專利名稱：以靜電紡制備海藻酸鹽微球/高聚物復合納米纖維的方法
技術領域：
本發明屬高分子復合納米纖維的制備領域，特別是涉及一種以靜電紡制備海藻酸鹽微球/高聚物復合納米纖維的方法。
背景技術：
海藻酸是一種天然多糖，主要來源于海洋植物，即綠藻綱、藍藻綱、紅藻綱和褐藻綱。此外，海藻酸還可以從固氮菌和假單胞菌中提制，這一類產物也被稱之為細菌海藻酸。
海藻酸的化學組成十分簡單，由e-D-甘露糖醛酸(簡稱M單元)與a-L-古羅糖醛酸(簡稱G單元)通過1，4-糖苷鍵連接。由于在連接過程中會出現以下3種狀況，即單一的MMM或GGG以及MGGGMM的MG混合并交替。而G單元與M單元在分子中不同的比率決定了其分子的結構，不同的結構連同其所表現的不同構象又決定了海藻酸的生物學特性，由此顯現出海藻酸在表現型式和功能性上的多樣性。
由于海藻酸分子中所含的古羅糖醛酸(G)和甘露糖醛酸(M)的數量不同，產品中又分為高含量和低含量，即高含量、低含量古羅糖醛酸以及高含量、低含量甘露糖醛酸4種形式。然而根據其相對分子質量的大小所表現出的黏度變化又分為低黏度、中等黏度和高黏度3種。因此，依據其海藻酸的組成成分和相對分子質量等所表現出的性能多樣性，必然伴隨出現該物質的功能多樣性，即多功能性。
海藻酸鈉是陰離子聚合物，很容易與二價陽離子，如Ca2、形成離子鍵而微囊化，在對用鈣固化海藻酸鈉而制備微囊時，可以采用水相/油相(W/0)法，也可直接采用水相/水相(W/W)法，而W/W法也有外部固化法和內部固化法兩種。單純用Ca"交聯得到的海藻酸鈣微囊，其交聯點之間的空隙大，盡管進入體內其養分和代謝產物能自由出入，但也存在許多不足，如小分子藥物包埋率低，釋放速度快等。
靜電紡絲最早出現于1934年，Formhals在一篇專利中首次介紹了利用靜電斥力獲得聚合物纖絲的方法，原理是利用外加電場力使聚合物溶液或熔體克服表面張力在紡絲噴頭毛細管尖端形成射流，當電場強度足夠高時，在靜電斥力、Coulomb和表面張力的共同作用下,聚合物射流沿不穩定的螺旋軌跡彎曲運動，在幾十毫秒內被牽伸千萬倍，隨溶劑揮發，射流固化形成亞微米至納米級超細纖維。20世紀80年代，Reneker等進行了大量的實驗和理論探索,建立了較為完整的技術體系，近年來隨著納米科技的不斷發展，靜電紡絲已成為一種重要的納米材料加工技術，目前己有超過ioo種天然和人工合成高分子材料被成功地電紡成納米纖維，所得單根纖維的直徑從幾十納米到幾微米。靜電紡絲取得了三個突破性的進展。 一、開發了幾種不同的定向收集技術，如高速旋轉的圓柱體法、框架法、輔助電場法、多場效應等；二、引入溶膠-凝膠技術得到有機無機復合納米纖維；三、同軸靜電紡和乳液靜電紡的開發可得到核-殼結構的納米纖維和中空纖維。從理論上，任何高分子只要能夠找到合適的溶劑體系，都有可能靜電紡成納米纖維，具有批量生產的可能。
作為藥物負載體系， 一直以來，藥物的負載量和吸收效率對于藥物來說是一個很重要的方面。通常藥物的體積或者包裹藥物的材料越小，藥物被人體吸收就越容易。海藻酸韓
凝膠具有pH依賴特性、粒徑適宜、可防止突釋、口服無毒等特點，所以常作為酸敏感性
藥物的載體材料。納米纖維具有高的比表面積，負載在其中的藥物可通過滲透擴散或是納米纖維的降解轉移到人體組織中。納米纖維具有許多優異的性質，如超大的比表面積、特異的表面性能和優異的機械性能等。這些性能使得海藻酸鹽微球和納米纖維具有極大的結合應用的可能性，尤其是在藥物緩釋方面。
在藥物載體材料的選擇上，靜電紡絲具有較廣泛的靈活性。許多生物可降解的和非生物可降解的聚合物材料都能滿足負載和釋放藥物的要求。藥物可通過兩種不同的方式從載體支架中釋放， 一種是擴散釋放，另一種是降解釋放，也可以是兩種釋放同時進行。除此
以外，由于對藥物選擇的靈活性，包括抗生素、抗癌藥物、蛋白質和DNA等很多藥物均可以被負載。使用不同的靜電紡絲技術，不同的藥物負載方式也可以應用，如涂層，嵌入和包裹藥物(同軸靜電紡和乳液靜電紡)。這些技術能夠很好的控制藥物的釋放。藥物負載方式和體系包括(1)藥物顆粒黏附在納米纖維的表面；(2)藥物和聚合物混紡成為納米纖維膜，在纖維膜中兩種物質的纖維無規的交融在一起；(3)藥物和聚合物混紡成纖維，每根單纖維都同時含有兩種組分；(4)聚合物與藥物形成"殼-芯"結構，將藥物包裹在纖維芯層。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種以靜電紡制備海藻酸鹽微球/高聚物復合納米纖維的方法，本發明的制備方法操作簡單，原料來源方便，具有良好的經濟效益，且對環境友好，適合大規模生產；該方法通過將微球結合進納米纖維中，使制備的纖維無論在力學性能還是緩釋特性上相比于普通靜電紡纖維都表現出其優越性，并且微球本身可以作為緩釋載體，復合進纖維后，可以作為潛在的藥物緩釋載體，這樣的特性在組織工程支架和藥物緩釋領域都會有更廣闊的應用前景。
本發明的一種以靜電紡制備海藻酸鹽微球/高聚物復合納米纖維的方法，包括
(1)將海藻酸鹽或海藻酸鹽共混物溶于蒸餾水或超純水中，配制濃度為0.01g/ml的均
4一海藻酸鹽水凝膠，得到水相溶液A;
(2) 將表面活性劑與有機溶劑按質量體積比0.1 0.5g: lOOml的比例混合均勻，得到油相溶液B;
(3) 將水相溶液A和水相溶液B按體積比1: 10~15混合，并加入質量分數5%的氯化鈣溶液0.1 0.5ml，振蕩混勻，得混合溶液；
(4) 將高聚物紡絲材料加入到上述混合溶液中，其中高聚物紡絲材料與混合溶液的質量體積比6 8g: 100ml,將其進行靜電紡絲，紡絲電壓為15~22kv，接收距離12~18cm，紡絲推進速度0.5 1.5mL/h，噴絲口直徑為0.9mm，即得海藻酸鹽微球/高聚物復合納米纖維。
所述步驟(1)中的海藻酸鹽為海藻酸鈉，海藻酸鉀或其兩者的混合物；所述的海藻酸鹽共混物為海藻酸鈉與殼聚糖或海藻酸鈉與明膠的共混物；
所述步驟(2)中的有機溶劑選自二氯甲烷、三氯甲烷、四氫呋喃、丙酮、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、三氟乙醇、六氟異丙醇中的一種或幾種的混合物；
所述步驟(2)中的表面活性劑選自十二烷基磺酸鈉、斯盤、聚山梨酸酯、甘油單雙硬脂酸酯、單硬脂酸甘油脂、單硬脂酸丙二醇酯、山梨糖醇酐倍半油酸酯、乙二醇單硬脂酸酯、雙甘油二油酸酯、甘油單油酸酯中的一種或幾種的混合物；
所述步驟(5)中的紡絲材料高聚物為聚乳酸-聚己內酯P (IXA-CL)，其中聚乳酸與聚己內酯的質量比為3: 3—1。
由于海藻酸鹽的凝膠化主要是由古羅糖醛酸或甘露糖醛酸分子上的Na+被二價陽離子如C^+所取代，C^+先從該分子羥基部位將Na+換下再與另一海藻酸相交連。由此，出現該<^2+將兩條海藻酸鈉相連，這樣便有助于分子聚集；反之，分子聚集又加固了所結合的Ca2+，如此相互依存產生協同結合，便出現了包裝在"盒子里的雞蛋"形狀。依此類推，所形成的結合所表現出凝膠化性能，其受約因素則與盒子的特定大小，盒子包裝的層數，協同作用的強弱程度以及分子穩定程度有關。
海藻酸微溶于水，但一旦與堿金屬離子結合形成鹽，則大多數溶解于水，即海藻酸分子羥基上的氫被一價堿金屬離子所置換，便生成了水溶性海藻酸鹽，如海藻酸鈉、海藻酸鉀；但與二價的金屬離子所形成的海藻酸鹽，則可以形成凝膠甚至轉化為纖維等，這時又為水不溶性的。
本發明主要為微球和纖維構成的靜電紡絲復合載體，先利用離子乳化法制備海藻酸鈉鹽微球，再將其加入到混合有乳化劑的有機溶劑中，化學交聯劑交聯過后，在攪拌的條件下形成均一乳液，最后利用靜電紡絲技術，在高壓靜電場下使高分子溶液帶電，并在向低
電場噴射過程中成絲，制備得到微球和聚合物形成的復合納米纖維。
有益效果
本發明的制備方法操作簡單，原料來源方便，具有良好的經濟效益，且對環境友好，適合大規模生產；該方法通過將微球結合進納米纖維中，使制備的纖維無論在力學性能還是緩釋特性上相比于普通靜電紡纖維都表現出其優越性，并且微球本身可以作為緩釋載體，復合進纖維后，可以作為潛在的藥物緩釋載體，這樣的特性在組織工程支架和藥物緩釋領域都會有更廣闊的應用前景。
圖l為靜電紡絲裝置示意圖2為靜電紡絲納米纖維放大5000倍掃描電子顯微鏡照片；
圖3為海藻酸鹽微球放大400倍光學顯微鏡照片；
圖4為含有海藻酸鹽微球的納米纖維放大400倍光學顯微鏡照片。
具體實施例方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人
員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
實施例1
用天平稱取0.1g海藻酸鈉并將其溶解于10mL超純水中，攪拌振蕩溶解完全得到海藻酸鈉水凝膠；在攪拌的條件下，將lmL海藻酸鈉水凝膠逐滴地加入到10ml溶有0.05gSPAN-80的二氯甲烷溶液中；隨后加入質量分數5%氯化鈣溶液0.5ml，然后繼續攪拌至形成均一穩定的乳化液；最后加入0.8g聚(乳酸-己內酯)P (LLA-CL) [75: 25]，繼續攪拌至高聚物在溶液中完全溶解。對得到的溶液進行靜電紡絲，施加電壓為20kv，接收距離15cm,紡絲推進速度1.0mL/h，噴絲口直徑為0.9mm。所得的納米纖維直徑在500nm-1500nm之間，微球附著在纖維上，直徑在1000nm-3000nm之間。
實施例2
用天平稱取0.05g海藻酸鉀并將其溶解于5mL超純水中，攪拌振蕩溶解完全得到海藻酸鹽水凝膠；在攪拌的條件下，將0.8mL海藻酸鹽水凝膠逐滴地加入到10ml溶有0.05gSPAN-80的二氯甲烷溶液中；隨后加入質量分數5%氯化鈣溶液0.4ml，然后繼續攪拌至形成均一穩定的乳化液；最后加入0.7g聚(乳酸-己內酯)P (LLA-CL) [75: 25]，繼續攪拌至高聚物在溶液中完全溶解。對得到的溶液進行靜電紡絲，施加電壓為16kv，接收距離16cm，紡絲推進速度1.2mL/h，噴絲口直徑為0.9mm。所得的納米纖維直徑在500nm-1500nm之間，微球附著在纖維上，直徑在1000nm-3000nm之間。
實施例3
用天平稱取0.07g海藻酸鈉并將其溶解于7mL超純水中，攪拌振蕩溶解完全得到海藻酸鈉水凝膠；在攪拌的條件下，將0.4mL海藻酸鈉水凝膠逐滴地加入到5ml溶有0.02gTween-80的三氯甲烷溶液中；隨后加入質量分數5%氯化鈣溶液0.2ml，然后繼續攪拌至形成均一穩定的乳化液；最后加入0.35g聚(乳酸-己內酯)P (LLA-CL) [50: 50]，繼續攪拌至高聚物在溶液中完全溶解。對得到的溶液進行靜電紡絲，施加電壓為18kv，接收距離19cm，紡絲推進速度1.1mL/h，噴絲口直徑為0.9mm。所得的納米纖維直徑在500nm-1500nm之間，微球附著在纖維上，直徑在1000nm-3000nm之間。
實施例4
用天平稱取O.lg海藻酸鉀并將其溶解于10mL超純水中，攪拌振蕩溶解完全得到海藻酸鉀水凝膠；在攪拌的條件下，將lmL海藻酸鉀水凝膠逐滴地加入到10ml溶有0.05gTween-80的三氯甲烷溶液中；隨后加入質量分數5%氯化鈣溶液O.lml，得到均一穩定的乳化液；最后加入0.6g聚(乳酸-己內酯)P (LLA-CL) [75: 25]，繼續攪拌至高聚物在溶液中完全溶解。對得到的溶液進行靜電紡絲，施加電壓為Mkv，接收距離12cm，紡絲推進速度0.8mL/h,噴絲口直徑為0.9mm。所得的納米纖維直徑在500nm-1500nm之間，微球附著在纖維上，直徑在1000nm-3000nm之間。
權利要求
1.一種以靜電紡制備海藻酸鹽微球/高聚物復合納米纖維的方法，包括(1)將海藻酸鹽或海藻酸鹽共混物溶于蒸餾水或超純水中，配制濃度為0.01g/ml的均一海藻酸鹽水凝膠，得到水相溶液A；(2)將表面活性劑與有機溶劑按質量體積比0.1～0.5g∶100ml的比例混合均勻，得到油相溶液B；(3)將水相溶液A和水相溶液B按體積比1∶10～15混合，并加入質量分數5％的氯化鈣溶液0.1～0.5ml，振蕩混勻，得混合溶液；(4)將高聚物紡絲材料加入到上述混合溶液中，其中高聚物紡絲材料與混合溶液的質量體積比6～8g∶100ml，將其進行靜電紡絲，紡絲電壓為15～22kv，接收距離12～18cm，紡絲推進速度0.5～1.5mL/h，噴絲口直徑為0.9mm，即得海藻酸鹽微球/高聚物復合納米纖維。
2. 根據權利要求1所述的一種以靜電紡制備海藻酸鹽微球/高聚物復合納米纖維的方法，其特征在于所述步驟(1)中的海藻酸鹽為海藻酸鈉，海藻酸鉀或其兩者的混合物；所述的海藻酸鹽共混物為海藻酸鈉與殼聚糖或海藻酸鈉與明膠的共混物。
3. 根據權利要求1所述的一種以靜電紡制備海藻酸鹽微球/高聚物復合納米纖維的方法，其特征在于所述步驟(2)中的有機溶劑選自二氯甲烷、三氯甲垸、四氫呋喃、丙酮、乙醇、N， N二甲基甲酰胺、三氟乙醇、六氟異丙醇中的一種或幾種的混合物。
4. 根據權利要求1所述的一種以靜電紡制備海藻酸鹽微球/高聚物復合納米纖維的方法，其特征在于所述步驟(2)中的表面活性劑選自十二烷基磺酸鈉、斯盤、聚山梨酸酯、甘油單雙硬脂酸酯、單硬脂酸甘油脂、單硬脂酸丙二醇酯、山梨糖醇酐倍半油酸酯、乙二醇單硬脂酸酯、雙甘油二油酸酯、甘油單油酸酯中的一種或幾種的混合物。
5. 根據權利要求1所述的一種以靜電紡制備海藻酸鹽微球/高聚物復合納米纖維的方法，其特征在于所述步驟(5)中的紡絲材料高聚物為聚乳酸-聚己內酯P (LLA-CL)，其中聚乳酸與聚己內酯的質量比為3: 3—1。
全文摘要
本發明涉及一種以靜電紡制備海藻酸鹽微球/高聚物復合納米纖維的方法，包括將海藻酸鹽或海藻酸鹽共混物溶于蒸餾水或超純水中，得均一海藻酸鹽水凝膠，得到水相溶液A；將表面活性劑與有機溶劑混合均勻，得到油相溶液B；將水相溶液A和水相溶液B按體積比1∶10～15混合，并加入氯化鈣溶液0.1～0.5ml，振蕩混勻，得混合溶液；將高聚物紡絲材料加入到上述混合溶液中，進行靜電紡絲，即得。本發明的制備方法操作簡單，具有良好的經濟效益，且對環境友好，適合大規模生產；該方法通過將微球結合進納米纖維中，使制備的纖維無論在力學性能還是緩釋特性上相比于普通靜電紡纖維都表現出其優越性，具有更廣闊的應用前景。
文檔編號D01F6/92GK101555637SQ200910050680
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月6日 優先權日2009年5月6日
發明者敘 周, 李曉強, 艷 蘇, 莫秀梅, 高蔡玖 申請人:東華大學