CN104771778B - 一种微纳米级魔芋葡苷聚糖纤维支架材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微纳米级魔芋葡苷聚糖纤维支架材料的制备方法，属于生物医学材料技术应用领域。本发明采用生物相容性良好的可降解生物材料魔芋葡苷聚糖为基本原料，以醇/有机酸/水体系为溶剂，配制较高浓度的魔芋葡苷聚糖溶液，利用静电纺丝技术，在非均匀电场中制得微纳米级魔芋葡苷聚糖纤维支架。该支架的制备方法具有制备工艺简要、产品性能稳定、产率较高等优势，经该方法制备出的微纳米级魔芋葡苷聚糖纤维支架，前期细胞毒性实验结果表明，当该支架浓度低于5mg/ml时，该支架细胞毒性标准处于0~1级，没有毒性，说明该支架具有潜在的生物医用价值。

Description

一种微纳米级魔芋葡苷聚糖纤维支架材料的制备方法

技术领域：

本发明涉及一种微纳米级魔芋葡苷聚糖纤维支架材料的制备方法，属于生物医用材料技术应用领域。

背景技术：

在制备微纳米纤维材料的所有工艺方法中，静电纺丝被认为是最简单也是最有效的方法。由于微纳米纤维材料模拟了组织中天然细胞外基质结构，因此在组织工程和再生医学领域具有广泛的应用前景。

魔芋葡苷聚糖具有多种优异特性，包括生物相容性、可降解性、无或较低的炎症反应、良好的物理机械性能、易加工性、来源丰富、提取工艺成熟简单等其他合成与天然高分子材料所不具备或不同时具备的优点。因此，其在生物医用领域的研究与应用将是一个新热点。

相关文献虽介绍了魔芋葡甘聚糖纤维毡可能在组织工程支架领域里具有很好的应用前景，如伤口愈合敷料和药物缓释等方向。然而以静电纺丝技术制备魔芋葡苷聚糖纤维支架，仍然存在许多尚待解决的问题，如标准静电纺丝产量很低、纳米纤维质量控制、魔芋葡苷聚糖 的水溶胶不稳定以及与其他合成或天然高分子材料进行复合或共混所面对的问题等。而本发明正是针对这些问题，通过选用醇/有机酸/水溶剂体系，调节三者比例，纺丝过程中选择非均匀电场、在适宜的温度场下制备出了微纳米级魔芋葡苷聚糖纤维支架材料，并解决了以上诸问题，得到的微纳米纤维支架有望应用于前文所述的生物医用领域。

发明内容

本发明要解决的问题是解决现有魔芋葡苷聚糖静电纺丝产量低、纳米纤维质量控制、水溶胶不稳定等问题。

本发明的目的在于提供一种微纳米级魔芋葡苷聚糖纤维支架材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将蒸馏水与酸/醇溶液混合后得到溶液A，在溶液A中蒸馏水的体积分数为75%，酸/醇溶液的体积分数为25%；

（2）按20~45g/L的比例在溶液A中加入魔芋葡苷聚糖，室温充分搅拌混合均匀得到溶液B；

（3）将溶液B经由400目分样筛过滤，真空干燥器真空脱泡6~12h 得到纺丝液；

（4）用医用注射器取步骤（3）得到的纺丝液完成静电喷丝过程，选择不锈钢针头；

（5）真空室温干燥样品，取下封存，即制得未交联的魔芋葡甘聚糖纤维支架A；

（6）室温下，将未交联的魔芋葡甘聚糖纤维支架A置于交联液内静置交联12h~24h，其中，交联液内魔芋葡甘聚糖纤维支架A含量为0.5~1mg/ml；

（7）取出（6）中的魔芋葡甘聚糖纤维支架用蒸馏水清洗至清洗液pH为中性；

（8）在室温下、真空度为400~500毫米汞柱下干燥24h至完全干燥，取出密封保存，即制得交联后的魔芋葡甘聚糖纤维支架。

本发明所述酸/醇溶液为丙三醇/乙酸、乙二醇/甲酸或者丙二醇/甲酸。

本发明所述酸/醇溶液中酸溶液和醇溶液在溶液A中的体积分数均为7%~18%。

本发明所述静电喷丝过程控制环境温度为30~50℃（该温度不宜过高，高了易造成针头堵塞，纺丝不连续，另也不宜过低，低了针头易出现长条，纺丝呈断续），调节正电压为10~20Kv，负电压为0~4KV，接收距离为10~20cm，选用的接收方式为非均匀平板（目的是制造非均匀电场，该平板可以是针板、起伏弯曲面、带突孔平板等），不锈钢针头的外径 0.07-1.04mm。

本发明所述交联液由氨水和酒精按体积比为1:1~1:10的比例将氨水和酒精混合搅拌均匀而得到。

本发明的原理为：利用有机酸、醇对魔芋葡苷聚糖进行改性来提高魔芋葡苷聚糖溶液的浓度，其中醇的加入是为了降低纺丝液粘度和表面张力，但当丙三醇含量过多时，将使得部分魔芋葡甘聚羟基在氢键作用力下优先结合丙三醇小分子，以致降低了魔芋葡甘聚糖分子与水的结合位点，使得魔芋葡甘聚糖在水中溶解度降低，以致发生分层现象；而酸的加入正是为了适宜破坏该氢键作用力，从而提高溶液的稳定性，避免分层现象的发生，另外由于魔芋葡甘聚糖对pH敏感的特性，酸的加入能进一步降低该溶液的粘度，酸电离出的氢离子能在一定程度上提高纺丝液的导电性，二者互为补充，从而从溶液参数方面解决可纺性问题；凹凸不平的接收板不仅可以改变电场环境从而使得纤维支架易于接收，另外凸点间的间距还可以起到干燥纤维毡的作用，加上适宜的环境温度，从而从工艺参数解决样品难收集的问题，最后制得了表面形貌良好的纳米纤维支架。

本发明在室温下以醇/有机酸/水体系配制了较高浓度的魔芋葡苷聚糖，通过调节醇/有机酸的配比和魔芋葡苷聚糖的浓度，通过静电纺丝技术制备出微纳米级魔芋葡苷聚糖纤维支架材料，由于魔芋葡苷聚糖本身具有的良好生物相容性等特性，所以该材料有望用于生物医学领域。

本发明的有益效果为：

（1）本发明制备得到的微纳米级魔芋葡苷聚糖纤维支架材料具有纤维直径小、大比表面积、高孔隙率多种特殊功能，在生物医学领域中，主要应用在组织工程、药物释放、医用敷料、酶的固定化等。

（2）从医学角度看，本发明制备得到的微纳米级魔芋葡苷聚糖纤维支架材料结构和功能上与天然细胞外基质相似，且有较好的生物相容性及一定的强度和结构稳定性，并完全降解吸收，又易加工制作，且可以调节材料在物理化学、生物及力学等多方面性能，因而有望用于制备组织工程支架。

（3）本发明所述方法可以通过调节魔芋葡苷聚糖的浓度和纺丝正电压来调节纤维直径，通过改变接收装置款式来获得不同分布形态和样式的多样化支架。

（4）碱可以对魔芋葡苷聚糖进行有效的化学交联，在制备交联魔芋葡甘聚糖纤维支架的过程时，可以通过调节交联液中酒精和氨水的比例来获得不同交联度的交联魔芋葡苷聚糖纤维支架，从而得到力学强度，降解率不一的纤维支架。

（5）该纤维支架材料的制备方法、对设备要求低、成本低廉，通过改变纺丝过程中针头数量，可以实现大规模工业化生产，从而满足生物医学领域的研究和临床治疗中的需求。

附图说明

图1为该纤维支架的制备工艺流程图；

图2为本实验用到的非均匀接收平板；

图3为实施例1得到的未交联的纤维支架形貌及其直径分布情况；

图4为实施例2得到的未交联的纤维支架形貌及其直径分布情况；

图5为实施例3得到的未交联的纤维支架形貌及其直径分布情况；

图6为实施例1得到的交联的纤维支架形貌及其浸提液细胞毒性实验结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

实施例1

本实施例所述微纳米级魔芋葡苷聚糖纤维支架材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）用量筒量出30ml蒸馏水置于100ml的烧杯中，依次加入3ml丙三醇和7ml冰乙酸搅拌使其充分溶解，得到溶液A；

（2）在溶液A中加入0.8g魔芋葡苷聚糖，充分搅拌均匀（40min），得到半稠状溶液B；

（3）将溶液B经由400目分样筛过滤，真空干燥器真空脱泡6h；

（4）用医用注射器抽取1~3ml溶液，选择0.07mm孔径的不锈钢针头，控制环境温度为30℃，调节正电压为10Kv，接收距离为10cm，选用的接收方式为非均匀平板（针板，如图2（a）所示），最后完成静电喷丝过程；

（5）在真空度为400~500毫米汞柱、室温干燥24h样品，取下封存，即制得未交联的魔芋葡甘聚糖纤维支架A；

（6）室温下，将未交联的魔芋葡甘聚糖纤维支架A置于20ml交联液（氨水和酒精按体积比为1:1的比例混合后的混合溶液）内静置交联12h；

（7）取出（6）中的魔芋葡甘聚糖纤维支架用蒸馏水清洗数次至清洗液pH为中性；

（8）真空（400毫米汞柱）、室温干燥24h，取出密封保存，即制得交联后的魔芋葡甘聚糖纤维支架。

本实施例制备得到的未交联的魔芋葡甘聚糖纤维支架A形貌及其直径分布情况如图3所示，由图可以看出本实施例制备得到的纤维直径处于100~400nm范围之间，为微纳米级，纤维支架纤维直径较均一、孔径多样，该纤维支架形貌较好。

本实施例制备得到的交联后的魔芋葡甘聚糖纤维支架形貌及其浸提液细胞毒性实验结果如图6所示，由图可以看出：经过碱交联处理后，纤维直径将变宽，而细胞毒性实验结果表明，当该交联支架浸提液浓度低于5.0mg/ml时，该交联支架细胞增值率高于80%，为0~1级毒性级别，说明此时的支架无毒性，有望用于组织工程支架。

实施例2

本实施例所述微纳米级魔芋葡苷聚糖纤维支架材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）用量筒量出30ml蒸馏水置于100ml的烧杯中，依次加入5ml乙二醇和5ml甲酸搅拌使其充分溶解，得到溶液A；

（2）在溶液A中加入1.7g魔芋葡苷聚糖，充分搅拌均匀（40min），得到半稠状溶液B；

（3）将溶液B经由400目分样筛过滤，真空干燥器真空脱泡6h；

（4）用医用注射器抽取1~3ml溶液，选择0.5mm孔径的不锈钢针头，控制环境温度为40℃，调节正电压为15 Kv，接收距离为15cm，选用的接收方式为非均匀平板（波浪状弯曲金属板，如图2（b）所示），最后完成静电喷丝过程；

（5）在真空度为400~500毫米汞柱、室温干燥24h样品，取下封存，即制得未交联的魔芋葡甘聚糖纤维支架A；

（6）室温下，将未交联的魔芋葡甘聚糖纤维支架A置于20ml交联液（氨水和酒精按体积比为1:6的比例混合后的混合溶液）内静置交联18h；

（7）取出（6）中的魔芋葡甘聚糖纤维支架用蒸馏水清洗至清洗液pH为中性；

（8）真空（450毫米汞柱）、室温干燥24h，取出密封保存，即制得交联后的魔芋葡甘聚糖纤维支架。

本实施例制备得到的未交联的魔芋葡甘聚糖纤维支架A形貌及其直径分布情况如图4所示，由图可以看出本实施例制备得到的纤维直径处于100~450nm范围之间，为微纳米级。

实施例3

本实施例所述微纳米级魔芋葡苷聚糖纤维支架材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）用量筒量出30ml蒸馏水置于100ml的烧杯中，依次加入6ml丙二醇和4ml甲酸搅拌使其充分溶解，得到溶液A；

（2）在溶液A中加入1.8g魔芋葡苷聚糖，充分搅拌均匀（40min），得到半稠状溶液B；

（3）将溶液B经由400目分样筛过滤，真空干燥器真空脱泡6h；

（4）用医用注射器抽取少1~3ml，选择1.04mm孔径的不锈钢针头，控制环境温度为50℃，调节正电压为20Kv，接收距离为20cm，选用的接收方式为非均匀平板（针板），最后完成静电喷丝过程；

（5）在真空度为400~500毫米汞柱、室温干燥24h样品，取下封存，即制得未交联的魔芋葡甘聚糖纤维支架A；

（6）室温下，将未交联的魔芋葡甘聚糖纤维支架A置于20ml交联液（氨水和酒精按体积比为1:10的比例混合后的混合溶液）内静置交联12h；

（7）取出（6）中未交联的魔芋葡甘聚糖纤维支架A用蒸馏水清洗数次至清洗液pH为中性；

（8）真空（500毫米汞柱）、室温干燥24h，取出密封保存，即制得交联后的魔芋葡甘聚糖纤维支架。

本实施例制备得到的未交联的魔芋葡甘聚糖纤维支架A形貌及其直径分布情况如图5所示，由图可以看出本实施例制备得到的纤维直径处于50~500nm范围之间，为微纳米级。

Claims (5)

1.一种微纳米级魔芋葡苷聚糖纤维支架材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

（1）将蒸馏水与酸/醇溶液混合后得到溶液A，在溶液A中蒸馏水的体积分数为75%，酸/醇溶液的体积分数为25%；

（2）按20~45g/L的比例在溶液A中加入魔芋葡苷聚糖，室温充分搅拌混合均匀得到溶液B；

（3）将溶液B经由400目分样筛过滤，真空干燥器真空脱泡6~12h得到纺丝液；

（4）用医用注射器取步骤（3）得到的纺丝液完成静电喷丝过程，选择不锈钢针头；

（5）真空室温干燥样品，取下封存，即制得未交联的魔芋葡甘聚糖纤维支架A；

（6）在室温下，将未交联的魔芋葡甘聚糖纤维支架A置于交联液内静置交联12h~24h，其中，交联液内魔芋葡甘聚糖纤维支架A含量为0.5~1mg/ml；

（7）取出（6）中的魔芋葡甘聚糖纤维支架用蒸馏水清洗至清洗液的pH为中性；

（8）在室温下、真空度为400~500毫米汞柱下干燥24h至完全干燥，取出密封保存，即制得交联后的魔芋葡甘聚糖纤维支架。

2.根据权利要求1所述微纳米级魔芋葡苷聚糖纤维支架材料的制备方法，其特征在于：所述酸/醇溶液为丙三醇/乙酸、乙二醇/甲酸或者丙二醇/甲酸。

3.根据权利要求1所述微纳米级魔芋葡苷聚糖纤维支架材料的制备方法，其特征在于：所述酸/醇溶液中酸溶液和醇溶液在溶液A中的体积分数均为7%~18%。

4.根据权利要求1所述微纳米级魔芋葡苷聚糖纤维支架材料的制备方法，其特征在于：所述静电喷丝过程控制环境温度为30~50℃，调节正电压为10~20Kv，负电压为0~4KV，接收距离为10~20cm，选用的接收方式为非均匀平板，不锈钢针头的外径 0.07-1.04mm。

5.根据权利要求1所述微纳米级魔芋葡苷聚糖纤维支架材料的制备方法，其特征在于：所述交联液由氨水和酒精按体积比为1:1~1:10的比例将氨水和酒精混合搅拌均匀而得到。