专利名称：海藻酸钠/壳聚糖复合流体纺丝方法
技术领域：
本发明涉及生物医学组织工程和工业纺织领域，具体地说是一种适合于制造 海藻酸钠/壳聚糖复合物丝状支架材料的纺丝方法。
背景技术：
目前丝状材料的制造方法多种多样，常见的主要有熔喷法(Mdt-blown)湿 法纺丝(wet spinning)、青争电纺丝(Electrospinning)、相分离法(Phase separation)、 自组装法(Self-assembly)、模板合成法(Template synthesis)等，但均因制造工 艺复杂、工程消耗时间长、原料使用范围窄等缺点，在实际生产中受到不同条件 的限制。我们设计并实施的纺丝方法流体纺丝，与上述方法相比，具有设备 简易、操作简便，点，并可克服传统湿纺法过程中断丝现象带来的不利影响。 (文献l.海藻纤维的性能与应用。印染助剂，第23巻第6期,2006年6月。文ft2.电纺 PAN纟内米纤维的碳化工艺研究。中国禾根论文在线，http:〃www.paper.edu.cn0文 献3.静电纺丝过程中的非稳定性研究。合成纤维工业，2006科月，第29巻，第2 肌文献4.静电纺纳米纤维的研究及应用进展。合成纤维工业，2006年6月，第 29巻，第3其月。文献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.)
发明内容
本发明提出一种新型的海藻酸钠/壳聚糖复合物丝状支架桐料的纺丝方法，其 直径可控、获得的产品间相互没有粘连；制备出的丝带状支架可以用于生物医学 组织工程支架或工业纺织等领域。
其原理是相对运动着的壳聚糖溶液与海藻酸钠溶液相遇，并发生聚电解质
反应，使被拉伸的壳聚糖丝状液流固定成型，形成固态的、有弹性的丝状支架。 相对于地面来说，不管是壳聚糖溶液保#賴争止而海藻酸钠溶液相对于前雜动， 或者是海藻酸钠溶液保^f争止而壳聚糖相对于前者运动，只要两者之间有相对运 动，而且相互接触，壳聚糖溶液都能够在接触面上被拉伸变形，并于海藻酸钠溶
3液反应而形成丝带状产物。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为
海藻酸钠/壳聚糖复合流体纺丝方法，壳聚糖溶液被以注射、喷洒或滴加的方 式加入至,其相X寸运动的海藻酸钠溶液中。在两溶液间接触摩擦力的作用下，壳 聚糖溶液被拉伸形成丝状液流，同时因与海藻酸钠溶液发生聚电解质反应而固定 成型，最终形成丝带状支架；海藻酸钠溶液与壳聚糖溶液相遇时的相对运动速度
为20勒秒至1500勒秒。
其中海藻酸钠溶液以pH5-9的水或缓冲溶液为溶剂配制，海藻酸钠水溶液浓 度为0.01-3% (w/v， g/ml)，海藻酸钠分子量为250-600 kDa。
其中壳聚糖溶液用以pH3-6的水或缓冲溶液为溶剂配制，壳聚糖溶液浓度为 0.01-3% (w/v， g/ml)，壳聚糖分子量为15-250 kDa，壳聚糖脱乙酰度80-98 %。
其中壳聚糖溶液以连续流体的方式，注射进入海藻酸钠(注射式流体纺丝)； 或以不连续液滴的方式，滴加或喷雾进入海藻酸钠溶液(喷洒式流体纺丝)。 具体可为，
1. 配制一定浓度的海藻酸钠溶液和壳聚糖溶液，其中海藻酸钠分子量为 250-600 kDa;壳聚糖分子量为15-250 kDa，壳聚糖脱乙酰度80-98 %;
2. 以搅拌或旋转等方式使海藻酸钠溶液和壳聚糖溶液的相对运动速度平均 达到20彩秒至1500勒秒；
3. 将适量的壳聚糖溶液装入可计量的注射装置(或喷雾装置)，以一定流量 注射进入(或喷入、滴入)海藻酸钠溶液。壳聚糖溶液被拉伸形成丝状液流，同 时与海藻酸钠溶液发生聚电解质反应而固定成型，最终形成丝带状支架；(为了保 证最后纺丝产品的产量和纺丝直径的均一性，壳聚糖溶液体积用量应为海藻酸钠 溶液体积的2-30%);
4. 以2500-3500 g离心，收集丝状支架。 该发明的特点具备如下优点
1. 原料简单主要原料是壳聚糖和海藻酸钠；
2. 设备简单只需溶液配制装置、过滤装置、搅拌装置、注射或喷洒装置， 以及离心装置和干燥装置等常见设备；
3. 工艺操作简便无高温、高压、有毒等危险操作；
4. 通过工艺参数的选择，能够制备出在0.5微米-2毫米范围内直径(这里 的直径是指丝带横截面的长轴长度)可控的丝带状支架；5. 获得的产品是相互间没有粘连的、海藻酸钠/壳聚糖聚电解质复合物丝状 支架，整体上呈现棉絮状，有良好的生物相容性，易于细胞生长代谢，有良好的 粘弹性，易于进一歩加工成型；
6. 产品的用途广泛，可以用于生物医学组织工程支架或工业毛纺等领域；
7. 本纺丝工艺相对于工业湿纺法的优点是，可以无视纺丝过程中的断丝现 象，避免由于断丝现象造成的纺丝中断成±央和单根纺丝间的相互影响。
图1为本发明的原理示意图。其中左侧图为注射式流体纺丝装置示意图，右 侧图为喷雾式流体纺丝装置示意图，a为海藻酸钠溶液，b为壳聚糖溶液，c为搅 拌装置，d为注射喷雾装置。
图2为根据实施例1得到的条带状纺丝产品。、
图3为根据实施例2得到的条带状纺丝产品。
图4为根据实施例3得到的冷冻干燥后的条带状纺丝产品。
图5为根据实施例4得到的条带状纺丝产品。
图6为根据实施例5得到的条带状纺丝产品。
图7为根据实施例6得到的条带状紡丝产品。
图8为根据实施例7得到的条带状纺丝产品。
具体实施例方式
实施例1
① 配制醋酸盐缓冲溶液(溶液组成0.2M醋酸和0.1M醋酸钠，pH3-6);
② 以醋酸盐缓冲溶液为溶剂，配制含壳聚糖0.01% (Wv， g/ml)的溶液；
③ 配制含海藻酸钠0.01 % (w/v， g/ml)的水溶液；
④ 用带医用5号针头的注射器以4 ml/hr的流量将壳聚糖溶液注入涼遞为20 浙秒的海藻酸钠溶液中，得到丝状支架，其直径在40-60拜间分布，平均直径约 为50,，如图2;
⑤ 将丝状支架3000 g离心，搜集沉淀物，获得的产品是相互间没有粘连的、 海藻酸钠/壳聚糖聚电解质复合物丝状支架。
实施例2
① 配制醋酸盐缓冲溶液(溶液组成0.2M醋酸和0.1M醋酸钠，pH3-6);
② 以醋酸盐缓冲溶液为溶剂，配制含壳聚糖1.5% (w/v， g/mD的溶液；
5③配制含海藻酸钠1.5。/。 (w/v， g/ml)的水溶液；
用带医用5号针头的注射器以4 ml/hr的流量将壳聚糖溶液注入流速为750 浙秒的海藻酸钠溶液中，得到条带状聚合物，其直径在17.5-22.5拜间分布，平 均直径约为20pm，如图3;
⑤将聚合物3000g离心，搜集沉淀物，获得的产品是相互间没有粘连的、海 藻酸钠/壳聚糖聚电解质复合物丝状支架。
实施例3
① 配制醋MS缓冲溶液(溶液组成0.2M醋酸和0.1M醋酸钠，pH3-6);
② 以醋酸盐缓冲溶液为溶剂，配制含壳聚糖3% (w/v， g/ml)的溶液；
③ 配制含海藻酸钠3。/。 (w/v， g/ml)的水溶液；
④ 用带医用5号针头的注射器以4 ml/hr的流量将壳聚糖溶液注入流速为 1500彩秒的海藻酸钠溶液中，得到条带状聚合物，如图4;
⑤ 将聚合物3000g离心，搜集沉淀物，冷冻干燥，获得的产品是相互间没有 粘连的、海藻酸钠/壳聚糖聚电解质复合物丝状支架。
实施例4
① 配制醋酸盐缓冲溶液(溶液组成0.2M醋酸和0.1M醋酸钠，pH3-6);
② 以醋酸盐缓冲溶液为溶剂，配制含壳聚糖0.01% (w/v， g/ml)的溶液；
③ 配制含海藻fl钠0.01 % (w/v， g/ml)的水溶液；
④ 用普通农用喷雾器将壳聚糖溶液喷入流速为20 ^/秒的海藻酸钠溶液中， 得到条带状聚合物，其直径在27.5-32.5,间分布，平均直径约为30nm，如图5;
⑤ 将聚合物3000g离心，收 淀物，获得的产品是相互间没有粘连的、海 藻酸钠/壳聚糖聚电解质复合物丝状支架。
实施例5
① 配制醋酸盐缓冲溶液(溶液组成0.2M醋酸和0.1M醋酸钠，pH3陽6);
② 以醋酸盐缓冲溶液为溶剂，配制含壳聚糖1.5% (w/v， g/ml)的溶液；
③ 配制含海藻酸钠1.5。/。 (w/v， g/ml)的7乂溶液；
④ 用普通农用喷雾器将壳聚糖溶液喷入流速为750拟秒的海藻酸钠溶液中， 得到条带状聚合物，其直径在17.5-22.5拜间分布，平均直径约为20,，如图6;
⑤ 将聚合物3000g离心，搜集沉淀物，获得的产品是相互间没有粘连的、海 藻酸钠/壳聚糖聚电解质复合物丝状支架。实施例6
① 配制醋酸盐缓冲溶液(溶液组成0.2M醋酸和0.1M醋酸钠，pH3-6);
② 以醋舰缓冲溶液为溶剂，配制含壳聚糖3% (Wv， g/ml)的溶液；
③ 配制含海藻酸钠3。/。 (w/v， g/ml)的水溶液；
④ 用普通农用喷雾器将壳聚糖溶液喷入流速为1500勒秒的海藻酸钠溶液 中，得到条带状聚合物，其直径在12.5-17.5,间分布，平均直径约为15,，如 图7;
⑤ 将聚合物3000g离心，搜集沉淀物，获得的产品是相互间没有粘连的、海 藻酸钠/壳聚糖聚电解质复合物丝状支架。
实施例7
① 配制醋鹏缓冲溶液(溶液组成0.2M醋酸和0.1M醋酸钠，pH3國6);
② 以醋酸盐缓冲溶液为溶剂，配制含壳聚糖0.03% (w/v， g/ml)的溶液；
③ 配制含海藻酸钠30/。 (w/v， g/ml)的水溶液；
④ 将带有医用5号针头的注射器灌满壳聚糖溶液，固定在搅拌桨叶片尖端， 针头朝下，只让针头浸没于海藻酸钠溶液中，搅拌桨旋转起来，针尖的旋转半径 为2cm，旋转速度为1500转/分钟。注射器以4ml/hr的流量自动向海藻酸钠溶液 中流出壳聚糖溶液，得到条带状聚合物，其直径在1-2 ,间分布，平均直径约为 1.5,，如图8;
⑤ 将聚合物3000g离心，搜集沉淀物，获得的产品是相互间没有粘连的、海 藻酸钠/壳聚糖聚电解质复合物丝状支架。
权利要求
1.海藻酸钠/壳聚糖复合流体纺丝方法，其特征是壳聚糖溶液被以注射、喷洒或滴加的方式加入到海藻酸钠溶液中。海藻酸钠溶液与壳聚糖溶液相遇时的相对运动速度为20米/秒至1500米/秒；上述的两种溶液以一定的相对速度运动相遇时，壳聚糖溶液在两溶液间接触摩擦力的作用下，被拉伸形成丝状液流，同时因与海藻酸钠溶液发生聚电解质反应而固定成型，最终形成丝带状支架。
2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于海藻酸钠溶液以pH5-9的水 或缓冲溶液为溶剂配制，海藻酸钠7jC溶液浓度为0.01-3 % (w/v)，海藻酸钠分子 量为250-600 kDa。
3. 按照权利要求1戶，的方法，其特征在于壳聚糖溶液以pH3-6的水或 缓冲溶液为溶齐IJ配制，壳聚糖溶液浓度为0.01-3%(w/v)，壳聚糖分子量为15-250 kDa，壳聚糖脱乙酰度80-98 %。
4. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于壳聚糖溶液以连续流体的方式， 注射进入海藻酸钠；或以不连续液滴的方式，滴加或喷雾进入海藻酸钠溶液。
5. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于壳聚糖溶液注射、喷洒或滴加 进入海藻酸钠溶液的入射口单位面积流量为10-3000 L/hrm2。
6. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于为了保持最后纺丝产品直径的 均一性，壳聚糖溶液体积用量为海藻酸钠溶液体积的2-30%。
7. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于将所获取的带有丝带状支架的 反应溶液以2500-3500 g离心，收集丝状支架。
全文摘要
本发明提供一种工业纺丝和生物医学组织工程丝状支架的新型制备方法。针对目前各种工业纺丝和生物医学组织工程丝状支架材料的制作要求，以可以发生聚电解质反应的海藻酸钠溶液和壳聚糖溶液为原料，通过调节两种溶液的浓度和相对运动速度，使得壳聚糖溶液被海藻酸钠溶液拉伸成丝带状液流，同时与相遇的海藻酸钠溶液发生聚电解质反应而固化成型，产生不同直径的丝带状支架。与传统纺丝方法相比，该方法设备简单易行，并可克服传统湿纺法过程中断丝现象带来的不利影响。
文档编号D01F8/18GK101665995SQ20081001311
公开日2010年3月10日 申请日期2008年9月5日 优先权日2008年9月5日
发明者于炜婷, 为 王, 王建政, 谢维扬, 马小军, 黄晓波 申请人:中国科学院大连化学物理研究所