CN116459402A - 一种具有单向引流能力的纳米纤维、制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有单向引流能力的纳米纤维、制备方法及其应用，涉及静电纺丝技术领域。其包括依次设置的亲水层、中层和疏水层，亲水层的原料仅为亲水性材料，中层和疏水层的原料均同时含有亲水性材料和疏水性材料。本发明提供的纳米纤维通过控制亲水层、中层和疏水层中的亲水材料的含量占比呈梯度递减、并同时控制亲水层、中层和疏水层的孔隙率呈梯度增大，使得纳米纤维具有特定的单向导水能力。本发明提供的纳米纤维具有良好的单向导水性能，利用纳米纤维的高孔隙率可进行药物负载，提高应用局部的药物浓度，降低全身大剂量使用抗生素造成的不良影响，且产品体内、外生物相容性好，可以用作医用敷料或用于口腔颌面部及其他深部组织的引流。
Description
技术领域
本发明涉及静电纺丝技术领域，具体而言，涉及一种具有单向引流能力的纳米纤维、制备方法及其应用。
背景技术
口颌面部感染是一种常见的炎症性疾病，由于头颈颌面部存在较多潜在间隙，易引起多间隙感染，进一步可能导致呼吸阻塞、脓毒血症等危及生命的严重并发症。对已形成的脓肿应及时、彻底的进行清创引流。但是，此类感染常位于口腔结构深部，难以实现自然引流，需借助一定的引流装置来促进深部脓液、渗出液的排出。然而，目前的引流手段和材料(包括橡皮片、纱条、负压引流装置等)存在缺乏良好的生物相容性、抗菌性，无法主动持续地引流或需将特定的装置延伸到体外，影响患者的美观和生活质量等缺点。
因此，设计和研发一种生物相容性良好，能主动引流术区脓液、渗出液，阻止口腔环境液体反流，同时抑制周围致病菌群，从而促进软硬组织再生修复的新型引流材料，是亟待解决的问题。
Janus结构是近年来的一个新概念，它是指在材料两侧具有不对称的结构或化学组成。由于均相纤维材料一般不具有液体的单向运输性能，构建亲-疏水不对称的Janus结构是目前实现材料单向导湿性的一个主流策略。通过调节这种不对称结构，可将材料两侧的势能差控制在一定范围，实现在势能差驱动下的液体定向转运。然而，目前具有梯度导湿引流效应的医用敷料研究仍较少，在口腔环境的应用更是鲜有报道。同时，制备出孔隙和可控亲疏水性的梯度材料仍是敷料制造难点。
静电纺丝技术是在强电场的作用下，使聚合物进行快速、连续的喷射纺丝，最终固化形成均匀纳米纤维的一种方法。由于此法形成的纳米纤维膜有较高的比表面积、孔隙率，有利于液体吸收、药物负载及生物活性物的纳入，电纺纳米纤维在导湿引流抗菌材料制备方面有较大的应用潜能。已经有学者利用连续静电纺丝技术、同轴静电纺丝技术制作出具有Janus结构的双层敷料、织物。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有单向引流能力的纳米纤维、制备方法及其应用以解决上述技术问题。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明提供了一种具有单向引流能力的纳米纤维，其具有Janus结构，其包括依次设置的亲水层、中层和疏水层，亲水层的原料仅为亲水性材料，中层和疏水层的原料均同时含有亲水性材料和疏水性材料；
且中层的原料中亲水性材料和疏水性材料的质量比为6-9:1-4，疏水层的原料中亲水性材料和疏水性材料的质量比为2-5:5-8；
亲水层、中层和疏水层的孔隙率梯度递增。
本发明提供的纳米纤维通过控制亲水层、中层和疏水层中的亲水材料的含量占比呈梯度递减、并同时控制亲水层、中层和疏水层的孔隙率，使得纳米纤维具有特定的亲疏水梯度，基于此可以实现例如口腔颌面等部位的深部渗出液的单向引流。具体地，通过设置孔隙率从亲水层向疏水层逐渐递增，亲水层的孔隙小于疏水层的孔隙，利用虹吸效应，相接触的两层之间，小孔会将液体从大孔中吸入，加上小孔层相对大孔层的亲水性更优，会使液体向亲水层单向流动。实现反重力的向上排出的自泵效应。因此，本发明提供的纳米纤维具有良好的单向导水性能，且体外生物相容性好，未表现出明显的细胞毒性，可以用于医用敷料、胃肠道引流的植入物或用于口腔颌面部引流的引流物。制得的纳米纤维粗细均匀，无明显液滴、串珠。
本发明利用分层静电纺丝技术进行纳米纤维的一次组装，利用材料的梯度湿润性及纳米纤维之间的微小孔隙产生的虹吸效应，使得纳米材料具有反重力吸水的自泵效应。有助于将疏水层一侧的水分不断的虹吸至亲水层一侧。
本发明利用纳米纤维的高孔隙率可进行药物负载，提高应用局部的药物浓度，降低全身大剂量使用抗生素造成的不良影响，且该产品体内、外生物相容性好，可以用作医用敷料或用于口腔颌面部及其他深部组织的引流。
在本发明应用较佳的实施方式中，亲水性材料为合成的亲水性高分子聚合物或天然的亲水性高分子材料；疏水性材料选自聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚氨酯(PU)和聚苯乙烯(PS)中的任意一种；
优选地，合成的亲水性高分子聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚丙烯腈(PAN)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)；天然的亲水性高分子材料选自海藻酸、纤维素和壳聚糖中的任意一种。
在一种可选的实施方式中，中层的原料中亲水性材料和疏水性材料的质量比为9:1，8:2，7:3或6:4，疏水层的原料中亲水性材料和疏水性材料的质量比为5:5，4:6，3:7或2:8。
不同配比的亲水性材料和疏水性材料制得的纳米纤维均表现出良好的生物相容性，未表现出明显的细胞毒性，且均具有良好的单向导水性能。亲水层、中层和疏水层的孔隙率梯度越细致(孔隙率递增趋势越缓)，导水性越好，且亲疏水梯度越细导水性越好。中层也可根据需要设置为多层复合结构，形成比三层更细腻的亲疏水梯度的材料，导水性更优。
第二方面，本发明还提供了一种具有单向引流能力的纳米纤维的制备方法，其包括如下步骤：
先以亲水性材料制备亲水层，然后以质量比为6-9:1-4的亲水性材料和疏水性材料在亲水层上制备中层，再在中层上以质量比为2-5:5-8的亲水性材料和疏水性材料制备疏水层。
上述制备方法简单易行，极大程度上方便了大规模的纳米纤维生产。通过控制亲水层、中层和疏水层的纺丝时长，从而控制每一层纳米纤维膜的孔隙大小，纺丝时长较长的亲水层的孔隙较小，纺丝时长较短的疏水层的孔隙较大。配合不同层中的亲水材料的比例，从而实现材料的单向导湿性。
在一种可选的实施方式中，将含有亲水性材料的纺丝液上纺丝机，以16kv-18kv的电压纺丝，纺丝时长为3-5h，收集纤维，制得亲水层；
再将混合纺丝液1上纺丝机，以20-23kv的电压，在亲水层上进行纺丝，纺丝时长为2-2.5h，制得覆盖在亲水层上的中层；
然后将混合纺丝液2上纺丝机，以23-25kv的电压，在中层上进行纺丝，纺丝时长为1-1.5h，制得覆盖在中层上的疏水层；
混合纺丝液1中亲水性材料和疏水性材料的质量比为6-9:1-4，混合纺丝液2中亲水性材料和疏水性材料的质量比为2-5:5-8。
在本发明应用较佳的实施方式中，制备亲水层时，进料速速为0.5-1.5ml/h，所使用的纺丝针头为16-21号。
在一种可选的实施方式中，制备亲水层时的纺丝时长为4h，制备中层时的纺丝时长为2h，制备疏水层的纺丝时长为1h。在上述时长下，具有良好的空隙率。
含有亲水性材料的纺丝液、混合纺丝液1和混合纺丝液2中含10-20w/w％的溶质。
在本发明应用较佳的实施方式中，制备亲水层时，使用铝箔纸包裹金属滚筒接收器进行纤维收集，针尖与铝箔纸之前的距离为10-18cm，收集器滚筒转速为50-150rpm，针头所固定的横轴左右移动距离设置为10-11cm，纳米纤维收集滚筒的直径为10-15cm。需要说明的是，根据纺丝仪器的具体大小，理论上横杆移动的距离可以是0-无穷，且纳米纤维收集器的面积大小会对每一层具体纺丝时间产生影响，在具体实施过程中应根据纺丝仪器的实际大小调整各层纳米纤维膜的纺丝时间、滚筒转速、横杆左右移动距离等。
在一种可选的实施方式中，制备方法还包括将纺丝完成后的纤维膜进行真空干燥；
在一种可选的实施方式中，在60±0.5℃下真空干燥去除纺丝膜内多余的溶剂，例如干燥超过24h以上。
第三方面，本发明还提供了一种导湿引流产品，其由上述的纳米纤维的制备方法制得的纳米纤维制得；导湿引流产品选自敷料、胃肠道引流的植入物或用于口腔颌面部引流的引流物。
胃肠道引流的植入物包括不限于呈“海绵样”腔内植入物，从而方便将待愈合部位周围的胃或肠内容物引出体外。引流可以是内引流也可以是外引流。
在一种可选的实施方式中，敷料选自创可贴。
在一种可选的实施方式中，用于口腔颌面部引流的引流物为引流导管、引流条或引流片。
第四方面，本发明还提供了一种载药纳米纤维的制备方法，其包括如下步骤：先以药物和亲水性材料制备亲水层，然后以药物和质量比为6-9:1-4的亲水性材料和疏水性材料在亲水层上制备中层，再在中层上以药物和质量比为2-5:5-8的亲水性材料和疏水性材料制备疏水层；
药物占亲水层制备原料质量的1-15％，药物占中层制备原料质量的1-15％，药物占疏水层制备原料质量的1-15％；
亲水层、中层和疏水层的孔隙率梯度递增。
将含药物和亲水性材料的纺丝液上纺丝机，以16kv-18kv的电压纺丝，纺丝时长为3-5h，收集纤维，制得亲水层；
再将含药物、亲水性材料和疏水性材料的混合纺丝液1上纺丝机，以20-23kv的电压，在亲水层上进行纺丝，纺丝时长为2-2.5h，制得覆盖在亲水层上的中层；
然后将含药物、亲水性材料和疏水性材料的混合纺丝液2上纺丝机，以23-25kv的电压，在中层上进行纺丝，纺丝时长为1-1.5h，制得覆盖在中层上的疏水层；
混合纺丝液1中亲水性材料和疏水性材料的质量比为6-9:1-4，混合纺丝液2中亲水性材料和疏水性材料的质量比为2-5:5-8；混合纺丝液1中的药物占混合纺丝液1中的亲水性材料和疏水性材料总质量的1-15％；混合纺丝液2中的药物占混合纺丝液2中的亲水性材料和疏水性材料总质量的1-15％；
亲水层、中层和疏水层的孔隙率梯度递增。
载药后的纳米纤维表现出较好的体外生物相容性，且能够在相对较长时间内缓慢释放纳米纤维中负载的药物，使材料的抗菌性得到显著提高。例如对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌均表现出一定的抗菌性能。
在本发明应用较佳的实施方式中，需要说明的是，上述药物的类型包括不限于：消炎治痛类药物或抗过敏类药物。
在一种可选的实施方式中，消炎止痛类药物选自阿莫西林、双氯芬酸、布洛芬、美洛昔康、酮咯酸、酮洛芬、吡罗昔康、甲芬那酸、非诺洛芬、萘丁美酮、舒林酸、氟比洛芬、萘普生、依托度酸、吲哚美辛、双水杨酸酯、二氟尼柳、托美丁和奥沙普秦中的至少一种，抗过敏类药物地赛啶、甲新米呱、扑尔敏、非那根、息斯敏、开瑞坦、苯海拉明。
在其他实施方式中，上述药物可以选自神经镇静与神经衰弱治疗类药物、生长因子，消炎、杀菌活性成分的中草药紫草、草珊瑚、两面针、保健营养物质多糖、氨基酸、植物皂甙、内脂、挥发油和微量元素或香料成分香脂、佛手柑油、苦柑橘、乳香、波斯树脂、劳丹脂、熏衣草、柠檬香油、幽谷百合、奈若利橙花油、广藿香、龙涎香、麝香、灵猫香或海狸香。
在一种可选的实施方式中，制备亲水层时，进料速速为1ml/h，所使用的纺丝针头为18号。
在一种可选的实施方式中，制备亲水层时的纺丝时长为4h，制备中层时的纺丝时长为2h，制备疏水层的纺丝时长为1h。
在一种可选的实施方式中，制备亲水层时，使用铝箔纸包裹金属滚筒接收器进行纤维收集，针尖与铝箔纸之前的距离为10-18cm，收集器滚筒转速为50-150rpm。
含有亲水性材料的纺丝液、混合纺丝液1和混合纺丝液2中含10-20w/w％的溶质。
在一种可选的实施方式中，制备方法还包括将纺丝完成后的纤维膜进行真空干燥；
在一种可选的实施方式中，在60±0.5℃下真空干燥以去除纺丝膜内多余的溶剂。
第五方面，本发明还提供了一种载药纳米纤维的制备方法制得的载药纳米纤维。
第六方面，本发明还提供了一种如具有单向引流能力的纳米纤维或载药纳米纤维在制备导湿引流产品中的应用，导湿引流产品选自敷料、胃肠道引流的植入物或用于口腔颌面部引流的引流物；
在一种可选的实施方式中，用于口腔颌面部引流的引流物为引流导管、引流条或引流片。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的纳米纤维通过控制亲水层、中层和疏水层中的亲水材料的含量占比呈梯度递减、并同时控制亲水层、中层和疏水层的孔隙率，使得纳米纤维具有特定的亲疏水梯度，基于此可以实现例如口腔颌面等部位的深部渗出液的单向引流。具体地，通过设置孔隙率从亲水层向疏水层逐渐递增，亲水层的孔隙小于疏水层的孔隙，利用虹吸效应，相接触的两层之间，小孔会将液体从大孔中吸入，加上小孔层相对大孔层的亲水性更优，会使液体向亲水层单向流动。实现反重力的向上排出的自泵效应。因此，本发明提供的纳米纤维具有良好的单向导水性能，且体外生物相容性好，未表现出明显的细胞毒性，可以用于医用敷料、胃肠道引流的植入物或用于口腔颌面部引流的引流物。本发明提供的制备方法制得的纳米纤维粗细均匀，无明显液滴、串珠。
本发明利用分层静电纺丝技术进行纳米纤维的一次组装，利用材料的梯度湿润性及纳米纤维之间的微小孔隙产生的虹吸效应，使得纳米材料具有反重力吸水的自泵效应。有助于将亲水层一侧的水分不断的虹吸至疏水层一侧。
此外本发明还提供了纳米纤维的制备方法，该制备方法简单易行，极大程度上方便了大规模的纳米纤维生产。通过控制亲水层、中层和疏水层的纺丝时长，从而控制每一层纳米纤维膜的孔隙大小，纺丝时长较长的亲水层的孔隙较小，纺丝时长较短的疏水层的孔隙较大。配合不同层中的亲水材料的比例实现材料的梯度湿润性。
本发明利用纳米纤维的高孔隙率可进行药物负载，提高应用局部的药物浓度，降低全身大剂量使用抗生素造成的不良影响，且该产品体内、外生物相容性好，可以用作医用敷料或用于口腔颌面部及其他深部组织的引流。因此，本发明提供的纳米纤维可以用于制备导湿引流产品以及载药纳米纤维的制备，具有良好的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为不同质量比例的PCL/PAN材料制备的纳米纤维的扫描电镜图；
图2为载有不同浓度的阿莫西林的PCL以及PAN纳米纤维的傅里叶红外光谱；
图3为不同纺丝时长(1h，2h，4h和6h)下制得的纳米纤维膜的扫描电镜图及各组纳米纤维膜的孔隙率分析图；
图4为不同质量比例的PCL/PAN材料制备的纳米纤维的水接触角实验结果图；
图5为不同质量比例的PCL/PAN材料制备的纳米纤维体外CCK-8法测得的吸光度值统计结果图；
图6为负载不同浓度阿莫西林的PCL或PAN膜的体外生物相容性结果图；
图7为负载四种不同药物浓度的PCL/PAN纳米纤维膜在24h内的药物累计释放率统计结果图(左为PCL组，右为PAN组)；
图8为负载四种不同浓度阿莫西林(1％、3％、5％、10％)的纳米纤维膜材料对大肠杆菌的杀菌效果图；
图9为负载四种不同浓度阿莫西林(1％、3％、5％、10％)的纳米纤维膜材料对金黄色葡萄球菌的杀菌效果图；
图10为未负载药物的PCL/PAN纳米纤维膜及负载3％阿莫西林药物的PCL/PAN纳米纤维膜的细胞粘附实验结果图；
图11为梯度纳米纤维膜的单向导水性能测试图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了具有单向引流能力的纳米纤维的制备方法。
1、PCL/PAN梯度亲-疏水性自泵导湿引流材料
选用了3种不同质量比(纯PAN、PCL/PAN＝2：8、PCL/PAN＝5：5)的PCL/PAN材料，其中纯PAN作为亲水层，PCL与PAN的质量比为2：8的PCL/PAN材料作为中层，PCL与PAN的质量比为5:5的PCL/PAN材料作为疏水层。通过分层静电纺丝法获得具有梯度亲-疏水性能的自泵导湿引流材料。
2、PCL/PAN梯度亲-疏水性自泵导湿引流材料的制备方法
(1)PCL/PAN纺丝液的制备
取1.0g PCL和1.0g PAN在50℃过夜搅拌，溶解在20ml N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)中，制备10％ PCL/PAN(5:5)纺丝液，同理，制备PCL/PAN质量比为2：8及纯PAN的纺丝液，使用前用超声震荡30分钟，去除纺丝液内小气泡。
(2)PCL/PAN梯度亲-疏水性纳米纤维膜的制备：
①内层(亲水层)：将事先配置好的10％PAN纺丝液装在静电纺丝机上，在～16kv外加电压下纺丝(根据针尖泰勒锥形态进行细微调节)，进料速度为1ml/h，所使用的纺丝针头为18号，使用铝箔纸包裹金属滚筒接收器进行纤维收集，针尖与铝箔纸之前的距离为15cm，收集器滚筒转速为50rpm，针头所固定的横轴左右移动距离设置为10cm(有利于在该10cm区域内获得厚度均匀的纳米纤维膜)，纺丝时长为4h。
②中层：更换纺丝液为10％PCL/PAN(2：8)，在～19kv外加电压下，在前一步纺丝膜的基础上进行纺丝，将新纺制的膜覆盖在纯PAN膜表面，其余纺丝参数不变。纺丝时长：2h。
③外层(疏水层)：更换纺丝液为10％PCL:PAN(5：5)，在～21kv外加电压下进行纺丝，其余参数同前。纺丝时长：1h(通过三步纺丝时长的变化，控制每一层纳米纤维膜的孔隙大小，纺丝时长较长的孔隙小)。
④在以上三步纺丝完成后，将所得纤维膜取下，在60℃下真空干燥过夜，去除纺丝膜内多余的溶剂。
实施例2
本实施例提供了载药纳米纤维的制备方法。
(1)PCL/PAN纺丝液的制备
取1.0g PCL和1.0g PAN在50℃过夜搅拌，溶解在20ml N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)中，在溶液中加入占PCL/PAN材料总质量1％的阿莫西林粉末，50℃搅拌4h，静置，超声震荡去泡后使用。制备10％ PCL/PAN(5:5)纺丝液(即为混合纺丝液2)。
同理，在溶液中加入占PCL/PAN材料总质量1％的阿莫西林粉末，50℃搅拌4h，静置，超声震荡去泡后使用制备PCL和PAN质量比为2：8的10％ PCL/PAN纺丝液(即为混合纺丝液1)。
取1.0g PAN在50℃过夜搅拌，溶解在10ml N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)中，在溶液中加入占PCL/PAN材料总质量1％的阿莫西林粉末，50℃搅拌4h，静置，超声震荡去泡后使用。制备10％纯PAN的纺丝液。
(2)PCL/PAN梯度亲-疏水性纳米纤维膜的制备：
①内层(亲水层)：将事先配置好的10％PAN纺丝液装在静电纺丝机上，在～16kv外加电压下纺丝(根据针尖泰勒锥形态进行细微调节)，进料速度为1ml/h，所使用的纺丝针头为18号，使用铝箔纸包裹金属滚筒接收器进行纤维收集，针尖与铝箔纸之前的距离为15cm，收集器滚筒转速为50rpm，针头所固定的横轴左右移动距离设置为10cm(有利于在该10cm区域内获得厚度均匀的纳米纤维膜)，纺丝时长为4h。
②中层：更换纺丝液为10％PCL/PAN(2：8)，在～19kv外加电压下，在前一步纺丝膜的基础上进行纺丝，将新纺制的膜覆盖在纯PAN膜表面，其余纺丝参数不变。纺丝时长：2h。
③外层(疏水层)：更换纺丝液为10％PCL:PAN(5：5)，在～21kv外加电压下进行纺丝，其余参数同前。纺丝时长：1h(通过三步纺丝时长的变化，控制每一层纳米纤维膜的孔隙大小，纺丝时长较长的孔隙小)。
④在以上三步纺丝完成后，将所得纤维膜取下，在60℃下真空干燥过夜，去除纺丝膜内多余的溶剂。
实施例3
本实施例与实施例2相比，区别在于，在静电纺丝液中加入占PCL/PAN材料总质量3％的阿莫西林粉末，其余的静电纺丝参数及步骤同与实施例2相同。
实施例4
本实施例与实施例2相比，区别在于，在静电纺丝液中加入占PCL/PAN材料总质量5％的阿莫西林粉末，其余的静电纺丝参数及步骤同与实施例2相同。
实施例5
本实施例与实施例2相比，区别在于，在静电纺丝液中加入占PCL/PAN材料总质量10％的阿莫西林粉末，其余的静电纺丝参数及步骤同与实施例2相同。
实施例6
与实施例1相比，区别在于，中层的纺丝液不同，其余的静电纺丝参数及步骤同与实施例1相同。
中层：更换纺丝液为10％PAN/PCL(6：4)，在～19kv外加电压下，在前一步纺丝膜的基础上进行纺丝，将新纺制的膜覆盖在纯PAN膜表面，其余纺丝参数不变。纺丝时长：2h。
实验例1
将实施例1制备的纳米纤维的亲水层(PAN)、中层(PAN：PCL＝8:2)、疏水层(PAN：PCL＝5:5)以及单纯的PCL取样在扫描电镜下观察，结果参照图1所示，制备出的PCL/PAN纳米纤维粗细均匀，无明显液滴、串珠。
实验例2
将实施例2-5制备出的载药纳米纤维进行傅里叶红外光谱分析，参照图2所示，结果表明，阿莫西林已负载于PCL/PAN纳米纤维中。
实验例3
将纯PAN膜与实施例1、实施例6制备的纳米纤维进行水接触角实验，参照图4所示，实验表明，不同材料配比的纳米纤维膜具有不同的亲水性。
实验例4
进行纳米纤维膜的单向导水性能测试。
分别进行疏水层在上、亲水层在下以及亲水层在上、疏水层在下的单向导水性能测试。结果参照图11所示(左图为测试开始时的测试图，右图为测试s之后的测试图)，结果显示，在同样一次性滴加200ul液体时，当流体靠近疏水层一侧时，可以在5s内明显看到有液体快速地从疏水层引至亲水层，并在3分钟左右有第一滴液体滴落。而反过来，亲水层在上、疏水层在下时，流体在20分钟的观察期内均无法穿透疏水层，疏水层未见明显液体。证明本发明提供的纳米纤维膜具有单向导水性能。
实验例5
体外生物相容性测试。
通过静电纺丝法制作的不同配比的聚合物纳米纤维膜，利用体外CCK-8法(翌圣生物(YEASEN)，40203ES76)所测得的体外生物相容性，结果如图5所示，不同配比制备的纳米纤维均表现出较好的体外生物相容性。
实验例6
负载不同浓度阿莫西林(1％、3％、5％和10％)的PCL或PAN膜的体外生物相容性实验。
结果如图6所示，结果显示，负载阿莫西林及未负载阿莫西林的纳米纤维均表现出较好的体外生物相容性。
实验例7
负载阿莫西林的PCL/PAN纳米纤维膜的抗菌性能测试。
(1)四种不同药物浓度的PCL/PAN纳米纤维膜的药物释放曲线：
实验结果参照图7所示，PAN及PCL各组的纳米纤维膜在前8h，药物累计释放量约达总量的90％，并达到药物释放平台期，在24h内持续缓慢释放纳米纤维膜内负载的阿莫西林药物。
(2)负载四种不同浓度阿莫西林(1％、3％、5％、10％)的纳米纤维膜材料对大肠杆菌的杀菌效果如图8所示。
(3)负载四种不同浓度阿莫西林(1％、3％、5％、10％)的纳米纤维膜材料对金黄色葡萄球菌的杀菌效果如图9所示。
表明单纯的PCL及PAN材料不具备抗菌性能，而载有不同药物浓度的纳米纤维膜展现出了一定对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗菌性能。
实验例8
检测纳米纤维膜孔隙率相关实验。
纳米纤维的制备方法参照实施例1所示，采用不同纺丝时长(1h，2h，4h和6h)制得不同孔隙率的纳米纤维膜，孔隙率通过image J软件进行计算。实验结果参照图3所示，结果显示本实验通过控制纺丝时间，可以达到控制各层纳米纤维膜之间孔隙梯度变化的作用。即纺丝1h(外层，疏水层)的厚度约为20μm，孔隙率为56.29％；纺丝2h(中层)的厚度约为60μm，孔隙率为35.42％；纺丝4h(内层，亲水层)的厚度约为190μm，孔隙率为12.66％；纺丝6h时的厚度约为260μm，孔隙率为5.84％。
实验例9
负载阿莫西林的PCL/PAN纳米纤维膜的细胞粘附实验。
将负载3％浓度阿莫西林的纳米纤维膜材料和未负载药物的纳米纤维膜材料进行细胞粘附实验。结果参照图10所示，结果显示，未负载阿莫西林的纳米纤维膜材料不易粘附细胞，且外层的PCL细胞粘附率较内层的PAN组更低。作为引流条使用时，利用外层的PCL对内层的PAN进行包裹，可以降低细胞粘附率。减少引流条与创口的粘连，便于使用后从创口取出。而载有低浓度阿莫西林的纳米纤维膜均具有相对较高的细胞粘附率，但细胞在纳米纤维膜上并未完全铺展，说明该材料仍具有良好的生物安全性。
综上，本发明利用分层静电纺丝技术进行梯度亲-疏水性PCL/PAN纳米纤维膜的一次组装，利用材料的梯度湿润性及纳米纤维之间的微小孔隙产生的虹吸效应，使材料具有反重力吸水的自泵效应。同时，材料中负载的阿莫西林能在相对较长时间能缓慢释放，使得材料的抗菌性得到显著提高。
同时，负载不同浓度阿莫西林及未负载药物的不同配比的PCL/PAN纳米纤维膜均表现出良好的生物相容性，未表现出明显的细胞毒性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有单向引流能力的纳米纤维，其具有Janus结构，其特征在于，其包括依次设置的亲水层、中层和疏水层，所述亲水层的原料仅为亲水性材料，所述中层和所述疏水层的原料均同时含有亲水性材料和疏水性材料；
且所述中层的原料中亲水性材料和疏水性材料的质量比为6-9:1-4，所述疏水层的原料中亲水性材料和疏水性材料的质量比为2-5:5-8；
所述亲水层、中层和疏水层的孔隙率梯度递增。
2.根据权利要求1所述的具有单向引流能力的纳米纤维，其特征在于，所述亲水性材料为合成的亲水性高分子聚合物或天然的亲水性高分子材料；所述疏水性材料选自聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚氨酯(PU)和聚苯乙烯(PS)中的任意一种；
优选地，合成的亲水性高分子聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚丙烯腈(PAN)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)；所述天然的亲水性高分子材料选自海藻酸、纤维素、水凝胶和壳聚糖中的任意一种；
优选地，所述中层的原料中亲水性材料和疏水性材料的质量比为9:1，8:2，7:3或6:4，所述疏水层的原料中亲水性材料和疏水性材料的质量比为5:5，4:6，3:7或2:8。
3.一种如权利要求1-2任一项所述的具有单向引流能力的纳米纤维的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
先以亲水性材料制备亲水层，然后以质量比为6-9:1-4的亲水性材料和疏水性材料在亲水层上制备中层，再在中层上以质量比为2-5:5-8的亲水性材料和疏水性材料制备疏水层。
4.根据权利要求3所述的纳米纤维的制备方法，其特征在于，将含有亲水性材料的纺丝液上纺丝机，以16kv-18kv的电压纺丝，纺丝时长为3-5h，收集纤维，制得亲水层；
再将混合纺丝液1上纺丝机，以20-23kv的电压，在所述亲水层上进行纺丝，纺丝时长为2-2.5h，制得覆盖在亲水层上的中层；
然后将混合纺丝液2上纺丝机，以23-25kv的电压，在所述中层上进行纺丝，纺丝时长为1-1.5h，制得覆盖在中层上的疏水层；
所述混合纺丝液1中亲水性材料和疏水性材料的质量比为6-9:1-4，所述混合纺丝液2中亲水性材料和疏水性材料的质量比为2-5:5-8；
优选地，制备所述亲水层时，进料速速为0.5-1.5ml/h，所使用的纺丝针头为16-21号；
优选地，制备所述亲水层时的纺丝时长为4h，制备所述中层时的纺丝时长为2h，制备所述疏水层的纺丝时长为1h；
优选地，所述含有亲水性材料的纺丝液、混合纺丝液1和混合纺丝液2中含10-20w/w％的溶质。
5.根据权利要求4所述的纳米纤维的制备方法，其特征在于，制备所述亲水层时，使用铝箔纸包裹金属滚筒接收器进行纤维收集，针尖与铝箔纸之前的距离为10-18cm，收集器滚筒转速为50-150rpm；
优选地，所述制备方法还包括将纺丝完成后的纤维膜进行真空干燥；
优选地，在60±0.5℃下真空干燥。
6.一种导湿引流产品，其特征在于，其由权利要求3-5任一项所述的纳米纤维的制备方法制得的纳米纤维制得；所述导湿引流产品选自敷料、胃肠道引流的植入物或用于口腔颌面部引流的引流物；
优选地，所述敷料选自创可贴；
优选地，用于口腔颌面部引流的引流物为引流导管、引流条或引流片。
7.一种载药纳米纤维的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
先以药物和亲水性材料制备亲水层，然后以药物和质量比为6-9:1-4的亲水性材料和疏水性材料在亲水层上制备中层，再在中层上以药物和质量比为2-5:5-8的亲水性材料和疏水性材料制备疏水层；
所述药物占所述亲水层制备原料质量的1-15％，所述药物占所述中层制备原料质量的1-15％，所述药物占所述疏水层制备原料质量的1-15％；
所述亲水层、中层和疏水层的孔隙率梯度递增。
8.根据权利要求7所述的载药纳米纤维的制备方法，其特征在于，将含药物和亲水性材料的纺丝液上纺丝机，以16kv-18kv的电压纺丝，纺丝时长为3-5h，收集纤维，制得亲水层；
再将含药物、亲水性材料和疏水性材料的混合纺丝液1上纺丝机，以20-23kv的电压，在所述亲水层上进行纺丝，纺丝时长为2-2.5h，制得覆盖在亲水层上的中层；
然后将含药物、亲水性材料和疏水性材料的混合纺丝液2上纺丝机，以23-25kv的电压，在所述中层上进行纺丝，纺丝时长为1-1.5h，制得覆盖在中层上的疏水层；
优选地，所述药物选自消炎治痛类药物或抗过敏类药物；
优选地，所述消炎止痛类药物选自阿莫西林、双氯芬酸、布洛芬、美洛昔康、酮咯酸、酮洛芬、吡罗昔康、甲芬那酸、非诺洛芬、萘丁美酮、舒林酸、氟比洛芬、萘普生、依托度酸、吲哚美辛、双水杨酸酯、二氟尼柳、托美丁和奥沙普秦中的至少一种，抗过敏类药物地赛啶、甲新米呱、扑尔敏、非那根、息斯敏、开瑞坦、苯海拉明；
优选地，制备所述亲水层时，进料速速为1ml/h，所使用的纺丝针头为18号；
优选地，制备所述亲水层时的纺丝时长为4h，制备所述中层时的纺丝时长为2h，制备所述疏水层的纺丝时长为1h；
优选地，制备所述亲水层时，使用铝箔纸包裹金属滚筒接收器进行纤维收集，针尖与铝箔纸之前的距离为10-18cm，收集器滚筒转速为50-150rpm；
优选地，所述制备方法还包括将纺丝完成后的纤维膜进行真空干燥；
优选地，在60±0.5℃下真空干燥。
9.一种如权利要求7-8任一项所述的载药纳米纤维的制备方法制得的载药纳米纤维。
10.一种如权利要求1-2任一项所述的具有单向引流能力的纳米纤维或权利要求9所述的载药纳米纤维在制备导湿引流产品中的应用，所述导湿引流产品选自敷料、胃肠道引流的植入物或用于口腔颌面部引流的引流物；
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| 周洁等: "不对称伤口敷料的研究进展与生物应用", 中国组织工程研究, vol. 27, no. 3, 12 March 2022 (2022-03-12), pages 434 - 440 * |
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