多孔核壳结构纳米纤维及其制作方法与流程

本发明属于材料工程领域，具体涉及一种多孔核壳结构纳米纤维及其制备方法。

背景技术：

随着纳米科技的发展，人们对于纤维材料的要求越来越高，如何得到高性能、高附加值的纤维材料产品是近年来研究的重要方向之一。在纤维材料体系中，多孔纳米纤维具有高孔隙率、高比表面积、高表面活性等特点，这种结构适用于纤维与周围环境需要进行充分接触和反应的场合，比如药物释放领域。利用同轴静电纺丝装置，合理配置溶质、溶剂配比，即可纺出具有多孔的核壳结构纳米纤维。

对于非核壳纳米纤维在生物医药方面的应用而言，分散不均匀，极易出现突释现象，对于核壳纳米纤维在生物医药方面的应用而言，核层结构材料可以将药物或活性物质包裹在内部，防止药物暴露有机溶剂中；因为药物或活性物质溶解在核层溶液中，即使对核壳纤维表面改性也不会影响到内部药物的活性。因此，将蛋白质、生长因子、药物、dna等活性物质加入到核层溶液中，可以制备出载蛋白质、生长因子、药物、dna等活性物质的核壳结构纳米纤维。这种方法中，药物可以均匀分散，且由于壳层材料的包裹，可以达到控制释放的效果。

同轴静电纺丝技术可以在纤维表面进行功能化修饰，同时也可以将功能材料包裹子纤维内部，以起到持久发挥功效的作用。为了更好的发挥壳层纤维表面，以及材料更好的控制药物释放的效果，我们有必要研究出具有多孔的核壳纳米纤维。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多孔核壳结构纳米纤维，其操作方便、控制简单、工艺流程短。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多孔核壳结构纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

s1:将疏水性壳层溶质溶于壳层溶剂中，制备壳层溶液；

s2:将亲水性核层溶质溶于核层溶剂中，制备核层溶液；

s3：将壳层溶液和核层溶液分别以一定的流速注入到同轴静电纺丝针头的外针头和内针头中，同时将高压静电发生器连接同轴静电纺丝针头进行静电纺丝实验，制成多孔核壳结构纳米纤维。

优选的，步骤s1中壳层溶质为聚乳酸-羟基乙酸共聚物(plga)，壳层溶剂为三氯甲烷(cf)和n-n二甲基甲酰胺(dmf)，称取0.8g聚乳酸-羟基乙酸共聚物(plga)80/20溶于3-9ml三氯甲烷(cf)中，并将溶液瓶放在磁力搅拌机上搅拌，待聚乳酸-羟基乙酸共聚物(plga)完全溶解后，在溶液中加入5-9mln-n二甲基甲酰胺(dmf)，继续搅拌至均以透明的纺丝液，配置成质量体积比浓度为8％的壳层溶液。

优选的，三氯甲烷(cf)和n-n二甲基甲酰胺(dmf)溶剂体积比例范围为6：4-10:0，当三氯甲烷(cf)和n-n二甲基甲酰胺(dmf)溶剂比例变化时，静电纺丝得到的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(plga)纤维形貌明显不同。当溶剂只有n-n二甲基甲酰胺(dmf)时，所得的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(plga)纤维为球形，球与球之间有细丝相连。当加入三氯甲烷(cf)，溶剂比例三氯甲烷(cf):n-n二甲基甲酰胺(dmf)为3:7时，纤维呈现纺锤形形貌。当溶剂比例增大到5:5时，纤维表面光滑，纤维直径均匀。当溶剂比例为6:4和7:3时，纤维呈扁平带状，纤维表面有裂缝。当溶剂比例为8:2时纤维表面有许多沟壑。当溶剂比例继续增大，变成9:1时，纤维表面出现多孔，10:0时，纤维表面同样是多孔状态。

优选的，步骤s2中核层溶质为水溶性聚氧化乙烯(peo)，所述核层溶剂为去离子水，称取0.7g聚氧化乙烯(peo)加入到10ml去离子水中，配置成质量体积比浓度为7％的核层溶液，搅拌至均匀。

优选的，步骤s3中，流速为：核流速0.2ml/h，壳流速2ml/h。

优选的，步骤s3中，同轴静电纺丝针头的外针头和内针头直径分别为0.4mm，0.6mm。

优选的，步骤s3中静电纺丝实验的工艺参数为：电压20kv，纺丝距离为15cm，静电纺丝机垂直放置，采用辊筒接收装置，环境温度为25±3℃，湿度50±5％。

本发明还提供了一种多孔核壳结构纳米纤维，其通过上述多孔核壳结构纳米纤维的制作方法制备而成。该多孔核壳结构纳米纤维的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(plga)壳层纤维形貌会因为三氯甲烷(cf)和n-n二甲基甲酰胺(dmf)溶剂比例变化而明显不同：

当三氯甲烷(cf):n-n二甲基甲酰胺(dmf)为0:10时，时，所得的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(plga)纤维为球形，球与球之间有细丝相连；

当三氯甲烷(cf):n-n二甲基甲酰胺(dmf)为3:7时，纤维呈现纺锤形形貌；

当比例为5:5时，纤维表面光滑，纤维直径均匀；

当比例为6:4和7:3时，纤维呈扁平带状，纤维表面有裂缝；

当比例为8:2时纤维表面有许多沟壑；

当溶剂为9:1时，纤维表面出现多孔；

当比例为10:0时，纤维表面同样是多孔状态。

本发明提供了最适宜制备多孔核壳结构纳米纤维的原料配比和实验条件，然后利用同轴静电纺丝技术直接制备多孔核壳结构纳米纤维，操作方便、控制简单、工艺流程短。

附图说明

图1为同轴静电纺丝方法制备的多孔核壳结构纳米纤维表面形貌；

图2为同轴静电纺丝方法制备的多孔核壳结构纳米纤维扫描电镜图；

图3为同轴静电纺丝方法制备的多孔核壳结构纳米纤维透射电镜图，图中标尺为200nm。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本发明公开的利用同轴静电纺丝技术制备一种多孔核壳结构纳米纤维的方法，其包括如下步骤：

s1：壳层溶液，plga溶液的配置，在实验之前称取0.8gplga(80:20)溶于3mlcf中，并将溶液瓶放在磁力搅拌机上搅拌，待plga完全溶解后，在溶液中加入7mldmf，继续搅拌至均以透明的纺丝液，配置成浓度为8％(w/v)的溶液。

s1：核层溶液，peo(mv＝600,000)溶液的配置，将0.7gpeo加入到10ml去离子水中，配置成浓度为7％(w/v)的溶液，放在磁力搅拌机上搅拌至均匀的溶液。

s3：静电纺丝实验

同轴静电纺丝中，核壳内外流速比是影响核壳结构的重要因素之一，通过自己反复的实验，最终实验中流速确定为核0.2ml/h，壳2ml/h，电压20kv，纺丝距离为15cm，静电纺丝机垂直放置，采用辊筒接收装置。环境温度稳定为25±3℃，湿度50±5％。同轴纺丝喷头内针头的内外直径分别为0.4mm，0.6mm。外针头的内直径为1.5mm，外直径为3mm。

实施例2

s1：壳层溶液，plga溶液的配置，在实验之前称取0.8gplga(80:20)溶于5mlcf中，并将溶液瓶放在磁力搅拌机上搅拌，待plga完全溶解后，在溶液中加入5mldmf，继续搅拌至均以透明的纺丝液，配置成浓度为8％(w/v)的溶液。

s2：核层溶液，peo(mv＝600,000)溶液的配置，将0.7gpeo加入到10ml去离子水中，配置成浓度为7％(w/v)的溶液，放在磁力搅拌机上搅拌至均匀的溶液。

s3：静电纺丝实验,过程如实施例1所述。

实施例3

s1：壳层溶液，plga溶液的配置，在实验之前称取0.8gplga(80:20)溶于6mlcf中，并将溶液瓶放在磁力搅拌机上搅拌，待plga完全溶解后，在溶液中加入4mldmf，继续搅拌至均以透明的纺丝液，配置成浓度为8％(w/v)的溶液。

s2：核层溶液，peo(mv＝600,000)溶液的配置，将0.7gpeo加入到10ml去离子水中，配置成浓度为7％(w/v)的溶液，放在磁力搅拌机上搅拌至均匀的溶液。

s3：静电纺丝实验,过程如实施例1所述。

实施例4

s1：壳层溶液，plga溶液的配置，在实验之前称取0.8gplga(80:20)溶于7mlcf中，并将溶液瓶放在磁力搅拌机上搅拌，待plga完全溶解后，在溶液中加入3mldmf，继续搅拌至均以透明的纺丝液，配置成浓度为8％(w/v)的溶液。

s2：核层溶液，peo(mv＝600,000)溶液的配置，将0.7gpeo加入到10ml去离子水中，配置成浓度为7％(w/v)的溶液，放在磁力搅拌机上搅拌至均匀的溶液。

s3：静电纺丝实验,过程如实施例1所述

实施例5

s1：壳层溶液，plga溶液的配置，在实验之前称取0.8gplga(80:20)溶于8mlcf中，并将溶液瓶放在磁力搅拌机上搅拌，待plga完全溶解后，在溶液中加入2mldmf，继续搅拌至均以透明的纺丝液，配置成浓度为8％(w/v)的溶液。

s2：核层溶液，peo(mv＝600,000)溶液的配置，将0.7gpeo加入到10ml去离子水中，配置成浓度为7％(w/v)的溶液，放在磁力搅拌机上搅拌至均匀的溶液。

s3：静电纺丝实验,过程如实施例1所述。

实施例6

s1：壳层溶液，plga溶液的配置，在实验之前称取0.8gplga(80:20)溶于9mlcf中，并将溶液瓶放在磁力搅拌机上搅拌，待plga完全溶解后，在溶液中加入1mldmf，继续搅拌至均以透明的纺丝液，配置成浓度为8％(w/v)的溶液。

s2：核层溶液，peo(mv＝600,000)溶液的配置，将0.7gpeo加入到10ml去离子水中，配置成浓度为7％(w/v)的溶液，放在磁力搅拌机上搅拌至均匀的溶液。

s3：静电纺丝实验,过程如实施例1所述。

实施例7

s1：壳层溶液，plga溶液的配置，在实验之前称取0.8gplga(80:20)溶于10mlcf中，并将溶液瓶放在磁力搅拌机上搅拌，待plga完全溶解后，配置成浓度为8％(w/v)的溶液。

s2：核层溶液，peo(mv＝600,000)溶液的配置，将0.7gpeo加入到10ml去离子水中，配置成浓度为7％(w/v)的溶液，放在磁力搅拌机上搅拌至均匀的溶液。

s3：静电纺丝实验,过程如实施例1所述。

经过以上实施例制备的多孔核壳结构纳米纤维，其聚乳酸-羟基乙酸共聚物(plga)壳层纤维形貌，会随cf和dmf比例变化而有明显不同：

当cf:dmf为3:7时，纤维呈现纺锤形形貌；

当溶剂比例增大到5:5时，纤维表面光滑，纤维直径均匀；。

当溶剂比例为6:4和7:3时，纤维呈扁平带状，纤维表面有裂缝；

当溶剂比例为8:2时纤维表面有许多沟壑；

当溶剂比例为9:1时，纤维表面出现多孔；

10:0时，纤维表面同样是多孔状态。

另外，若将蛋白质、生长因子、药物、dna等活性物质加入到核层溶液中，则可以制备出载蛋白质、生长因子、药物、dna等活性物质的核壳结构纳米纤维。

综上所述，上述多孔核壳结构纳米纤维的制备方法提供了最适宜制备多孔核壳结构纳米纤维的原料配比和实验条件，然后利用同轴静电纺丝技术直接制备多孔核壳结构纳米纤维，结构简单、操作方便、控制简单、工艺流程短。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。