CN1961974A - 可生物降解及吸收的聚合物纳米纤维膜材料及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及可生物降解及可生物吸收的明胶基纳米纤维膜材料及其制备方法和用途。通过静电纺丝工艺的控制与调节实现明胶水溶液和明胶/其它高分子多元共混物水溶液的静电纺丝，得到由0＜明胶≤100重量份，其它生物高分子0～100重量份，治疗性药物0～10重量份、无机增强剂0～50重量份组成的纳米纤维膜材料；所述的纤维直径在3nm～10000nm可生物降解及可生物吸收高分子纤维膜材料的交联度0～100％。本发明的材料具有良好的生物相容性、生物降解性及生物吸收性能，可用于止血材料，伤口包覆材料，组织工程支架材料，药物释放膜，人造皮肤、人造血管、创伤敷料、药物输送、生物膜、术后防粘连材料、美容材料等方面。
Description
技术领域
本发明属于可生物降解及可生物吸收高分子无纺布材料领域，特别涉及可生物降解及可生物吸收的明胶基纳米纤维膜材料及其制备方法和用途。
背景技术
静电纺丝法是一种制备聚合物超细纤维的简单而有效的加工工艺。该方法的原理是首先将聚合物流体带上几千至上万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场力的作用下形成Taylor锥，并在锥顶点被加速，当电场场强足够大时，聚合物液滴克服表面张力形成喷射细流，喷射细流在空中形成多种形式的不稳定流动并最终落在接地的接收装置上，可根据接受装置的不同，形成类似非织造布状或有序排列的超细纤维组成的聚合物纤维膜。电纺丝技术首先是由Zeleny(Phys.Rev.1914.3：69～91)发明的，Formhals(US Patent，1,975,504.1934)对其申请了专利。在过去的10年中，与静电纺丝工艺技术相关多达60多项专利以及200多篇研究论文发表，大部分研究集中在电纺纳米纤维膜的生物应用方面，另一部分的研究集中在静电纺丝工艺的基本物理参数。由于静电纺丝制备的纤维比传统的纺丝方法细的多，直径一般在数十到上千纳米，并且静电纺丝方法制备的互联孔纳米纤维材料具有极大的比表面积，同时纤维表面还会形成很多微小的二次结构，因此有很强的吸附力以及良好的过滤性、阻隔性、粘合性和保温性等，这些特殊的性质结构使得电纺制备的无纺布的结构与细胞外基质胶原蛋白的结构类似，且更接近于生物体的结构尺度；因此电纺加工方法制备纳米纤维膜材料特别适用于生物医用领域，例如生物膜、伤口包敷材料、止血材料、人造血管、药物及基因输送、组织工程的支架材料等。
目前超过100多种高分子通过电纺技术成功制备出超细纤维材料，其中包括合成的可生物降解聚合物，例如聚乳酸，聚乙交酯，聚己内酯及其共聚物等，天然高分子如蚕丝蛋白、纤维蛋白、胶原蛋白，壳聚糖、透明质酸、DNA等。天然高分子在生物相容性和降解性方面比合成高分子更有优势，更适合生物方面的应用，但由于天然高分子的加工性能普遍不好，所以到目前为止，仅有少数天然高分子实现了电纺(Biomacromolecules，2004，5：1428～1436.J.Biomed.Mater.Res.，2005，72B，156～165；Biomaterials，2005，26，5427～5432；Biomaterials 2004，25，1289～1297.)。
明胶(GE)是一种热水可溶的多肽混合物，其是由存在于动物的皮、骨等结缔组织中的胶原蛋白通过酸法或碱法水解得到的，是一种由18种氨基酸组成的蛋白结构的两性高分子聚电解质。明胶具有优良的生物相容性和生物可降解性，具有良好的细胞黏附性并促进细胞增殖，同时还具有活化巨噬细胞和止血等作用，它在医学上得到广泛的应用：创伤敷料、药物输送、止血材料、血浆膨胀剂、人造皮肤等。明胶还具有良好的亲水性能、抗静电、透气性能等，广泛应用于化妆品、食品等领域。目前已有数篇关于明胶的干法或湿法纺丝的文献和专利被报道，但通过现有技术加工制备的明胶以及明胶基的复合纤维普遍存在直径较粗(大于10微米)的特点，限制了明胶在生物医用领域的更进一步的广泛应用。电纺丝法是制备超细纤维的有效手段，但是由于纯明胶的水溶液在常温下成胶体状态，并且由于明胶不易溶于一般的有机溶剂，所以很难对明胶进行电纺丝加工，目前国内外仅有几篇关于明胶在一些有机含氟溶剂中的电纺丝报道(Polymer，2004，45：5361～5368；J.Biomed.Mater.Res.，2005，72B，156～165；Polymer，2005，46，5094～5120.)，但这种方法存在溶剂昂贵、有机溶剂毒性大、残存有机溶剂难以完全去除以及溶剂的回收困难等问题，限制了明胶纳米纤维的进一步应用。其他天然高分子，如透明质酸、海藻酸钠、壳聚糖、胶原、丝蛋白等等，都由于其加工性能不好，只能在某些特定的有机溶剂作用下或辅助设备(如空气流)的帮助下才能够实现电纺丝。明胶与其它生物高分子共混物的电纺丝研究及应用报道很少(J.Biomed.Mater.Res.，2005，72B，156～165；高等学校化学学报，2005，26：968～972)。
如果能摒弃有机溶剂，采用水作为溶剂，通过纺丝工艺的调控，来进行明胶基聚合物的静电纺丝，制备明胶基的超细纳米纤维膜，不仅能够使制备得到的明胶纤维具有普通电纺纤维所具有的优点，大大简化了明胶电纺丝的程序并能节约大量的成本，并且通过此方法来制备明胶与其它生物高分子的复合纳米纤维膜，同时以水为溶剂赋予明胶基纤维材料体内应用更安全的保证。这种新型的材料在组织工程支架材料、各种器官的外科修复材料、止血材料、细胞黏附材料、药物载体材料、药物缓释材料、体内可植入材料、过滤材料、防护材料以及美容材料等方面有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的之一是提供可生物降解及吸收的聚合物纳米纤维膜材料。
本发明的目的之二是提供以纯明胶纳米纤维为主的复合纳米纤维膜材料。
本发明的目的之三是通过明胶水溶液和其它生物高分子溶液共混，利用电纺丝技术直接简便地制备不同组成和纤维尺度的明胶基复合纳米纤维布。
本发明的目的之四是针对明胶水溶液在室温下呈胶体状态，以至于无法进行电纺丝加工，实现明胶水溶液的电纺丝加工，解决明胶-水溶液体系不能进行电纺丝的难题，提供一种静电纺丝法制备明胶基可生物降解及吸收的聚合物纳米纤维膜材料的方法。
本发明的目的之五是提供可生物降解及吸收的聚合物纳米纤维膜材料的用途。
本发明的目的之六是通过明胶水溶液和海藻酸钠水溶液的直接共混后进行电纺丝，将两种止血性能优异的材料加工成复合纳米纤维布，通过纳米尺度的效应进一步提高其止血性能，以制备一种新型的止血材料和伤口包覆材料。
本发明的目的之七是通过化学交联的方法提供不同交联度的明胶基聚合物纳米纤维膜材料，并通过改变纳米纤维直径的大小以及交联度来实现制备不同细胞黏附速度以及不同降解速度的新型明胶及明胶基复合的新型组织工程支架材料。
本发明的目的之八是提供含治疗药物的明胶基聚合物纤维膜材料及其制备方法。
本发明的目的之九是提供含无机增强剂的明胶基聚合物纤维膜材料及其制备方法。
本发明的目的之十是提供各种不同有序排列纤维组成的明胶基纳米纤维复合材料。
本发明的目的之十一是通过对纺丝后纤维的后处理，制备卷曲形态的纳米纤维膜材料。
本发明的可生物降解及吸收的聚合物纳米纤维膜材料是由明胶、其它生物高分子、治疗性药物和/或无机增强剂组成；其中0＜明胶≤100重量份，其它生物高分子0～100重量份，治疗性药物0～10重量份、无机增强剂0～50重量份；所述的纤维直径在3nm～10000nm；所述的纤维膜厚800nm～5cm，可生物降解及可生物吸收高分子纤维膜材料的交联度0～100％。
本发明的可生物降解及吸收的聚合物纳米纤维膜材料的制备方法按以下步骤进行：
(1).明胶电纺丝原液的配制：将明胶与其它高分子材料按可生物降解及可生物吸收高分子纤维膜材料中含有0＜明胶≤100重量份，其它高分子材料0～100重量份的比例，于40～60度溶解在水或水与乙醇的混合溶液中得到均匀透明的高分子溶液，其中高分子溶液的浓度为1～50wt/v；然后向上述的高分子溶液中加入治疗性药物和/或无机增强剂，得到高分子混合溶液；其中治疗性药物在可生物降解及可生物吸收高分子纤维膜材料中所占的比例是0～10重量份，无机增强剂所占的比例是0～50重量份；
(2).静电纺丝工艺为：将步骤(1)的含有明胶高分子混合溶液装入温度为40～80℃的静电纺丝设备的储液装置中，储液装置的活塞与注射器泵相连，储液装置通过四氟管与喷丝头相连，调整溶液的供料速率为5～300ul/min，优选为20～150ul/min；喷丝头与接地的收集器之间的距离为5～25cm，优选为7～20cm；环境温度为35～80℃，优选为40～60℃；环境的空气流速为0～8.5m3/hr，优选为0.5～5m3/hr；开启高压电源(静电压为1～60kV，适宜值为15～30kV)，开启注射器泵，喷射流射到收集器上，得到可生物降解及可生物吸收高分子纤维膜材料；其中收集器的温度范围30～80℃，适宜温度为40～70℃；喷丝头的移动速度为0～5m/min；收集器的转动或旋转速度为0～2400r/min，或收集器的移动速度为0～10m/nin；
(3).将步骤(2)得到的可生物降解及可生物吸收高分子纤维膜材料置于乙醇/水的混合溶液中，加入计量的交联剂，于0～40℃交联10～48小时，然后用大量的去离子水洗涤直至残余的交联剂完全洗涤掉，然后于40～60℃真空干燥箱中真空干燥2天左右。其中可生物降解及可生物吸收高分子纤维膜材料与乙醇/水的混合溶液按g/ml的重量与体积比1∶20～2000，乙醇与水的体积比为80～100∶0～20，交联剂在混合溶液中浓度为0～200mmol/ml，得到0～100％交联度的可生物降解及可生物吸收高分子纤维膜材料。
得到的可生物降解及可生物吸收高分子纤维膜材料中含有0＜明胶≤100重量份，其它生物高分子0～100重量份，治疗性药物0～10重量份和/或无机增强剂0～50重量份。
所述的纤维直径在3nm～10000nm，所述的纤维膜厚800nm～5cm。
所述的步骤(1)的水或水与乙醇的混合溶液，乙醇与水的体积比为0～50∶100。乙醇的加入有利于喷丝过程中溶剂的挥发，从而避免纤维的粘连。
在静电纺丝过程中，诸多参数影响静电纺丝过程的稳定性、连续性、纤维的粗细及均匀度等，例如明胶的分子量，其它高分子的分子量、溶液浓度、溶剂、流体的电荷密度、环境温度、环境的空气流动速度、静电压、喷头的移动速度、收集器的转速或移动速度等。
本发明是以水为纺丝溶剂制备纤维膜材料，通过所述的电纺丝方法可以实现明胶在水溶液体系中的静电纺丝，以及明胶与其它生物高分子的共混溶液的静电纺丝，制备明胶以及明胶基的复合纳米纤维非织布，还可以通过对纺丝后纤维的后处理为纳米纤维膜材料的进一步广泛应用提供了可能。
所述的明胶为医用明胶或食用明胶或化妆品用明胶，数均分子量为2万～13万。
所述其它高分子材料的分子量为5～200万。选自：透明质酸，各种藻酸盐，丝蛋白，壳聚糖，硫酸软骨素，肝素，胶原蛋白，核酸，纤维素蛋白，血清纤维结合蛋白，多肽，琼脂，各种葡聚糖以及它们的衍生物中的一种或一种以上的共混物；聚羟基丁酸戊酸酯，聚羟基丁酸己酸酯，聚己内酯，聚乙交酯，聚丙交酯，聚乳酸，乳酸及其与酯类(如乙交酯，己内酯)的共聚物，聚对二恶酮，聚氨酯，聚磷酸酯，聚氧乙烯，丙交酯，乙交酯，丁内酯，戊内酯，己内酯，环氧乙烷，环氧丙烷中的两种或多种的共聚物或共混物；聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇；或选自纤维素类的高分子如甲基纤维素，乙基纤维素，非晶纤维素，羟甲基纤维素，羟乙基纤维素，羟丙基纤维素，羟丙基甲基纤维素，醋酸纤维素中的一种；或选自淀粉、乙基淀粉、甲基淀粉以及淀粉衍生物中的两种或多种的共混物。
所述的治疗性药物选自：杀菌剂、生物酶、细胞生长因子、渗透促进剂；具体选自：AgCl、纳米TiO2、纳米ZnO，纳米SiO2、纳米银、天然抗菌剂如黄连素、壳聚糖等、有机抗菌剂如有机酸、季胺盐、双胍类等、磺胺类药物如磺胺嘧啶、增效联磺等、喹诺酮类抗生素如诺氟沙星、环丙沙星、氧氟沙星等、降钙素，胰岛素、神经生长因子、神经节苷脂、氢化可的松、控制生长因子、驱虫类、抗凝血类、抗分支杆菌、消炎药、抗生素、抗病毒药、抗感染药、抗肿瘤药、放射线类药物、免疫类制剂、止痛药、抗过敏药、驱虫药、利尿类制剂、肌肉松弛药、性激素、抗抑郁药、抗癫痫药、抗高血压药、抗心律失常药、抗糖尿病药、抗甲状腺药、镇咳药、类固醇类制剂、造影剂、收敛剂、抗前列腺炎类制剂等中的一种或一种以上的共混物，以及从中草药、藏药、蒙药、苗药提取物中的一种或是多种治疗各种疾病的有效成分，亦可根据要求适当增加添加药物的含量，以不影响纺丝性能为准，亦可通过先制备纤维后浸泡的方法以在纤维中载入更多的药物。
所述无机增强剂为羟基磷灰石、β-磷酸钙、钛酸钾晶须、铬酸鉀、碳酸钙、磷酸氢钙或磷酸二氢钙等。
所述交联剂选自碳二亚胺，戊二醛，蚁醛，双环氧化合物或二乙烯基砜等中的一种。
在所述的明胶或明胶/高分子共混物的电纺丝加工过程所用设备包括：高压电源、供料泵、喷丝头、收集装置、环境温度控制设备等构成；高压电源一般可采用正负直流高压输出电源，输出的最大电压在40～60kV；供料泵的输出方式可以采用多种输出频率的输出泵给料，一般的最大输出范围在200微升/分钟以下；喷丝头材料选用不锈钢、铜或铁镍合金等良导体，喷丝头直径在1mm以下，还可以根据产量需要采用单喷头纺丝或多喷头分布纺丝的方式，多喷头纺丝一般选用喷丝头平行分布，单排喷丝头数量一般为10个以下；收集装置可以为铝箔直接收集或不锈钢、铜或铁镍合金等良导体金属丝的平行排列或是交叉排列的网状收集，收集装置部分可以采用旋转圆盘、平板、滚筒等各种形式的收集器，亦可根据需要采用对所选体系的不良溶剂作为收集体系的液体收集方式；电纺丝环境温度控制装置可以采用红外灯加热方式、电阻丝加热方式、循环热空气加热方式，一般最高加热温度不高于80℃，系统为PID控制，一般控制精度在±3℃范围内。
所制备的聚合物纳米纤维膜材料在40～60℃真空干燥箱中真空干燥0.5～50小时。
本发明的可生物降解及可生物吸收高分子纤维膜材料中纤维可以是无序排列结构、单向排列结构、交叉排列结构、卷曲无序结构、卷曲单向排列结构或卷曲交叉排列结构。利用化学交联的方法提供不同交联度的可生物降解及可生物吸收高分子纤维膜材料。
本发明的可生物降解及吸收的聚合物纳米纤维膜材料可用于医用组织工程支架材料、人造皮肤、人造血管、创伤敷料、药物输送、生物膜(固定化酶和催化体系的基质)、伤口包敷材料、止血材料、伤口包覆材料、术后防粘连材料以及美容材料等。
本发明的特点：在于提供了一种有效的通过电纺丝制备明胶以及明胶为主的复合纳米纤维膜材料的方法，攻克了明胶-水溶液体系不易纺丝的技术难题，通过实现明胶水溶液的电纺丝及其共混物水溶液的电纺丝，成功制备出明胶及明胶基复合纳米纤维膜材料以及含治疗性药物和/或无机增强剂的明胶及明胶复合纳米纤维膜材料，使得明胶基的纳米复合纤维具有纳米尺度的结构，更大的发挥了明胶基复合材料的特点，尤其是在止血材料和组织工程支架材料方面的应用。
附图说明
图1.本发明实施例1的15w/w％明胶纤维的SEM图。
图2.本发明实施例2的交联后的明胶/透明质酸复合纤维(明胶/透明质酸＝100/25，重量比)的SEM图。
图3.本发明实施例4的明胶/海藻酸钠复合纤维(明胶/海藻酸钠＝100/20，重量比)的SEM图。
图4.本发明实施例5的平行排列的明胶/透明质酸复合纤维(明胶/透明质酸＝100/25，重量比)的SEM图。
图5本发明实施例6的明胶/聚乙烯醇复合纤维(明胶/PVA＝5/1，重量比)的SEM图。
图6.本发明实施例9的明胶/透明质酸复合纤维(明胶/透明质酸＝100/25，重量比)的SEM图。
具体实施方式
实施例1
1) 配制质量体积浓度为15w/v％的明胶的水/乙醇溶液50ml，其中明胶是分子量为8万的药用明胶，水/乙醇的体积比为90∶10，置溶液装置中；
2) 喷丝头固定，金属平板作为收集器，收集器水平方向移动，移动速度为0.3m/s，移动范围为10cm；
3) 调节喷丝头与收集板之间的距离为15cm；
4) 纺丝的环境温度为45度，包括储液装置中溶液的温度和收集板的温度均为40度，环境中的空气流速控制在0.5～0.8m3/hr；
5) 开启高压电源，调节电压至22KV，溶液的给料速度为60ul/min，进行纺丝。纤维平均直径为200nm，膜厚为5mm(见图1)；
6) 将纤维膜浸泡在摩尔浓度为20mmol/L碳二亚胺乙醇溶液(500ml)中进行交联反应，交联时间为24小时，温度为30度，交联完毕后取出用大量的去离子水冲洗，30度真空干燥1天。纤维膜的交联度用吸收率来表示，经过交联后纤维膜的吸水率为92％。所制备的纤维膜可用于止血材料，伤口包覆材料，组织工程支架材料，药物释放膜，人造皮肤、人造血管、创伤敷料、药物输送、生物膜(固定化酶和催化体系的基质)、术后防粘连材料、美容材料等。
实施例2
1) 配制明胶浓度为4.5w/v％的明胶/透明质酸的水/乙醇溶液20ml，其中明胶/透明质酸质量比为4∶1，水/乙醇的体积比为90∶10，将聚合物溶液置于储液装置中；
2) 喷丝头水平移动，速度为0.5m/min，金属平板作为收集器，收集器水平方向移动，移动速度为1m/min，移动范围为10cm；
3) 调节喷丝头与收集板之间的距离为20cm；
4) 纺丝的环境温度为45度，包括储液装置中溶液的温度和收集板的温度均为45度，环境中空气流动速度为1m3/hr；
5) 开启高压电源，调节电压至25KV，溶液的给料速度为100ul/min，进行纺丝，得到的纤维膜在40度真空干燥2天。纤维平均直径为220nm，膜厚为1mm(见图2)；
6) 将纤维膜浸泡在摩尔浓度为50mmol/L碳二亚胺乙醇溶液(100ml)中进行交联反应，交联时间为24小时，温度为30度，交联完毕后取出用大量的去离子水冲洗，30度真空干燥1天。纤维膜的交联度用吸收率来表示，经过交联后纤维膜的吸水率为50％。所制备的纤维膜可用于止血材料，伤口包覆材料，组织工程支架材料，药物释放膜，人造皮肤、人造血管、创伤敷料、药物输送、生物膜(固定化酶和催化体系的基质)、术后防粘连材料、美容材料等。
实施例3
1) 配制质量体积浓度为10w/v％的明胶的水/乙醇溶液100ml，其中水/乙醇的体积比为90∶10，向明胶水溶液中加入2毫克的纳米银，混合均匀后置于储液装置中；
2) 金属铜网作为收集器，喷丝头和接收器均固定不动；
3) 调节喷丝头与收集板之间的距离为15cm；
4) 纺丝的环境温度为45度，包括储液装置中溶液的温度和收集板的温度均为45度，环境中空气流速为2m3/hr；
5) 开启高压电源，调节电压至25KV，溶液的给料速度为80ul/min，进行纺丝，得到的纤维膜在40度真空干燥2天；纤维平均直径为300nm，膜厚为1cm；
6) 将纤维膜浸泡在摩尔浓度为50mmol/L碳二亚胺乙醇溶液(200ml)中进行交联反应，交联时间为24小时，温度为30度，交联完毕后取出用大量的去离子水冲洗，30度真空干燥1天。纤维膜的交联度用吸收率来表示，经过交联后纤维膜的吸水率为63％。所制备的纤维膜可用于止血材料，伤口包覆材料，组织工程支架材料，药物释放膜，人造皮肤、人造血管、创伤敷料、药物输送、生物膜(固定化酶和催化体系的基质)、术后防粘连材料、美容材料等。
实施例4
1) 配制质量体积浓度为15w/v％的明胶的水/乙醇溶液5ml，加入海藻酸钠，海藻酸钠与明胶的重量比为100/20，其中水/乙醇的体积比为90∶10，置于储液装置中；
2) 装金属铜网作为收集器；
3) 调节喷丝头与收集板之间的距离为20cm；
4) 纺丝的环境温度为45度，包括储液装置中溶液的温度和收集板的温度均为45度，环境中空气流速为5m3/hr；
5) 开启高压电源，调节电压至28KV，溶液的给料速度为100ul/min，进行纺丝，得到的纤维膜在40度真空干燥2天。纤维平均直径为240nm，膜厚为400um(见图3)；
6) 将纤维膜浸泡在摩尔浓度为50mmol/L碳二亚胺乙醇溶液(100ml)中进行交联反应，交联时间为24小时，温度为30度，交联完毕后取出用大量的去离子水冲洗，30度真空干燥1天。纤维膜的交联度用吸收率来表示，经过交联后纤维膜的吸水率为42％。制备的复合纤维膜可用于止血材料，伤口包覆材料，组织工程支架材料，药物释放膜，人造皮肤、人造血管、创伤敷料、药物输送、生物膜(固定化酶和催化体系的基质)、术后防粘连材料、美容材料等。复合纤维膜材料同时具有海藻酸钠和明胶优良的生物相容性和止血效果又具备-般电纺丝制品的高比表面积的特点，使得复合材料的止血和吸收创口渗出液的能力进一步加强，有望制得一种具有一定的粘附性和高氧气通透性同时对细菌有屏障作用并且价格低廉的新型伤口包覆材料，特别适用于烧伤、创伤等创面的护理，可减轻患者的痛苦，减少疤痕与创口收缩，加快愈合速度，尤其对大面积创伤的患者在保护伤口、防止感染、加快凝血等方面具有优良的效果。
实施例5
1) 配制明胶浓度为4.5w/v％的明胶/透明质酸的水/乙醇溶液20ml，其中明胶/透明质酸质量比为100∶25，水/乙醇的体积比为90∶10，于30度共混搅拌均匀后置于储液装置中；
2) 喷丝头水平移动，移动速度为0.5m/min，装金属平行铜线作为收集器；铜线装置由5根直径为1.5mm的铜线平行排列组成，铜线的距离为5mm，铜网水平移动，移动速度为5m/min；
3) 调节喷丝头与收集板之间的距离为15cm；
4) 纺丝的环境温度为60度，包括储液装置中溶液的温度和收集板的温度均为60度，环境中空气流速为4m3/hr；
5) 调节电压至22KV，溶液的给料速度为190ul/min，进行纺丝，得到平行排列的纤维膜在40度真空干燥2天。纤维平均直径在200nm，膜厚为1mm(见图4)；
6) 将纤维膜浸泡在摩尔浓度为100mmol/L碳二亚胺乙醇溶液(100ml)中进行交联反应，交联时间为24小时，温度为30度，交联完毕后取出用大量的去离子水冲洗，30度真空干燥1天。纤维膜的交联度用吸收率来表示，经过交联后纤维膜的吸水率为25％。制备的复合纤维膜可用于止血材料，伤口包覆材料，组织工程支架材料，药物释放膜，人造皮肤、人造血管、创伤敷料、药物输送、生物膜(固定化酶和催化体系的基质)、术后防粘连材料、美容材料等。
实施例6
1) 配制质量体积浓度为15w/v％的明胶/PVA的水/乙醇溶液30ml，其中明胶/PVA质量比为5∶1，水/乙醇的体积比为90∶10，聚合物溶液中含1克的阿斯匹林，将上述的聚合物置于储液装置中；
2) 喷丝头固定，装金属圆筒鼓作为收集器，圆筒转动速度为1200r/min；
3) 调节喷丝头与收集板之间的距离为18cm；
4) 纺丝的环境温度为60度，包括储液装置中溶液的温度和收集板的温度均为60度，环境中空气流速为2m3/hr；
5) 开启高压电源，调节电压至22KV，溶液的给料速度为50ul/min，进行纺丝，得到的纤维膜在40度真空干燥2天。纤维平均直径为260nm，膜厚为2mm(见图5)；
6) 将纤维膜浸泡在摩尔浓度为50mmol/L碳二亚胺乙醇溶液(100ml)中进行交联反应，交联时间为24小时，温度为30度，交联完毕后取出用大量的去离子水冲洗，30度真空干燥1天。纤维膜的交联度用吸收率来表示，经过交联后纤维膜的吸水率为43％。制备的复合纤维膜可用于止血材料，伤口包覆材料，组织工程支架材料，药物释放膜，人造皮肤、人造血管、创伤敷料、药物输送、生物膜(固定化酶和催化体系的基质)、术后防粘连材料、美容材料等。
实施例7
1) 质量体积浓度为20w/v％的明胶的水/乙醇溶液20ml，其中水/乙醇的体积比为90∶10，加入聚氧化乙烯(分子量为10万)，含量配比为(明胶/聚氧化乙烯，重量比)为100/20，然后向聚合溶液总加入TiO2以及纳米羟基磷灰石，混合均匀后置于储液装置中；
2) 喷丝头水平移动，移动速度为0.5m/min，金属铜线作为收集器，铜线框架由4根直径为1.5mm、长度为5cm的铜线排列组成，铜线的距离为5cm，接收器水平移动，移动速度为2m/min；
3) 调节喷丝头与收集板之间的距离为15cm；
4) 纺丝环境温度为60度，包括储液装置中溶液的温度和收集板的温度均为60度，环境中空气流速为2m3/hr；
5) 开启高压电源，调节电压至22KV，溶液的给料速度为150ul/min，进行纺丝，得到十字交叉排列的纤维膜。纤维膜在40度真空干燥2天；纤维平均直径为300nm，膜厚为3mm。
6) 将纤维膜浸泡在摩尔浓度为50mmol/L碳二亚胺乙醇溶液(100ml)中进行交联反应，交联时间为24小时，温度为30度，交联完毕后取出用大量的去离子水冲洗，30度真空干燥1天。纤维膜的交联度用吸收率来表示，经过交联后纤维膜的吸水率为56％。制备的复合纤维膜可用于止血材料，伤口包覆材料，组织工程支架材料，药物释放膜，人造皮肤、人造血管、创伤敷料、药物输送、生物膜(固定化酶和催化体系的基质)、术后防粘连材料、美容材料等。
实施例8
1) 配制质量体积浓度为20w/v％的明胶-透明质酸的水/乙醇溶液200ml，其中明胶与透明质酸的重量比为100∶80，水/乙醇的体积比为90∶10，向高分子溶液中加入β-磷酸钙5克以及诺氟沙星1克，混合均匀后置于储液装置中；
2) 喷丝头固定，装金属铜线组成的滚筒作为收集器；滚筒的转动速度为50r/min.
3) 调节喷丝头与收集板之间的距离为15cm；
4)纺丝的环境温度为50度，包括储液装置中溶液的温度和收集板的温度均为50度，环境中空气流速为4m3/hr；
5) 开启高压电源，调节电压至25KV，溶液的给料速度为80ul/min，进行纺丝，得到所纤维膜在40度真空干燥2天；纤维平均直径为400nm，膜厚为2cm；
6)将纤维膜浸泡在摩尔浓度为50mmol/L碳二亚胺乙醇溶液(500ml)中进行交联反应，交联时间为24小时，温度为30度，交联完毕后取出用大量的去离子水冲洗，30度真空干燥1天。纤维膜的交联度用吸收率来表示，经过交联后纤维膜的吸水率为68％。制备的复合纤维膜可用于止血材料，伤口包覆材料，组织工程支架材料，药物释放膜，人造皮肤、人造血管、创伤敷料、药物输送、生物膜(固定化酶和催化体系的基质)、术后防粘连材料、美容材料等。
实施例9
1) 配制质量体积浓度为5w/v％的明胶/透明质酸的水/乙醇溶液5ml，其中明胶/透明质酸质量比为4∶1，水/乙醇的体积比为90∶10，置于储液装置中；
2) 喷丝头固定，无水乙醇浴作为收集器；
3) 调节喷丝头与收集板之间的距离为15cm；
4) 纺丝的环境温度为45度，包括储液装置中溶液的温度和收集板的温度均为60度，环境中空气流速为4m3/hr；
5) 开启高压电源，调节电压至20KV，溶液的给料速度为60ul/min，进行纺丝，得到的纤维膜在40度真空干燥2天。纤维平均直径为230nm膜厚为200um(见图6)；
6) 纤维膜浸泡在摩尔浓度为150mmol/L碳二亚胺乙醇溶液(100ml)中进行交联反应，交联时间为24小时，温度为30度，交联完毕后取出用大量的去离子水冲洗，30度真空干燥1天。纤维膜的交联度用吸收率来表示，经过交联后纤维膜的吸水率为28％。制备的复合纤维膜可用于止血材料，伤口包覆材料，组织工程支架材料，药物释放膜，人造皮肤、人造血管、创伤敷料、药物输送、生物膜(固定化酶和催化体系的基质)、术后防粘连材料、美容材料等。
实施例10
1)配制质量体积浓度为6w/v％的明胶/聚氧化乙烯(PEO)的水/乙醇溶液50ml，其中明胶/PEO质量比为3/1，水/乙醇的体积比为90∶10，加入磺胺嘧啶，其重量为明胶的1/5，加入纳米银5mg，上述物质混合均匀后置于储液装置中；
2)喷丝头水平移动，移动速度为0.5m/min，金属铜线作为收集器，接收器水平移动，移动速度为4m/min
3) 调节喷丝头与收集板之间的距离为20cm；
4) 纺丝的环境温度为50度，包括储液装置中溶液的温度和收集板的温度均为60度，环境中空气流速为4m3/hr；
5) 开启高压电源，调节电压至30KV，溶液的给料速度为90ul/min，进行纺丝，纤维膜浸50mlTHF中，半小时取出用热风吹干，即得到卷曲的纤维膜，纤维膜于40度真空干燥2天。纤维平均直径为195nm，膜厚为2.5mm；
6)将纤维膜浸泡在摩尔浓度为200mmol/L碳二亚胺乙醇溶液(100ml)中进行交联反应，交联时间为24小时，温度为30度，交联完毕后取出用大量的去离子水冲洗，30度真空干燥1天。纤维膜的交联度用吸收率来表示，经过交联后纤维膜的吸水率为19％。制备的复合纤维膜可用于止血材料，伤口包覆材料，组织工程支架材料，药物释放膜，人造皮肤、人造血管、创伤敷料、药物输送、生物膜(固定化酶和催化体系的基质)、术后防粘连材料、美容材料等。
Claims (10)
1.一种可生物降解及吸收的聚合物纳米纤维膜材料，其特征是：所述的可生物降解及吸收的聚合物纳米纤维膜材料是由明胶、其它生物高分子、治疗性药物和/或无机增强剂组成；其中0＜明胶≤100重量份，其它生物高分子0～100重量份，治疗性药物0～10重量份、无机增强剂0～50重量份；所述的纤维直径在3nm～10000nm；可生物降解及可生物吸收高分子纤维膜材料的交联度0～100％；
所述的其它高分子材料选自：透明质酸，各种藻酸盐，丝蛋白，壳聚糖，硫酸软骨素，肝素，胶原蛋白，核酸，纤维素蛋白，血清纤维结合蛋白，多肽，琼脂，各种葡聚糖以及它们的衍生物中的一种或一种以上的共混物；或
选自：聚羟基丁酸戊酸酯，聚羟基丁酸己酸酯，聚己内酯，聚乙交酯，聚丙交酯，聚乳酸，乳酸与己内酯或乙交酯的共聚物，聚对二恶酮，聚氨酯，聚磷酸酯，聚氧乙烯，丙交酯，乙交酯，丁内酯，戊内酯，己内酯，环氧乙烷，环氧丙烷中的两种或多种的共聚物或共混物；或
选自：聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇；或
选自：乙基纤维素，非晶纤维素，羟甲基纤维素，羟乙基纤维素，羟丙基纤维素，羟丙基甲基纤维素、醋酸纤维素中的一种；或
选自：淀粉、乙基淀粉、甲基淀粉以及淀粉衍生物中的两种或多种的共混物。
所述其它高分子材料的分子量为5～200万。
2.根据权利要求1所述的材料，其特征是：所述的可生物降解及可生物吸收高分子纤维膜材料是无序排列结构、单向排列结构、交叉排列结构、卷曲无序结构、卷曲单向排列结构或卷曲交叉排列结构。
3.根据权利要求1或2材料，其特征是：所述的可生物降解及吸收的聚合物纳米纤维膜厚800nm～5cm。
4.根据权利要求1所述的材料，其特征是：所述的明胶为医用明胶、食用明胶或化妆品用明胶，数均分子量为2万～13万。
5.根据权利要求1所述的材料，其特征是：所述的治疗性药物选自：AgCl、纳米TiO2、纳米ZnO，纳米SiO2、纳米银、黄连素、壳聚糖、有机酸抗菌剂、季胺盐、双胍类抗菌剂、磺胺嘧啶、增效联磺、诺氟沙星、环丙沙星、氧氟沙星、降钙素、胰岛素、神经生长因子、神经节苷脂、氢化可的松、控制生长因子、驱虫类、抗凝血类、抗分支杆菌、消炎药、抗生素、抗病毒药、抗感染药、抗肿瘤药、放射线类药物、免疫类制剂、止痛药、抗过敏药、驱虫药、利尿类制剂、肌肉松弛药、性激素、抗抑郁药、抗癫痫药、抗高血压药、抗心律失常药、抗糖尿病药、抗甲状腺药、镇咳药、类固醇类制剂、造影剂、收敛剂、抗前列腺炎类制剂中的一种或一种以上的共混物，以及从中草药、藏药、蒙药、苗药提取物中的一种或是多种治疗各种疾病的有效成分。
6.根据权利要求1所述的材料，其特征是：所述的无机增强剂为羟基磷灰石、β-磷酸钙、钛酸钾晶须、铬酸鉀、碳酸钙、磷酸氢钙或磷酸二氢钙。
7.一种根据权利要求1～6任一项所述的可生物降解及吸收的聚合物纳米纤维膜材料的制备方法，其特征是，该方法按以下步骤进行：
(1).将明胶与其它高分子材料按可生物降解及可生物吸收高分子纤维膜材料中含有0＜明胶≤100重量份，其它高分子材料0～100重量份的比例，于40～60度溶解在水或水与乙醇的混合溶液中得到均匀透明的高分子溶液；然后向上述的高分子溶液中加入治疗性药物和/或无机增强剂，得到高分子混合溶液；其中治疗性药物在可生物降解及可生物吸收高分子纤维膜材料中所占的比例是0～10重量份，无机增强剂所占的比例是0～50重量份；
(2).将步骤(1)的含有明胶高分子混合溶液装入温度为40～80℃的静电纺丝设备的储液装置中，调整溶液的供料速率为5～300ul/min，喷丝头与接地的收集器之间的距离为5～25cm，环境温度为35～80℃，环境的空气流速为0～8.5m3/hr；开启高压电源，静电压为1～60kV，开启注射器泵，喷射流射到收集器上，得到可生物降解及可生物吸收高分子纤维膜材料；其中收集器的温度范围30～80℃；
(3).将步骤(2)得到的可生物降解及可生物吸收高分子纤维膜材料置于乙醇/水的混合溶液中，加入计量的交联剂，于0～40℃交联，然后用去离子水洗涤直至残余的交联剂完全洗涤掉，于40～60℃真空干燥；其中可生物降解及可生物吸收高分子纤维膜材料与乙醇/水的混合溶液按g/ml的重量与体积比1∶20～2000，交联剂在混合溶液中浓度为0～200mmol/ml，得到0～100％交联度的可生物降解及可生物吸收高分子纤维膜材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征是：所述的静电纺丝设备的喷丝头的移动速度为0～5m/min；收集器的转动或旋转速度为0～2400r/min，或收集器的移动速度为0～10m/nin。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征是：所述的交联剂选自碳二亚胺，戊二醛，蚁醛，双环氧化合物或二乙烯基砜中的一种。
10.一种根据权利要求1～6任一项所述的可生物降解及吸收的聚合物纳米纤维膜材料的用途，其特征是：所述的可生物降解及吸收的聚合物纳米纤维膜材料用于医用组织工程支架材料、人造皮肤、人造血管、创伤敷料、药物输送、生物膜、伤口包敷材料、止血材料、伤口包覆材料、术后防粘连材料以及美容材料。
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