一种明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜的交联制备方法与流程

本发明属于高分子材料技术领域。具体涉及一种明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜的交联制备方法。

背景技术：

静电纺丝纳米纤维具有高的比表面积和孔隙率等特点，有利于吸收伤口渗出液，其较小的空隙能够阻止细菌的侵入。纳米纤维膜的三维立体结构能够模拟细胞外间质，从而能够促进细胞的黏附、增殖、分化。因此其可应用于伤口敷料，组织工程等领域，具有良好的临床应用前景。明胶是由胶原蛋白水解而得到的一类蛋白质，与胶原蛋白具有同源性。但是与胶原蛋白相比，其价格更低廉，且无抗原性。此外，明胶具有良好的生物相容性和生物可降解性，且其能有效的促进细胞黏附、增殖及分化。壳聚糖是甲壳素的脱乙酰基衍生物，具有优良的生物相容性和生物可降解性，同时具有抗菌止血、促进伤口愈合和细胞生长等优异的生物性能。在实际应用过程中，通常需要目标材料具有多种特性。在纳米材料的制备过程中，可利用两个或以上的组分共混而将各组分具有的特性引入复合材料中，从而赋予了所制备的复合材料多种特性，且弥补了彼此的缺陷。将明胶和壳聚糖共混制备的复合纳米纤维膜不仅兼具两组分各自的优点，且二者之间通过静电相互作用可以形成聚电解质复合物，改善共混材料的力学性能。

虽然明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜有很多优越的性能，但是由于纳米纤维膜的孔隙率较高和两者的较强的亲水性，使得明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜的力学性能和耐水性能不足，因此极大地限制了其在组织工程领域的应用。公开号为CN104894856A的专利中就公开了一种利用化学交联的方法提升纳米纤维膜的力学性能和耐水性的方法，该方法虽然可以在一定程度上增强纳米纤维膜的力学性能，但是使用了有毒有害的化学试剂，且存在化学试剂残留，发生副反应等问题。例如，例如授权专利号为CN102558589B和CN102585265B的专利中分别提出了用甲醛和戊二醛溶液交联明胶复合膜的方法，虽然该方法可以起到较好增强力学性能和耐水性能的作用，但是引入甲醛和戊二醛等有毒的物质从而影响其进一步在生物医用领域的应用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种绿色环保的明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜的交联制备方法，其力学性能和耐水性能得到明显改善。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜的交联制备方法，包括有以下步骤：

1)氧化的生物多糖的制备：

称取0.1～10g强氧化剂溶解于1～20wt％生物多糖的水溶液中，在避光的条件下剧烈搅拌反应，将反应后的溶液透析1～5天，透析后的溶液经冷冻干燥后得到氧化的生物多糖；

2)明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜的制备：

将明胶和壳聚糖分别溶解在醋酸溶液中，磁力搅拌，分别得到浓度为5～30wt％均一透明的明胶和壳聚糖溶液，然后以质量比为1:9～9:1的比例将两种溶液共混，搅拌得到均一透明的静电纺丝前驱液，将上述静电纺丝前驱液再通过静电纺丝法制备得到明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜；

3)交联的明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜的制备：

将步骤1)中制备得到的氧化的生物多糖溶解于无水乙醇中，取步骤2)中制备得到的明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜，将其剪成小块浸泡于上述氧化的生物多糖的交联介质中，在0～50℃条件下交联1～5天，得到交联的明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜。

按上述方案，步骤1)所述的强氧化剂为高锰酸钾、高碘酸钠、重铬酸钾、氯酸钾、三氯化铁中的任意一种或混合物。

按上述方案，步骤1)所述的生物多糖为葡聚糖、魔芋葡甘聚糖、羧甲基纤维素、葡萄糖中的任意一种或混合物。

按上述方案，步骤1)所述的反应条件为10～50℃，反应时间为0.5～24h。

按上述方案，步骤2)所述的静电纺丝法的参数如下：温度为10～60℃，湿度为20～80％，推进速度为0.1～3.0mL/h，电压为10～50kV，喷丝头到接收板的距离为5～30cm。

传统的交联明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜常使用的是有毒有害的化学醛(如甲醛，戊二醛)作为交联剂，本发明方法中使用的氧化的生物多糖是一种绿色环保，无毒无害的交联剂，且没有任何生物毒性。本发明通过使用氧化的生物多糖这种绿色环保，无毒无害的交联剂，且没有任何生物毒性的交联方法来解决明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜脆性大、耐水性差等问题，替代目前常用的有毒有害，具有生物毒性的化学交联剂(如戊二醛、甲醛等)。经该发明方法交联处理后，明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜的力学性能和耐水性能得到明显改善。

本发明采用无生物毒性的氧化的生物多糖用于交联明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜，氧化的生物多糖上的醛基与明胶分子链上的氨基和壳聚糖分子链上的氨基通过形成席夫碱来起到交联的作用，从而达到增强明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜的力学性能和耐水性能。该工艺制得的明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜兼具两组分的特性，且具有良好的力学特性和耐水性能，明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜经长时间溶液浸泡后纤维主体结构没有被破坏。因此经本发明方法交联处理的明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜可在生物医用材料得到实际应用；本发明的方法具有操作简单，效果显著，成本低廉，绿色环保的特点，有望用于工业化生产，为快速高效地增强复合纳米纤维膜力学性能提供一种新的方法。

附图说明

图1为实施例1中明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜经氧化的葡聚糖交联前后的扫描电子显微镜(SEM)图；

图2为明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜经氧化的葡萄糖交联前后的应力-应变曲线；

图3为明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜经氧化的羧甲基纤维素交联前后的溶胀性能图；

图4为明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜经氧化的魔芋葡甘聚糖交联前后的质量损失图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明方法。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1

(1)称取0.1g高锰酸钾溶解于质量分数为1wt％的葡聚糖水溶液中，在避光的条件下于10℃条件下剧烈搅拌反应0.5h，将反应后的溶液透析3天，将透析后的溶液经冷冻干燥得到氧化的葡聚糖；

(2)将明胶和壳聚糖分别溶解于90wt％的醋酸溶液中，磁力搅拌，制备得到质量分数为5wt％和30wt％的均一透明的明胶和壳聚糖溶液；

(3)将上述步骤(2)所述的明胶和壳聚糖溶液以质量比为1:9的比例共混，搅拌2h得到均一透明的静电纺丝前驱液；

(4)将上述配制好的溶液装入注射器中，并固定到静电纺丝装置的推进器上，通过静电纺丝制备明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜；其中静电纺丝的条件如下：纺丝温度为20℃，湿度为20％，推进速度为1.0mL/h，电压为35kV，喷丝头到接收板的距离为10cm；

(5)将步骤(1)中制备得到的氧化的葡聚糖溶解于无水乙醇中，取一定量的步骤(4)中制备得到的明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜，将其剪成长方形并浸泡于氧化的葡聚糖交联介质中，在37℃条件下交联3天，得到交联的明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜。

图1是实施例1制得的明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜经氧化的葡聚糖交联前后的扫描电子显微镜(SEM)图，其中左图为未交联的明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜的SEM图，右图为经氧化的葡聚糖交联后明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜的SEM图。从图中可以看出，通过静电纺丝法成功地制备得到表面光滑且直径均一明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜，且经氧化的葡聚糖交联后明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜的纤维结构未被明显破坏。

实施例2

(1)称取10.0g三氯化铁溶解于质量分数为20wt％的葡萄糖水溶液中，在避光的条件下于50℃条件下剧烈搅拌反应24h，将反应后的溶液透析2天，将透析后的溶液经冷冻干燥得到氧化的葡萄糖；

(2)将明胶和壳聚糖分别溶解于90wt％的醋酸溶液中，磁力搅拌，制备得到质量分数为30wt％和5wt％的均一透明的明胶和壳聚糖溶液；

(3)将上述步骤(2)所述的明胶和壳聚糖溶液以质量比为9:1的比例共混，搅拌2h得到均一透明的静电纺丝前驱液；

(4)将上述配制好的溶液装入注射器中，并固定到静电纺丝装置的推进器上，通过静电纺丝制备明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜；其中静电纺丝的条件如下:纺丝温度为40℃，湿度为60％，推进速度为2.0mL/h，电压为25kV，喷丝头到接收板的距离为20cm；

(5)将步骤(1)中制备得到的氧化的葡萄糖溶解于无水乙醇中，取一定量的步骤(4)中制备得到的明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜，将其剪成长方形并浸泡于氧化的葡萄糖交联介质中，在37℃条件下交联1天，得到交联的明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜。

图2是实施例2制得明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜经氧化的葡萄糖交联前后的应力-应变曲线。从图中可以看出，经氧化的葡萄糖交联处理后，明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜的力学性能显著增强。

实施例3

(1)称取5.0g高碘酸钾溶解于质量分数为10％的羧甲基纤维素水溶液中，在避光的条件下于25℃条件下剧烈搅拌反应12h，将反应后的溶液透析5天，将透析后的溶液经冷冻干燥得到氧化的羧甲基纤维素；

(2)将明胶和壳聚糖分别溶解于90wt％的醋酸溶液中，磁力搅拌，制备得到质量分数为10wt％和15wt％的均一透明的明胶和壳聚糖溶液；

(3)将上述聚电解质溶液以质量比为5:5的比例共混，搅拌5h得到均一透明的静电纺丝前驱液；

(4)将上述配制好的溶液装入注射器中，并固定到静电纺丝装置的推进器上，通过静电纺丝制备明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜。其中静电纺丝的条件如下:纺丝温度为30℃，湿度为30％，推进速度为0.8mL/h，电压为15kV，喷丝头到接收板的距离为15cm；

(5)将步骤(1)中制备得到的氧化的羧甲基纤维素溶解于无水乙醇中，取一定量的步骤(4)中制备得到的明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜，将其剪成长方形并浸泡于氧化的羧甲基纤维素交联介质中，在37℃条件下交联4天，得到交联的明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜。

图3是实施例3制得的明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜经氧化的羧甲基纤维素交联前后的溶胀性能图。从图中可以看出，明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜经氧化的羧甲基纤维素交联后，其溶胀性能显著降低。

实施例4

(1)称取0.5g重铬酸钾溶解于质量分数为5％的魔芋葡甘聚糖水溶液中，在避光的条件下于15℃条件下剧烈搅拌反应10h，将反应后的溶液透析2天，将透析后的溶液经冷冻干燥得到氧化的魔芋葡甘聚糖；

(2)将明胶和壳聚糖分别溶解于90wt％的醋酸溶液中，磁力搅拌，制备得到质量分数为20wt％和5wt％的均一透明的明胶和壳聚糖溶液；

(3)将上述聚电解质溶液以质量比为7:3的比例共混，搅拌4h得到均一透明的静电纺丝前驱液；

(4)将上述配制好的溶液装入注射器中，并固定到静电纺丝装置的推进器上，通过静电纺丝制备明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜。其中静电纺丝的条件如下:纺丝温度为35℃，湿度为30％，推进速度为3.0mL/h，电压为24kV，喷丝头到接收板的距离为15cm；

(5)将步骤(1)中制备得到的氧化的魔芋葡甘聚糖溶解于无水乙醇中，取一定量的步骤(4)中制备得到的明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜，将其剪成长方形并浸泡于氧化的魔芋葡甘聚糖交联介质中，在37℃条件下交联1天，得到交联的明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜。

图4是实施例4制得的明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜经氧化的魔芋葡甘聚糖交联前后的质量损失图。从图中可以看出，明胶/壳聚糖复合纳米纤维膜经氧化的魔芋葡甘聚糖交联后，其耐水性能显著提高。