肤创面愈合领域中。与现有技术相比，本发明将医用臭氧油、医用高分子作为静电纺丝的材料，具有良好的生物相容性，得到的纳米纤维膜敷料具有绿色无害、对细胞无毒害作用的特点。同时该纳米纤维膜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。此外，负载臭氧油高活性纳米纤维膜中臭氧油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为本发明方法制备负载臭氧油高活性纳米纤维膜的流程图；
图2为实施例1制备的负载臭氧油高活性纳米纤维膜的扫描电镜照片；
图3为实施例2制备的负载臭氧油高活性纳米纤维膜的扫描电镜照片；
图4为实施例3制备的负载臭氧油高活性纳米纤维膜的扫描电镜照片；
图5为实施例1制备的负载臭氧油高活性纳米纤维膜的接触角图；
图6为实施例2制备的负载臭氧油高活性纳米纤维膜的接触角图；
图7为实施例3制备的负载臭氧油高活性纳米纤维膜的接触角图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
本发明提供一种负载臭氧油高活性纳米纤维膜及其制备方法与应用，具体是将具有生物活性的臭氧油与先进的静电纺丝技术相结合，将臭氧油均匀的负载在纳米纤维的表面及内部，因为纳米材料的纳米效应，可以有效提高臭氧油的治疗活性。纳米纤维表面的臭氧油分子可以直接与创面作用，而纤维内部的臭氧油可以缓释释放，进而加速创面愈合。
实施例1
将0.80g聚己内酯(PCL)固体颗粒缓慢加入到1ml四氢呋喃(THF)与3ml二甲基甲酰胺(DMF)的混合有机溶剂中，用移液枪移取1ml臭氧油溶液加入上述溶液中，在60℃的恒温水浴锅中搅拌12h，获得淡黄色透明的臭氧油-聚己内酯溶液。随后，将上述臭氧油-聚己内酯溶液转移至玻璃注射器内，借助静电纺丝设备将其加工成负载臭氧油高活性纳米纤维膜。具体纺丝参数如下：电压为7.11kV，纺丝流速为0.8ml/h，针尖于收集装置之间的距离为10cm，采用滚筒收集纳米纤维膜，滚筒的转速控制在700rpm，电纺50min后得到负载臭氧油高活性纳米纤维膜(图1)。扫描电镜结果表明，纤维呈现杂乱排列的方式；纤维与纤维中间能看见明显的孔道结构，这有利于透气；仔细观察单根纤维发现了竹节状结构，表明臭氧油被均匀的负载在纤维中(图2)。进一步对其浸润性进行了测试，发现其对水的接触角达到133°(图5)，具有防水保护创面的特性。
实施例2
将0.80g PCL固体颗粒缓慢加入到1mlTHF与4mlDMF的混合有机溶剂中，用移液枪加入2ml臭氧油溶液，在60℃的恒温水浴锅中搅拌12h，获得淡黄色透明的臭氧油-聚己内酯溶液。随后，将上述溶液转移至玻璃注射器内，借助静电纺丝设备将其加工成负载臭氧油高活性纳米纤维膜。具体纺丝参数如下：电压为7.55kV，纺丝流速为0.8ml/h，针尖于收集装置之间的距离为10cm,采用滚筒收集纳米纤维膜，滚筒的转速控制在700rpm，电纺50min后得到负载臭氧油高活性纳米纤维膜。当复合量增加时，发现所得纤维粗细不均匀，既有细的纤维，又有粗的纤维，这可能是因为臭氧油增加了纺丝液的粘度所致(图3)；水的接触角结果为131°(图6)，表明其具有良好的疏水性。
实施例3
将0.80gPCL固体颗粒缓慢加入到1mlTHF与3mlDMF的混合有机溶剂中，用移液枪加入3ml臭氧油溶液，在60℃的恒温水浴锅中搅拌12h，获得淡黄色透明的臭氧油-聚己内酯溶液。随后，将上述溶液转移至玻璃注射器内，借助静电纺丝设备将其加工成负载臭氧油高活性纳米纤维膜。具体纺丝参数如下：电压为6.76kV，纺丝流速为0.8ml/h，针尖于收集装置之间的距离为10cm，采用滚筒收集纳米纤维膜，滚筒的转速控制在700rpm，电纺50min后得到负载臭氧油高活性纳米纤维膜。结果表明，发现纤维形貌更加不均匀，有很多更加粗大的纤维出现，有趣的是粗纤维表面有很多孔道，这可能是因为臭氧油复合量太大导致的臭氧分解留下的孔道结构(图4)。这种纤维膜对水的接触角为132°(图7)，呈现良好的疏水性。
实施例4
将0.2g聚乳酸固体颗粒缓慢加入到4ml二氯甲烷有机溶剂中，用移液枪移取0.05ml臭氧油溶液加入上述溶液中，在60℃的恒温水浴锅中搅拌1h，获得淡黄色透明的臭氧油-聚乳酸溶液。随后，将上述臭氧油-聚乳酸溶液转移至玻璃注射器内，借助静电纺丝设备将其加工成负载臭氧油高活性纳米纤维膜。具体纺丝参数如下：电压为5kV，纺丝流速为0.1ml/h，针尖于收集装置之间的距离为5cm，采用滚筒收集纳米纤维膜，滚筒的转速控制在900rpm，电纺200min后得到负载臭氧油高活性纳米纤维膜。
实施例5
将0.40g聚羟基乙酸固体颗粒缓慢加入到4ml三氯甲烷有机溶剂中，用移液枪加入1ml臭氧油溶液，在50℃的恒温水浴锅中搅拌10h，获得淡黄色透明的臭氧油-聚羟基乙酸溶液。随后，将上述溶液转移至玻璃注射器内，借助静电纺丝设备将其加工成负载臭氧油高活性纳米纤维膜。具体纺丝参数如下：电压为10kV，纺丝流速为8ml/h，针尖于收集装置之间的距离为10cm,采用滚筒收集纳米纤维膜，滚筒的转速控制在5000rpm，电纺300min后得到负载臭氧油高活性纳米纤维膜。
实施例6
将1.00g聚砜和0.20g明胶固体颗粒缓慢加入到4ml四氢呋喃有机溶剂中，用移液枪移取1ml臭氧油溶液加入上述溶液中，在30℃的恒温水浴锅中搅拌20h，获得淡黄色透明的臭氧油-聚砜/明胶溶液。随后，将上述臭氧油-聚砜/明胶溶液转移至玻璃注射器内，借助静电纺丝设备将其加工成负载臭氧油高活性纳米纤维膜。具体纺丝参数如下：电压为20kV，纺丝流速为9ml/h，针尖于收集装置之间的距离为15cm，采用滚筒收集纳米纤维膜，滚筒的转速控制在3000rpm，电纺100min后得到负载臭氧油高活性纳米纤维膜。
实施例7
将0.80g聚乙交丙交酯和1.20g聚氨酯固体颗粒缓慢加入到10ml二甲基甲酰胺有机溶剂中，用移液枪加入3ml臭氧油溶液，在35℃的恒温水浴锅中搅拌48h，获得淡黄色透明的臭氧油-聚乙交丙交酯/聚氨酯溶液。随后，将上述溶液转移至玻璃注射器内，借助静电纺丝设备将其加工成负载臭氧油高活性纳米纤维膜。具体纺丝参数如下：电压为30kV，纺丝流速为10ml/h，针尖于收集装置之间的距离为30cm,采用滚筒收集纳米纤维膜，滚筒的转速控制在1000rpm，电纺20min后得到负载臭氧油高活性纳米纤维膜。
实施例8
将0.50g聚乳酸固体颗粒缓慢加入到4mlTHF与1mlDMF的混合有机溶剂中，用移液枪加入1ml臭氧油溶液，在45℃的恒温水浴锅中搅拌24h，获得淡黄色透明的臭氧油-聚乳酸溶液。随后，将上述溶液转移至玻璃注射器内，借助静电纺丝设备将其加工成负载臭氧油高活性纳米纤维膜。具体纺丝参数如下：电压为6.76kV，纺丝流速为1.5ml/h，针尖于收集装置之间的距离为25cm，采用滚筒收集纳米纤维膜，滚筒的转速控制在500rpm，电纺30min后得到负载臭氧油高活性纳米纤维膜。
本发明所述臭氧油溶液为株洲如舒生物科技有限责任公司生产的(行业标准为Q/SLR001-2016)“如舒子”品牌的臭氧油抑菌液。
本发明采用共混电纺法制备臭氧油/医用高分子复合纳米纤维膜，将臭氧油和医用高分子同时溶解在良溶剂中，借助静电纺丝设备，将溶液在强电场力的作用下，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，使得臭氧油可以在纳米纤维的表面和内部均匀负载。
相比于传统敷料，由纳米纤维所制备的创伤敷料，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。鉴于此，本发明利用静电纺丝技术制备新型的负载臭氧油高活性纳米纤维膜作为敷料应用在创面愈合方面中，一方面可以起到载体材料的作用，另一方面能发挥自身的结构优势，进而加速创面愈合。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作出的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干简单推演或替换，都应该视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种负载臭氧油高活性纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将高分子溶于有机溶剂中，获得高分子溶液；
(2)在步骤(1)得到的高分子溶液中加入臭氧油中，在恒温水浴锅中搅拌，得到臭氧油-高分子混合溶液；
(3)将步骤(2)得到的臭氧油-高分子混合溶液转移至注射器内，通过静电纺丝设备进行静电纺丝过程得到负载臭氧油的纳米纤维膜。
2.根据权利要求1所述负载臭氧油高活性纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述高分子选自聚乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚砜、明胶、聚乙交丙交酯、聚氨酯中任意一种或几种组合。
3.根据权利要求1所述负载臭氧油高活性纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、二甲基甲酰胺或四氢呋喃与二甲基甲酰胺的混合液。
4.根据权利要求3所述负载臭氧油高活性纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述四氢呋喃与二甲基甲酰胺的混合液中四氢呋喃与二甲基甲酰胺的体积比为1:4～4:1。
5.根据权利要求1所述负载臭氧油高活性纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，高分子与有机溶剂的质量体积比为0.05g/ml～0.3g/ml。
6.根据权利要求1所述负载臭氧油高活性纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，有机溶剂与臭氧油的体积比为(4～10)：(0.05～3)。
7.根据权利要求1所述负载臭氧油高活性纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，恒温水浴锅的温度为30～60℃，搅拌时间为1～48小时。
8.根据权利要求1所述负载臭氧油高活性纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，静电纺丝过程为：静电纺丝设备的高压电源的电压为5～30kV，注射器内臭氧油-高分子混合溶液的流速为0.1～10ml/h，注射器的针尖与收集装置之间的距离为5～30cm，收集装置为滚筒，采用滚筒收集纳米纤维膜，滚筒的转速控制在500～5000rpm，收集时间为20～300min。
9.权利要求1至8任意之一所述负载臭氧油高活性纳米纤维膜的制备方法得到的负载臭氧油高活性纳米纤维膜。
10.权利要求9所述负载臭氧油高活性纳米纤维膜在皮肤创面愈合领域中作为敷料的应用。
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