CN1844513A - 腈纶纳米纤维膜载体材料的制备及其应用 - Google Patents
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Abstract
含反应性基团的腈纶纳米纤维膜的制备方法是将含反应性基团的丙烯腈共聚物溶于溶剂中成为透明溶液，得到纺丝液，加入微量进样器中，连接喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，电压为5千伏－20千伏，进行静电纺丝，得到含反应性基团的腈纶纳米纤维膜材料。通过物理吸附或化学共价键连接，将生物分子或酶固定于该材料表面。该材料可以用于组织工程支架、酶的固定化、生物分子分离等。
Description
技术领域
本发明属于含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料的制备技术及其用于生物分子和酶固定的方法。
背景技术
静电纺丝技术是将高分子溶液或熔体在电场下纺丝，由于静电作用而产生拉伸，经冷却或溶剂挥发得到超细纤维。在静电纺丝过程中，可以形成超细纤维可堆砌的超细纳米纤维膜。
现有静电纺丝膜制备方法有以下几种：
CN 200410019230.9；200410019231.3将壳聚糖、聚α-羟基酸酯/壳聚糖静电纺丝制备超细纤维膜，这种材料可以用于组织修复。
CN 03131586.0用聚酯、聚酰胺、聚醚等高分子材料静电纺丝，得到纳米纤维膜，在其表面叠加普通的高分子纤维材料，可以用作防护材料。
CA 2494865；2386674将聚合物材料静电纺丝制备聚合物纳米纤维用于药物载体或组织修复材料。
US 20050014252；20040185737；20030137083用可生物降解材料、可生物吸收材料、蚕丝类材料、导电聚合物静电纺丝，得到超细纤维膜。
US 20040013873；20020122840通过静电纺丝，制备多孔的聚合物纤维膜。
另一方面，将各种生物分子固定于载体材料上，在生物分子分离、酶催化反应、组织工程等领域都有重要的应用。
载体材料的制备有以下几种：
CN01126606.6；CN200410025793.9用珠状壳聚糖、层状硅酸盐作载体材料，用于酶的固定化。
在上述的现有技术中，尚未发现能有效利用静电纺丝技术制备用于生物分子和酶固定的载体材料。现有材料的比表面积较小，难以大幅度提高生物分子和酶固定的数量，不利于降低生产成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用静电纺丝技术制备的用于生物分子和酶固定的载体材料，在组织工程支架、酶的固定化、生物分子分离等方面具有广泛应用价值。
为实现上述目的，采取的技术方案：采用静电纺丝技术技术制备含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料，是将含反应性基团的丙烯腈共聚物溶于溶剂中，成为纺丝液，进行静电纺丝，得到含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料，纤维直径在30纳米-5微米之间；通过化学共价键连接或物理吸附的方法，将生物分子或酶固定在材料表面。用于生物分子固定化的方法：是将反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料放入含生物分子的溶液中，加入偶联剂反应后取出该纳米纤维膜，清洗完后得到生物分子固定化的含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料；用于酶固定化的方法：是将含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料放入溶液中，加入偶联剂反应后取出含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料，清洗后，放入含酶的溶液中反应，将膜材料取出清洗，即得酶固定化的含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料。
本发明的显著优点和效果：
1)含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料，该种纤维极细，直径在30纳米-5微米之间具有很大的比表面积，有利于提高生物分子和酶的固定化的数量；
2)制备含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料的工艺简单，将含反应性基团的丙烯腈共聚物溶解得到纺丝液，进行静电纺丝，就可以得到含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料；
3)含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料可以加工成管状、块状、条状、丝状、颗粒状、单层膜状、多层膜状，用于组织修复、组织工程支架、酶的固定化、生物分子分离等方面。
具体实施方式
本发明的含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料的制备的方法，是将含反应性基团的丙烯腈共聚物溶于溶剂中成为透明溶液，得到纺丝液，加入到微量进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，电压为5千伏-20千伏，进行静电纺丝，得到含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料，纤维直径在30纳米-5微米之间。
其中含反应性基团的丙烯腈共聚物是丙烯腈与马来酸共聚物、丙烯腈与丙烯酸共聚物、丙烯腈与甲基丙烯酸共聚物、丙烯腈与丙烯酰胺共聚物、丙烯腈与甲基丙烯酰胺共聚物中的任意一种；将含反应性基团的丙烯腈共聚物溶解得到纺丝液的溶剂是二甲基亚砜、二甲基甲酰氨、二甲基乙酰氨中的任意一种；通过物理吸附或化学共价键连接，固定于该种反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料表面的生物分子是胶原蛋白、明胶、抗体、抗原、核酸、聚α-氨基酸、透明质酸、硫酸软骨素、角叉胶、藻酸盐、琼胶、葡聚糖、纤维蛋白、丝蛋白、胰岛素、肝素中的任意一种；固定于该种材料表面的酶是脂肪酶、蛋白酶、脱氢酶、氧化酶、过氧化物酶、氧合酶、细胞色素氧化酶、碳基转移酶、酮醛基转移酶、酰基转移酶、糖苷基转移酶、含氮基转移酶、磷酸基转移酶、含硫基团转移酶中的任意一种；通过化学共价键连接，固定于该种材料表面的生物分子或酶的偶联剂是碳二亚胺、羟基琥珀亚酰氨、戊二醛、溴化氰、水合肼、对甲苯磺酸氯、表氯醇、氯化亚砜、硫酸脂乙砜基苯胺、异氰酸脂、双重氮联苯胺中的任意一种。
以下介绍制备本发明材料的实施例：
例1：含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料的制备：将6克重均分子量为10万的丙烯腈与马来酸共聚物溶于二甲基甲酰氨中成为透明溶液，得到纺丝液，加入到微量进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为15厘米左右，纺丝液流速为5ml/h，电压为10千伏，进行静电纺丝，得到丙烯腈与马来酸共聚物纳米纤维膜载体材料，纤维直径为100-500nm。
生物分子的固定化：将1克的丙烯腈与马来酸共聚物纳米纤维膜载体材料放入100毫升的30mg/ml胶原蛋白的磷酸缓冲溶液(pH＝7)，加入碳二亚胺1克，反应24小时后取出丙烯腈与马来酸共聚物纳米纤维膜载体材料，用去离子水清洗，得到胶原蛋白固定化的丙烯腈与马来酸共聚物纳米纤维膜载体材料。
例2：含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料的制备：将5克重均分子量为15万的丙烯腈与丙烯酸共聚物溶于二甲基亚砜中成为透明溶液，得到纺丝液，加入到微量进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为20厘米左右，纺丝液流速为10ml/h，电压为12千伏，进行静电纺丝，得到丙烯腈与丙烯酸共聚物纳米纤维膜载体材料，纤维直径为150-600nm。
生物分子的固定化：将1克的丙烯腈与丙烯酸共聚物纳米纤维膜载体材料放入100毫升的35mg/ml明胶的磷酸缓冲溶液(pH＝7)，加入碳二亚胺1克，反应24小时后取出丙烯腈与丙烯酸共聚物纳米纤维膜载体材料，用去离子水清洗，得到明胶固定化的丙烯腈与丙烯酸共聚物纳米纤维膜载体材料。
例3：含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料的制备：将8克重均分子量为8万的丙烯腈与马来酸共聚物溶于二甲基亚砜中成为透明溶液，得到纺丝液，加入到微量进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为16厘米左右，纺丝液流速为6ml/h，电压为12千伏，进行静电纺丝，得到丙烯腈与马来酸共聚物纳米纤维膜载体材料，纤维直径为120-500nm。
生物分子的固定化：将1克的丙烯腈与马来酸共聚物纳米纤维膜载体材料放入100毫升的20mg/ml肝素的磷酸缓冲溶液(pH＝7)，加入碳二亚胺1克，反应24小时后取出丙烯腈与马来酸共聚物纳米纤维膜载体材料，用去离子水清洗，得到肝素固定化的丙烯腈与马来酸共聚物纳米纤维膜载体材料。
例4：含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料的制备：将6克重均分子量为15万的丙烯腈与丙烯酸共聚物溶于二甲基甲酰氨中成为透明溶液，得到纺丝液，加入到微量进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为18厘米左右，纺丝液流速为5ml/h，电压为15千伏，进行静电纺丝，得到丙烯腈与丙烯酸共聚物纳米纤维膜载体材料，纤维直径为160-600nm。
酶的固定化：将1克的丙烯腈与丙烯酸共聚物纳米纤维膜载体材料放入100毫升磷酸缓冲溶液(pH＝7)，加入碳二亚胺1克，反应24小时后取出丙烯腈与丙烯酸共聚物纳米纤维膜载体材料，用去离子水清洗，放入100毫升的30mg/ml脂肪酶的磷酸缓冲溶液(pH＝7)反应6小时，用去离子水清洗，得到脂肪酶固定化的丙烯腈与丙烯酸共聚物纳米纤维膜载体材料，脂肪酶的活性保留为25-40％。
例5
含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料的制备：将5克重均分子量为15万的丙烯腈与丙烯酸共聚物溶于二甲基甲酰氨中成为透明溶液，得到纺丝液，加入到微量进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为15厘米左右，纺丝液流速为5ml/h，电压为10千伏，进行静电纺丝，得到丙烯腈与丙烯酸共聚物纳米纤维膜载体材料，纤维直径为100-600nm。
生物分子的固定化：将1克的丙烯腈与丙烯酸共聚物纳米纤维膜载体材料放入100毫升的30mg/ml胰岛素的磷酸缓冲溶液(pH＝7)，加入碳二亚胺1克，反应24小时后取出丙烯腈与丙烯酸共聚物纳米纤维膜载体材料，用去离子水清洗，得到胰岛素固定化的丙烯腈与丙烯酸共聚物纳米纤维膜载体材料。
Claims (9)
1、一种含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料的制备的方法，将含反应性基团的丙烯腈共聚物溶于溶剂中成为透明溶液，得到纺丝液，加入微量进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，电压为5千伏-20千伏，进行静电纺丝，得到含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料。
2、根据权利要求1所述的一种含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料，其特征在于：含反应性基团的丙烯腈共聚物是丙烯腈与马来酸共聚物、丙烯腈与丙烯酸共聚物、丙烯腈与甲基丙烯酸共聚物、丙烯腈与丙烯酰胺共聚物、丙烯腈与甲基丙烯酰胺共聚物中的任意一种。
3、根据权利要求1所述的一种含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料的制备方法，其特征在于将含反应性基团的丙烯腈共聚物溶解得到纺丝液的溶剂是二甲基亚砜、二甲基甲酰氨、二甲基乙酰氨中的任意一种。
4、一种含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料用于生物分子固定的方法，其特征在于：是将含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料放入含生物分子的溶液中，加入偶联剂反应后取出该纳米纤维膜，清洗完后得到生物分子固定化的反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料。
5、根据权利要求4所述的一种含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料用于生物分子固定的方法，其特征在于：通过物理吸附或化学共价键连接，固定于该种材料表面的生物分子是胶原蛋白、明胶、抗体、抗原、核酸、聚α-氨基酸、透明质酸、硫酸软骨素、角叉胶、藻酸盐、琼胶、葡聚糖、纤维蛋白、丝蛋白、胰岛素、肝素中的任意一种。
6、一种含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料用于酶固定的方法，其特征在于：是将反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料放入含偶联剂的溶液中，反应后取出含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料，清洗后，放入含酶的溶液中反应，将膜材料取出清洗，即得酶固定化的反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料。
7、根据权利要求6的一种含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料用于酶固定的方法，其特征在于：通过物理吸附或化学共价键连接，固定于该种材料表面的酶是脂肪酶、蛋白酶、脱氢酶、氧化酶、过氧化物酶、氧合酶、细胞色素氧化酶、碳基转移酶、酮醛基转移酶、酰基转移酶、糖苷基转移酶、含氮基转移酶、磷酸基转移酶、含硫基团转移酶中的任意一种。
8、根据权利要求4所述的一种含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料用于生物分子固定的方法，其特征在于：通过化学共价键连接，用于固定生物分子的偶联剂是碳二亚胺、羟基琥珀亚酰氨、戊二醛、溴化氰、水合肼、对甲苯磺酸氯、表氯醇、氯化亚砜、硫酸脂乙砜基苯胺、异氰酸脂、双重氮联苯胺中的任意一种。
9、根据权利要求6所述的一种含反应性基团的腈纶纳米纤维膜载体材料用于酶固定的方法，其特征在于：通过化学共价键连接，用于固定生物分子的偶联剂是碳二亚胺、羟基琥珀亚酰氨、戊二醛、溴化氰、水合肼、对甲苯磺酸氯、表氯醇、氯化亚砜、硫酸脂乙砜基苯胺、异氰酸脂、双重氮联苯胺中的任意一种。
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