一种珠粒形貌的串珠纤维材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种珠粒形貌的串珠纤维材料及其制备方法，属于微纳米材料制备领域。本发明专利技术通过调节纺丝液中丝素蛋白自组装纳米纤维的含量，实现对电纺串珠纤维材料中珠粒形貌和尺寸的有效调控。所制备的串珠纤维材料中珠粒呈球形、椭球型、纺锤形、细长纺锤形等不同形貌，且实现了珠粒宽度在200～2000 nm、珠粒的长度在500～3000 nm、珠粒的长宽比在1.4～2.8范围内的调控。本发明专利技术可有针对性的担载不同尺寸的药物、调控细胞的行为、同时可以实现对颗粒的梯度过滤，在医疗卫生材料以及过滤材料领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可用于药物释放、气液过滤、组织工程的串珠纤维材料及其制备方法，属于微纳米材料制备

技术介绍
微纳米材料是指材料在长宽高三个维度中至少有一个维度的尺寸属于微米或纳米级别，广义上讲，由微纳米材料构成的三维材料也属于微纳米材料的范畴。举例来说，直径在80纳米的纤维、直径在500纳米的球、厚度在2微米的薄膜、由微纳米纤维构成的纤维毡都是微纳米材料。制备微纳米材料的方法有很多，包括自组装法、模板合成法、相分离法、熔喷法等，其中静电纺丝法（简称电纺）是制备微纳米材料最直接有效的方法。电纺过程中常常会产生串珠，过去串珠被认为是电纺过程中的副产品。然而，最近的研究发现，串珠由于其独特的微纳米形态，在药物释放、气液过滤等方面有着可观的应用前景。泰国研究人员成功以泰丝丝素蛋白和明胶的混合物制备了串珠纳米纤维毡，并在实验中证明了该串珠纤维毡能够显著延长亚甲蓝药品的释放时间，此实验充分体现了纳米串珠纤维在药物缓释方面的研究价值（Siraporn Somvipart, Sorada Kanokpanont, Rattapol Rangkupan, et al. International Journal of Biological Macromolecules 2013; 55: 176 - 184.）。公开号为CN 104645715A的中国专利技术专利公开了一种口罩用高效低阻纳米纤维空气过滤材料及其制备方法，在过滤材料当中引入具有串珠结构的纳米纤维层，提高了颗粒的过滤效率。研究表明，材料表面微观形态会影响细胞的行为（参见文献：Xixue Hu, Hong Shen, Fei Yang, et al. Biomaterials 2008; 29: 3128 - 3136.），因此，电纺串珠纤维材料在组织工程方面也有潜在的应用价值。电纺串珠纤维的单根纤维上是由光滑纤维和珠粒交替分布的，每根单纤维相互交叠形成三维网状结构。电纺串珠纤维材料在药物释放、气液过滤、组织工程方面所表现出的优势，正是由于材料中微纳米尺度的珠粒的存在。然而，目前制备的电纺串珠纤维材料当中的珠粒大小不匀、形貌可控性较差，影响了材料的进一步应用。本专利技术利用电纺方法，通过在纺丝液中添加自组装丝素蛋白纳米纤维来制备一种珠粒形貌及尺寸可控的丝素蛋白串珠纤维材料。在本专利技术之前，公开号为CN 103643337A的中国专利技术专利公开了一种串珠状纳米纤维的制备方法，该专利技术专利采用静电纺丝技术制备串珠状有机/无机纳米粒子纤维。公开号为CN 104645715A的中国专利技术专利公开了一种口罩用高效低阻纳米纤维空气过滤材料及其制备方法，该专利技术专利在过滤材料当中引入具有串珠结构的纳米纤维层，但未对珠粒的形貌、尺寸进行调控。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种珠粒尺寸及形貌可控的串珠纤维材料及其制备方法，以拓宽串珠纤维材料的应用领域，改善其在药物释放、气液过滤、组织工程等方面的应用效果。实现本专利技术目的的技术方案是提供一种珠粒形貌的串珠纤维材料，它的组分包括18～100 wt%的丝素蛋白；所述珠粒的形貌呈球形、椭球形、纺锤形或细长纺锤形；珠粒的平均宽为200～2000 nm，平均长度为500～3000 nm。本专利技术采用两种制备方法以得到如上所述的珠粒形貌的串珠纤维材料，方法一的步骤为：1、将浓度为4～8 wt%的丝素蛋白溶液置于温度为45～65 ℃的烘箱中，直至浓度为8～15 wt%后，再置于通风橱中缓慢浓缩，得到浓度为20～35 wt%的丝素蛋白溶液；用去离子水稀释至丝素蛋白浓度为0.1～2 wt%，搅拌均匀，密封后置于温度为45～65 ℃的烘箱中，得到含有自组装丝素蛋白纳米纤维的凝胶；将得到的自组装丝素蛋白纳米纤维凝胶在超声波细胞粉碎仪中粉碎处理，得到浓度为0.1～2.0 wt%自组装丝素蛋白纳米纤维溶液；2、将浓度为4～8 wt%的高分子材料水溶液与自组装丝素蛋白纳米纤维溶液混合，制备总浓度为3～6 wt%的混合溶液；所述的高分子材料包括水溶性高分子材料聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素、聚丙烯酰胺中的一种，或任意2～3种的混合物；3、以制得的混合溶液为纺丝原液，采用静电纺丝工艺，得到一种珠粒形貌的串珠纤维材料。制备珠粒形貌的串珠纤维材料的另一方法包括如下步骤：1、将浓度为4～8 wt%的丝素蛋白溶液风干后形成丝素蛋白膜，剪碎成粉末状；2、将浓度为4～8 wt%的丝素蛋白溶液置于温度为45～65 ℃的烘箱中，直至浓度为8～15 wt%后，再置于通风橱中缓慢浓缩，得到浓度为20～35 wt%的丝素蛋白溶液；用去离子水稀释至丝素蛋白浓度为0.1～2 wt%，搅拌均匀，密封后置于温度为45～65 ℃的烘箱中，得到含有自组装丝素蛋白纳米纤维的凝胶，经超声波细胞粉碎仪粉碎处理，得到自组装丝素蛋白纳米纤维溶液；3、将粉末状丝素蛋白膜与自组装丝素蛋白纳米纤维溶液混合，溶解于有机溶剂中，制备总浓度为4～12 wt%的混合溶液；所述的有机溶剂包括甲酸、六氟异丙醇、丙酮、氯仿、二甲基亚砜、甲苯、四氢呋喃、二甲基甲酰胺中的一种，或任意2～3种的混合物。4、以制得的混合溶液为纺丝原液，采用静电纺丝工艺，得到一种珠粒形貌的串珠纤维材料。本专利技术所述的静电纺丝工艺参数为电压8～35 kV，接收距离8～22 cm，纺丝原液推注速率0.1～2 mL/h。电纺过程中形成光滑纤维还是串珠纤维是由纺丝溶液的性质决定的，包括溶液的表面张力、黏度、电导率。本专利技术的原理是：通过添加不同含量的丝素蛋白自组装纳米纤维，实现调控溶液性质的目的，进一步制备珠粒形貌及尺寸可控的串珠纤维材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过添加丝素蛋白纳米纤维的方法，调控纺丝溶液性质，进一步通过静电纺丝的技术手段，可有效的制备珠粒形貌及尺寸可控的丝素蛋白串珠纤维材料，该材料可有针对性的担载不同尺寸的药物、调控细胞的行为、同时可以实现对颗粒的梯度过滤，在医疗卫生材料以及过滤材料领域具有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的珠粒呈椭球形的电纺串珠纤维材料的扫描电镜图。图2为本专利技术实施例2制备的珠粒介于球形和纺锤形之间的电纺串珠纤维材料的扫描电镜图。图3为本专利技术实施例3制备的珠粒呈纺锤形的电纺串珠纤维材料的扫描电镜图。图4为本专利技术实施例4制备的珠粒呈细长纺锤形的电纺串珠纤维材料的扫描电镜图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术技术方案作进一步阐述。实施例1：1、将25.44 g碳酸钠溶于12 L烧沸的去离子水中，加入30 g蚕丝，搅拌30～40 min，而后用常温去离子水将脱胶后得到的丝素蛋白清洗五次。把洗好的丝素蛋白摊开放在铝箔纸上，放入60 ℃烘箱中烘干24小时。2、取出烘干的丝素蛋白，用76 mL 9.3 mol/L的溴化锂溶液溶解丝素蛋白。溶解时溴化锂溶液与丝素蛋白要交替放入烧杯中，然后用塑料膜密封，放入60 ℃烘箱烘干4～5小时，每隔30 min摇晃一次。3、将所得的丝素蛋白的溴化锂溶液放入透析袋，用去离子水透析，去除溴化锂等杂质，用高速离心机在9000 r/min转速下离心20 min后得到纯的丝素蛋白溶液，此时溶液的浓度约为7 wt%本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种珠粒形貌的串珠纤维材料，其特征在于：它的组分包括18～100 wt%的丝素蛋白，0～82 wt%的高分子材料；所述珠粒的形貌呈球形、椭球形、纺锤形或细长纺锤形；珠粒的平均宽为200～2000 nm，平均长度为500～3000 nm。

【技术特征摘要】
1.一种珠粒形貌的串珠纤维材料，其特征在于：它的组分包括18～100 wt%的丝素蛋白，0～82 wt%的高分子材料；所述珠粒的形貌呈球形、椭球形、纺锤形或细长纺锤形；珠粒的平均宽为200～2000 nm，平均长度为500～3000 nm。2.如权利要求1所述的一种珠粒形貌的串珠纤维材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将浓度为4～8 wt%的丝素蛋白溶液置于温度为45～65 ℃的烘箱中，直至浓度为8～15 wt%后，再置于通风橱中缓慢浓缩，得到浓度为20～35 wt%的丝素蛋白溶液；用去离子水稀释至丝素蛋白浓度为0.1～2 wt%，搅拌均匀，密封后置于温度为45～65 ℃的烘箱中，得到含有自组装丝素蛋白纳米纤维的凝胶；将得到的自组装丝素蛋白纳米纤维凝胶在超声波细胞粉碎仪中粉碎处理，得到浓度为0.1～2.0 wt%自组装丝素蛋白纳米纤维溶液；（2）将浓度为4～8 wt%的高分子材料水溶液与自组装丝素蛋白纳米纤维溶液混合，制备总浓度为3～6 wt%的混合溶液；所述的高分子材料包括水溶性高分子材料聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素、聚丙烯酰胺中的一种，或任意2～3种的混合物；（3）以制得的混合溶液为纺丝原液，采用静电纺丝工艺，得到一种珠粒形貌的串珠纤维材料。3.根据权利要求2所述的一种珠粒形貌的串珠纤维材料的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵荟菁，郗焕杰，罗傲，
申请(专利权)人：南通纺织丝绸产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32