专利名称：静电纺天然材料无机纳米粒子复合纳米纤维的制备方法
技术领域：
本发明属于纳米纤维制备领域，特别涉及一种静电纺天然材料无机纳米粒子复合纳米纤维的制备方法。
背景技术：
制备纳米纤维的方法很多，如模板合成、自组装、相分离和静电纺丝等技术。相对与其他技术，静电纺丝有其显著的优势。模板合成方法是指利用具有纳米结构的模具，使材料形成纤维或者导管的结构，该方法的最大优势就是使用模板可以将许多材料例如金属、电子导电高分子、半导体材料、碳材料制备成纳米级的纤维或导管，但是，该方法不能实现制备一对一的连续的纳米纤维。相分离方法主要是使用不用的溶剂，冷冻及干燥的方法，经过溶解-凝固-萃取的一系列过程，制备出所需孔径的泡沫状多孔材料。但该方法需要很长一段时间才能是固体高分子转为我们需要的泡沫状多孔结构。自组装技术是将一些分·散的化合物自动组装成我们需要的结构和功能，但其制备方法一样需要很长的时间。静电纺丝技术是指在高压电场的条件下，使高分子纺丝液形成带电的喷射流，在到达接收装置之前喷射流中的溶剂挥发，带电的高分子克服表面张力，并瞬间被拉伸上千万倍，最后在接收装置上形成相互缠绕的纤维网状结构的纳米纤维。该技术简单方便，是唯一一种具有工业化前景可将多种高分子材料一对一连续制备出纳米纤维的方法。组织工程中支架材料必须具备良好的生物安全性，对细胞无毒害，并且具有生物可降解性和低免疫原性。天然材料正是具备了这种天然的特性，是我们进行组织工程支架研究的首选材料。静电纺丝技术是制备适合细胞生长的纳米纤维支架的方便、快捷的方法。大量研究也证实，细胞在小于自身尺度的纳米纤维支架上具有更好的粘附、增殖和迁移特性。生物活性分子的稳定性差，易被体内的一些酶降解或者遇到酸碱自行降解，同时半衰期短需要频繁给药，容易给病人带来不良反应甚至产生毒性反应。为了提高这些生物信号分子的稳定性，提高它们的靶向性，降低由加大剂量带来的毒性，必须采用合适的给药系统。近年来，介孔硅作为药物释放载体的研究得到了人们的广泛关注。同时介孔硅具有良好的生物相容性、高度有序的结构、比表面积高(3 900m2/g)、比孔容大(> O. 9cm3/g)、孔径均一且可调(2-50nm)、表面易修饰等特点，作为药物和基因控释载体具有独特的优势。所以，介孔硅技术的介入将使功能性支架的制备更为方便，支架的功能设计也将朝着更精细的方向发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种天然材料无机纳米粒子复合纳米纤维的制备方法。本发明操作简单、反应条件温和，实验原料价格低廉，经济性好，生物相容性好；本发明制备的复合纳米纤维支架适用于组织修复，小分子抗癌药物、核酸和生长因子等的控制释放，性能稳定并易于保存，具有良好的应用前景。
本发明的一种天然材料无机纳米粒子复合纳米纤维的制备方法，包括(I)将模板剂加到稀碱水溶液中，油浴加热到80_90°C，搅拌Ι-lOh，逐滴加入正硅酸乙酯，模板剂、稀碱水溶液与正硅酸乙酯的比例为l_2g:500ml 5-10ml ;用去离子水、无水乙醇依次离心洗涤，干燥，在体积比为1:100的质量分数38%的HCL与无水乙醇的混合液中回流除去模板剂，得到冷冻干燥的介孔硅；(2)将天然材料溶于溶剂中配制成天然材料溶液；(3)将步骤(I)制备的产物介孔硅加入步骤(2)的天然材料溶液中制备成均匀悬浮液，然后进行静电纺丝，得到天然材料介孔硅复合纳米纤维；(4)所得纳米纤维在质量百分比浓度O. 5-2%的京尼平溶液蒸汽或者体积分数75%的乙醇蒸汽中熏蒸交联0-48h，得到交联程度不同的纳米纤维支架。
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所述步骤(I)中的模板剂为十六烷基三甲基溴化铵。所述步骤(I)中的稀碱水溶液为质量百分比为3%的氟化铵或者氢氧化钠溶液。所述步骤(I)中的介孔硅粒径为5-100nm，比表面积为200_1200m2/g，粒子大小可调控；介孔硅为空载介孔硅或包裹染料、生长因子、核酸、生物酶或药物等的介孔硅；染料包括异硫氰酸荧光素或尼罗红等；生长因子包括磷酸鞘氨醇、血管内皮生长因子、碱性成纤维细胞生长因子或表皮生长因子等；核酸包括MicroRNA、siRNA、mRNA、tRNA或rRNA等；生物酶包括果胶酶、蛋白酶、脂肪酶、过氧化氢酶或淀粉酶等；药物包括阿霉素、地塞米松、洛莫司汀、丹参酮、卡莫司汀、右雷佐生、磷酸氟达拉滨、卡培他滨、紫杉醇、替吉奥、奥沙利钼、多西他赛、长春瑞滨、榄香烯、羟基喜树碱或荧光素钠等。所述步骤(2)中的天然材料包括明胶、丝素蛋白、壳聚糖、胶原蛋白、海藻酸钠等。所述步骤(2)中的溶剂为六氟异丙醇或水。所述步骤(2)中的天然材料与溶剂的质量体积比为为l_3g: IOml0所述步骤(3)中的介孔硅相对于天然材料质量的10-20%。所述步骤(3)中的介孔娃天然材料复合纳米纤维直径为80_600nm。所述步骤(3)中的静电纺丝工艺参数为电压为8_20kV，推进速度为O. 3-1. 2ml/h，接收距离为15-20cm，温度为20_40°C，湿度为30_60%。本发明主要是采用模板回流法制备粒径5-100nm、比表面积200_1200m2/g大小可调控的无机介孔硅纳米粒子，配制天然材料溶液，并结合静电纺丝技术，最终制备出直径80-600nm的天然材料-无机纳米粒子复合纳米纤维，可作为组织工程支架和药物释放系统。有益效果(I)本发明操作简单、反应条件温和，实验原料价格低廉，经济性好，生物相容性好;(2)本发明制备的复合纳米纤维支架适用于组织修复，小分子抗癌药物、核酸和生长因子等的控制释放，性能稳定并易于保存，具有良好的应用前景。
图I是实施例I所得产物的TEM照片(黑色箭头指介孔硅)；图2是实施例2所得产物的TEM照片(黑色箭头指介孔硅)；
图3是实施例I所得产物的SEM照片；图4是实施例2所得产物的SEM照片。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例I负载介孔硅的明胶纳米纤维支架
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(I)模板提取法制备氧化硅纳米粒子将I. Og模板剂(十六烷基三甲基)加到500ml浓度为3%的NaOH稀碱水溶液中，油浴加热到80°C，搅拌I. 5h，逐滴加入正硅酸乙酯5ml，用去离子水乙醇离心洗涤离心，重复三次后干燥。在5ml质量分数为38%的HCL与500ml无水乙醇的混合液中回流除去模板剂，得到冷冻干燥的介孔硅；(2)配置质量体积比为I :10 (g/ml)的明胶六氟异丙醇溶液；(3)加介孔硅的量相对于明胶质量的10%，用注射器吸取该溶液，调节电压为18kV，推进速度为I. 0ml/h，接收距离为15cm，室温，湿度为60%，制得明胶-介孔硅复合纳米纤维。实施例2负载介孔硅的丝素蛋白纳米纤维支架(I)模板提取法制备氧化硅纳米粒子将I. Og模板剂(十六烷基三甲基)加到500ml浓度为3%的NaOH稀碱水溶液中，油浴加热到80°C，搅拌I. 5h，逐滴加入正硅酸乙酯5ml，用去离子水乙醇离心洗涤离心，重复三次后干燥。在5ml质量分数为38%的HCL与500ml无水乙醇的混合液中回流除去模板剂，得到冷冻干燥的介孔硅；(2)配置质量体积比为I :5 (g/ml)的丝素蛋白六氟异丙醇溶液；(3)加入介孔硅的质量相对于丝素蛋白质量的20%，用注射器吸取该溶液，调节电压为18kV，推进速度为O. 6ml/h，接收距离为20cm，室温，湿度为60%，制得丝素蛋白-介孔硅复合纳米纤维。(4)所得纳米纤维在75%乙醇蒸汽中熏蒸交联20h，既可以达到消毒除菌的效果还可以进行交联，使所得复合纳米纤维从原来的超亲水性转变为疏水性支架。实施例3负载介孔硅的丝素蛋白纳米纤维支架(I)模板提取法制备氧化硅纳米粒子将I. Og模板剂(十六烷基三甲基)加到500ml浓度为3%的NaOH稀碱水溶液中，油浴加热到80°C，搅拌I. 5h，逐滴加入正硅酸乙酯5ml，用去离子水乙醇离心洗涤离心，重复三次后干燥。在5ml质量分数为38%的HCL与500ml无水乙醇的混合液中回流除去模板剂，得到冷冻干燥的介孔硅；(2)配置质量体积比为3 10 (g/ml)的丝素蛋白水溶液；(3)加入介孔硅的质量相当于丝素蛋白质量的15%，用注射器吸取该溶液，调节电压为20kV，推进速度为O. 3ml/h，接收距离为15cm，温度为30°C，湿度为50%，制得丝素蛋白-介孔硅复合纳米纤维。(4)所得纳米纤维在75%乙醇蒸汽中熏蒸交联20h，既可以达到消毒除菌的效果还可以进行交联，使所得复合纳米纤维从原来的超亲水性转变为疏水性支架。实施例4负载介孔硅的明胶纳米纤维支架(I)模板提取法制备氧化硅纳米粒子将I. Og模板剂(十六烷基三甲基)加到500ml浓度为3%的NaOH稀碱水溶液中，油浴加热到80°C，搅拌I. 5h，逐滴加入正硅酸乙酯5ml，用去离子水乙醇离心洗涤离心，重复三次后干燥。在5ml质量分数为38%的HCL与500ml无水乙醇的混合液中回流除去模板剂得到冷冻干燥的介孔硅；(2)取步骤(I)中的产物O. 2g室温下加到20ml (I. Omg/ml)的阿霉素(DOX)溶液中，遮光搅拌IOh.离心，冻干即得包裹阿霉素的介孔硅纳米粒子；·(3)配置质量体积比为I :10 (g/ml)的明胶六氟异丙醇溶液；(4)加介孔硅的量相对于明胶质量的10%，用注射器吸取该溶液，调节电压为18kV，推进速度为I. Oml/h，接收距离为15cm，温度为25°C，湿度为60%，制得负载阿霉素的明胶-介孔硅纳米复合纤维。
权利要求
1.一种静电纺天然材料无机纳米粒子复合纳米纤维的制备方法，包括 (1)将模板剂加到稀碱水溶液中，油浴加热到80-90°C，搅拌l-10h，逐滴加入正硅酸乙酯，模板剂、稀碱水溶液与正硅酸乙酯的比例为l_2g:500ml 5-10ml ;用去离子水、无水乙醇依次离心洗涤，干燥，在体积比为1:100的质量分数38%的HCL与无水乙醇的混合液中回流除去模板剂，得到冷冻干燥的介孔硅； (2)将天然材料溶于溶剂中配制成天然材料溶液； (3)将步骤(I)制备的产物介孔硅加入步骤(2)的天然材料溶液中制备成均匀悬浮液，然后进行静电纺丝，得到天然材料介孔硅复合纳米纤维； (4)所得纳米纤维在质量百分比浓度0.5-2%的京尼平溶液蒸汽或者体积分数75%的乙醇蒸汽中熏蒸交联0-48h，得到交联程度不同的纳米纤维支架。
2.根据权利要求I所述的一种静电纺天然材料无机纳米粒子复合纳米纤维的制备方法，其特征在于所述步骤(I)中的模板剂为十六烷基三甲基溴化铵。
3.根据权利要求I所述的一种静电纺天然材料无机纳米粒子复合纳米纤维的制备方法，其特征在于所述步骤(I)中的稀碱水溶液为氟化铵或者氢氧化钠溶液，质量百分比为3% o
4.根据权利要求I所述的一种静电纺天然材料无机纳米粒子复合纳米纤维的制备方法，其特征在于所述步骤(I)中的介孔硅粒径为5-100nm，比表面积为200_1200m2/g ;介孔硅为空载介孔硅或包裹染料、生长因子、核酸、生物酶或药物的介孔硅；染料为异硫氰酸荧光素或尼罗红；生长因子为磷酸鞘氨醇、血管内皮生长因子、碱性成纤维细胞生长因子或表皮生长因子；核酸为MicroRNA、siRNA、mRNA、tRNA或rRNA ;生物酶为果胶酶、蛋白酶、月旨肪酶、过氧化氢酶或淀粉酶；药物为阿霉素、地塞米松、洛莫司汀、丹参酮、卡莫司汀、右雷佐生、磷酸氟达拉滨、卡培他滨、紫杉醇、替吉奥、奥沙利钼、多西他赛、去甲长春花碱、榄香烯、轻基喜树碱或荧光素钠。
5.根据权利要求I所述的一种静电纺天然材料无机纳米粒子复合纳米纤维的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中的天然材料为明胶、丝素蛋白、壳聚糖、胶原蛋白或海藻酸钠。
6.根据权利要求I所述的一种静电纺天然材料无机纳米粒子复合纳米纤维的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中的溶剂为六氟异丙醇或水。
7.根据权利要求I所述的一种静电纺天然材料无机纳米粒子复合纳米纤维的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中的天然材料与溶剂的质量体积比为为l-3g:10ml。
8.根据权利要求I所述的一种静电纺天然材料无机纳米粒子复合纳米纤维的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中的介孔硅相对于天然材料质量的10-20%。
9.根据权利要求I所述的一种静电纺天然材料无机纳米粒子复合纳米纤维的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中的介孔娃天然材料复合纳米纤维直径为80-600nm。
10.根据权利要求I所述的一种静电纺天然材料无机纳米粒子复合纳米纤维的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中的静电纺丝工艺参数为电压为8-20kV，推进速度为0.3-1. 2ml/h，接收距离为 15-20cm，温度为 20_40°C，湿度为 30-60%。
全文摘要
本发明涉及一种静电纺天然材料无机纳米粒子复合纳米纤维的制备方法，包括将模板剂加到稀碱水溶液中，油浴加热到80-90℃，搅拌1-10h，逐滴加入正硅酸乙酯，用去离子水、无水乙醇依次离心洗涤，干燥，在HCL-乙醇混合液中回流除去模板剂，得到冷冻干燥的介孔硅；将天然材料溶于溶剂中配制成天然材料溶液，并将介孔硅加入其中进行静电纺丝，熏蒸交联0-48h，得到天然材料介孔硅复合纳米纤维。本发明所制备的天然材料无机纳米粒子复合纳米纤维具有良好的生物相容性，制备方法简单且反应条件温和，实验原料价格低廉，载药量高，能够受控长期释放，可应用于组织工程中生长因子和基因释放、癌症治疗等生物医学、组织再生领域。
文档编号D01F4/00GK102787382SQ20121027218
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月2日 优先权日2012年8月2日
发明者何创龙, 冯炜, 崔呈俊, 王红声 申请人:东华大学