本發(fā)明涉及一種殼聚糖納米纖維及其規(guī)?；娂徶苽浞椒ê蛻?yīng)用，屬于微納米材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

甲殼素是一種天然高分子多糖，廣泛分布于自然界甲殼動物的甲殼、真菌和植物的細(xì)胞壁中。殼聚糖(chitosan)又稱脫乙酰甲殼素，是甲殼素經(jīng)過脫乙酰得到的一種陽離子聚多糖生物高分子，一般而言，乙酰基脫去55％以上或者能在1％乙酸或1％鹽酸中溶解1％的脫乙酰甲殼素就可稱之為殼聚糖。作為一種天然聚多糖高分子，殼聚糖具有良好的生物相容性、生物可降解性和抗菌止血等特性，近年來已廣泛應(yīng)用于醫(yī)用敷料、美容化妝、組織工程、藥物緩釋等諸多領(lǐng)域。在醫(yī)用敷料領(lǐng)域中，殼聚糖敷料不僅具有天然抑菌、止血、促進(jìn)傷口愈合的優(yōu)點(diǎn)，而且擁有良好的吸濕保濕性和抑制瘢痕增生等生物學(xué)功能。中國專利“殼聚糖敷料”(CN201220099775.5)報道的殼聚糖敷料，不僅具有促進(jìn)創(chuàng)面愈合、止血的作用，同時能夠抑制細(xì)菌的生長，與創(chuàng)面貼敷性良好；在美容化妝領(lǐng)域，中國專利“一種殼聚糖祛皺面膜”(CN201310544267.2)公開的殼聚糖祛皺面膜安全高效，無毒副作用，同時具有軟化角質(zhì)皮膚、美白、抗菌消炎等功效。

靜電紡絲技術(shù)是制備一維納米纖維最簡單高效的方法之一，與傳統(tǒng)納米材料制備技術(shù)相比，具有加工裝置簡單、原料來源廣泛、紡絲成本低廉、可規(guī)模化制備等優(yōu)勢。近年來，靜電紡納米纖維具有巨大的比表面積、較大的長度/直徑比和高孔隙率，在生物組織工程、醫(yī)用敷料、過濾防護(hù)、藥物緩釋等領(lǐng)域展現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力。然而，由于殼聚糖溶解度小，溶液粘度高并呈聚陽離子電解質(zhì)的特性，使得殼聚糖溶液較難電紡。為了解決這問題，目前電紡殼聚糖纖維多采用易于電紡的高分子材料加入少量殼聚糖的混紡方 式，如殼聚糖/聚乙烯醇、殼聚糖/聚氧化乙烯、殼聚糖/絲素蛋白等，這種方式得到的殼聚糖復(fù)合纖維其殼聚糖含量極低，不能充分發(fā)揮其作用，限制了其在生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用。同時，現(xiàn)有的制備殼聚糖纖維的靜電紡絲方法多需要復(fù)雜的加工工藝和后續(xù)處理，纖維產(chǎn)量低，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，同時現(xiàn)有的靜電紡絲制備方法，多采用有毒或有刺激性的溶劑如三氟乙酸、甲酸、二氯甲烷、濃乙酸等配置紡絲前驅(qū)液，這些溶劑在制備過程中揮發(fā)會造成環(huán)境污染，且殘留在纖維中的溶劑很難去除，所得的殼聚糖纖維膜安全可靠性較低，大大限制了其在生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種殼聚糖納米纖維及其制備方法和應(yīng)用，該殼聚糖納米纖維通過氣流輔助靜電紡絲方法制得，制備方法簡單，紡絲條件要求低，產(chǎn)量高，適宜大規(guī)模生產(chǎn)，紡絲前驅(qū)液配方簡單，無需添加刺激性或有毒的溶劑，所得納米纖維中殼聚糖的含量高，在生物組織工程材料、傷口修復(fù)材料或美容化妝領(lǐng)域的應(yīng)用方面具有顯著優(yōu)勢。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

一種殼聚糖納米纖維，所述殼聚糖納米纖維由氣流輔助靜電紡絲法制得，所述殼聚糖納米纖維中殼聚糖的含量大于50％，纖維直徑為300～900nm。

進(jìn)一步的，所述殼聚糖納米纖維中殼聚糖的含量大于95％，制備該殼聚糖納米纖維的紡絲前驅(qū)液由水、殼聚糖和水溶性生物高分子聚合物組成，所述殼聚糖納米纖維的纖維直徑為450～800nm。

進(jìn)一步的，所述水為蒸餾水或去離子水，所述水溶性生物高分子聚合物為聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、海藻酸鈉、透明質(zhì)酸、明膠、膠原蛋白、聚乙二醇中的一種或多種。

本發(fā)明還公開了所述的殼聚糖納米纖維的規(guī)?；娂徶苽浞椒?，包括以下步驟：

(1)配制紡絲前驅(qū)液：將殼聚糖和水溶性生物高分子聚合物溶解在水中，然后將其置于磁力攪拌器上攪拌至形成均相紡絲前驅(qū)液，其中，殼聚糖的含量在0.5％～12％(wt％)之間，水溶性生物高分子聚合物與殼聚糖的質(zhì)量比為1:1～1:50；

(2)氣流輔助電紡制備納米纖維：將步驟(1)中配制的紡絲前驅(qū)液加入靜電紡絲裝置的進(jìn)料筒中，所述靜電紡絲裝置包括高壓電源、與高壓電源正極相連的紡絲噴頭、與紡絲噴頭連接的進(jìn)料筒、接地收集極和設(shè)置于紡絲噴頭周圍的產(chǎn)氣機(jī)構(gòu)，所述產(chǎn)氣機(jī)構(gòu)產(chǎn)生與紡絲噴射方向相同的氣流，調(diào)整紡絲噴頭與接地收集極間的紡絲間距，設(shè)置紡絲電壓和產(chǎn)氣機(jī)構(gòu)產(chǎn)生氣流的流速，開啟產(chǎn)氣機(jī)構(gòu)和高壓電源，紡絲前驅(qū)液在電場力的作用下形成射流，在氣流輔助作用下溶劑揮發(fā)，在收集極上形成殼聚糖納米纖維。

進(jìn)一步的，所述步驟(1)配置的紡絲前驅(qū)液中殼聚糖的含量在5％～12％(wt％)之間，水溶性生物高分子聚合物與海藻酸鈉的質(zhì)量比為1:20～1:43。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)的靜電紡絲裝置還包括與進(jìn)料筒相連的注射泵，所述注射泵向紡絲噴頭推送紡絲液，所述產(chǎn)氣機(jī)構(gòu)為氣泵，所述氣泵的出氣口位于紡絲噴頭噴射口正上方，氣泵出氣口噴射出的氣流方向與紡絲噴射方向相同，注射泵設(shè)置有控制紡絲前驅(qū)液推進(jìn)速率的注射泵控制器，氣泵設(shè)置于控制調(diào)節(jié)氣流流速的氣泵控制器。

進(jìn)一步的，所述進(jìn)料筒通過輸液管連接多個紡絲噴頭，所述氣泵的出氣口連接風(fēng)罩，紡絲噴頭在風(fēng)罩下方均勻分布，由風(fēng)罩噴射出的氣流方向與紡絲噴射方向相同。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)中的紡絲間距為10～50cm，紡絲電壓為15～80 kV，注射泵的推進(jìn)速率為10μL/min～1mL/min，氣泵噴射的氣流流速90～250L/min。

進(jìn)一步的，步驟(1)中的水為蒸餾水或去離子水，水溶性生物高分子聚合物為聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、海藻酸鈉、透明質(zhì)酸、明膠、膠原蛋白、聚乙二醇中的一種或多種。

本發(fā)明的殼聚糖納米纖維在生物組織工程材料、傷口修復(fù)材料、美容化妝、過濾防護(hù)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用價值，例如作為傷口敷料或面膜材料等。該材料作為傷口敷料敷貼于傷口上，其納米纖維結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積可充分貼合在傷口表面，快速吸收傷口表面滲液，保持有利于傷口愈合的濕潤環(huán)境，具有很好的透氣性，且可有效隔絕外界異物和細(xì)菌，該材料為殼聚糖與水溶性生物高分子聚合物復(fù)合，且富含殼聚糖，與傷口接觸時，殼聚糖可充分溶出，充分發(fā)揮其效應(yīng)，促進(jìn)細(xì)胞生長，抑制瘢痕增生，促進(jìn)傷口愈合。殼聚糖納米纖維制備的美容面膜不僅具有抗菌保濕的功效，而且可以吸附重金屬，美白抗衰老。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供了一種殼聚糖納米纖維及其制備方法和應(yīng)用，該殼聚糖納米纖維通過氣流輔助靜電紡絲方法制得，制備方法簡單，紡絲條件要求低，產(chǎn)量高，適宜大規(guī)模生產(chǎn)，紡絲前驅(qū)液配方簡單，無需添加刺激性或有毒的溶劑，所得納米纖維中殼聚糖的含量高，在生物組織工程材料、傷口修復(fù)材料或美容化妝領(lǐng)域的應(yīng)用方面具有顯著優(yōu)勢。具體而言：

(1)本發(fā)明的殼聚糖納米纖維在制備過程中，采用的紡絲前驅(qū)液配方簡單安全，僅采用水作為溶劑，而不摻雜其他有毒性或刺激性的溶劑，使得該方法制得的殼聚糖納米纖維材料具有更高的安全性，更適合應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)等方面。為了解決水溶劑不易揮發(fā)的問題，本發(fā)明在纖維制備過程中采用了 氣流輔助的方法，在紡絲前驅(qū)液在電場力作用下形成射流的過程中添加與其噴射方向方向相同的氣流，以加快溶劑的蒸發(fā)，促進(jìn)紡絲的形成，同時，氣流對紡絲前驅(qū)液射流相接觸，對其產(chǎn)生力的作用，可輔助電場力作用，促進(jìn)射流的拉伸，加快射流的速度，從而加快紡絲速度，同時得到直徑更小的殼聚糖納米纖維，以滿足規(guī)?；a(chǎn)符合生物醫(yī)學(xué)、組織工程領(lǐng)域?qū)w維直徑的要求的殼聚糖納米纖維的需求，使該材料具有更好的應(yīng)用前景。

(2)紡絲前驅(qū)液的溶質(zhì)僅為殼聚糖和極少量的水溶性生物高分子聚合物，無需添加其他交聯(lián)劑，所得納米纖維中殼聚糖含量極高，且材料具有很好的生物相容性，可以更好的適應(yīng)在生物組織工程材料、傷口修復(fù)材料或美容化妝、過濾防護(hù)等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

(3)本發(fā)明的殼聚糖納米纖維的制備方法，采用的紡絲前驅(qū)液配方安全簡單，配置方便，紡絲方法操作簡單，紡絲條件溫和，無需繁復(fù)的后期處理即可直接獲得高純度的殼聚糖納米纖維，紡絲成本低廉，可快速連續(xù)制備納米纖維，且在優(yōu)選方案中采用多紡絲噴頭配合氣流輔助的方法，可進(jìn)一步的加快紡絲速度，提高產(chǎn)量，更好的適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)殼聚糖納米纖維的需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明采用的多噴頭氣流輔助靜電紡絲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實(shí)施例1制備的殼聚糖納米纖維的掃描電鏡照片。

圖中，1-高壓電源，2-氣泵，3-注射泵，4-送料筒，5-輸液管，6-紡絲噴頭，7-導(dǎo)線，8-風(fēng)罩，9-接地收集極。

具體實(shí)施方式

根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實(shí)施例所描述的具體的物料配比、工藝條件及其結(jié)果僅用于說明本發(fā)明而不應(yīng)當(dāng)也不會限制權(quán)利要求書中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。

實(shí)施例1

一種殼聚糖納米纖維的規(guī)?；娂徶苽浞椒?，包括以下步驟：

(1)配制紡絲前驅(qū)液：將水溶性殼聚糖和聚氧化乙烯PEO(相對分子質(zhì)量5000000)溶解在去離子水中，然后將其置于磁力攪拌器上攪拌至形成均相紡絲前驅(qū)液，其中，殼聚糖的含量為0.5wt％，聚氧化乙烯與殼聚糖的質(zhì)量比為1:50；

(2)氣流輔助電紡制備納米纖維：將步驟(1)中配制的紡絲前驅(qū)液加入靜電紡絲裝置的進(jìn)料筒中，所述靜電紡絲裝置包括高壓電源、與高壓電源正極相連的紡絲噴頭、與紡絲噴頭連接的進(jìn)料筒、氣泵，氣泵的出氣口位于紡絲噴頭噴射口正上方，氣泵出氣口噴射出的氣流方向與紡絲噴射方向相同，紡絲噴頭與接地收集極間的紡絲間距為50cm，紡絲電壓為80kV，氣泵產(chǎn)生氣流的流速250L/min，開啟氣泵和高壓電源，紡絲前驅(qū)液在電場力的作用下形成射流，在氣流輔助作用下溶劑蒸發(fā)在收集極上形成殼聚糖納米纖維，所得殼聚糖納米纖維平均直徑在820±36nm。

實(shí)施例2

一種殼聚糖納米纖維的規(guī)?；娂徶苽浞椒ǎㄒ韵虏襟E：

(1)配制紡絲前驅(qū)液：將水溶性殼聚糖和聚氧化乙烯PEO(相對分子質(zhì)量5000000)溶解在去離子水中，然后將其置于磁力攪拌器上攪拌至形成均相紡絲前驅(qū)液，其中，殼聚糖的含量為5wt％，聚氧化乙烯與殼聚糖的質(zhì)量比為1:20；

(2)氣流輔助電紡制備納米纖維：將步驟(1)中配制的紡絲前驅(qū)液加入靜電紡絲裝置的進(jìn)料筒中，所述靜電紡絲裝置包括高壓電源、與高壓電源正極相連的紡絲噴頭、與紡絲噴頭連接的進(jìn)料筒、氣泵，氣泵的出氣口位于紡絲噴頭噴射口正上方，氣泵出氣口噴射出的氣流方向與紡絲噴射方向相同， 紡絲噴頭與接地收集極間的紡絲間距為25cm，紡絲電壓為25kV，氣泵產(chǎn)生氣流的流速90L/min，開啟氣泵和高壓電源，紡絲前驅(qū)液在電場力的作用下形成射流，在氣流輔助作用下溶劑蒸發(fā)在收集極上形成殼聚糖納米纖維，所得殼聚糖納米纖維平均直徑在520±40nm，所得殼聚糖納米纖維的形貌特征如圖2所示。

實(shí)施例3

一種殼聚糖納米纖維的規(guī)模化電紡制備方法，包括以下步驟：

(1)配制紡絲前驅(qū)液：將水溶性殼聚糖和聚乙烯醇PVA(相對分子質(zhì)量200000)溶解在去離子水中，然后將其置于磁力攪拌器上加熱攪拌至形成均相紡絲前驅(qū)液，其中，殼聚糖的含量為10wt％，聚乙烯醇與殼聚糖的質(zhì)量比為1:30；

(2)氣流輔助電紡制備納米纖維：將步驟(1)中配制的紡絲前驅(qū)液加入靜電紡絲裝置的進(jìn)料筒中，所述靜電紡絲裝置包括高壓電源、與高壓電源正極相連的紡絲噴頭、與紡絲噴頭連接的進(jìn)料筒、與進(jìn)料筒相連的注射泵、氣泵，氣泵的出氣口位于紡絲噴頭噴射口正上方，氣泵出氣口噴射出的氣流方向與紡絲噴射方向相同，紡絲噴頭與接地收集極間的紡絲間距為30cm，紡絲電壓為35kV，氣泵產(chǎn)生氣流的流速120L/min，注射泵向紡絲噴頭推送紡絲液，注射泵的推進(jìn)速率為10μL/min，開啟氣泵、高壓電源和注射泵，紡絲前驅(qū)液在電場力的作用下形成射流，在氣流輔助作用下溶劑蒸發(fā)在收集極上形成海藻酸鈉納米纖維，所得殼聚糖納米纖維平均直徑在650±60nm。

實(shí)施例4

一種殼聚糖納米纖維的規(guī)?；娂徶苽浞椒?，包括以下步驟：

(1)配制紡絲前驅(qū)液：將水溶性殼聚糖和聚乙烯吡咯烷酮PVP(相對分 子質(zhì)量1300000)溶解在去離子水中，然后將其置于磁力攪拌器上攪拌至形成均相紡絲前驅(qū)液，其中，殼聚糖的含量為12wt％，聚乙烯吡咯烷酮與殼聚糖的質(zhì)量比為1:43；

(2)氣流輔助電紡制備納米纖維：將步驟(1)中配制的紡絲前驅(qū)液加入靜電紡絲裝置的進(jìn)料筒中，所述靜電紡絲裝置為多噴頭氣流輔助靜電紡絲裝置，裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，該裝置包括高壓電源1，與高壓電源1正極通過導(dǎo)線7相連的7個紡絲噴頭6，紡絲噴頭6通過輸液管5連接的進(jìn)料筒4，進(jìn)料筒4連接注射泵3，該裝置還設(shè)有氣泵2，所述氣泵2的出氣口連接風(fēng)罩8，7個紡絲噴頭6在風(fēng)罩8下方均勻分布，由風(fēng)罩8噴射出的氣流方向與紡絲噴射方向相同，紡絲噴頭6與接地收集極9間的紡絲間距為45cm，紡絲電壓為40kV，氣泵產(chǎn)生氣流的流速250L/min，注射泵向紡絲噴頭推送紡絲液，注射泵的推進(jìn)速率為1mL/min，開啟氣泵、高壓電源和注射泵，紡絲前驅(qū)液在電場力的作用下形成射流，在氣流輔助作用下溶劑蒸發(fā)在收集極上形成殼聚糖納米纖維，所得殼聚糖納米纖維平均直徑在750±40nm。

以上所述，僅為本發(fā)明的說明實(shí)施例，并非對本發(fā)明任何形式上和實(shí)質(zhì)上的限制，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明方法的前提下，做出的若干改進(jìn)和補(bǔ)充也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，利用以上所揭示的技術(shù)內(nèi)容做出的些許更動、修飾與演變的等同變化，均為本發(fā)明的等效實(shí)施例；同時，凡依據(jù)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)技術(shù)對上述實(shí)施例所做的任何等同變化的更動、修飾與演變，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍。