專利名稱：海藻酸鈉/殼聚糖復合流體紡絲方法
技術領域：
本發明涉及生物醫學組織工程和工業紡織領域，具體地說是一種適合于制造 海藻酸鈉/殼聚糖復合物絲狀支架材料的紡絲方法。
背景技術：
目前絲狀材料的制造方法多種多樣，常見的主要有熔噴法(Mdt-blown)濕 法紡絲(wet spinning)、青爭電紡絲(Electrospinning)、相分離法(Phase separation)、 自組裝法(Self-assembly)、模板合成法(Template synthesis)等，但均因制造工 藝復雜、工程消耗時間長、原料使用范圍窄等缺點，在實際生產中受到不同條件 的限制。我們設計并實施的紡絲方法流體紡絲，與上述方法相比，具有設備 簡易、操作簡便，點，并可克服傳統濕紡法過程中斷絲現象帶來的不利影響。 (文獻l.海藻纖維的性能與應用。印染助劑，第23巻第6期,2006年6月。文ft2.電紡 PAN纟內米纖維的碳化工藝研究。中國禾根論文在線，http:〃www.paper.edu.cn0文 獻3.靜電紡絲過程中的非穩定性研究。合成纖維工業，2006科月，第29巻，第2 肌文獻4.靜電紡納米纖維的研究及應用進展。合成纖維工業，2006年6月，第 29巻，第3其月。文獻5. Chitosan-alginate as scaffolding material for cartilage tissue engineering. Journal of Biomedical Materials Research Part A, Volume 75 A, Issue 2, Pages 485 - 493, Published Online: 9 Aug 2005.)
發明內容
本發明提出一種新型的海藻酸鈉/殼聚糖復合物絲狀支架桐料的紡絲方法，其 直徑可控、獲得的產品間相互沒有粘連；制備出的絲帶狀支架可以用于生物醫學 組織工程支架或工業紡織等領域。
其原理是相對運動著的殼聚糖溶液與海藻酸鈉溶液相遇，并發生聚電解質
反應，使被拉伸的殼聚糖絲狀液流固定成型，形成固態的、有彈性的絲狀支架。 相對于地面來說，不管是殼聚糖溶液保#賴爭止而海藻酸鈉溶液相對于前雜動， 或者是海藻酸鈉溶液保^f爭止而殼聚糖相對于前者運動，只要兩者之間有相對運 動，而且相互接觸，殼聚糖溶液都能夠在接觸面上被拉伸變形，并于海藻酸鈉溶
3液反應而形成絲帶狀產物。
為實現上述目的，本發明采用的技術方案為
海藻酸鈉/殼聚糖復合流體紡絲方法，殼聚糖溶液被以注射、噴灑或滴加的方 式加入至,其相X寸運動的海藻酸鈉溶液中。在兩溶液間接觸摩擦力的作用下，殼 聚糖溶液被拉伸形成絲狀液流，同時因與海藻酸鈉溶液發生聚電解質反應而固定 成型，最終形成絲帶狀支架；海藻酸鈉溶液與殼聚糖溶液相遇時的相對運動速度
為20勒秒至1500勒秒。
其中海藻酸鈉溶液以pH5-9的水或緩沖溶液為溶劑配制，海藻酸鈉水溶液濃 度為0.01-3% (w/v， g/ml)，海藻酸鈉分子量為250-600 kDa。
其中殼聚糖溶液用以pH3-6的水或緩沖溶液為溶劑配制，殼聚糖溶液濃度為 0.01-3% (w/v， g/ml)，殼聚糖分子量為15-250 kDa，殼聚糖脫乙酰度80-98 %。
其中殼聚糖溶液以連續流體的方式，注射進入海藻酸鈉(注射式流體紡絲)； 或以不連續液滴的方式，滴加或噴霧進入海藻酸鈉溶液(噴灑式流體紡絲)。 具體可為，
1. 配制一定濃度的海藻酸鈉溶液和殼聚糖溶液，其中海藻酸鈉分子量為 250-600 kDa;殼聚糖分子量為15-250 kDa，殼聚糖脫乙酰度80-98 %;
2. 以攪拌或旋轉等方式使海藻酸鈉溶液和殼聚糖溶液的相對運動速度平均 達到20彩秒至1500勒秒；
3. 將適量的殼聚糖溶液裝入可計量的注射裝置(或噴霧裝置)，以一定流量 注射進入(或噴入、滴入)海藻酸鈉溶液。殼聚糖溶液被拉伸形成絲狀液流，同 時與海藻酸鈉溶液發生聚電解質反應而固定成型，最終形成絲帶狀支架；(為了保 證最后紡絲產品的產量和紡絲直徑的均一性，殼聚糖溶液體積用量應為海藻酸鈉 溶液體積的2-30%);
4. 以2500-3500 g離心，收集絲狀支架。 該發明的特點具備如下優點
1. 原料簡單主要原料是殼聚糖和海藻酸鈉；
2. 設備簡單只需溶液配制裝置、過濾裝置、攪拌裝置、注射或噴灑裝置， 以及離心裝置和干燥裝置等常見設備；
3. 工藝操作簡便無高溫、高壓、有毒等危險操作；
4. 通過工藝參數的選擇，能夠制備出在0.5微米-2毫米范圍內直徑(這里 的直徑是指絲帶橫截面的長軸長度)可控的絲帶狀支架；5. 獲得的產品是相互間沒有粘連的、海藻酸鈉/殼聚糖聚電解質復合物絲狀 支架，整體上呈現棉絮狀，有良好的生物相容性，易于細胞生長代謝，有良好的 粘彈性，易于進一歩加工成型；
6. 產品的用途廣泛，可以用于生物醫學組織工程支架或工業毛紡等領域；
7. 本紡絲工藝相對于工業濕紡法的優點是，可以無視紡絲過程中的斷絲現 象，避免由于斷絲現象造成的紡絲中斷成±央和單根紡絲間的相互影響。
圖1為本發明的原理示意圖。其中左側圖為注射式流體紡絲裝置示意圖，右 側圖為噴霧式流體紡絲裝置示意圖，a為海藻酸鈉溶液，b為殼聚糖溶液，c為攪 拌裝置，d為注射噴霧裝置。
圖2為根據實施例1得到的條帶狀紡絲產品。、
圖3為根據實施例2得到的條帶狀紡絲產品。
圖4為根據實施例3得到的冷凍干燥后的條帶狀紡絲產品。
圖5為根據實施例4得到的條帶狀紡絲產品。
圖6為根據實施例5得到的條帶狀紡絲產品。
圖7為根據實施例6得到的條帶狀紡絲產品。
圖8為根據實施例7得到的條帶狀紡絲產品。
具體實施例方式
實施例1
① 配制醋酸鹽緩沖溶液(溶液組成0.2M醋酸和0.1M醋酸鈉，pH3-6);
② 以醋酸鹽緩沖溶液為溶劑，配制含殼聚糖0.01% (Wv， g/ml)的溶液；
③ 配制含海藻酸鈉0.01 % (w/v， g/ml)的水溶液；
④ 用帶醫用5號針頭的注射器以4 ml/hr的流量將殼聚糖溶液注入涼遞為20 浙秒的海藻酸鈉溶液中，得到絲狀支架，其直徑在40-60拜間分布，平均直徑約 為50,，如圖2;
⑤ 將絲狀支架3000 g離心，搜集沉淀物，獲得的產品是相互間沒有粘連的、 海藻酸鈉/殼聚糖聚電解質復合物絲狀支架。
實施例2
① 配制醋酸鹽緩沖溶液(溶液組成0.2M醋酸和0.1M醋酸鈉，pH3-6);
② 以醋酸鹽緩沖溶液為溶劑，配制含殼聚糖1.5% (w/v， g/mD的溶液；
5③配制含海藻酸鈉1.5。/。 (w/v， g/ml)的水溶液；
用帶醫用5號針頭的注射器以4 ml/hr的流量將殼聚糖溶液注入流速為750 浙秒的海藻酸鈉溶液中，得到條帶狀聚合物，其直徑在17.5-22.5拜間分布，平 均直徑約為20pm，如圖3;
⑤將聚合物3000g離心，搜集沉淀物，獲得的產品是相互間沒有粘連的、海 藻酸鈉/殼聚糖聚電解質復合物絲狀支架。
實施例3
① 配制醋MS緩沖溶液(溶液組成0.2M醋酸和0.1M醋酸鈉，pH3-6);
② 以醋酸鹽緩沖溶液為溶劑，配制含殼聚糖3% (w/v， g/ml)的溶液；
③ 配制含海藻酸鈉3。/。 (w/v， g/ml)的水溶液；
④ 用帶醫用5號針頭的注射器以4 ml/hr的流量將殼聚糖溶液注入流速為 1500彩秒的海藻酸鈉溶液中，得到條帶狀聚合物，如圖4;
⑤ 將聚合物3000g離心，搜集沉淀物，冷凍干燥，獲得的產品是相互間沒有 粘連的、海藻酸鈉/殼聚糖聚電解質復合物絲狀支架。
實施例4
① 配制醋酸鹽緩沖溶液(溶液組成0.2M醋酸和0.1M醋酸鈉，pH3-6);
② 以醋酸鹽緩沖溶液為溶劑，配制含殼聚糖0.01% (w/v， g/ml)的溶液；
③ 配制含海藻fl鈉0.01 % (w/v， g/ml)的水溶液；
④ 用普通農用噴霧器將殼聚糖溶液噴入流速為20 ^/秒的海藻酸鈉溶液中， 得到條帶狀聚合物，其直徑在27.5-32.5,間分布，平均直徑約為30nm，如圖5;
⑤ 將聚合物3000g離心，收 淀物，獲得的產品是相互間沒有粘連的、海 藻酸鈉/殼聚糖聚電解質復合物絲狀支架。
實施例5
① 配制醋酸鹽緩沖溶液(溶液組成0.2M醋酸和0.1M醋酸鈉，pH3陽6);
② 以醋酸鹽緩沖溶液為溶劑，配制含殼聚糖1.5% (w/v， g/ml)的溶液；
③ 配制含海藻酸鈉1.5。/。 (w/v， g/ml)的7乂溶液；
④ 用普通農用噴霧器將殼聚糖溶液噴入流速為750擬秒的海藻酸鈉溶液中， 得到條帶狀聚合物，其直徑在17.5-22.5拜間分布，平均直徑約為20,，如圖6;
⑤ 將聚合物3000g離心，搜集沉淀物，獲得的產品是相互間沒有粘連的、海 藻酸鈉/殼聚糖聚電解質復合物絲狀支架。實施例6
① 配制醋酸鹽緩沖溶液(溶液組成0.2M醋酸和0.1M醋酸鈉，pH3-6);
② 以醋艦緩沖溶液為溶劑，配制含殼聚糖3% (Wv， g/ml)的溶液；
③ 配制含海藻酸鈉3。/。 (w/v， g/ml)的水溶液；
④ 用普通農用噴霧器將殼聚糖溶液噴入流速為1500勒秒的海藻酸鈉溶液 中，得到條帶狀聚合物，其直徑在12.5-17.5,間分布，平均直徑約為15,，如 圖7;
⑤ 將聚合物3000g離心，搜集沉淀物，獲得的產品是相互間沒有粘連的、海 藻酸鈉/殼聚糖聚電解質復合物絲狀支架。
實施例7
① 配制醋鵬緩沖溶液(溶液組成0.2M醋酸和0.1M醋酸鈉，pH3國6);
② 以醋酸鹽緩沖溶液為溶劑，配制含殼聚糖0.03% (w/v， g/ml)的溶液；
③ 配制含海藻酸鈉30/。 (w/v， g/ml)的水溶液；
④ 將帶有醫用5號針頭的注射器灌滿殼聚糖溶液，固定在攪拌槳葉片尖端， 針頭朝下，只讓針頭浸沒于海藻酸鈉溶液中，攪拌槳旋轉起來，針尖的旋轉半徑 為2cm，旋轉速度為1500轉/分鐘。注射器以4ml/hr的流量自動向海藻酸鈉溶液 中流出殼聚糖溶液，得到條帶狀聚合物，其直徑在1-2 ,間分布，平均直徑約為 1.5,，如圖8;
⑤ 將聚合物3000g離心，搜集沉淀物，獲得的產品是相互間沒有粘連的、海 藻酸鈉/殼聚糖聚電解質復合物絲狀支架。
權利要求
1.海藻酸鈉/殼聚糖復合流體紡絲方法，其特征是殼聚糖溶液被以注射、噴灑或滴加的方式加入到海藻酸鈉溶液中。海藻酸鈉溶液與殼聚糖溶液相遇時的相對運動速度為20米/秒至1500米/秒；上述的兩種溶液以一定的相對速度運動相遇時，殼聚糖溶液在兩溶液間接觸摩擦力的作用下，被拉伸形成絲狀液流，同時因與海藻酸鈉溶液發生聚電解質反應而固定成型，最終形成絲帶狀支架。
2. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于海藻酸鈉溶液以pH5-9的水 或緩沖溶液為溶劑配制，海藻酸鈉7jC溶液濃度為0.01-3 % (w/v)，海藻酸鈉分子 量為250-600 kDa。
3. 按照權利要求1戶，的方法，其特征在于殼聚糖溶液以pH3-6的水或 緩沖溶液為溶齊IJ配制，殼聚糖溶液濃度為0.01-3%(w/v)，殼聚糖分子量為15-250 kDa，殼聚糖脫乙酰度80-98 %。
4. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于殼聚糖溶液以連續流體的方式， 注射進入海藻酸鈉；或以不連續液滴的方式，滴加或噴霧進入海藻酸鈉溶液。
5. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于殼聚糖溶液注射、噴灑或滴加 進入海藻酸鈉溶液的入射口單位面積流量為10-3000 L/hrm2。
6. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于為了保持最后紡絲產品直徑的 均一性，殼聚糖溶液體積用量為海藻酸鈉溶液體積的2-30%。
7. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于將所獲取的帶有絲帶狀支架的 反應溶液以2500-3500 g離心，收集絲狀支架。
全文摘要
本發明提供一種工業紡絲和生物醫學組織工程絲狀支架的新型制備方法。針對目前各種工業紡絲和生物醫學組織工程絲狀支架材料的制作要求，以可以發生聚電解質反應的海藻酸鈉溶液和殼聚糖溶液為原料，通過調節兩種溶液的濃度和相對運動速度，使得殼聚糖溶液被海藻酸鈉溶液拉伸成絲帶狀液流，同時與相遇的海藻酸鈉溶液發生聚電解質反應而固化成型，產生不同直徑的絲帶狀支架。與傳統紡絲方法相比，該方法設備簡單易行，并可克服傳統濕紡法過程中斷絲現象帶來的不利影響。
文檔編號D01F8/18GK101665995SQ20081001311
公開日2010年3月10日 申請日期2008年9月5日 優先權日2008年9月5日
發明者于煒婷, 為 王, 王建政, 謝維揚, 馬小軍, 黃曉波 申請人:中國科學院大連化學物理研究所