CN103993425A - 一种聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜的制备方法 - Google Patents

一种聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜的制备方法，包括：将聚己内酯溶于溶剂中，搅拌溶解，得到聚己内酯溶液；将角蛋白溶于溶剂中，搅拌溶解，得到角蛋白溶液；将聚己内酯溶液与角蛋白溶液按质量比为95∶5-5∶95混合，搅拌混匀，得到纺丝液，然后进行静电纺丝，即得。本发明通过静电纺丝的方法，将天然生物大分子材料角蛋白与聚己内酯复合制备成纳米纤维膜，使该纳米纤维膜在具备高孔隙率的同时，显示出良好的力学及生物学性能。

Description

一种聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜的制备方法
技术领域
本发明属于纳米纤维膜的制备领域，特别涉及一种聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜的制备方法。
背景技术
角蛋白是一种不溶性的纤维状动物蛋白质，是外胚层细胞的结构蛋白，广泛存在于动物皮肤及皮肤附属物中，如毛发、蹄、壳、爪、角、鳞片等。近几年的大量研究表明，角蛋白是一种生物相容性好且不被机体免疫排斥的优质生物医用材料，具有广阔的应用前景。目前，国内外已开展大量关于角蛋白生物材料的基础研究及动物实验研究，在创伤敷料[Wound Repair and Regeneration,2012,20:236-242]、人造骨[Journal of Bioactive andCompatible Polymers,2013,28:141-153]以及神经修复[Biomaterials34(2013)5907-5914]等方面都取得了良好效果，并有部分产品应用于临床。
但现有研究证明，由于角蛋白的分子量较低，单一的角蛋白材料制成的膜材料通常较脆，且力学强度不高，使其应用性受到限制。因此，目前，大多数的角蛋白基生物材料往往采用角蛋白与天然高分子或人工高分子复合，这样既可以保持以改善单一角蛋白力学性能较差的不足，如丝素蛋白[Biomacromolecules,2008,9,1299–1305]、PVA[Advances inMaterials Science and Engineering,2014,Article ID163678]、PLGA[Journal of Bioactive andCompatible Polymers,2013,28:141-153]、PLLA[Biomed.Mater.2013,8:1-9]等。聚己内酯(PCL)是一种商业化的；医用高分子材料，具有良好的生物相容性和可降解性，已通过美国药监局的批准，被广泛应用于药物载体、软组织修复、组织工程材料等生物医用领域。因此，本发明开发了一种基于聚己内酯和角蛋白两种材料的复合材料。同时，为了获得具有高孔隙率的膜状材料，本发明采用静电纺丝的方法制备聚己内酯和角蛋白复合膜。静电纺丝技术是指利用高压电场环境使聚合物纺丝液形成带电的喷射流，该喷射流在电场作用下被拉长，溶剂挥发，最后在接收装置上形成一定形态的纳米纤维。近十几年来，该技术已成为制备纳米纤维材料的有效途径之一，所得纳米纤维孔隙率高，形态可控，被广泛应用于医用敷料、组织工程支架等领域。本发明所制备的聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜即保持了角蛋白良好的生物活性，又具备聚己内酯良好的韧性和力学强度，有望应用于医用敷料等领域。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜的制备方法，该发明通过静电纺丝的方法，将天然生物大分子材料角蛋白与聚己内酯复合制备成纳米纤维膜，使该纳米纤维膜在具备高孔隙率的同时，显示出良好的力学及生物学性能。
本发明的一种聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜的制备方法，包括：
(1)将聚己内酯溶于溶剂中，搅拌溶解，得到聚己内酯溶液；
(2)将角蛋白溶于溶剂中，搅拌溶解，得到角蛋白溶液；
(3)将聚己内酯溶液与角蛋白溶液按质量比为95:5-5:95混合，搅拌混匀，得到纺丝液，然后进行静电纺丝，即得聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜。
所述步骤(1)中溶剂为乙酸或乙酸/甲酸混合溶液；其中乙酸的质量体积百分浓度大于或等于80％，乙酸/甲酸混合液中乙酸和甲酸的体积比为1:9-9：1。
所述步骤(1)中聚己内酯的平均分子量为70,000-90,000。
所述步骤(1)中聚己内酯溶液的浓度为80-100mg/ml。
所述步骤(2)中溶剂为甲酸或乙酸/甲酸混合溶液；其中甲酸的质量体积百分浓度大于或等于80％，乙酸/甲酸混合液中乙酸和甲酸的体积比为1:9-9：1。
所述步骤(2)中角蛋白溶液的浓度为10-20mg/ml。
所述步骤(2)中角蛋白为采用还原法、氧化法、水解法得到的角蛋白。
所述步骤(2)中角蛋白为动物提取角蛋白或基因重组技术得到的角蛋白。
所述的角蛋白可以从人发、羊毛、家禽羽毛、牛毛等人或动物毛发提取而得，也可以是来源于盲鳗等其它已报道的动物体，也可以是基因重组技术得到的角蛋白产物。
所述步骤(2)中角蛋白的分子量为3-300kDa。
所述步骤(3)中静电纺丝工艺参数为：电压13-35kV，接收距离8-22cm，纺丝速率为0.5-1.5ml/h，喷丝孔内径为0.7-0.9mm，纺丝温度20-30℃，纺丝湿度45-65％；以铝箔或布接收纳米丝。
所述步骤(3)中所得的聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜用于医用创伤敷料。
所述步骤(3)中所得的纳米纤维膜为三维网状结构，纤维直径为50-800nm。
有益效果
本发明通过静电纺丝的方法，将天然生物大分子材料角蛋白与聚己内酯复合制备成纳米纤维膜，使该纳米纤维膜在具备高孔隙率的同时，显示出良好的力学及生物学性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将质量为0.8g，分子量范围为70,000-90,000的聚己内酯溶于10ml、体积比为30/70的乙酸/甲酸混合液中，室温下进行磁力搅拌至完全溶解，得到浓度为质量80mg/ml的聚己内酯溶液。将0.2g角蛋白固体溶于10ml甲酸，室温下进行磁力搅拌至完全溶解，得到浓度为20mg/ml的角蛋白溶液。将上述聚己内酯与角蛋白溶液按照质量比60：40的比例进行混合，磁力搅拌至混合均匀。将上述所得聚己内酯/角蛋白溶液进行静电纺丝，静电纺丝参数为电压15kV，接收距离12cm，纺丝速率为0.5ml/h，喷丝孔内径为0.7mm，纺丝温度25℃，纺丝湿度50％。以铝箔为接收器接收喷射产生的纳米丝，得到聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜。
实施例2
将质量为1.0g，分子量范围为70,000-90,000的聚己内酯溶于10ml乙酸中，室温下进行磁力搅拌至完全溶解，得到浓度为质量100mg/ml的聚己内酯溶液。将0.15g角蛋白固体溶于纯甲酸中，室温下进行磁力搅拌至完全溶解，得到浓度为15mg/ml的角蛋白溶液。将上述聚己内酯与角蛋白溶液按照质量比50：50的比例进行混合，磁力搅拌至混合均匀。将上述所得聚己内酯/角蛋白溶液进行静电纺丝，静电纺丝参数为电压13kV，接收距离10cm，纺丝速率为0.8ml/h，喷丝孔内径为0.7mm，纺丝温度30℃，纺丝湿度65％。以铝箔为接收器接收喷射产生的纳米丝，得到聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜。
实施例3
将质量为1.0g，分子量范围为70,000-90,000的聚己内酯溶于10ml、体积比为10/90的乙酸/甲酸混合液中，室温下进行磁力搅拌至完全溶解，得到浓度为质量100mg/ml的聚己内酯溶液。将0.15g角蛋白固体溶于10ml、体积比为10/90的乙酸/甲酸混合液中，室温下进行磁力搅拌至完全溶解，得到浓度为15mg/ml的角蛋白溶液。将上述聚己内酯与角蛋白溶液按照质量比95：5的比例进行混合，磁力搅拌至混合均匀。将上述所得聚己内酯/角蛋白溶液进行静电纺丝，静电纺丝参数为电压13kV，接收距离8cm，纺丝速率为1.5ml/h，喷丝孔内径为0.9mm，纺丝温度20℃，纺丝湿度45％。以铝箔为接收器接收喷射产生的纳米丝，得到聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜。
实施例4
将质量为0.8g，分子量范围为70,000-90,000的聚己内酯溶于10ml、体积比为90/10的乙酸/甲酸混合液中，室温下进行磁力搅拌至完全溶解，得到浓度为质量80mg/ml的聚己内酯溶液。将0.2g角蛋白固体溶于10ml、体积比为90/10的乙酸/甲酸混合液中，室温下进行磁力搅拌至完全溶解，得到浓度为20mg/ml的角蛋白溶液。将上述聚己内酯与角蛋白溶液按照质量比5：95的比例进行混合，磁力搅拌至混合均匀。将上述所得聚己内酯/角蛋白溶液进行静电纺丝，静电纺丝参数为电压35kV，接收距离22cm，纺丝速率为1.5ml/h，喷丝孔内径为0.9mm，纺丝温度20℃，纺丝湿度55％。以布为接收器接收喷射产生的纳米丝，得到聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜。
实施例5
将质量为0.8g，分子量范围为70,000-90,000的聚己内酯溶于10ml乙酸，室温下进行磁力搅拌至完全溶解，得到浓度为质量80mg/ml的聚己内酯溶液。将0.15g角蛋白固体溶于10ml乙酸，室温下进行磁力搅拌至完全溶解，得到浓度为15mg/ml的角蛋白溶液。将上述聚己内酯与角蛋白溶液按照质量比95：5的比例进行混合，磁力搅拌至混合均匀。将上述所得聚己内酯/角蛋白溶液进行静电纺丝，静电纺丝参数为电压15kV，接收距离12cm，纺丝速率为1.0ml/h，喷丝孔内径为0.7mm，纺丝温度15℃，纺丝湿度55％。以铝箔为接收器接收喷射产生的纳米丝，得到聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜。
实施例6
将质量为1.0g，分子量范围为70,000-90,000的聚己内酯溶于10ml、体积比为30/70
的乙酸/甲酸混合液，室温下进行磁力搅拌至完全溶解，得到浓度为质量100mg/ml的聚己内酯溶液。将0.2g角蛋白固体溶于10ml乙酸，室温下进行磁力搅拌至完全溶解，得到浓度为20mg/ml的角蛋白溶液。将上述聚己内酯与角蛋白溶液按照质量比90：10的比例进行混合，磁力搅拌至混合均匀。将上述所得聚己内酯/角蛋白溶液进行静电纺丝，静电纺丝参数为电压15kV，接收距离12cm，纺丝速率为1.2ml/h，喷丝孔内径为0.7mm，纺丝温度15℃，纺丝湿度55％。以铝箔为接收器接收喷射产生的纳米丝，得到聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜。
实施例7
按照实施例1中所述的制备方法制备聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜，经分析测定，复合纳米纤维材料在干燥状态下的断裂强度为1.4MPa，断裂伸长率为60％，孔隙率93％。以血管内皮细胞为细胞模型，采用扫描电子显微镜观察细胞在材料上的黏附形态，并通过MTT法对细胞的增殖行为进行评价，结果表明，内皮细胞在复合纳米纤维材料上表现出良好的黏附形态和增殖行为，与单一聚己内酯纳米纤维膜相比具有显著性差异。按照实施例1中所述的制备方法，以单一的角蛋白制备的纳米纤维膜在干燥状态下脆性强、易破碎。

Claims (11)

1.一种聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜的制备方法，包括：
(1)将聚己内酯溶于溶剂中，搅拌溶解，得到聚己内酯溶液；
(2)将角蛋白溶于溶剂中，搅拌溶解，得到角蛋白溶液；
(3)将聚己内酯溶液与角蛋白溶液按质量比为95:5-5:95混合，搅拌混匀，得到纺丝液，然后进行静电纺丝，即得聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜。
2.根据权利要求1所述的一种聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中溶剂为乙酸或乙酸/甲酸混合溶液；其中乙酸的质量体积百分浓度大于或等于80％，乙酸/甲酸混合液中乙酸和甲酸的体积比为1:9-9：1。
3.根据权利要求1所述的一种聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中聚己内酯的平均分子量为70,000-90,000。
4.根据权利要求1所述的一种聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中聚己内酯溶液的浓度为80-100mg/ml。
5.根据权利要求1所述的一种聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中溶剂为甲酸或乙酸/甲酸混合溶液；其中甲酸的质量体积百分浓度大于或等于80％，乙酸/甲酸混合液中乙酸和甲酸的体积比为1:9-9：1。
6.根据权利要求1所述的一种聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中角蛋白溶液的浓度为10-20mg/ml。
7.根据权利要求1所述的一种聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中角蛋白为采用还原法、氧化法、水解法得到的角蛋白。
8.根据权利要求1所述的一种聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中角蛋白为动物提取角蛋白或基因重组技术得到的角蛋白。
9.根据权利要求1所述的一种聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中角蛋白的分子量为3-300kDa。
10.根据权利要求1所述的一种聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中静电纺丝工艺参数为：电压13-35kV，接收距离8-22cm，纺丝速率为0.5-1.5ml/h，喷丝孔内径为0.7-0.9mm，纺丝温度20-30℃，纺丝湿度45-65％；以铝箔或布接收纳米丝。
11.根据权利要求1所述的一种聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中所得的聚己内酯-角蛋白复合纳米纤维膜用于医用创伤敷料。
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