專利名稱：多孔性電紡纖維的制備方法
技術領域：
本發明涉及材料領域，特別涉及一種多孔性電紡纖維的制備方法。
背景技術：
超高比表面積纖維材料在高效化學和生物吸附分離材料、催化載體、高效 傳感器、細胞和藥物分子載體、組織工程支架、組織修復替代物等方面具有廣 泛的應用前景。
減小纖維直徑和/或在纖維上致孔可以提高纖維材料的比表面積。普通纖維
材料的比表面積約0.1mVg，當纖維直徑減小至100nm時，纖維材料的比表面積可 提高至約44mVg。電紡是制備直徑在納米至微米級纖維的一種簡單有效的方法， 但大量制備直徑低于100nm的纖維仍有困難，而且直徑太小的纖維力學強度很 低，應用范圍將受限制。因此，僅通過減小纖維直徑難以獲得超高比表面積纖 維材料。相分離是制備普通多孔性材料的常見方法。國內外研究者將電紡技術 與相分離技術結合，在制備多孔性電紡纖維方面進行了有益的嘗試。Pratyush Dayal等(Macromolecules, 2007， 40, 7689-7694.)將異聚甲基丙婦酸曱酯與聚甲 基丙烯酸曱酯分別溶于二氯甲烷和四氬吹喃中，利用聚合物溶液相分離速度和 溶劑揮發速度的差異，成功制備了多孔性電紡納米纖維。李新松等(科學通報，
2004, 49， 2160 2163)采用"電紡-相分離-瀝濾"法，將聚丙烯腈和聚乙烯吡咯 烷酮溶于共溶劑中進行電紡，獲得共混物超細纖維，再將聚丙烯腈與聚乙烯吡 咯烷酮進行相分離，利用聚乙烯吡咯烷酮溶于水的特點瀝濾洗出聚乙烯吡咯烷 酮而致孔，所得超細纖維的截面呈現多孔結構，孔尺寸約30nm,直徑為2130nm 的多孔性電紡纖維的比表面積達到了70m:g以上。因此，通過制備多孔性電紡纖 維可以獲得超高比表面積纖維材料。但多孔性電紡纖維的現有制備方法由于在滿足聚合物溶液相分離速度和溶劑揮發速度差異、以及聚合物溶解性質差異等 方面的原因，使其受到一定的應用限制。
發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種多孔性電紡纖維的制備方法，操作
簡單，成本低廉，環境污染小，適于工業化生產；所得多孔性電紡纖維形態良
好，具有超高比表面積。
為達到此目的，本發明提供了一種多孔性電紡纖維的制備方法，包括以下 步驟
a、 制備電紡液將聚合物溶于有機溶劑中制成質量體積百分比為5 20%的 溶液，向該溶液中加入粒徑為10nm lpm的納米鹽4吏聚合物與納米鹽的質量比 為1 : 20 2 : l,混合均勻，得聚合物/納米鹽混合電紡液；
b、 電紡將步驟a的聚合物/納米鹽混合電紡液用靜電紡絲設備在外加電壓 為5~30KV、電紡液流量為0.01~0.05mL/min、接收距離為5~30cm的條件下進 行電紡，得聚合物/納米鹽復合電紡纖維；
C、鹽析將步驟b的聚合物/納米鹽復合電紡纖維在納米鹽的溶析溶液中 鹽析2 5小時，干燥，即得多孔性電紡纖維。
在本發明中，術語"納米鹽"指具有納米粒徑的金屬鹽顆粒。
進一步，所述聚合物為天然聚合物或合成聚合物，所述天然聚合物為膠原 蛋白、纖維蛋白原和殼聚糖中的任一種；所述合成聚合物為聚乙交酯、聚丙交 酯、聚己內酯、聚乙醇酸及其共聚物、嵌段共聚物和衍生物中的任一種；
進一步，所述有機溶劑為甲醇、三氟乙醇、六氟異丙醇、丙酮、二氯甲烷、 三氯甲烷、四氬呋喃和二甲基曱酰胺中的一種或多種；
進一步，所述納米鹽為氯化鈉、氯化鈣、碳酸鈉、碳酸氬鈉、碳酸鈣和碳 酸氫鈣中的任一種；
進一步，在步驟a的聚合物/納米鹽混合電紡液中加入藥物，得聚合物/納米 鹽/藥物混合電紡液，再經步驟b電紡和步驟c鹽析，制得載藥多孔性電紡纖維；進一步，將藥物被動吸附至步驟C的多孔性電紡纖維的表面，制得栽藥多 孔性電紡纖維；
進一步，先在步驟a的聚合物/納米鹽混合電紡液中加入藥物，得聚合物/納 米鹽/藥物混合電紡液，經步驟b電紡和步驟c鹽析，制得載藥多孔性電紡纖維，
再將另一種藥物被動吸附至所得載藥多孔性電紡纖維的表面，制得載有多種藥
物的多孔性電紡纖維；
進一步，所述藥物為肝素、雷帕霉素、紫杉醇、阿斯匹林、樸熱息痛、地 塞米松、青蒿素、環前列腺素、水蛭素、血管內皮細胞生長因子、堿性成纖維 細胞生長因子、神經生長因子、骨形態發生蛋白、神經膠質生長因子、轉化生 長因子、表皮生長因子、血小板衍生生長因子和肝細胞生長因子中的一種或多 種。
本發明將電紡技術與鹽析技術相結合，將納米鹽混懸于聚合物溶液中進行 電紡，獲得聚合物/納米鹽復合電紡纖維，再將其用該納米鹽的溶析溶液進行鹽 析，除去納米鹽而致孔，即獲得多孔性電紡纖維。該方法操作簡單，成本低廉， 環境污染小，適于工業化生產；所得多孔性電紡纖維形態良好，通過改變納米 鹽的粒徑和用量可以方便地改變電紡纖維的孔徑和表面粗糙度，可用于制備藥 物分子載體、組織工程支架、組織修復替代物等，具有廣闊的應用前景。
本發明方法制備的多孔性電紡纖維材料的宏觀形狀主要取決于接收器的形 狀和拓樸結構。因此，選擇具有不同形狀(如管形、矩形、圓形等)和/或不同 拓樸結構(如平行排列、矩陣排列、定向編制等)的4妄收器，可以方便地得到 具有各種形狀和/或拓樸圖案的多孔性電紡纖維材料。
本發明方法條件溫和，將藥物溶解或混懸于電紡液中進行電紡，使藥物均 勻分散到聚合物纖維中，可以制備載藥多孔性電紡纖維，不僅可以有效避免活 性成分的變性失效，通過改變制備條件影響多孔性電紡纖維的結構，還可以達 到控制藥物釋放的目的。此外，通過被動吸附的方式，將藥物吸附到多孔性電 紡纖維的表面，也可以制備載藥多孔性電紡纖維；將上述兩種方式結合，先將一種藥物溶解或混懸于電紡液中進行電紡，再將另 一種藥物被動吸附到多孔性
電紡纖維的表面，還可以制備載有多種藥物的多孔性電紡纖維等；本發明的多
孔性電紡纖維具有超高比表面積，可以為藥物的被動吸附提供更多的空間，從 而極大地增加載藥量。
為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發
明作進一步的詳細描述，其中
圖1為PCL/CaC03復合電紡纖維(CaC03粒徑《lOOnm )在濃度為2mol/L 的鹽酸溶液中的鹽析曲線；
圖2為聚合物/納米鹽復合電紡纖維經鹽析除去納米鹽后得到的多孔性電 紡纖維的掃描電鏡圖；其中，a和b為質量比為1 : 1的PCL/NaCl復合電紡纖 維在蒸餾水中鹽析除去粒徑為lpm的NaCl后得到的PCL多孔性電紡纖維(標 尺為5[im); c為質量比為1 : 1的PCL/CaC03復合電紡纖維在濃度為2mol/L 的鹽酸溶液中鹽析除去粒徑為IOOnm的CaC03后得到的PCL多孔性電紡纖 維(標尺為lpm);
圖3為采用具有不同拓樸結構的接受器得到的具有不同拓樸圖案的多孔性 電紡纖維膜的光學顯存t圖(20倍放大)；其中，a為采用平行電極為接受器得 到的平行排列的多孔性電紡纖維膜；b為采用平行矩陣排列的電極為接受器得 到的正交排列的多孔性電紡纖維膜；c為采用環狀電極為接受器得到的輻射狀 排列的多孔性電紡纖維膜；
圖4為采用本發明方法制得的載藥(樸熱息痛)多孔性電紡纖維的掃描電 鏡圖(標尺為20)im)。
具體實施例方式
以下將參照附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。實施例l、多孔性電紡纖維膜的制備 包括以下步驟
a、 制備電紡液將聚己內酯(PCL)溶于甲醇中制成質量體積百分比為5% 的溶液，向該溶液中加入粒徑為lfim的氯化鈉(NaCl)使PCL與NaCl的質量 比為1 : 1,混合均勻，得PCL/NaCl混合電紡液；
b、 電紡將步驟a的PCL/NaCl混合電紡液用靜電紡絲設備(以不銹鋼金 屬板為接收器)在外加電壓為20KV、電紡液流量為0.01mL/min、接收距離為 5cm的條件下進行電紡，得PCL/NaCl復合電紡纖維，接收器收集纖維60分鐘， 得纖維隨機排列的PCL/NaCl復合電紡纖維膜；
c、 鹽析將步驟b的PCL/NaCl復合電紡纖維膜在蒸餾水中鹽析2小時， 真空干燥，即得PCL多孔性電紡纖維膜。
按照上述方法制得的PCL多孔性電紡纖維膜具有兩種典型的孔狀結構，分 別如圖2a和圖2b所示，可見其表面呈溝槽狀或蟲奪窩狀結構，孔徑約為l|_im。
實施例2、多孔性電紡纖維膜的制備 包括以下步驟
a、 制備電紡液將PCL溶于三氯甲烷中制成質量體積百分比為9%的溶液， 向該溶液中加入粒徑為lOOnm的碳酸鈣(CaC03)使PCL與CaC03的質量比為 1:1,混合均勻，得PCL/CaC03混合電紡液；
b、 電紡將步驟a的PCL/CaC03混合電紡液用靜電紡絲設備(以不銹鋼金 屬板為接收器)在外加電壓為20KV、電紡液流量為0.015mL/min、接收距離為 15cm的條件下進行電紡，得PCL/CaC03復合電紡纖維，接收器收集纖維60分 鐘，得纖維隨機排列的PCL/CaC03復合電紡纖維膜；
c、 鹽析將步驟b的PCL/CaC03復合電紡纖維膜在濃度為2mol/L的鹽酸 溶液中鹽析2小時，真空干燥，即得PCL多孔性電紡纖維膜。
PCL/CaC03復合電紡纖維膜在濃度為2mol/L的鹽酸溶液中的鹽析曲線如圖l所示，可見鹽析2小時CaC03的溶出率達到98。/。；所得PCL多孔性電紡纖維 膜的掃描電鏡圖如圖2c所示，可見其表面呈凹凸不平的不規則孔狀結構，孔徑 約為100 200nm。
實施例3、多孔性電紡纖維膜的制備 包括以下步驟
a、制備電紡液將聚乙醇酸(PGA)溶于六氟異丙醇中制成質量體積百分 比為10%的溶液，向該溶液中加入粒徑為50nm的碳酸氫鈉(NaHC03)使PGA 與NaHC03的質量比為2:1，混合均勻，得PGA/NaHC03混合電紡液；
b 、電紡將步驟a的PGA/NaHC03混合電紡液用靜電紡絲設備(以不銹鋼 金屬板為接收器)在外加電壓為5KV、電紡液流量為0.02mL/min、接收距離為 5cm的條件下進行電紡，得PGA/NaHC03復合電紡纖維，接收器收集纖維60分 鐘，得纖維隨機排列的PGA/NaHC03復合電紡纖維膜；
c、鹽析將步驟b的PGA/NaHC03復合電紡纖維膜在濃度為2mol/L的鹽 酸溶液中鹽析2小時，真空干燥，即得PGA多孔性電紡纖維膜。
實施例4、多孔性電紡纖維膜的制備 包括以下步驟
a、 制備電紡液將殼聚糖溶于質量百分比為卯％的乙酸溶液中制成質量體 積百分比為20%的溶液，向該:容液中加入粒徑為100nm的CaC03使殼聚糖與 CaC03的質量比為1 : 20,混合均勻，得殼聚糖/CaC03混合電紡液；
b、 電紡將步驟a的殼聚糖/CaC03混合電紡液用靜電紡絲設備(以不銹鋼 金屬板為接收器)在外加電壓為25KV、電紡液流量為0.04mL/min、接收距離為 30cm的條件下進行電紡，得殼聚糖/CaC03復合電紡纖維，接收器收集纖維60 分鐘，得纖維隨機排列的殼聚糖/CaC03復合電紡纖維膜；
c 、鹽析將步驟b的殼聚糖/CaC03復合電紡纖維膜在濃度為1 mol/L的鹽 酸溶液中鹽析5小時，真空干燥，即得殼聚糖多孔性電紡纖維膜。實施例5、載藥多孔性電紡纖維膜的制備
包括以下步驟
a、 制備電紡液將PCL溶于甲醇中制成質量體積百分比為5%的溶液，向 該溶液中加入粒徑為lOOnm的NaCl使PCL與NaCl的質量比為1:1,混合均 勻，得PCL/NaCl混合電紡液；
b、 電紡將步驟a的PCL/NaCl混合電紡液用靜電紡絲設備(以不銹鋼金 屬板為接收器)在外加電壓為15KV、電紡液流量為0.025mL/min、接收距離為 10cm的條件下進行電紡，得PCL/NaCl復合電紡纖維，接收器收集纖維60分鐘， 得纖維P逭機排列的PCL/NaCl復合電紡纖維膜；
c、 鹽析將步驟b的PCL/NaCl復合電紡纖維膜在蒸餾水中鹽析2小時， 真空干燥，即得PCL多孔性電紡纖維膜；
d、 載藥將步驟c所得多孔性電紡纖維置樸熱息痛飽和水溶液中浸泡24 小時，取出后干燥，即得載藥(樸熱息痛)PCL多孔性電紡纖維膜，其掃描電 鏡圖如圖4所示。
實施例6、載藥多孔性電紡纖維膜的制備 包括以下步驟
a、制備電紡液將肝素(HP)和血管內皮細胞生長因子(VEGF)溶于水 中制成含有濃度為20mg/mL的HP和濃度為lmg/mL的VEGF的混合溶液；將 PCL溶于三氯甲烷中制成質量體積百分比為15%的溶液，向該溶液中加入粒徑 為200nm的NaCi使PCL與NaCl的質量比為1:1,混合均勻，再加入HP/VEGF 混合溶液使HP終濃度為lmg/mL、 VEGF終濃度為50pg/mL,混合均勻，得PCL/ NaCl/HP/VEGF混合電紡液；
b 、電紡將步驟a的PCL/NaCl/HP/VEGF混合電紡液用靜電紡絲設備(以 不銹鋼矩形金屬板為接收器)在外加電壓為IOKV、電紡液流量為0.025mL/h、 接收距離為22cm的條件下進行電紡，得PCUNaCl/HP/VEGF復合電紡纖維，接收器收集纖維60分鐘，得纖維隨機排列的PCL/NaCl/HP/VEGF復合電紡纖維膜； c、鹽析將步驟b的PCL/NaCl/HP/VEGF復合電紡纖維膜在蒸餾水中鹽析 2小時，真空干燥，即得載藥(HP與VEGF) PCL多孔性電紡纖維膜。
實施例7、載藥多孔性電紡纖維膜的制備 包括以下步驟
a、 制備電紡液將紫杉醇(TAX)溶于丙酮中制成濃度為10mg/mL的溶液； 將丙交酯-己內酯共聚物[P(LLA-CL)]溶于三氟乙醇中制成質量體積百分比為 9%的溶液，向該溶液中加入粒徑為100nm的NaCl使P(LLA-CL)與NaCl的質 量比為2:1，混合均勻，再加入TAX溶液使TAX終濃度為0.5mg/mL，混合均 勻，得P(LLA-CL)/NaCl/TAX混合電紡液；
b、 電紡將步驟a的P(LLA-CL)/NaCl/TAX混合電紡液用4爭電紡絲設備(以 編制不銹鋼金屬板為接收器)在外加電壓為20KV、電紡液流量為0,05mL/min、 接收距離為10cm的條件下進行電紡，得P(LLA-CL)/NaCl/TAX復合電紡纖維， 接收器收集纖維60分鐘，得纖維隨機排列的P(LLA-CL)/NaCl/TAX復合電紡纖 維膜；
c、 鹽析將步驟b的P(LLA-CL)/NaCl/TAX復合電紡纖維膜在蒸餾水中鹽 析3小時，真空干燥，即得載藥(TAX) P(LLA-CL)多孔性電紡纖維膜。
實施例8、載藥多孔性電紡纖維膜的制備 包括以下步驟
a、 制備電紡液將TAX溶于丙酮中制成濃度為10mg/mL的溶液；將 P(LLA-CL)溶于三氟乙醇中制成質量體積百分比為8%的溶液，向該溶液中加入 粒徑為100nm的NaCl使P(LLA-CL)與NaCl的質量比為1:1,混合均勻，再 加入TAX溶液使TAX終濃度為0.5mg/mL，混合均勻，得P(LLA-CL)/NaCl/TAX
混合電紡-液；
b、 電紡將步驟a的P(LLA-CL)/NaCl/TAX混合電紡液用靜電紡絲設備(以編制不銹鋼金屬板為接收器)在外加電壓為30KV、電紡液流量為0.02mL/min、 接收距離為10cm的條件下進行電紡，得P(LLA-CL)/NaCl/TAX復合電紡纖維， 接收器收集纖維60分鐘，得纖維隨機排列的P(LXA-CL)/NaCl/TAX復合電紡纖 維膜；
c、 鹽析將步驟b的P(LLA-CL)/NaCl/TAX復合電紡纖維膜在蒸餾水中鹽 析3小時，真空干燥，即得P(LLA-CL)/TAX多孔性電紡纖維膜；
d、 載藥將步驟c的P(LLA-CL)/TAX多孔性電紡纖維膜置濃度為20mg/mL 的肝素水溶液中浸泡2小時，得載藥(TAX與HP) P(LLA-CL)多孔性電紡纖維膜。
本發明方法制備的多孔性電紡纖維材料的宏觀形狀和微觀結構主要取決于 接收器的形狀和拓樸結構。因此，選擇具有不同形狀(如管形、矩形、圓形等) 和/或不同拓樸結構(如平行排列、矩陣排列、定向編制等)的接收器，可以方 便地得到具有各種形狀和/或拓樸圖案的多孔性電紡纖維材料。圖3為采用具有 不同拓樸結構的接受器得到的具有不同拓樸圖案的多孔性電紡纖維膜的光學顯 微圖(20倍放大)；其中，a為采用平行電極為接受器得到的平行排列的多孔 性電紡纖維膜，b為采用平行矩陣排列的電極為接受器得到的正交排列的多孔 性電紡纖維膜，c為采用環狀電極為接受器得到的輻射狀排列的多孔性電紡纖 維膜。
最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡
技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不 偏離所附權利要求書所限定的本發明的精神和范圍。
權利要求
1、多孔性電紡纖維的制備方法，其特征在于包括以下步驟a、制備電紡液將聚合物溶于有機溶劑中制成質量體積百分比為5～20％的溶液，向該溶液中加入粒徑為10nm～1μm的納米鹽使聚合物與納米鹽的質量比為1∶20～2∶1，混合均勻，得聚合物/納米鹽混合電紡液；b、電紡將步驟a的聚合物/納米鹽混合電紡液用靜電紡絲設備在外加電壓為5～30KV、電紡液流量為0.01～0.05mL/min、接收距離為5～30cm的條件下進行電紡，得聚合物/納米鹽復合電紡纖維；c、鹽析將步驟b的聚合物/納米鹽復合電紡纖維在該納米鹽的溶析溶液中鹽析2～5小時，干燥，即得多孔性電紡纖維。
2、 根據權利要求1所述的多孔性電紡纖維的制備方法，其特征在于所述 聚合物為天然聚合物或合成聚合物，所述天然聚合物為膠原蛋白、纖維蛋白原 和殼聚糖中的任一種；所述合成聚合物為聚乙交酯、聚丙交酯、聚己內酯、聚 乙醇酸及其共聚物、嵌段共聚物和衍生物中的任一種。
3、 根據權利要求1所述的多孔性電紡纖維的制備方法，其特征在于所述 有機溶劑為曱醇、三氟乙醇、六氟異丙醇、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、四氫 呋喃和二甲基甲酰胺中的 一種或多種。
4、 根據權利要求1所述的多孔性電紡纖維的制備方法，其特征在于所述 納米鹽為氯化鈉、氯化鈣、碳酸鈉、碳酸氳鈉、碳酸鈣和碳酸氫鈣中的任一種。
5、 根椐權利要求1所述的多孔性電紡纖維的制備方法，其特征在于在步 驟a的聚合物/納米鹽混合電紡液中加入藥物，得聚合物/納米鹽/藥物混合電紡 液，再經步驟b電紡和步驟c鹽析，制得載藥多孔性電紡纖維。
6、 根據權利要求1所述的多孔性電紡纖維的制備方法，其特征在于將藥 物被動吸附至步驟c的多孔性電紡纖維的表面，制得載藥多孔性電紡纖維。
7、 根據權利要求1所述的多孔性電紡纖維的制備方法，其特征在于先在步驟a的聚合物/納米鹽混合電紡液中加入藥物，得聚合物/納米鹽/藥物混合電紡 液，經步驟b電紡和步驟c鹽析，制得載藥多孔性電紡纖維，再將另一種藥物 :帔動吸附至所得載藥多孔性電紡纖維的表面，制得載有多種藥物的多孔性電紡 纖維。
8、根據權利要求5、 6或7所述的多孔性電紡纖維的制備方法，其特征在 于所述藥物為肝素、雷帕霉素、紫杉醇、阿斯匹林、樸熱息痛、地塞米4^、 青蒿素、環前列腺素、水蛭素、血管內皮細胞生長因子、堿性成纖維細胞生長 因子、神經生長因子、骨形態發生蛋白、神經膠質生長因子、轉化生長因子、 表皮生長因子、血小板衍生生長因子和肝細胞生長因子中的一種或多種。
全文摘要
本發明公開了一種多孔性電紡纖維的制備方法，將納米鹽均勻混懸于聚合物溶液中進行電紡，獲得聚合物/納米鹽復合電紡纖維，再將其用該納米鹽的溶析溶液進行鹽析，除去納米鹽而致孔，即獲得多孔性電紡纖維。該方法操作簡單，成本低廉，環境污染小，適于工業化生產；所得多孔性電紡纖維形態良好，通過改變納米鹽的粒徑和用量可以方便地改變電紡纖維的孔徑和表面粗糙度，可用于制備藥物分子載體、組織工程支架、組織修復替代物等，具有廣闊的應用前景。
文檔編號D01D5/00GK101586256SQ20091003194
公開日2009年11月25日 申請日期2009年7月6日 優先權日2009年7月6日
發明者王亞洲, 王伯初 申請人:江蘇泰靈生物科技有限公司