乳液電紡法制備可生物降解聚合物納米纖維膜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了乳液電紡法制備可生物降解聚合物納米纖維膜；通過配制濃度為0.05~0.2g/ml的可生物降解聚合物溶液，將其與可生物降解聚合物溶液體積比為1：50~1：10的不相容液以及表面活性劑混合，攪拌，得到乳液，將乳液進行靜電紡絲，得到可生物降解聚酯纖維膜；該方法簡單易行、設(shè)備成本低，不要求形成完全均相的電紡液，比傳統(tǒng)溶液電紡技術(shù)適用范圍更廣，并且可通過調(diào)控乳液的性質(zhì)進一步調(diào)控聚合物纖維膜的結(jié)構(gòu)和性能。
【專利說明】乳液電紡法制備可生物降解聚合物納米纖維膜
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米纖維領(lǐng)域，特別地涉及乳液電紡法制備可生物降解聚合物納米纖維膜。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電紡絲，簡稱電紡，是將聚合物的溶液或熔體，通過高壓靜電施加的電場力作用拉伸形變，伴隨著溶劑揮發(fā)或熔體固化過程而形成纖維的技術(shù)，是一種制備亞微米到納米級聚合物纖維簡單而有效的方法。
[0003]乳液電紡是在傳統(tǒng)電紡基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的、具有特殊應(yīng)用價值和前景的電紡技術(shù)。乳液電紡是用聚合物溶液經(jīng)乳化后代替原本的均一、澄清的溶液進行電紡，并制備出聚合物納米纖維的方法。它是由兩種相互“不混溶”的液體形成的熱力學(xué)不穩(wěn)定的分散體系。通常電紡所用的乳液是含某種成分的水溶液通過表面活性劑的作用以球形小液滴的形式分散于以聚合物/有機溶劑的溶液所組成的連續(xù)相中，形成的油包水型(W/0)乳狀液。由此可見，乳液電紡可以以某種聚合物溶液為連續(xù)相，將不相容的另一種聚合物或小分子物質(zhì)以液滴的形式分散在聚合物溶液中形成乳液體系，通過電紡制備制備出復(fù)合納米纖維，比如將水溶性的藥物溶解在水中，并分散在水不溶的聚合物有機溶液中，通過電紡可以得到載藥的聚合物納米纖維。如Sanders (Sanders EH, etc.Two-phase electrospinning from a single electrified jet:microencapsulationof aqueous reservoirs in poly(ethylene-co-vinyl acetate) fibers.Macromolecules2003(36):3803-3805.)等應(yīng)用兩相不互溶的乳液體系進行電紡制備了負載牛血清白蛋白的聚乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)纖維；利用乳液電紡的方法，在傳統(tǒng)的電紡絲設(shè)備上就可以直接制備出芯-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合納米纖維。Xu等(Xu X, etc.Preparation ofCore-Sheath Composite Nanofibers by Emulsion Electrospinning.MacromolecularRapid Communications 2006(27):1637-1642.)將 PEO 水溶液分散在 PEG-PLLA 氯仿溶液中，在表面活性劑SDS作用下形成穩(wěn)定的乳液，通過電紡得到芯-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維:內(nèi)層為 ΡΕ0,外層為 PEG-PLLA。Bazilevsky 等(Bazilevsky AV, Yarin AL, MegaridisCM.Co~electrospinning of Core-Shell Fibers Using a Single-Nozzle Technique.Langmuir 2007(23):2311-2314.)將等量的PMMA和PAN溶解于DMF，由于兩者相容性差，共混溶液在分相后形成了以PMMA為分散相的乳液，通過電紡得到了芯-殼結(jié)構(gòu)的PMMA/PAN復(fù)合纖維，并對其形成機理進行了理論分析；這種特殊的核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合納米纖維在藥物控制釋放載體、組織工程支架和多功能復(fù)合材料等方面都有巨大的應(yīng)用潛質(zhì)。此外，乳液電紡的方法可以改善電紡液的溶液性質(zhì)從而改善聚合物的可紡性以及調(diào)控聚合物纖維的形貌。
[0004]可生物降解聚合物一方面可以降解不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，為環(huán)境低負荷材料。同時，相當(dāng)一部份生物降解塑料的主要原料是來自可年年再生的農(nóng)業(yè)資源，作為有限的、日趨枯竭的不可再生的石油資源的補充替代，也已成為研究開發(fā)熱點。尤其是可生物降解聚合物的納米纖維材料，具有比表面積大、孔隙率高等特殊的性能，在組織工程支架、皮膚修復(fù)和創(chuàng)傷敷料等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。目前，文獻已報道通過傳統(tǒng)的電紡技術(shù)可以將部分可生物降解聚合物品種制備成納米纖維，如聚乳酸(PLA)。但是有一些生物降解聚合物品種無法用傳統(tǒng)的電紡技術(shù)制備納米纖維膜及其相應(yīng)的功能纖維膜，如聚丁二酸丁二醇酯(PBS)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供乳液電紡法制備可生物降解聚合物納米纖維膜；該方法簡單易行、設(shè)備成本低，不要求形成完全均相的電紡液，比傳統(tǒng)溶液電紡技術(shù)適用范圍更廣，并且可通過調(diào)控乳液的性質(zhì)進一步調(diào)控聚合物纖維膜的結(jié)構(gòu)和性能。
[0006]本發(fā)明提供乳液電紡法制備可生物降解聚酯纖維膜，包括如下步驟:配制濃度為
0.05、.2g/ml的可生物降解聚合物溶液，將其與可生物降解聚合物溶液體積比為1:5(Tl:10的不相容液以及表面活性劑混合，攪拌，得到乳液，將乳液進行靜電紡絲，得到可生物降解聚酯纖維膜；所述不相容液是與可生物降解聚合物溶液不相溶的液體。
[0007] 進一步地，所述不相容液為水、異丙醇、乙二醇、甘油中的一種或兩種以上混合物。實際應(yīng)用中，可根據(jù)不同的可生物降解聚合物選擇合適的不相容液。
[0008]進一步地，所述可生物降解聚合物為聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、聚乙丙交酯、聚ε -己內(nèi)酯、聚乳酸-羥基乙酸共聚物等中的一種或兩種以上混合物。
[0009]進一步地，所述表面活性劑的濃度為0.001-0.02g/ml。
[0010]可根據(jù)聚合物種類的不同選擇不同的溶劑來配制可生物降解聚合物溶液。本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過現(xiàn)有技術(shù)或者有限次實驗得到適合其的溶劑。
[0011]所述混合在室溫下進行即可，對不同的聚合物會有一些小差異。本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過現(xiàn)有技術(shù)或者有限次實驗得到適合其的混合溫度。
[0012]對表面活性劑，可選用常見的陰離子型、陽離子型或非離子型表面活性劑。優(yōu)選地，所述表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、烷基苯磺酸鈉、甘膽酸鈉、單硬脂酸甘油酯、卵磷月旨、聚山梨酯等中的一種或兩種以上混合物。
[0013]在實際操作中，可直接將表面活性劑用不相容液溶解，之后再將表面活性劑的不相容液溶液與可生物降解聚合物溶液混合；也可以是表面活性劑用聚合物的溶劑溶解，再與不相容液、可生物降解聚合物溶液混合。
[0014]進一步地，所述靜電紡絲工藝參數(shù)為電壓15~30KV，接收距離l(T20cm，紡絲速度30~60ul/min。
[0015]可根據(jù)需要設(shè)定紡絲孔的內(nèi)徑。本申請中設(shè)定紡絲孔內(nèi)徑為0.2^0.5mm。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0017]本發(fā)明采用乳液靜電紡絲的方法制備可生物降解聚合物納米纖維膜。聚合物溶液經(jīng)乳化后代替原本的均一、澄清的溶液進行電紡來制備聚合物納米纖維膜。一方面，在聚合物溶液中分散不同極性或不同粘度的不相容溶液形成乳液，可以很大程度地改變聚合物的溶液性質(zhì)，從而改善聚合物的可紡性并調(diào)節(jié)聚合物纖維的形貌；另一方面，通過乳化作用可以將功能性的基團或物質(zhì)(如藥物)分散在聚合物的電紡液中，從而通過電紡制備功能性的生物降解納米纖維膜。乳液電紡制備的可生物降解聚合物納米纖維膜可以廣泛應(yīng)用于藥物緩釋材料、組織工程支架、創(chuàng)傷敷料等領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是實施例1制得的PBS纖維膜材料的掃描電鏡圖；
[0019]圖2是實施例2制得的PLGA纖維膜材料的掃描電鏡圖；
[0020]圖3是實施例3制得的負載硫酸慶大霉素的PLA纖維膜材料的掃描電鏡圖；
[0021 ] 圖4是實施例3制得的負載硫酸慶大霉素的PLA纖維膜材料的UV光譜圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明進行進一步說明。
[0023]實施例1
[0024]乳液電紡法制備可生物降解聚酯纖維膜，包括如下步驟:
[0025]稱取0.6g PBS溶于4ml氯仿溶液中，攪拌至PBS完全溶解；取5mg十二烷基硫酸鈉溶于Iml水中，得到濃度為0.005g/ml的SDS水溶液；取0.2ml SDS水溶液在磁力攪拌的作用下分散在4ml PBS氯仿溶液中，得到電紡乳液；進行靜電紡絲，電壓20KV，注射泵推進速度50ul/min，接收距離15cm，噴絲孔直徑0.5mm,以鋁箔接收，得到乳液電紡的PBS納米纖維膜(如圖1所示)，真空干燥24小時后密封保存。
[0026]實施例2
[0027]乳液電紡法制備可生物降解聚酯纖維膜，包括如下步驟:
[0028]稱取0.5g PLGA溶于4ml氯仿溶液中，攪拌至PLGA完全溶解；取5mg單硬脂酸甘油酯溶于Iml氯仿中，得到濃度為0.005g/ml的單甘酯氯仿溶液；取0.1ml單甘酯的氯仿溶液、0.1ml水和4ml PLGA氯仿溶液混合，在磁力攪拌的作用下得到電紡乳液；進行靜電紡絲，電壓15KV，注射泵推進速度30ul/min，接收距離10cm，噴絲孔直徑0.2mm,以鋁箔接收，得到電紡的PLGA納米纖維膜(如圖2所示)，真空干燥24小時后密封保存。
[0029]實施例3
[0030]乳液電紡法制備負載硫酸慶大霉素的PLA纖維膜材料，包括如下步驟:
[0031]稱取0.4g PLA溶于4ml氯仿溶液中，攪拌至PLA完全溶解；取0.05mg甲基纖維素和0.5g硫酸慶大霉素溶于IOml水中，得到硫酸慶大霉素的水溶液濃度為5% ;取該溶液
0.2ml加入到4ml PLA的氯仿溶液中，快速攪拌使得水溶液以小液滴的形式分散在氯仿溶液中，形成電紡乳液，進行靜電紡絲，電壓15KV，注射泵推進速度40ul/min，接收距離10cm，噴絲孔直徑0.2mm,以鋁箔接收，得到負載硫酸慶大霉素的PLA納米纖維膜(如圖3所示)，真空干燥24小時后密封保存。用UV光譜儀可以測定硫酸慶大霉素的負載，在332nm處出現(xiàn)硫酸慶大霉素的特征吸收峰，如圖4所示。
[0032]實施例4
[0033]乳液電紡法制備可生物降解聚酯纖維膜，包括如下步驟:
[0034]配制濃度為0.05g/ml的可生物降解聚合物溶液，與濃度為0.001g/ml的表面活性劑溶液按照體積比為1:50混合，得到乳液，將乳液進行靜電紡絲，得到可生物降解聚酯纖維膜；表面活性劑溶液中的溶劑為水和異丙醇的混合物(I:1);所述可生物降解聚合物為聚丁二酸丁二醇酯與聚乙丙交酯的混合物(1:1)，所述溶劑為氯仿；所述表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、烷基苯磺酸鈉、甘膽酸鈉的混合物(I:1:2);所述靜電紡絲工藝參數(shù)為電壓15KV,接收距離IOcm,紡絲速度30ul/min。
[0035]實施例5
[0036]乳液電紡法制備可生物降解聚酯纖維膜，包括如下步驟:
[0037]配制濃度為0.2g/ml的可生物降解聚合物溶液，與濃度為0.02g/ml的表面活性劑溶液按照體積比為1:10混合，得到乳液，將乳液進行靜電紡絲，得到可生物降解聚酯纖維膜；所述表面活性劑溶液采用乙二醇和甘油的混合物(I:3)作為溶劑；所述可生物降解聚合物為聚丁二酸丁二醇酯和聚ε -己內(nèi)酯的混合物(2:3)，所述溶劑為氯仿；所述表面活性劑為卵磷脂和聚山梨酯的混合物(I:2);所述靜電紡絲工藝參數(shù)為電壓30KV，接收距離20cm,紡絲速度 60ul/min。
[0038]顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。
【權(quán)利要求】
1.乳液電紡法制備可生物降解聚酯纖維膜，其特征在于，包括如下步驟:配制濃度為0.05、.2g/ml的可生物降解聚合物溶液，將其與可生物降解聚合物溶液體積比為1:5(Tl:10的不相容液以及表面活性劑混合，攪拌，得到乳液，將乳液進行靜電紡絲，得到可生物降解聚酯纖維膜；所述不相容液是與可生物降解聚合物溶液不相溶的液體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳液電紡法制備可生物降解聚酯纖維膜，其特征在于，所述不相容液為水、異丙醇、乙二醇、甘油中的一種或兩種以上混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳液電紡法制備可生物降解聚酯纖維膜，其特征在于，所述表面活性劑的濃度為0.001-0.02g/ml。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳液電紡法制備可生物降解聚酯纖維膜，其特征在于，所述可生物降解聚合物為聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、聚乙交酯、聚乙丙交酯、聚ε -己內(nèi)酯、聚乳酸-羥基乙酸共聚物中的一種或兩種以上混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳液電紡法制備可生物降解聚酯纖維膜，其特征在于，所述表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、烷基苯磺酸鈉、甘膽酸鈉、單硬脂酸甘油酯、卵磷脂、聚山梨酯中的一種或兩種以上混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳液電紡法制備可生物降解聚酯纖維膜，其特征在于，所述靜電紡絲工藝參數(shù)為電壓15~30KV，接收距離l(T20cm，紡絲速度3(T60ul/min。
【文檔編號】D01D5/00GK103572508SQ201210262814
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月26日
【發(fā)明者】王萍麗, 田利剛, 季君暉 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所