專利名稱：表面接枝改性的可生物降解及吸收的聚酯超細纖維膜及制法和裝置與膜的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于表面改性聚合物超細纖維膜領(lǐng)域，特別涉及表面接枝改性的 可生物降解及可生物吸收的聚酯超細纖維膜材料，及其化學表面改性方法和 制備膜的裝置，以及膜在生物醫(yī)學方面的用途。
背景技術(shù)：
靜電紡絲法即聚合物噴射靜電拉伸紡絲法，是一種常用的制備聚合物超 細纖維技術(shù)。該方法與傳統(tǒng)的紡絲方法明顯不同，首先將聚合物流體(例如 帶電的聚合物亞濃溶液或者帶電的聚合物熔體)帶上幾千至上萬伏高壓靜電， 帶電的聚合物液滴在電場力的作用下在毛細管的錐頂點被加速，當電場場強 足夠大時，聚合物液滴可克服表面張力，形成噴射細流，細流落在接地的接 收裝置上，形成類似非織造布狀的由超細纖維組成的聚合物纖維膜。電紡絲
技術(shù)是由Zeleny (Phys. Rev. 1914.3: 69 91)首先發(fā)明的，F(xiàn)ormhals (US Patent, 1,975,504. 1934)對其申請了專利。Taylor等人在電驅(qū)濺射流上所 做的工作，奠定了電紡絲的基礎(chǔ)(Proc. Roy. Soc. Lond. A. 1969， 31: 453 475.)。在過去的IO年中，與靜電紡絲工藝技術(shù)相關(guān)多達60多項專利以及200 多片研究論文發(fā)表，大部分研究集中在電紡納米纖維膜的生物應(yīng)用方面，另 一部分的研究集中在靜電紡絲工藝的基本物理參數(shù)。靜電紡絲制備的纖維比 傳統(tǒng)的紡絲方法細的多，直徑一般在數(shù)十到上千納米，而且纖維具有多孔結(jié) 構(gòu)；而傳統(tǒng)的紡絲技術(shù)包括熔融紡絲、干紡絲和濕紡絲是依靠壓力作為紡絲 驅(qū)動力，得到的纖維直徑通常在10 500微米之間。通過靜電紡絲技術(shù)制備 的聚合物納米纖維或納米非織造布材料具有極大的比表面積和表面積體積 比，同時纖維表面還會形成很多微孔，因此有很強的吸附力以及良好的過濾 性、阻隔性、粘合性和保溫性等，有非常廣泛的用途(Polymer 2001， 43(3): 1025 1029 ; J. Polym. Sci. ， PartB: Polym. Phys. 2001， 39(21): 2598 2606; AICHE Journal, 1999， 45 (1): 190; J. Electrostatics, 1995. 35: 151 160; Polymer, 1999， 40(16):. 4585 4592; Adv. Mater. 2000， 12(9): 637 640; Nanotechnology， 1996， 7(3): 216 223; 丄Coated Fabrics, 1998. 28: 63 72; J. Macromol. Sci.-Phys. ， 1997， B36(2): 169 173). 目前超過100多種高分子通過電紡技術(shù)成功制備出超細纖維材料，其中包括 合成的可生物降解聚合物，例如聚乳酸，聚乙交酯，聚己內(nèi)酯及其共聚物等， 天然高分子如蠶絲蛋白、纖維蛋白、膠原蛋白，殼聚糖。
表面性能對高分子材料性能影響很大，大量高分子制品性能是由其表面 性能決定的。例如高分子埋植劑與基體組織間的相互作用就主要發(fā)生在埋 植劑的表面。很多高分子材料結(jié)晶度高，分子結(jié)構(gòu)緊密，吸濕性差，與血液 的親和性不好；其表面能低，化學惰性，潤濕性，粘結(jié)性，生物相容性等功 能化性能差，因此對高分子材料的表面進行共價型表面改性對提高材料的生 物相容性有著重要的意義。以高分子埋植劑材料為例首先，許多高分子埋 植劑材料有一個很大的缺點就是他們具有憎水性，然而為了阻止細胞在材料 上附著，材料必須要在一定程度上被水浸潤。(歷om"tenWs 7卵5， 6, 4ft5 ^朋，.
5W.， 5ymp. "79， 66， 3/3 336.)共價型表面改性可以顯著提
高材料表面的浸潤性能。表面接枝技術(shù)為表面化學在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用提 供了無盡的可能。反應(yīng)單體以共價鍵與材料基底結(jié)合并發(fā)生聚合反應(yīng)，可以 在每條接枝鏈上引入功能基團，這些引入的功能基團又可以和其它具有特殊 功能的分子進一步反應(yīng)，這為將材料表面改性為具有特殊生物活性的表面提 供了很好的基礎(chǔ)。由于功能基團與材料表面的共價結(jié)合相比于表面物理吸附 和表面包覆具有更好的環(huán)境穩(wěn)定性，因此可行的對生物材料表面進行的改性 的化學方法有廣泛的應(yīng)用。
一般高分子基底材料的共價接枝技術(shù)主要通過Y射線、電子束、X射線、
紫外線的預備輻射或交互輻射來引發(fā) (1)預備輻射引發(fā)
預備輻射是使用高能射線使基底表面產(chǎn)生自由基，這些自由基與溶劑中 的乙烯基單體反應(yīng)生成接枝鏈。例如可以在基底材料的表面引入丙烯酰胺 的聚合接枝鏈( /戶o/;m 5W.，尸o/y附.Ozem. 79^5,33， 2W9 2W7.)。 由接枝反應(yīng)引入的功能基團可通過形成共價鍵固定具有生物活性的物質(zhì)，例 如該方法可以用以增強肝磷脂的生物相容性(說owateWa/s7996， 〃，/朋/ M狄戶ofym. &〃. 2M7，仏223 2".)。但是高能輻射也會使暴露的高分子材料表面產(chǎn)生附加的化學變化，例如輻射產(chǎn)生的表面自由基和材料本體發(fā)生 反應(yīng)會引起交聯(lián)；高能輻射也會引起高分子鏈的斷裂，造成材料降解(J.尸0/;;附.0^附."卯，37， M" 7似義)。以上這些過程往往同時發(fā) 生，至于究竟哪一個起主要作用取決于高分子的結(jié)構(gòu)。因此高能輻射并不是 一個對大多數(shù)生物可降解高分子材料進行表面改性的可行方法，尤其是對聚 交酯，即使只有很低劑量的輻射都會造成材料降解(戶o/jw"W, W7 證)。(2) 交互輻射引發(fā) 交互輻射包含單體溶液中基底的輻射。雖然這是一個方便的一步法，但是卻很難只讓反應(yīng)在材料的表面發(fā)生。(3) 紫外輻射、Y輻射、電子束、X射線 紫外輻射波長在300nm 400nm之間， 一般不備高分子材料吸收，但卻可以被引發(fā)劑吸收而引發(fā)反應(yīng)，紫外輻射具有比Y射線和電子束更小的能量， 對基底的穿透深度和損害強度都小于前兩者，因此紫外輻射經(jīng)常被用于表面 改性技術(shù)中。通常在光引發(fā)接枝中，可以使材料基底與單體和引發(fā)劑的混合 溶液接觸，再用紫外光照射；也可以將材料基底置于單體和引發(fā)劑的蒸汽中， 再進行紫外光照射U Jpp/.戶ofym. 5W. 7卯人W， 627 M6; Po/jm. Bw〃. 7996， 37， S9 96,'/戶o/少附.Sci.， A. Pofym. C7 em. 2W 《42'Z53 262; 尸o/jw.5W. W卵，3S(8義/2" "4i)。例如二苯甲酮(BPO)是一種光引發(fā) 劑，可以預先涂覆在基底表面或混在單體溶液中，當紫外光照射的時候，二 苯甲酮由二聚體的狀態(tài)變?yōu)閴勖芏痰膯误w狀態(tài)，此時它可以從高分子材料 表面通過非彈性碰撞奪取氫原子，從而使高分子材料表面產(chǎn)生可以進行接枝 反應(yīng)的自由基活性位點從而引發(fā)單體在這些活性位置聚合(Af"cromo/. O^m.2WW，205，邦2 W9.)。因此，光引發(fā)接枝具有反應(yīng)條件溫和、適用單 體范圍廣、成本低等特點。此方法還可以應(yīng)用于微流體器件的制作上，通過 使單體在常用高分子材料的微孔道內(nèi)聚合，按預先設(shè)計的樣式形成單層或多 層的功能基團結(jié)構(gòu)(Po(y附.5W.20W， 2S， 2M 25力5/o附ateWa/s 79何，"(76>」， 725 7M)。另外一種光引發(fā)接枝的方法是使基底材料與熔融態(tài)的單體接觸并使用紫 外光照射。對于聚酯材料而言，在大多數(shù)單體的熔融溫度下，材料都會發(fā)生 一定程度的分解。目前大多數(shù)的光引發(fā)接枝方法中都有溶劑的參與，而溶劑 會對具有精細表面結(jié)構(gòu)的可降解的高分子材料(例如聚酯)產(chǎn)生破壞；還會使高分子材料(例如聚甲基丙烯酸甲酯)產(chǎn)生銀紋；而且溶劑的存在還 會污染高分子材料的表面，破壞表面精細的拓撲結(jié)構(gòu)(尸o/j;肌fiw//. "96， 37, S9 P6.)。因此傳統(tǒng)的紫外輻射接枝技術(shù)并不適合大多數(shù)生物高分子材料。 其它已知的表面活化方法，如臭氧處理法、表面燃燒法、光致氧化法也同 樣不適用于大多數(shù)生物可降解高分子，因為會引起材料的水解而使材料失去 原有的性質(zhì)?；谕瑯拥脑?，通過硫酸、次氯酸、高氯酸或堿性條件下的 化學處理也是不可行的(5>mp. "朋，364， /S7-2M; ^"a/. 辨入7 7， 507 別,' /如/. Po/，. 5"c/.，2, S5，房3 2〃乙' /如/. Po/戸. 5W. 2W2，S5， "53 "62, / 5/o附W. W饑2002， 60， 3卵 W4.)。通過過硫酸鹽表面羥基化的修飾方法要求的溫度太高也不適用于大多數(shù)生物可降 解高分子。等離子處理可能會引起材料表面刻蝕，使被修飾的表面在小的孔 洞處達不到均勻修飾的效果。但是，等離子體處理在生物不可降解材料的改 性上有重要應(yīng)用，如聚二甲基硅垸的功能化改性(A勤fer ^W2，36，2,，《W5 爐)。在所有的生物可降解高分子材料中，聚交酯是應(yīng)用最廣泛的一種。它被 廣泛的研究用于傷口縫合線、外科整形固定材料以及藥物控制釋放中。雖然 以上應(yīng)用都是利用了聚交酯材料的本體性質(zhì)，但是在生物體內(nèi)材料表面性質(zhì) 帶來的影響是不可忽視的"rc/2. 5Wg. 7966,93， S39 S43;尸o/j肌5W. /9W， 9，瑞典皇家技術(shù)研究所Albertsson教授的研究小組發(fā)展了共價改性的生物不 可降解的高分子材料(例如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯) 表面的化學方法。他們將基底材料置于乙烯基單體和光引發(fā)劑的混合蒸汽氛 圍中，在沒有溶劑的條件下通過低劑量的紫外輻射進行改性。此后，Albertsson 教授等人又將類似的方法應(yīng)用于生物可降解高分子材料的表面改性中。通過靜電紡絲技術(shù)制備的聚合物納米纖維或納米非織造布材料具有極大 的比表面積和表面積體積比，同時纖維表面還會形成很多微孔，因此有很強 的吸附力以及良好的過濾性、阻隔性、粘合性和保溫性等，因而，將超細纖 維膜表面引入功能基團必然能夠使得可生物降解及吸收的超細纖維膜材料具 有更為廣泛的用途。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供經(jīng)過共價型表面接枝改性的，具有良好生物相 容性及良好生物物理力學性能的可生物降解及可生物吸收的聚酯超細纖維膜 材料。
本發(fā)明的目的之二是提供目的一的經(jīng)過共價型表面接枝改性的可生物降
解及可生物吸收的聚酯超細纖維膜的表面改性方法。
本發(fā)明的目的之三是提供可用于制備目的一膜的專用裝置。 本發(fā)明的目的之四是提供可用于傷口縫合線、外科整形固定材料以及藥
物控制釋放的表面接枝改性的可生物降解及可生物吸收的聚酯超細纖維膜材料。
本發(fā)明的經(jīng)過共價型表面接枝改性的可生物降解及可生物吸收的聚酯超 細纖維膜材料，是在聚酯生物高分子超細納米纖維單層膜或多層復合膜表面
接枝有單層接枝功能單體低聚物層，或多層接枝功能單體低聚物層，生成表
面改性的可生物降解及可生物吸收的聚酯超細纖維膜材料；
以聚酯生物高分子為基準，該膜材料的成分組成為50《聚酯生物高分子 <100重量份，0<功能單體低聚物《50重量份，所述的聚酯生物高分子的纖 維直徑在50nm 5000nm;所述的功能單體低聚物是以化學鍵接枝在超細纖維 膜材料的表面。
所述的聚酯生物高分子超細納米纖維單層膜中的聚酯是一種或多種聚酯 的物理共混紡絲纖維膜；所述的聚酯生物高分子超細納米纖維多層復合膜是
同種聚酯多層復合紡絲纖維膜，或不同種聚酯多層(做夾層)復合紡絲纖維 膜。
所述的接枝功能單體低聚物可以是單組分功能單體低聚物均聚，或多組 分功能單體低聚物共聚。
本發(fā)明的經(jīng)過共價型表面接枝改性的可生物降解及可生物吸收的高分子 超細纖維膜材料的纖維可以是無序排列結(jié)構(gòu)、單向排列結(jié)構(gòu)、交叉排列結(jié)構(gòu)、 巻曲無序結(jié)構(gòu)、巻曲單向排列結(jié)構(gòu)或巻曲交叉排列結(jié)構(gòu)。
所述的聚酯材料的分子量為10 100萬。選自聚(乳酸-羥基乙酸)的 共聚物(PLGA)，聚乳酸(聚丙交酯，PLA)，聚己內(nèi)酯(PCL)，聚乙交酯， 聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚羥基丁酸戊 酸酯，聚羥基丁酸己酸酯，聚磷酸酯，或丙交酯、乙交酯、丁內(nèi)酯、戊內(nèi)酯、己內(nèi)酯、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙垸中的兩種或兩種以上的共聚物等中的一種或一 種以上。
所述的接枝功能單體選自N-乙烯基吡咯烷酮(VP)、丙烯酰胺(AAm)、 N-異丙基丙烯酰胺、馬來酸酐(MAH)、甲基丙烯酸酯類化合物、多異氰酸 酯類化合物等中的一種或一種以上。
用于制備可生物降解及可生物吸收的聚酯超細纖維膜材料以及復合超細 纖維膜材料的靜電紡絲裝置，采用常規(guī)單噴頭或多噴頭靜電紡絲裝置(如背 景技術(shù)中所述)，或其它能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明方法，得到聚酯生物高分子超細納 米纖維膜材料的任何靜電紡絲裝置。
用于制備經(jīng)過共價型表面接枝改性的可生物降解及可生物吸收的聚酯超 細纖維膜材料以及復合超細纖維膜材料的裝置可采用如圖1所示的反應(yīng)裝置， 或其它能夠?qū)嵤┍景l(fā)明方法，得到本發(fā)明經(jīng)過共價型表面接枝改性的可生物 降解及可生物吸收的聚酯超細纖維膜材料以及復合超細纖維膜材料的任何裝 置。
本發(fā)明的經(jīng)過共價型表面接枝改性的可生物降解及可生物吸收的聚酯超 細纖維膜材料以及復合超細纖維膜材料的制備方法的步驟為
(1) .將可生物降解及可生物吸收聚酯材料通過靜電紡絲工藝制備成為 纖維直徑在50nm 5000nm的聚酯生物高分子超細納米纖維單層膜或多層復合 超細納米纖維膜；
(2) .將歩驟(1)中得到的聚酯生物高分子超細納米纖維單層膜或多層 復合超細納米纖維膜水平放入一連通雙體反應(yīng)連通器(接枝反應(yīng)裝置)的其 中一帶孔洞的特氟隆盤的容器中，且是放在特氟隆盤中間的孔洞位置處，然 后用可以透過紫外線的石英蓋蓋上此敞口容器；
(3) .將反應(yīng)所用液態(tài)的接枝功能單體和光引發(fā)劑混合物轉(zhuǎn)移至步驟(2) 的連通雙體反應(yīng)連通器中的另一容器中；其中，混合物中的接枝功能單體與 光引發(fā)劑的摩爾比為100:1到1:1;然后將連通雙體反應(yīng)連通器內(nèi)部抽真空并充 滿惰性氣體(如氬氣或氦氣等)，封閉反應(yīng)連通器的進、出氣口；
(4) .將步驟(3)的連通雙體反應(yīng)連通器浸入溫度為l(TC 9(rC的水浴 中，恒溫水浴槽控溫精度為士0.5X:，當體系溫度恒定之后，用紫外燈照射連 通雙體反應(yīng)連通器中裝有聚酯生物高分子超細納米纖維單層膜或多層復合超細納米纖維膜材料的容器，使紫外光通過石英蓋照射聚酯生物高分子超細納
米纖維單層膜或多層復合超細納米纖維膜材料；紫外燈與石英蓋的垂直距離 為1 cm 100cm;反應(yīng)時間為0.1小時 10小時；
(5).將步驟(4)所得到的聚酯生物高分子超細納米纖維單層膜或多層 復合超細納米纖維膜材料反復用去離子水及所選的可以溶解接枝功能單體的 有機溶劑沖洗聚酯生物高分子超細納米纖維單層膜或多層復合超細納米纖維 膜材料(可先放入去離子水中浸泡0.1小時 10小時，然后用所選溶解接枝功 能單體的有機溶劑(該有機溶劑不與聚酯發(fā)生反應(yīng))反復沖洗)；將所得到 的膜在真空干燥箱中干燥1小時 120小時。 所述的紫外燈功率為50W 500W。
所述的連通雙體反應(yīng)連通器浸入恒溫水浴槽中，是要使連通雙體反應(yīng)連 通器中的接枝功能單體的液面低于恒溫水浴槽中水的液面。
所述的反復沖洗后的超細纖維膜材料進一步用超聲清洗0.1小時 10小時。
所述的有機溶劑為甲酸、乙酸、乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙 酰胺、四氫呋喃、二甲基亞砜等常用有機溶劑或它們的任意混合物。
所述的引發(fā)劑選自過氧化物、偶氮化物、二硫化物、安息香酸類衍生 物、芳香酮類衍生物中的一種或一種以上。
所述的過氧化物是過氧化苯甲酰、過氧化二叔丁基、過氧化二碳酸雙(2-乙萄己酯等中的 一種或一種以上。
所述的偶氮化物是ABIN (偶氮二異丁腈)、偶氮二異庚腈等或它們的混 合物。
所述的二硫化物是二硫化氨基甲酸鐵、二丁基二硫化氨基甲酸銅等或它 們的混合物。
所述的安息香酸類衍生物是二苯乙醇酮，苯偶姻乙醚，苯偶姻叔丁醚等 中的一種或一種以上。
所述的芳香酮類衍生物是苯甲酮、烷氧基苯乙酮、芐基丙酮、二苯乙醇 酮、4-二氯二苯甲酮、六羥基二苯甲酮等中的一種或一種以上。
本發(fā)明的可用于制備經(jīng)過共價型表面接枝改性的可生物降解及可生物吸 收的聚酯超細纖維膜材料的裝置是一連通雙體反應(yīng)連通器(接枝反應(yīng)裝置) 結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括石英蓋、真空泵、惰性保護氣體氣源、紫外燈及控溫水浴槽等；反應(yīng)連通器基體可采用玻璃、不銹鋼等一切能夠讓反應(yīng)順利實
施的有機、無機材料制造；其形狀可以為方形、圓形、橢圓形等一切能夠讓
反應(yīng)順利實施的形狀。
一連通雙體反應(yīng)連通器，該連通雙體反應(yīng)連通器的一端為帶有敞口的容
器，另一端為不帶敞口的容器；在敞口容器里有一帶有孔洞的特氟隆原盤， -可以透過紫外線的石英蓋蓋在該容器的敞口上，該容器的真空泵接口通過
管路與真空泵相連接；不帶敞口的容器開有保護氣進氣口；
在帶有敞口容器的上方安裝有紫外燈，且紫外燈與石英蓋垂直。 所述的紫外燈與石英蓋垂直距離為lcm 100cm。 所述的特氟隆原盤位于連通雙體反應(yīng)連通器的連通管下方。 在特氟隆原盤的孔洞處放置纖維膜，在不帶敞口的容器里放有接枝功能
單體和引發(fā)劑。
本發(fā)明是通過共價型表面接枝改性的方法改性可生物降解及可生物吸收 的聚酯超細納米纖維材料，發(fā)明了共價型表面接枝改性的可生物降解及可生 物吸收的聚酯超細納米纖維膜材料的方法；通過所述方法可以將可生物降解 超細纖維膜的表面共價改性，制備出具有更好的生物相容性的、具有出色生 物物理力學性能的可生物降解的超細纖維膜材料，制備出的功能性的超細纖 維膜材料可用于生物醫(yī)學領(lǐng)域。
本發(fā)明的經(jīng)過共價型表面接枝改性的可生物降解及吸收的聚合物超細纖 維膜材料可用于手術(shù)縫合材料、外科整形固定材料、藥物控制釋放材料及其 它高分子體內(nèi)埋植劑材料的生產(chǎn)制造；本發(fā)明的表面改性方法還可用于微流 體器件中微通道的表面修飾，可以很好的保持通道的形貌。
本發(fā)明用紫外燈照射對膜的生物性能沒有影響，其它可引發(fā)反應(yīng)的方法 則會對膜產(chǎn)生破壞。氣態(tài)的單體和引發(fā)劑與膜反應(yīng)，好處是不需要用溶劑， 從而避免了溶劑對膜的破壞。
本發(fā)明的特點在于提供了一種有效的通過接枝的方法進行生物可降解 聚酯超細纖維膜的表面共價接枝改性方法，提供了在超細纖維膜的表面引入 功能基團的新型思路，擴展了可生物降解高分子和超細纖維的應(yīng)用領(lǐng)域，通 過實現(xiàn)功能單體在超細纖維膜表面的接枝聚合，成功制備出具有不同表面接 枝層厚度的、不同生物醫(yī)學性能的可生物降解的超細纖維膜材料，使得最終 制品兼?zhèn)淞肆己玫纳锵嗳菪院筒牧媳砻婢毿蚊部煽氐碾p重特點，更大的發(fā)揮了電紡絲制品的應(yīng)用領(lǐng)域。為手術(shù)縫合材料、外科整形固定材料、藥物 控制釋放材料及其它高分子體內(nèi)埋植劑材料制造領(lǐng)域擴展了生物可降解高分 子超細纖維膜的應(yīng)用前景。


圖1.用于制備本發(fā)明表面接枝改性的可生物降解及吸收的聚酯超細纖維 膜的接枝反應(yīng)裝置示意圖。 附圖標記l.紫外燈 2.連通雙體反應(yīng)連通器 3.石英蓋 4.特氟隆原盤 5.纖維膜 6.單體和引發(fā)劑 7.真空泵接口 8.保護氣進氣口具體實施方式
實施例1可用于制備本發(fā)明表面接枝改性的可生物降解及吸收的聚酯超細纖維膜 的接枝反應(yīng)裝置請參見圖1。一玻璃的連通雙體反應(yīng)連通器2，該連通雙體反應(yīng)連通器的一端為帶有敞 口的容器，另一端為不帶敞口的容器；在敞口容器里有一帶有孔洞的特氟隆 原盤4，且特氟隆原盤位于連通雙體反應(yīng)連通器的連通管下方，特氟隆原盤的 孔洞處為聚酯超細纖維膜材料或復合超細纖維膜5， 一可以透過紫外線的石英 蓋3蓋在該容器的敞口上，該容器的真空泵接口 7通過管路與真空泵相連接； 不帶敞口的容器里放有接枝功能單體和引發(fā)劑6，該容器開有保護氣進氣口8; 在帶有敞口容器的上方安裝有紫外燈1，且紫外燈與石英蓋垂直距離為lcm 100cm。(1) 將聚左旋乳酸(PLLA)通過靜電紡絲工藝制備成為纖維直徑為500nm 的超細纖維膜；(2) 將步驟(l)高分子材料聚左旋乳酸(PLLA)制備的超細纖維膜水平 放入一連通雙體反應(yīng)連通器(接枝反應(yīng)裝置)的其中一帶孔洞的特氟隆盤的 容器中，且是放在特氟隆盤中間的孔洞位置處，然后用可以透過紫外線的、 與容器接合部分涂有真空酯的石英蓋蓋上此敞口容器；(3) 接枝單體與引發(fā)劑混合液的配制配制丙烯酰胺與二苯甲酮摩爾比 為10:1的混合溶液40ml，混合均勻，用注射器通過反應(yīng)器將混合溶液置于歩 驟(2)的連通雙體反應(yīng)連通器中的另一容器中；(4) 通過真空系統(tǒng)將步驟(3)反應(yīng)器中的空氣抽走，緩慢充入氦氣； 反復三次，以完全排除氧氣；
(5) 封閉步驟(4)反應(yīng)器的進、出氣口。將反應(yīng)器浸入40。C的恒溫水
浴槽中，直至反應(yīng)器內(nèi)溫度平衡；
(6) 當步驟(5)反應(yīng)器的體系溫度恒定之后，用紫外燈(功率300W) 照射連通雙體反應(yīng)連通器中裝有聚左旋乳酸(PLLA)超細纖維膜材料的容器， 使紫外光通過石英蓋照射聚左旋乳酸(PLLA)超細纖維膜材料；紫外燈與石 英蓋的垂直距離為10cm;反應(yīng)時間為0.5小時；
(7) 將步驟(6)所得到的聚左旋乳酸(PLLA)表面接枝聚丙烯酰胺的 超細纖維膜材料放入去離子水中浸泡2小時；反復用去離子水清洗；然后用 無水乙醇反復沖洗，
(8) 將步驟(7)所得到的表面改性的超細膜在真空干燥箱(溫度為20 °C)中干燥3小時，稱重法得到接枝在表面的聚丙烯胺占PLLA超細纖維膜 含量的6%;
將經(jīng)過共價表面接枝改性過的纖維膜用于藥物物包埋試驗，細胞相容性 良好。材料表面微觀尺度的結(jié)構(gòu)保存良好未被破壞。
實施例2
設(shè)備與實施例l相同。
(1) 將聚己內(nèi)酯(PCL)通過靜電紡絲工藝制備成為纖維直徑為200nm 的PCL超細纖維膜；
(2) 將步驟(l)高分子材料聚己內(nèi)酯(PCL)制備的超細纖維膜水平放入 一連通雙體反應(yīng)連通器(接枝反應(yīng)裝置)的其中一帶孔洞的特氟隆盤的容器 中，且是放在特氟隆盤中間的孔洞位置處，然后用可以透過紫外線的、與容 器接合部分涂有真空酯的石英蓋蓋上此敞口容器；
(3) 接枝單體與引發(fā)劑混合液的配制配制馬來酸酐與二苯甲酮摩爾比 為80:1的混合溶液40ml，混合均勻，用注射器通過反應(yīng)器將混合溶液置于步 驟(2)的連通雙體反應(yīng)連通器中的另一容器中；
(4) 通過真空系統(tǒng)將步驟(3)反應(yīng)器中的空氣抽走，緩慢充入氦氣； 反復三次，以完全排除氧氣；
(5) 封閉步驟(4)反應(yīng)器的進、出氣口。將反應(yīng)器浸入6(TC的恒溫水 浴槽中，直至反應(yīng)器內(nèi)溫度平衡；(6) 當步驟(5)反應(yīng)器的體系溫度恒定之后，用紫外燈(功率300W) 照射連通雙體反應(yīng)連通器中裝有聚己內(nèi)酯(PCL)超細纖維膜材料的容器，使 紫外光通過石英蓋照射聚己內(nèi)酯(PCL)超細纖維膜材料；紫外燈與石英蓋的 垂直距離為15cm;反應(yīng)時間為2小時；
(7) 將步驟(6)所得到的聚己內(nèi)酯(PCL)表面接枝低聚馬來酸酐的PCL 超細纖維膜材料放入去離子水中浸泡2小時；反復用去離子水清洗；然后用 無水丙酮反復沖洗；
(8) 將膜在真空干燥箱(溫度為20°C)中干燥10小時，稱重法得到接 枝在表面的聚馬來酸酐占PCL超細纖維膜含量的10%;
將經(jīng)過共價表面接枝改性過的PCL超細纖維膜親水性明顯提高，容易被 浸潤，將提高其作為生物醫(yī)用材料的相容性能。
實施例3
設(shè)備與實施例l相同。
(1) 將聚(乳酸-羥基乙酸)共聚物(PLGA)通過靜電紡絲工藝制備成 為纖維直徑在1000nm的聚酯超細纖維膜；
(2) 將步驟(1)高分子材料聚(乳酸-羥基乙酸)共聚物(PLGA)制備 的超細纖維膜水平放入一連通雙體反應(yīng)連通器(接枝反應(yīng)裝置)的其中一帶 孔洞的特氟隆盤的容器中，且是放在特氟隆盤中間的孔洞位置處，然后用可 以透過紫外線的、與容器接合部分涂有真空酯的石英蓋蓋上此敞口容器；
(3) 接枝單體與引發(fā)劑混合液的配制配制N-乙烯基吡咯垸酮與二苯甲 酮摩爾比為20: l的混合溶液40ml，混合均勻，用注射器通過反應(yīng)器將混合 溶液置于步驟(2)的連通雙體反應(yīng)連通器中的另一容器中；
(4) 通過真空系統(tǒng)將步驟(3)反應(yīng)器中的空氣抽走，緩慢充入氬氣； 反復三次，以完全排除氧氣；
(5) 封閉步驟(4)反應(yīng)器的進、出氣口。將反應(yīng)器浸入5(TC的恒溫水 浴槽中，直至反應(yīng)器內(nèi)溫度平衡；
(6) 當步驟(5)反應(yīng)器的體系溫度恒定之后，用紫外燈(功率150W) 照射連通雙體反應(yīng)連通器中裝有聚(乳酸-羥基乙酸)共聚物(PLGA)超細 纖維膜材料的容器，使紫外光通過石英蓋照射聚(乳酸-羥基乙酸)共聚物
(PLGA)超細纖維膜材料；紫外燈與石英蓋的垂直距離為50cm;反應(yīng)時間 為5小時；(7) 將步驟(6)所得到的聚(乳酸-羥基乙酸)共聚物(PLGA)表面接 枝聚N-乙烯基吡咯垸酮的超細纖維膜材料放入去離子水中浸泡3小時；反復 用去離子水清洗；然后用無水乙醇反復沖洗；(8) 將膜在真空干燥箱(溫度為2(TC)中干燥20小時，稱重法得到接 枝在表面的聚N-乙烯基吡咯烷酮占PLGA超細纖維膜含量的18%;將經(jīng)過共價表面接枝改性過的纖維膜用于藥物包埋試驗，細胞相容性良 好。材料表面微觀尺度的結(jié)構(gòu)保存良好未被破壞。實施例4設(shè)備與實施例2相同。(1) 將聚(丙交酯-乙交酯)共聚物通過靜電紡絲工藝制備成為纖維直 徑在1000nm的聚酯超細納米纖維膜；(2) 將步驟(1)高分子材料聚(丙交酯-乙交酯)共聚物制備的超細纖 維膜水平放入一連通雙體反應(yīng)連通器(接枝反應(yīng)裝置)的其中一帶孔洞的特 氟隆盤的容器中，且是放在特氟隆盤中間的孔洞位置處，然后用可以透過紫 外線的、與容器接合部分涂有真空酯的石英蓋蓋上此敞口容器；(3) 接枝單體與引發(fā)劑混合液的配制配制馬來酸酐/丙烯酰胺與安息 香酸摩爾比為20: 20: l的混合溶液40ml，混合均勻，用注射器通過反應(yīng)器 將混合溶液置于步驟(2)的連通雙體反應(yīng)連通器中的另一容器中；(4) 通過真空系統(tǒng)將步驟(3)反應(yīng)器中的空氣抽走，緩慢充入氦氣； 反復三次，以完全排除氧氣；(5) 封閉步驟(4)反應(yīng)器的進、出氣口。將反應(yīng)器浸入6CTC的恒溫水 浴槽中，直至反應(yīng)器內(nèi)溫度平衡；(6) 當步驟(5)反應(yīng)器的體系溫度恒定之后，用紫外燈(功率300W) 照射連通雙體反應(yīng)連通器中裝有聚(丙交酯-乙交酯)共聚物超細纖維膜材料 的容器，使紫外光通過石英蓋照射聚(丙交酯-乙交酯)共聚物超細纖維膜材 料；紫外燈與石英蓋的垂直距離為25cm;反應(yīng)時間為1小時；(7) 將步驟(6)所得到的聚(丙交酯-乙交酯)共聚物表面接枝聚馬來 酸酐和丙烯酰胺共聚物的超細纖維膜材料放入去離子水中浸泡5小時；反復 用去離子水清洗；(8) 將膜在真空干燥箱(溫度為20°C)中干燥20小時，稱重法得到接 枝在表面的聚馬來酸酐和丙烯酰胺共聚物占聚(丙交酯-乙交酯)共聚物超細纖維膜含量的5%;
將經(jīng)過共價表面接枝改性過的纖維膜用于藥物物包埋試驗，細胞相容性 良好。
設(shè)備與實施例l相同。
(1) 將聚己內(nèi)酯(PCL)，聚丙交酯(PLA)通過靜電紡絲工藝制備成為 纖維直徑在500nm的物理共混型復合超細纖維膜；
(2) 將步驟(1)高分子材料聚己內(nèi)酯(PCL) /聚丙交酯(PLA)制備的 復合超細纖維膜水平放入一連通雙體反應(yīng)連通器(接枝反應(yīng)裝置)的其中一 帶孔洞的特氟隆盤的容器中，且是放在特氟隆盤中間的孔洞位置處，然后用 可以透過紫外線的、與容器接合部分涂有真空酯的石英蓋蓋上此敞口容器；
(3) 接枝單體與引發(fā)劑混合液的配制配制N-異丙基丙烯酰胺與安息香 酸摩爾比為5:1的混合溶液40ml，混合均勻，用注射器通過反應(yīng)器將混合溶 液置于步驟(2)的連通雙體反應(yīng)連通器中的另一容器中；
(4) 通過真空系統(tǒng)將步驟(3)反應(yīng)器中的空氣抽走，緩慢充入氦氣； 反復三次，以完全排除氧氣；
(5) 封閉步驟(4)反應(yīng)器的進、出氣口。將反應(yīng)器浸入6(TC的恒溫水
浴槽中，直至反應(yīng)器內(nèi)溫度平衡；
(6) 當步驟(5)反應(yīng)器的體系溫度恒定之后，用紫外燈(功率300W) 照射連通雙體反應(yīng)連通器中裝有聚己內(nèi)酯(PCL) /聚丙交酯(PLA)復合超 細纖維膜材料的容器，使紫外光通過石英蓋照射聚己內(nèi)酯(PCL) /聚丙交酯
(PLA)復合超細纖維膜材料；紫外燈與石英蓋的垂直距離為30cm;反應(yīng)時 間為1小時；
(7) 將步驟(6)所得到的聚己內(nèi)酯(PCL) /聚丙交酯(PLA)表面接 枝聚N-異丙基丙烯酰胺的復合超細纖維膜材料放入去離子水中浸泡10小時； 反復用去離子水清洗；然后用無水乙醇反復沖洗；
(8) 將膜在真空干燥箱(溫度為2(TC)中干燥20小時，稱重法得到接 枝在表面的聚N-異丙基丙烯酰胺占聚己內(nèi)酯(PCL) /聚丙交酯(PLA)復合 超細纖維膜含量的5%;
將經(jīng)過共價表面接枝改性過的復合超細纖維膜用于藥物物包埋試驗，細 胞相容性良好。材料表面微觀尺度的結(jié)構(gòu)保存良好未被破壞。實施例6
設(shè)備與實施例l相同。
(1) 將聚磷酸酯，聚乳酸通過靜電紡絲工藝制備成為纖維直徑在500nm 的雙層聚酯復合超細纖維膜；
(2) 將步驟(1)高分子材料聚磷酸酯，聚乳酸制備的雙層復合超細纖 維膜水平放入一連通雙體反應(yīng)連通器(接枝反應(yīng)裝置)的其中一帶孔洞的特 氟隆盤的容器中，且是放在特氟隆盤中間的孔洞位置處，然后用可以透過紫 外線的、與容器接合部分涂有真空酯的石英蓋蓋上此敞口容器；
(3) 接枝單體與引發(fā)劑混合液的配制配制N-異丙基丙烯酰胺與馬來酸 酐與安息香酸摩爾比為10:10:1混合溶液40ml，混合均勻，用注射器通過反 應(yīng)器將混合溶液置于步驟(2)的連通雙體反應(yīng)連通器中的另一容器中；
(4) 通過真空系統(tǒng)將步驟(3)反應(yīng)器中的空氣抽走，緩慢充入氦氣； 反復三次，以完全排除氧氣；
(5) 封閉步驟(4)反應(yīng)器的進、出氣口。將反應(yīng)器浸入45。C的恒溫水 浴槽中，直至反應(yīng)器內(nèi)溫度平衡；
(6) 當步驟(5)反應(yīng)器的體系溫度恒定之后，用紫外燈(功率300W) 照射連通雙體反應(yīng)連通器中裝有聚磷酸酯，聚乳酸雙層復合超細纖維膜材料 的容器，使紫外光通過石英蓋照射聚磷酸酯，聚乳酸雙層復合超細纖維膜材 料；紫外燈與石英蓋的垂直距離為20cm;反應(yīng)時間為0.5小時；
(7) 將步驟(6)所得到的聚磷酸酯，聚乳酸表面接枝聚N-異丙基丙烯 酰胺與馬來酸酐低聚物的雙層復合超細纖維膜材料放入去離子水中浸泡2小 時；反復用去離子水清洗；然后用無水丙酮反復沖洗；反復沖洗后雙層復合 超細纖維膜材料進一步用超聲清洗5分鐘；
(8) 將膜在真空干燥箱(溫度為20°C)中干燥20小時；稱重法得到接 枝在表面的聚N-異丙基丙烯酰胺與馬來酸酐的共聚物占聚磷酸酯，聚乳酸雙 層復合超細纖維膜含量的3%;
將經(jīng)過共價表面接枝改性過的雙層復合超細纖維膜用于藥物物包埋試 驗，細胞相容性良好。材料表面微觀尺度的結(jié)構(gòu)保存良好未被破壞。
權(quán)利要求
1.一種表面接枝改性的可生物降解及吸收的聚酯超細纖維膜，其特征是在聚酯生物高分子超細納米纖維單層膜或多層復合膜表面接枝有單層接枝功能單體低聚物層，或多層接枝功能單體低聚物層，生成表面改性的可生物降解及可生物吸收的聚酯超細纖維膜材料；以聚酯生物高分子為基準，該膜材料的成分組成為50≤聚酯生物高分子＜100重量份，0＜功能單體低聚物≤50重量份，所述的聚酯生物高分子的纖維直徑在50nm～5000nm；所述的功能單體低聚物是以化學鍵接枝在超細纖維膜材料的表面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜，其特征是所述的聚酯生物高分子超細納 米纖維單層膜中的聚酯是一種或多種聚酯的物理共混紡絲纖維膜；所述的聚 酯生物高分子超細納米纖維多層復合膜是同種聚酯多層復合紡絲纖維膜，或 不同種聚酯多層復合紡絲纖維膜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的膜，其特征是所述的表面接枝改性的可 生物降解及可生物吸收的高分子超細纖維膜材料的纖維是無序排列結(jié)構(gòu)、單 向排列結(jié)構(gòu)、交叉排列結(jié)構(gòu)、巻曲無序結(jié)構(gòu)、巻曲單向排列結(jié)構(gòu)或巻曲交叉 排列結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的膜，其特征是所述的聚酯選自聚(乳酸-羥基乙酸)的共聚物，聚乳酸，聚己內(nèi)酯，聚乙交酯，聚對苯二甲酸乙二 醇酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚羥基丁酸戊酸酯，聚羥基丁酸己酸酯，聚磷酸 酯，或丙交酯、乙交酯、丁內(nèi)酯、戊內(nèi)酯、己內(nèi)酯、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙浣中 的兩種或兩種以上的共聚物中的一種或一種以上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜，其特征是所述的接枝功能單體選自N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰胺、N-異丙基丙烯酰胺、馬來酸酐、甲基丙烯酸酯類化合物、多異氰酸酯類化合物中的一種或一種以上。
6. —種根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項所述的膜的制備方法，其特征是，該制備方法的步驟為(1).將纖維直徑在50nm 5000nm的聚酯生物高分子超細納米纖維單層 膜或多層復合超細納米纖維膜水平放入一連通雙體反應(yīng)連通器的其中一帶孔洞的特氟隆盤的容器中，且是放在特氟隆盤中間的孔洞位置處，然后用可以 透過紫外線的石英蓋蓋上此敞口容器；(2) .將反應(yīng)所用液態(tài)的接枝功能單體和光引發(fā)劑混合物轉(zhuǎn)移至步驟(1) 的連通雙體反應(yīng)連通器中的另一容器中；其中，混合物中的接枝功能單體與 光引發(fā)劑的摩爾比為100:1到1:1;然后將連通雙體反應(yīng)連通器內(nèi)部抽真空并充 滿惰性氣體，封閉反應(yīng)連通器的進、出氣口；(3) .將步驟(2)的連通雙體反應(yīng)連通器浸入溫度為HTC 9(rC的水浴 中，恒溫水浴槽控溫精度為土0.5'C,當體系溫度恒定之后，用紫外燈照射連 通雙體反應(yīng)連通器中裝有聚酯生物高分子超細納米纖維單層膜或多層復合超 細納米纖維膜材料的容器，使紫外光通過石英蓋照射聚酯生物高分子超細納 米纖維單層膜或多層復合超細納米纖維膜材料；紫外燈與石英蓋的垂直距離 為1 cm 1 OOcm;反應(yīng)時間為0.1小時 10小時；(4) .將步驟(3)所得到的聚酯生物高分子超細納米纖維單層膜或多層 復合超細納米纖維膜材料反復用去離子水及所選的可以溶解接枝功能單體的 有機溶劑沖洗聚酯生物高分子超細納米纖維單層膜或多層復合超細納米纖維 膜材料；將所得到的膜在真空干燥箱中干燥。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是所述的紫外燈功率為50W 500W。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是所述的連通雙體反應(yīng)連通器浸入恒溫水浴槽中，是要使連通雙體反應(yīng)連通器中的接枝功能單體的液面低于恒溫水浴槽中水的液面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是所述的反復沖洗后的超細纖維膜材料進一步用超聲清洗0.1小時 10小時。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是所述的有機溶劑為甲酸、乙酸、乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氫呋喃、二甲基亞砜或 它們的任意混合物。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是所述的引發(fā)劑選自過氧化 物、偶氮化物、二硫化物、安息香酸類衍生物、芳香酮類衍生物中的一種或 一種以上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征是所述的過氧化物是過氧化苯 甲酰、過氧化二叔丁基、過氧化二碳酸雙(2-乙基)己酯中的一種或一種以上；所述的偶氮化物是偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈或它們的混合物；所述的二硫化物是二硫化氨基甲酸鐵、二丁基二硫化氨基甲酸銅或它們的混合物；所述的安息香酸類衍生物是二苯乙醇酮，苯偶姻乙醚，苯偶姻叔丁醚中 的一種或一種以上；所述的芳香酮類衍生物是苯甲酮、垸氧基苯乙酮、芐基丙酮、二苯乙醇 酮、4-二氯二苯甲酮、六羥基二苯甲酮中的一種或一種以上。
13. —種制備權(quán)利要求1 5任一項所述的膜的裝置，包括石英蓋、真空 泵、惰性保護氣體氣源、紫外燈及控溫水浴槽；其特征是一連通雙體反應(yīng)連通器，該連通雙體反應(yīng)連通器的一端為帶有敞口的容 器，另一端為不帶敞口的容器；在敞口容器里有一帶有孔洞的特氟隆原盤， 一可以透過紫外線的石英蓋蓋在該容器的敞口上，該容器的真空泵接口通過 管路與真空泵相連接；不帶敞口的容器開有保護氣進氣口；在帶有敞口容器的上方安裝有紫外燈，且紫外燈與石英蓋垂直。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征是所述的紫外燈與石英蓋垂直 距離為lcm 100cm。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征是所述的特氟隆原盤位于連通雙體反應(yīng)連通器的連通管下方。
16. —種制備權(quán)利要求1 5任一項所述的膜的用途，其特征是所述的膜材料用于生物醫(yī)學領(lǐng)域。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的用途，其特征是所述的膜材料用于手術(shù)縫 合材料、外科整形固定材料、藥物控制釋放材料或體內(nèi)埋植劑材料。
全文摘要
本發(fā)明屬于表面改性聚合物超細纖維膜領(lǐng)域，特別涉及表面接枝改性的可生物降解及可生物吸收的聚酯超細纖維膜材料，及其化學表面改性方法和制備膜的裝置，以及膜在生物醫(yī)學方面的用途。本發(fā)明通過靜電紡絲工藝制備出的直徑為幾十納米至幾千納米的纖維組成的無紡布材料，通過功能單體在材料表面聚合以共價鍵形式與基底材料結(jié)合，將超細纖維膜材料表面引入多種功能基團，改善材料的表面親水性能與疏水性能，并改善與組織細胞的生物相容性。所制備材料可用于手術(shù)縫合材料、外科整形固定材料、藥物控制釋放材料及其它高分子埋植劑材料的生產(chǎn)制造；所述表面改性方法可用于微流體器件中微通道的表面修飾，并很好的保持通道的形貌。
文檔編號C08K5/14GK101302303SQ20071009900
公開日2008年11月12日 申請日期2007年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月8日
發(fā)明者昕 劉, 許杉杉, 賀愛華, 韓志超 申請人:中國科學院化學研究所