CN104928850B - 一种含甘草酸修饰的pva‑pei复合纤维膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含甘草酸修饰的PVA‑PEI复合纤维膜的制备方法，包括：将PVA分散在溶剂中，搅拌至完全溶胀，冷却；将PEI溶解在溶剂中，然后加入到PVA溶液中配成纺丝液，电纺得到PVA‑PEI复合纤维膜；进行真空交联，漂洗后得到疏水化的PVA‑PEI的复合纤维膜；将甘草酸加入EDC和NHS混合水溶液中活化，加入疏水化的复合纤维膜，得到甘草酸修饰的PVA‑PEI复合纤维膜；乙酰化，得乙酰化处理后的甘草酸修饰的PVA‑PEI复合纤维膜。本发明的方法操作简单、实验条件温和，制备得到的复合纤维膜可以用于肝癌细胞的捕获，进一步的应用于肝癌的早期诊断和检测。
Description
技术领域
本发明属于纤维的制备领域，特别涉及一种含甘草酸修饰的PVA-PEI复合纤维膜的制备方法。
背景技术
纳米纤维材料作为新兴的纳米材料是纳米科学领域最前沿的研究领域，已经被广泛的应用于功能性的材料。静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的基本方法，作为一种方便、低成本的纳米纤维制备技术，可以制备比表面积大、孔隙率高的纳米纤维和纳米结构材料，其尺寸可以控制在十几纳米到几个微米之间。静电纺丝多应用于组织工程、纺织材料、生物传感器、药物缓释、基因治疗、创伤敷料和环境等方面。
在生物医学领域中，由于纳米纤维材料对细胞的选择性较差，会对正常的细胞造成影响，所以就转向了一些功能性材料，尤其通过一些表面修饰作用，使高分子纳米纤维材料具有双重性质，如用于药物缓释，细胞靶向等方面。
聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol，PVA)是一种水溶性的高分子材料，其结构规整、分子链柔顺和呈现半晶体状态。用PVA进行静电纺丝，它的成纤性好，因此大部分的静电纺丝混纺方法中，都会加入PVA，提高它的可纺性，从而改善其纤维的形貌。
聚乙烯亚胺(PolyPEI)是一种带有氨基正电荷的高分子聚电解质材料，无色或淡黄色黏稠状液体，有吸湿性，溶于水、乙醇，不溶于苯，可以用于纤维改性，在基因转移载体、自组装高分子和组织工程领域中有着很多应用。
甘草酸(GLycyrrhizic Acid，GL)是中药甘草根部提取物中的重要成分之一，含有2分子葡萄糖醛酸和1分子甘草次酸,具有水溶性。甘草酸有多种生物活性，例如抗炎、抗溃疡、抗过敏、抗氧化、免疫调节、抗病毒、抗癌和保肝等。在银屑病、慢性持发性荨麻疹、支气管哮喘、慢性肝病、艾滋病及肿瘤等疾病中作为主要的药物取得了良好的治疗效果。研究表明其在体内能高度靶向于肝脏，研究也证实哺乳动物肝实质细胞膜表面确实存在GL受体，并且在肿瘤组织中的GL受体数量比正常组织高出1.5～5倍，为复合材料主动识别特异组织提供可能性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种含甘草酸修饰的PVA-PEI复合纤维膜的制备方法，该方法采用化学键合的方法，合成含甘草酸的PVA-PEI复合纤维膜，操作简单，实验条件温和；所得材料用于肝癌细胞的捕获，进一步的应用于肝癌的早期诊断和检测。
本发明的一种含甘草酸修饰的PVA-PEI复合纤维膜的制备方法，包括：
(1)将聚乙烯醇PVA分散在溶剂中，质量百分比浓度为10～14wt％，搅拌至PVA在溶剂中完全溶胀，在水浴温度为80～100℃下搅拌3～4h，冷却；
(2)将聚乙烯亚胺PEI溶解在溶剂中，超声震荡至完全溶解；其中，PEI的质量浓度为12％；
(3)将步骤(2)的PEI溶液加入到步骤(1)中得到的PVA溶液中配成纺丝液，搅拌至分散均匀；其中，纺丝液中PVA与PEI的质量比为2:1-3:1；
(4)将步骤(3)中得到的纺丝液装到电纺装置中，电纺得到PVA-PEI复合纤维膜；
(5)将步骤(4)中得到的纤维膜置于含有戊二醛溶液的干燥器中进行真空交联；将交联后的纤维膜用去离子水漂洗，得到疏水化的PVA-PEI的复合纤维膜；
(6)将甘草酸加入EDC和NHS混合水溶液中，活化3～4h后，加入步骤(5)中得到的疏水化的PVA-PEI复合纤维膜，在摇床中反应24～28h，得到甘草酸修饰的PVA-PEI复合纤维膜；其中，甘草酸与PEI的摩尔比是10:1-20:1，EDC与甘草酸的摩尔比是5:1-10:1，NHS与甘草酸的摩尔比是5:1-10:1，其中EDC和NHS的摩尔比是1:1；
(7)向步骤(6)中得到的复合纤维膜加入三乙胺和乙酸酐进行乙酰化，反应12-24h，即得乙酰化处理后的甘草酸修饰的PVA-PEI复合纤维膜；其中，三乙胺与PEI的摩尔比是1:1，乙酸酐与PEI的摩尔比是5:1-10:1。
所述步骤(1)中PVA分散在溶剂中的搅拌时间为30min。
所述步骤(1)和步骤(2)中的溶剂均为水。
所述步骤(3)中的搅拌时间为24h。
所述步骤(4)中电纺的条件为电压为12-15kV，流速为0.2-0.4mL/h，纺丝距离为20-30cm，湿度在40-50之间，电纺时间为5～7h。
所述步骤(5)中真空交联的时间为18h。
所述步骤(5)中去离子水漂洗的次数为3次以上。
所述步骤(5)中戊二醛溶液的浓度为25％，用量为6mL-8mL。
有益效果
(1)本发明采用化学键合的方法，合成含甘草酸修饰的PVA-PEI复合纳米纤维膜，制备方法操作简单、实验条件温和；
(2)本发明的PVA-PEI复合纳米纤维膜克服了不能靶向特殊细胞的缺陷，通过甘草酸及乙酰化的修饰，降低了PEI的毒性并改善材料的生物相容性，具有应用其做后续相关实验分析的潜力；
(3)含甘草酸的PVA-PEI复合纳米纤维膜可以用于肝癌细胞的捕获，进一步的应用于肝癌 的早期诊断和检测。
附图说明
图1是实施例1中得到的PVA-PEI纳米纤维膜的扫描电镜照片(a)和直径分布图(b)；
图2是实施例2中得到的交联后PVA-PEI纳米纤维膜的扫描电镜照片(a)和直径分布图(b)；
图3是实施例3中得到的甘草酸修饰的PVA-PEI纳米纤维膜的扫描电镜照片(a)和直径分布图(b)；
图4是实施例4中PVA-PEI纳米纤维膜、交联后PVA-PEI纳米纤维膜、甘草酸修饰的PVA-PEI纳米纤维膜的红外对比图。
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
(1)称取5g的PVA缓慢加入到36.67g水中，同时用玻璃棒缓慢搅拌约30min直至PVA粉末完全溶胀，放如转子并在80℃水浴磁力搅拌3h。待其冷却后，放入冰箱静置，等到它变的澄清后使用。
(2)采用按质量比PVA:PEI＝3:1配置PVA/PEI混纺液。在天平上称取0.32gPEI溶于2.35g水中，通过超声震荡溶解。称取8g 12wt％的PVA溶液，把溶解好后的PEI加入到PVA溶液中，在20mL的小瓶中混匀，磁力搅拌过夜，使其形成均匀PVA-PEI纺丝液。
(3)将配置好后的PVA/PEI纺丝液(5mL)取出放入10mL针管，把刚吸取好纺丝液的针管放入纺丝机中，将铝箔板作为纺丝接收装置，连上正负极。设置纺丝的电压为12kV，流速为0.2mL/h，纺丝距离为23cm，湿度为40，纺丝时间为5h。
(4)对PVA-PEI复合纳米纤维膜的SEM表征如图1(a)所示，纤维呈棒状，分布均匀，没有粘连现象。通过PVA/PEI纳米纤维的扫描电镜照片，从而统计出了PVA/PEI纳米纤维的直径分布情况图1(b)，该分布图呈现正态分布，说明所制备得到的纳米纤维膜的直径较为稳定，且其平均直径为555.48nm。
实施例2
(1)称取8g的PVA缓慢加入到58.67g水中，同时用玻璃棒缓慢搅拌约30min直至PVA粉末完全溶胀，放如转子并在80℃水浴磁力搅拌3h。待其冷却后，放入冰箱静置，等到它变的澄清后使用。
(2)采用按质量比PVA:PEI＝3:1配置PVA/PEI混纺液。在天平上称取0.4gPEI溶于2.93g 水中，通过超声震荡溶解。称取10g 12wt％的PVA溶液，把溶解好后的PEI加入到PVA溶液中，在20mL的小瓶中混匀，磁力搅拌过夜，使其形成均匀PVA-PEI纺丝液。，
(3)将配置好后的PVA/PEI纺丝液(5mL)取出放入10mL针管，把刚吸取好纺丝液的针管放入纺丝机中，将铝箔板作为纺丝接收装置，连上正负极。设置纺丝的电压为13kV，流速为0.3mL/h，纺丝距离为25cm，湿度为45，纺丝时间为6h。
(4)将盛有25％的戊二醛溶液(6mL)的培养皿放置于干燥器底部，然后将纤维膜放置在干燥器上层，在真空状态下交联18h。将交联好后的纤维膜用去离子水漂洗3次，直至纤维膜可以直接从铝箔纸上脱落。
(5)对交联后的PVA-PEI复合纳米纤维膜的SEM表征如图2(a)所示，纤维呈网状均匀分布，在节点处于粘连现象，是由于PEI上的氨基和戊二醛上的醛基形成的缩醛所致，说明疏水化交联成功。图2(b)是通过疏水处理后的纤维直径分布图该分布图呈现正态分布，说明所制备得到的纳米纤维膜的直径较为稳定，且其平均直径为463.68nm。
实施例3
(1)称取9g的PVA缓慢加入到66g水中，同时用玻璃棒缓慢搅拌约30min直至PVA粉末完全溶胀，放如转子并在80℃水浴磁力搅拌3h。待其冷却后，放入冰箱静置，等到它变的澄清后使用。
(2)采用按质量比PVA:PEI＝3:1配置PVA/PEI混纺液。在天平上称取0.6gPEI溶于4.4g水中，通过超声震荡溶解。称取15g 12wt％的PVA溶液，把溶解好后的PEI加入到PVA溶液中，在20mL的小瓶中混匀，磁力搅拌过夜，使其形成均匀PVA-PEI纺丝液。，
(3)将配置好后的PVA/PEI纺丝液(5mL)取出放入10mL针管，把刚吸取好纺丝液的针管放入纺丝机中，将铝箔板作为纺丝接收装置，连上正负极。设置纺丝的电压为14kV，流速为0.4mL/h，纺丝距离为30cm，湿度为45，纺丝时间为7h。
(4)将盛有25％的戊二醛溶液(8mL)的培养皿放置于干燥器底部，然后将纤维膜放置在干燥器上层，在真空状态下交联18h。将交联好后的纤维膜用去离子水漂洗3次，直至纤维膜可以直接从铝箔纸上脱落。
(5)取85.07mg的EDC和63.07mg的NHS均匀分散在20mL水中，再加入90.194mg的甘草酸，缓慢摇晃3h后，加入交联后的PVA-PEI复合纤维膜(0.1370g)，再缓慢反应24h。最后加入0.764mL的三乙胺，加入2.59mL的乙酸酐，室温条件下反应12h。
(6)对甘草酸修饰的PVA-PEI复合纳米纤维的SEM表征如图3(a)所示，纤维呈棒状均匀分布，在节点处于没有出现粘连现象。图3(b)是通过疏水处理后的纤维直径分布图该分布图呈现正态分布，说明所制备得到的纳米纤维膜的直径较为稳定，且其平均直径为363.17nm。
实施例4
(1)称取5g的PVA缓慢加入到36.67g水中，同时用玻璃棒缓慢搅拌约30min直至PVA粉末完全溶胀，放如转子并在80℃水浴磁力搅拌3h。待其冷却后，放入冰箱静置，等到它变的澄清后使用。
(2)采用按质量比PVA:PEI＝3:1配置PVA/PEI混纺液。在天平上称取0.32gPEI溶于2.35g水中，通过超声震荡溶解。称取8g 12wt％的PVA溶液，把溶解好后的PEI加入到PVA溶液中，在20mL的小瓶中混匀，磁力搅拌过夜，使其形成均匀PVA-PEI纺丝液。，
(3)将配置好后的PVA/PEI纺丝液(5mL)取出放入10mL针管，把刚吸取好纺丝液的针管放入纺丝机中，将铝箔板作为纺丝接收装置，连上正负极。设置纺丝的电压为15kV，流速为0.3mL/h，纺丝距离为30cm，湿度为50，纺丝时间为7h。
(4)将盛有25％的戊二醛溶液(6mL)的培养皿放置于干燥器底部，然后将纤维膜放置在干燥器上层，在真空状态下交联18h。将交联好后的纤维膜用去离子水漂洗3次，直至纤维膜可以直接从铝箔纸上脱落。
(5)取103.7mg的EDC和76.88mg的NHS均匀分散在20mL水中，再加入109.94mg的甘草酸，缓慢摇晃3h后，加入交联后的PVA-PEI复合纤维膜(0.1670g)，再缓慢反应24h。最后加入0.931mL的三乙胺，加入3.16mL的乙酸酐，室温条件下反应24h。
(6)PVA-PEI纳米纤维膜、交联后PVA-PEI纳米纤维膜、甘草酸修饰的PVA-PEI纳米纤维膜的FTIR图谱如图4所示，在1500-1600cm-1处，出现了峰，表明甘草酸已成功修饰到PVA-PEI复合纤维中。
Claims (8)
1.一种含甘草酸修饰的PVA-PEI复合纤维膜的制备方法，包括：
(1)将聚乙烯醇PVA分散在溶剂中，质量百分比浓度为10～14wt％，搅拌至PVA在溶剂中完全溶胀，在80～100℃的温度范围内搅拌3～4h，冷却；
(2)将聚乙烯亚胺PEI溶解在溶剂中，超声震荡至完全溶解；其中，PEI的质量浓度为12％；
(3)将步骤(2)的PEI溶液加入到步骤(1)中得到的PVA溶液中配成纺丝液，搅拌至分散均匀；其中，纺丝液中PVA与PEI的质量比为2:1-3:1；
(4)将步骤(3)中得到的纺丝液装到电纺装置中，电纺得到PVA-PEI复合纤维膜；
(5)将步骤(4)中得到的纤维膜置于含有戊二醛溶液的干燥器中进行真空交联；将交联后的纤维膜用去离子水漂洗，得到疏水化的PVA-PEI的复合纤维膜；
(6)将甘草酸加入EDC和NHS混合水溶液中，活化3～4h后，加入步骤(5)中得到的疏水化的PVA-PEI复合纤维膜，在摇床中反应24～28h，得到甘草酸修饰的PVA-PEI复合纤维膜；其中，甘草酸与PEI的摩尔比是10:1-20:1，EDC与甘草酸的摩尔比是5:1-10:1，NHS与甘草酸的摩尔比是5:1-10:1；
(7)向步骤(6)中得到的复合纤维膜加入三乙胺和乙酸酐进行乙酰化，反应12-24h，即得乙酰化处理后的甘草酸修饰的PVA-PEI复合纤维膜；其中，三乙胺与PEI的摩尔比是1:1，乙酸酐与PEI的摩尔比是5:1-10:1。
2.根据权利要求1所述的一种含甘草酸修饰的PVA-PEI复合纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中PVA分散在溶剂中搅拌至PVA在溶剂中完全溶胀的搅拌时间为30min。
3.根据权利要求1所述的一种含甘草酸修饰的PVA-PEI复合纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(2)中的溶剂均为水。
4.根据权利要求1所述的一种含甘草酸修饰的PVA-PEI复合纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的搅拌时间为24h。
5.根据权利要求1所述的一种含甘草酸修饰的PVA-PEI复合纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中电纺的条件为电压为12-15kV ，流速为0.2-0.4mL/h，纺丝距离为20-30cm，湿度在40-50之间，电纺时间为5～7h。
6.根据权利要求1所述的一种含甘草酸修饰的PVA-PEI复合纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中真空交联的时间为18h。
7.根据权利要求1所述的一种含甘草酸修饰的PVA-PEI复合纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中去离子水漂洗的次数为3次以上。
8.根据权利要求1所述的一种含甘草酸修饰的PVA-PEI复合纤维膜的制备方法，其特征在于， 所述步骤(5)中戊二醛溶液的浓度为25％，用量为6mL-8mL。
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