CN102477590A - 一种低分子量胶原肽及壳低聚糖的生物膜静电纺丝方法 - Google Patents

一种低分子量胶原肽及壳低聚糖的生物膜静电纺丝方法 Download PDF

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王艳
张群
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Abstract

本发明涉及一种低分子量胶原肽及壳低聚糖的生物膜静电纺丝方法，在低分子量胶原多肽/壳低聚糖溶液中添加一定量的亲水性载体高聚物PVA，配制成胶原肽/壳低聚糖/PVA混合纺丝溶液，利用不同溶剂的特性配制成电荷分布均匀的混纺液。与现有技术相比，本发明得到的生物膜纤维表面光滑，纤维粗细较均匀，纤维直径分布在50-100nm之间，生物相容性、粘附性及伤口治愈能力等性能也得到改善，能够更好、更广泛的应用于医药行业。

Description

一种低分子量胶原肽及壳低聚糖的生物膜静电纺丝方法
技术领域
本发明涉及复合纳米纤维膜的制备领域，尤其是涉及一种低分子量胶原肽及壳低聚糖的生物膜静电纺丝方法。
背景技术
随着现代科技的进步，特别是材料学与药学的发展，纺织技术在生物材料的应用不断发展。尤其是近年来，由于纳米技术的热潮，应用高压静电纺丝技术制备功能纳米纤维膜的报道越来越多。研究人员试图将各种各样的聚合材料(包括天然的与合成的高分子、蛋白质、甚至小分子如卵磷脂等)通过电纺工艺制备成纳米纤维膜，发挥材料在纳米尺度下的功能效应。
胶原肽是动物***中胶原蛋白的降解产物，因其具有良好的营养功能和生理功效，已广泛应用于食品、化妆品和医药等行业。胶原蛋白是细胞外基质的结构蛋白质，具有低抗原性、可被人体吸收、体内降解产物无毒副作用的优点，在作为生物材料方面的应用受到广泛关注。随着纳米技术的发展，胶原肽的相关纳米材料也得到广泛研究和应用。然而，由于它在水溶液中的降解速度太快，从而限制了它的应用。胶原肽作为一种低分子量的生物大分子同样具有良好的生物相容性、低抗原性、可被人体吸收、体内降解产物无毒副作用的的特点，因此，胶原蛋白的降解产物低分子量胶原肽的研究和应用具有可行性。目前，这方面的研究较少，又有广阔的发展前景。
壳聚糖(chitosan)是一种结构与细胞外基质中的主要成分糖胺聚糖(GAGs)十分类似的优良天然生物材料，也是现今所发现的惟一具有明显碱性、带有正电荷的天然多糖。壳聚糖成膜性好，机械强度高，具有良好的生物可降解性、生物相容性以及可利用的活性基团，同时具有的高效、广谱、安全抗菌性能，使其在医药学领域中得到广泛的应用。由于单纯的壳聚糖亲水性较差、降解速率慢、抑菌效果不明显等原因，需要对其改性或与其他材料复合来加以改善。
PVA(聚乙烯醇)是由聚醋酸乙烯酯水解而成的一种水溶性聚合物，其分子主链为碳链，每一个重复单元上含有一个羟基，由于羟基尺寸小，极性强，容易形成氢键，因此PVA具有良好的水溶性、成膜性、黏结力和乳化性，良好的耐油脂性和耐溶剂性。PVA是水溶性聚合物，可纺性好；并具有较好的生物降解性和生物相容性，和一些水溶性聚合物混合制成电纺膜材料已在生物医用材料领域具有许多潜在的用途。
通过高压静电纺丝技术将水溶性多肽与壳低聚糖、PVA混纺，克服了单纯的壳聚糖亲水性较差、降解速率慢、可纺性较差的的缺陷，能够获得直径均匀的纤维膜，可以运用于伤口敷料，不仅提高了其消炎、抑菌作用，而且增加了与伤口的粘附性，促进组织重建和伤口的愈合。因此，胶原多肽/壳低聚糖复合纤维膜在医药方面的应用具有很大的潜力和开发价值。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种得到产品的生物相容性、粘附性较好、应用范围广泛的低分子量胶原肽及壳低聚糖的生物膜静电纺丝方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种低分子量胶原肽及壳低聚糖的生物膜静电纺丝方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)配制纺丝液：
将壳低聚糖溶于甲酸中，制备得到质量浓度为3～5％的壳低聚糖甲酸溶液；
将低分子量胶原肽溶于双蒸水中，制备得到质量浓度为8～16％的胶原肽水溶液；
将聚乙烯醇溶于双蒸水中，制备得到质量浓度为5～8％的聚乙烯醇水溶液；
(2)将壳低聚糖甲酸溶液和胶原肽水溶液混合，然后向得到的混合物中加入聚乙烯醇水溶液，搅拌1h使其混合均匀，再将得到的混合溶液置于连接有高压发生器的微量注射泵中进行纺丝，即得到产品。
步骤(1)中所述的壳低聚糖为脱乙酰度＞90％、粘度＜100cps的壳低聚糖。
步骤(1)中所述的低分子量胶原肽的分子量为800Da。
步骤(2)中所述的混合物中壳低聚糖甲酸溶液和胶原肽水溶液的重量比为1∶3、1∶2、1∶1、2∶1或3∶1。
步骤(2)中所述的混合溶液与聚乙烯醇水溶液的重量比为1∶(1～3)。
步骤(2)中所述的微量注射泵的控制电压为19kv～23kv，该微量注射泵纺丝时的推进速率为0.3ml/h～0.8ml/h。
步骤(2)中进行纺丝时采用铝箔平板接受得到的产品，微量注射泵与铝箔平板之间的距离为8～13cm。
与现有技术相比，本发明将生物大分子、低分子量无机成分与成纤聚合物和其它辅助成分共混合溶剂中制成纺丝液，通过高压静电纺丝技术制备的复合纳米纤维膜粗细均匀，直径分布在50-100nm之间，生物相容性、粘附性及伤口治愈能力等性能也得到改善，能够更好、更广泛的应用于医药行业。
附图说明
图1为对比例1制备得到产品的SEM照片；
图2为对比例2制备得到产品的SEM照片；
图3为实施例1制备得到产品的SEM照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
对比例1
壳低聚糖/PVA生物膜的制备
配置纺丝液之一：将0.1克壳低聚糖溶于5毫升甲酸溶剂中，4℃条件下放置至完全溶解。
配置纺丝液之二：将0.5克PVA溶于10毫升双蒸水中，震荡混匀，室温静置至完全溶解。
将上述两种纺丝液混和，放入磁力搅拌转子，搅拌混匀约3小时，4℃冷藏待用。混合纺丝液使用前需在磁力搅拌器搅拌约1小时使之混合均匀，上注射泵储液注射器之前超声脱气15分钟。
采用针头作为喷射细流的毛细管，连接高压发生器(GDW-A，北京机电院高技术股份有限公司高电压技术研究所)，纺丝液量由纺丝液储液器直径大小和微量注射泵(WZ-50C2，浙江浙大医学仪器有限公司)的推进速率共同控制，采用铝箔平板接受纤维。电纺工艺参数条件：推进速率为0.4cm/h，接收板离离喷丝口距离为8cm，电压为20kv，环境温度为30℃。
采用扫描电镜对所纺混合纳米纤维膜进行表面形态观察，结果如图1所示，混合纳米纤维膜网络状结构连续，结构均匀。纤维膜表面光滑，纤维粗细较均匀。
对比例2
多肽/PVA生物膜的制备
配置纺丝液之一：将0.18克低分子量胶原肽溶于6毫升双蒸水中，室温条件下放置至完全溶解。
配置纺丝液之二：将0.7克PVA溶于10毫升双蒸水中，震荡混匀，室温静置至完全溶解。
将上述两种纺丝液混和，放入磁力搅拌转子，搅拌混匀约3小时，4℃冷藏待用。混合纺丝液使用前需在搅拌器搅拌约1小时使之混合均匀，上注射泵储液注射器之前超声脱气15分钟。
采用针头作为喷射细流的毛细管，连接高压发生器(GDW-A，北京机电院高技术股份有限公司高电压技术研究所)，纺丝液量由纺丝液储液器直径大小和微量注射泵(WZ-50C2，浙江浙大医学仪器有限公司)的推进速率共同控制，采用铝箔平板接受纤维。电纺工艺参数条件：推进速率为0.5cm/h，接收板离离喷丝口距离为13cm，电压为18kv，环境温度为30℃。
采用扫描电镜对所纺混合纳米纤维膜进行表面形态观察，结果如图2所示，混合纳米纤维膜网络状结构连续。纤维膜表面光滑，纤维粗细不均匀。
实施例1
多肽/壳低聚糖/PVA生物膜的制备
配置纺丝液之一：将0.2克低分子量胶原肽溶于6毫升双蒸水中，室温条件下放置至完全溶解。
配置纺丝液之二：将0.3克壳低聚糖溶于5毫升甲酸溶剂中，4℃条件下放置至完全溶解。
配置纺丝液之三：将0.6克PVA溶于10毫升双蒸水中，震荡混匀，室温静置至完全溶解。
将上述三种纺丝液混和，放入磁力搅拌转子，搅拌混匀约3小时，4℃冷藏待用。混合纺丝液使用前需在搅拌器搅拌约1小时使之混合均匀，上注射泵储液注射器之前超声脱气15分钟。
采用针头作为喷射细流的毛细管，连接高压发生器(GDW-A，北京机电院高技术股份有限公司高电压技术研究所)，纺丝液量由纺丝液储液器直径大小和微量注射泵(WZ-50C2，浙江浙大医学仪器有限公司)的推进速率共同控制，采用铝箔平板接受纤维。电纺工艺参数条件：推进速率为0.2cm/h，接收板离喷丝口距离为8cm，电压为20kv，环境温度为37℃。
采用扫描电镜对所纺混合纳米纤维膜进行表面形态观察，结果如图3所示，混合纳米纤维膜网络状结构分布均匀、纤维膜表面光滑，纤维粗细均匀，纤维直径较小，分布在50-200nm之间。
实施例2
一种低分子量胶原肽及壳低聚糖的生物膜静电纺丝方法，该方法包括以下步骤：
(1)配制纺丝液：
将脱乙酰度＞90％、粘度＜100cps的壳低聚糖溶于甲酸中，制备得到质量浓度为3％的壳低聚糖甲酸溶液；
将低分子量胶原肽溶于双蒸水中，制备得到质量浓度为8％的胶原肽水溶液；
将聚乙烯醇溶于双蒸水中，制备得到质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液；
(2)将壳低聚糖甲酸溶液和胶原肽水溶液按重量比为1∶3混合，然后向得到的混合物中加入聚乙烯醇水溶液，混合溶液与聚乙烯醇水溶液的重量比为1∶1，搅拌1h使其混合均匀，再将得到的混合溶液置于连接有高压发生器的微量注射泵中进行纺丝，控制微量注射泵的控制电压为19kv，该微量注射泵纺丝时的推进速率为0.3ml/h，采用铝箔平板接受得到的产品，微量注射泵与铝箔平板之间的距离为8cm。
实施例3
一种低分子量胶原肽及壳低聚糖的生物膜静电纺丝方法，该方法包括以下步骤：
(1)配制纺丝液：
将脱乙酰度＞90％、粘度＜100cps的壳低聚糖溶于甲酸中，制备得到质量浓度为5％的壳低聚糖甲酸溶液；
将低分子量胶原肽溶于双蒸水中，制备得到质量浓度为16％的胶原肽水溶液；
将聚乙烯醇溶于双蒸水中，制备得到质量浓度为8％的聚乙烯醇水溶液；
(2)将壳低聚糖甲酸溶液和胶原肽水溶液按重量比为1∶2混合，然后向得到的混合物中加入聚乙烯醇水溶液，混合溶液与聚乙烯醇水溶液的重量比为1∶2，搅拌1h使其混合均匀，再将得到的混合溶液置于连接有高压发生器的微量注射泵中进行纺丝，控制微量注射泵的控制电压为23kv，该微量注射泵纺丝时的推进速率为0.8ml/h，采用铝箔平板接受得到的产品，微量注射泵与铝箔平板之间的距离为13cm。
实施例4
一种低分子量胶原肽及壳低聚糖的生物膜静电纺丝方法，该方法包括以下步骤：
(1)配制纺丝液：
将脱乙酰度＞90％、粘度＜100cps的壳低聚糖溶于甲酸中，制备得到质量浓度为4％的壳低聚糖甲酸溶液；
将低分子量胶原肽溶于双蒸水中，制备得到质量浓度为12％的胶原肽水溶液；
将聚乙烯醇溶于双蒸水中，制备得到质量浓度为6％的聚乙烯醇水溶液；
(2)将壳低聚糖甲酸溶液和胶原肽水溶液按重量比为1∶1混合，然后向得到的混合物中加入聚乙烯醇水溶液，混合溶液与聚乙烯醇水溶液的重量比为1∶3，搅拌1h使其混合均匀，再将得到的混合溶液置于连接有高压发生器的微量注射泵中进行纺丝，控制微量注射泵的控制电压为20kv，该微量注射泵纺丝时的推进速率为0.5ml/h，采用铝箔平板接受得到的产品，微量注射泵与铝箔平板之间的距离为10cm。
实施例5
一种低分子量胶原肽及壳低聚糖的生物膜静电纺丝方法，该方法包括以下步骤：
(1)配制纺丝液：
将脱乙酰度＞90％、粘度＜100cps的壳低聚糖溶于甲酸中，制备得到质量浓度为4％的壳低聚糖甲酸溶液；
将低分子量胶原肽溶于双蒸水中，制备得到质量浓度为12％的胶原肽水溶液；
将聚乙烯醇溶于双蒸水中，制备得到质量浓度为6％的聚乙烯醇水溶液；
(2)将壳低聚糖甲酸溶液和胶原肽水溶液按重量比为2∶1混合，然后向得到的混合物中加入聚乙烯醇水溶液，混合溶液与聚乙烯醇水溶液的重量比为1∶1，搅拌1h使其混合均匀，再将得到的混合溶液置于连接有高压发生器的微量注射泵中进行纺丝，控制微量注射泵的控制电压为20kv，该微量注射泵纺丝时的推进速率为0.5ml/h，采用铝箔平板接受得到的产品，微量注射泵与铝箔平板之间的距离为10cm。
实施例6
一种低分子量胶原肽及壳低聚糖的生物膜静电纺丝方法，该方法包括以下步骤：
(1)配制纺丝液：
将脱乙酰度＞90％、粘度＜100cps的壳低聚糖溶于甲酸中，制备得到质量浓度为4％的壳低聚糖甲酸溶液；
将低分子量胶原肽溶于双蒸水中，制备得到质量浓度为12％的胶原肽水溶液；
将聚乙烯醇溶于双蒸水中，制备得到质量浓度为6％的聚乙烯醇水溶液；
(2)将壳低聚糖甲酸溶液和胶原肽水溶液按重量比为3∶1混合，然后向得到的混合物中加入聚乙烯醇水溶液，混合溶液与聚乙烯醇水溶液的重量比为1∶1，搅拌1h使其混合均匀，再将得到的混合溶液置于连接有高压发生器的微量注射泵中进行纺丝，控制微量注射泵的控制电压为20kv，该微量注射泵纺丝时的推进速率为0.5ml/h，采用铝箔平板接受得到的产品，微量注射泵与铝箔平板之间的距离为10cm。

Claims (7)

1.一种低分子量胶原肽及壳低聚糖的生物膜静电纺丝方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)配制纺丝液：
将壳低聚糖溶于甲酸中，制备得到质量浓度为3～5％的壳低聚糖甲酸溶液；
将低分子量胶原肽溶于双蒸水中，制备得到质量浓度为8～16％的胶原肽水溶液；
将聚乙烯醇溶于双蒸水中，制备得到质量浓度为5～8％的聚乙烯醇水溶液；
(2)将壳低聚糖甲酸溶液和胶原肽水溶液混合，然后向得到的混合物中加入聚乙烯醇水溶液，搅拌1h使其混合均匀，再将得到的混合溶液置于连接有高压发生器的微量注射泵中进行纺丝，即得到产品。
2.根据权利要求1所述的一种低分子量胶原肽及壳低聚糖的生物膜静电纺丝方法，其特征在于，步骤(1)中所述的壳低聚糖为脱乙酰度＞90％、粘度＜100cps的壳低聚糖。
3.根据权利要求1所述的一种低分子量胶原肽及壳低聚糖的生物膜静电纺丝方法，其特征在于，步骤(1)中所述的低分子量胶原肽的分子量为800Da。
4.根据权利要求1所述的一种低分子量胶原肽及壳低聚糖的生物膜静电纺丝方法，其特征在于，步骤(2)中所述的混合物中壳低聚糖甲酸溶液和胶原肽水溶液的重量比为1∶3、1∶2、1∶1、2∶1或3∶1。
5.根据权利要求1所述的一种低分子量胶原肽及壳低聚糖的生物膜静电纺丝方法，其特征在于，步骤(2)中所述的混合溶液与聚乙烯醇水溶液的重量比为1∶(1～3)。
6.根据权利要求1所述的一种低分子量胶原肽及壳低聚糖的生物膜静电纺丝方法，其特征在于，步骤(2)中所述的微量注射泵的控制电压为19kv～23kv，该微量注射泵纺丝时的推进速率为0.3ml/h～0.8ml/h。
7.根据权利要求1所述的一种低分子量胶原肽及壳低聚糖的生物膜静电纺丝方法，其特征在于，步骤(2)中进行纺丝时采用铝箔平板接受得到的产品，微量注射泵与铝箔平板之间的距离为8～13cm。
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