一种高含量海藻酸钠纳米纤维膜及其静电纺丝维制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高含量海藻酸钠纳米纤维膜及其静电纺丝制备方法。该材料由海藻酸钠或海藻酸钠和聚乙烯醇组成，其中海藻酸钠的绝对含量为42.5wt%-100wt%，纤维平均直径在100nm-150nm之间。本发明专利技术静电纺丝液的配制过程中所用溶剂为去离子水，表面活性剂为通过美国食品和药品管理局认证的TX-100，制备方法简单易行，且无任何有害物质添加。制得的海藻酸钠纳米纤维膜具有海藻酸钠含量高、平均直径细、孔隙率高的特点，能够应用于伤口敷料及组织工程领域（如支架材料）等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子材料领域，具体地是涉及一种高含量海藻酸钠纳米纤维膜及其静电纺丝制备方法。
技术介绍
海藻酸钠是一种从天然褐藻中提取的天然阴离子水溶性多糖，由有两种单体β-D-甘露糖醛酸（M）和α-L-古罗糖醛酸（G）组成，其结构与细胞外基质中多糖成分相似。海藻酸钠具有优良的生物相容性和可降解性，无毒副作用并且不会引起抗原反应，它已显示出适用于各种组织工程应用，如皮肤，软骨，骨，神经组织等。在人体组织中的天然细胞外基质主要有蛋白多糖（葡萄氨聚糖（GAG））和纤维蛋白组成，它们两个都具有纳米结构成分；研究表明纳米结构支架有助于细胞黏附和增殖，功能要比微米尺度要高；这是由于聚合物纳米纤维可以潜在的模仿天然细胞外基质结构、化学组成和机械性能，在这种情况下，它们作为支架材料指导细胞的行为和功能，直到宿主细胞能够再生出一个新的天然基质。因此聚合物纳米纤维在再生医学和组织工程领域引起广泛研究。海藻酸钠由于其与细胞外基质相似的成分及优良性能，在再生医学和组织工程领域有着巨大的潜在应用前景；但是由于海藻酸钠是一种聚电解质，纯海藻酸钠静电纺是非常困难的；目前，实现海藻酸钠静电纺丝的方法一般有以下几种：（1）加入强极性溶剂和表面活性剂，以增强海藻酸钠分力链的灵活性和纠缠度并降低表面张力，使海藻酸钠有足够的缠结度形成纤维；（2）引入可纺性水溶性聚合物作为载体聚合物与之混纺以促成海藻酸钠的静电纺丝，这主要是利用了载体聚合物的高纠缠度，即使在海藻酸钠存在的情况下也能够形成纤维。现有技术中，利用上述原理实现海藻酸钠静电纺丝制备纳米纤维膜的技术方案也有很多，比如：公开号CN101011597A的专利技术专利申请“以海藻酸钠为基质的纳米纤维支架材料及其制备方法”，借助强极性溶剂丙三醇，及载体聚合物聚氧化乙烯或聚乙烯醇，制备了海藻酸钠与聚氧化乙烯或聚乙烯醇质量比为6:4-9:1的纳米纤维膜材料，该材料中，海藻酸钠和聚氧化乙烯或聚乙烯醇的含量为90%-95%，丙三醇含量为5%-10%；改材料使用了化学试剂丙三醇并且残留较多，在作为支架材料使用时，存在较大安全风险。公开号CN101230150A的专利技术专利申请“纯海藻酸钠纳米纤维膜材料的制备方法”，以甘油或甘油和乙二醇的混合物为改性剂，水或水和乙醇的混合物为溶剂，以沉浸在含有氯化钙的乙醇水溶液的铜网作为接收器制得了纯海藻酸钠纳米纤维膜；改方法制得的海藻酸钠纳米纤维膜纯度较高，但存在过程较为繁琐，效率较低的问题，且同样具有化学试剂残留的问题。公开号CN103046162A的专利技术专利申请“一种改性海藻酸钠电纺纳米纤维的制备方法”，以EDC-HCl作为催化剂将海藻酸钠与辛胺反应制得改性的海藻酸钠，然后将2%的改性改性海藻酸钠溶液与8%的PVA溶液以2:8比例混合进行静电纺丝制得改性海藻酸钠纳米纤维膜。该方法制得的纳米纤维膜不用进行交联处理就具有较好的疏水性能。但是存在海藻酸钠含量较低的问题会影响其使用性能。总之，上述技术方案以及其它类似的制备海藻酸钠纳米纤维膜的方法普遍存在两个问题：（1）制备过程中有改性剂、强极性溶剂等化学试剂使用，使得制得的纳米纤维膜上有试剂残留，从而存在安全风险；（2）不添加化学试剂与其它可纺性聚合物混合静电纺丝制得的纳米纤维膜中海藻酸钠含量很低，限制了纳米纤维膜的性能，制约了其应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述技术问题而提供了一种高含量海藻酸钠纳米纤维膜的静电纺丝制备方法；该材料由海藻酸钠或海藻酸钠和聚乙烯醇组成，其中海藻酸钠的绝对含量为42.5wt%-100wt%，纤维平均直径在100nm-150nm之间；制备方法简单易行，且无任何有害物质添加。本专利技术为实现上述目的采取以下技术方案：将海藻酸钠溶液与聚氧化乙烯溶液或聚氧化乙烯和聚乙烯醇溶液以一定比例混合均匀；混合均匀后再加入0.5wt%-2wt%的表面活性剂TX-100再进行混合均匀；将混合均匀的纺丝液注入针管中，利用静电纺丝装置制得纳米纤维膜。纳米纤维膜再在烘箱中高温处理1-3h去掉聚氧化乙烯得到海藻酸钠或海藻酸钠/聚乙烯醇纳米纤维膜，所得的纳米纤维膜的平均直径在100nm-150nm。本专利技术的具体制备方法为：（1）静电纺丝液的配制：将海藻酸钠、聚氧化乙烯和（或）聚乙烯醇分别溶解在去离子水中并搅拌获得一定浓度的海藻酸钠溶液、聚氧化乙烯溶液和（或）聚乙烯醇溶液，然后再将海藻酸钠溶液、聚氧化乙烯溶液和（或）聚乙烯醇溶液以一定的质量比共混成混合溶液，并加入质量分数为0.5wt%-2wt%的TX-100搅拌均匀并静止脱泡得到静电纺丝溶液；（2）复合纳米纤维膜的制备：将静电纺丝溶液注入静电纺丝装置（如附图1所示）的针管中，调节电压为12-25kV，喷头到接收器的距离为5-22cm，流量为0.2-1.5ml/h。开启纺丝装置，即可在接收器上收集到海藻酸钠复合纳米纤维膜；（3）高温处理:将得到的海藻酸钠复合纳米纤维膜放置在真空干燥烘箱中，调整烘箱的温度至90-120度，烘燥1-3h，即可得到海藻酸钠或海藻酸钠/聚乙烯醇纳米纤维膜。本专利技术通过将海藻酸钠与聚氧化乙烯和（或）聚乙烯醇混合，在以水为溶剂的条件下实现了静电纺丝，静电纺丝完成后又利用聚氧化乙烯与海藻酸钠、聚乙烯醇的熔点差别，通过高温处理得到了海藻酸钠含量较高甚至是纯海藻酸钠纳米纤维。制备过程简单、环保，而且制备的纳米纤维膜具有纤维直径细、空隙率高、无毒的特点。本专利技术的有益效果为：将海藻酸钠溶液与聚氧化乙烯溶液和（或）聚乙烯醇溶液混合进行静电纺丝，能够显著改善海藻酸钠的纺丝条件，在水为溶剂的条件下就能够实现静电纺丝，避免了强极性溶剂等化学试剂的使用，消除了化学试剂残留带来的安全风险；TX-100是一种通过美国食品和药物管理局（FDA）认证的非离子型表面活性剂，广泛应用于免疫细胞化学和生命科学领域，它既能改善海藻酸钠的纺丝条件，又具有极低的细胞毒性，使制得的纳米纤维膜能应用细胞培养等生物医学领域；聚氧化乙烯的熔点为65度左右，海藻酸钠和聚乙烯醇的熔点均在150度以上，利用聚氧化乙烯与海藻酸钠和聚乙烯醇较大的熔点差别，将静电纺制备的海藻酸钠复合纳米纤维膜放在真空干燥烘箱中在90-120℃的条件下烘燥可以去除聚氧化乙烯而不会对海藻酸钠和聚乙烯醇有损伤，从而可以得到高比例的海藻酸钠纤维甚至纯海藻酸钠纤维，解决了高比例的海藻酸钠纤维和纯海藻酸钠纤维静电纺丝困难的问题，且得到的纳米纤维膜中纤维的平均直径较细，空隙率高，能够应用于伤口敷料和组织工程领域（如支架材料）。附图说明附图1为静电纺丝装置，附图2、附图3、附图4分别对应实施例1、实施例2、实施例3海藻酸钠纳米纤维膜放大8000倍的扫描电镜照片。具体实施方式下面结合实施例及其附图进一步说明本专利技术；实施例1（1）纺丝液制备：将一定量的海藻酸钠溶于去离子水中在室温下搅拌均匀制备质量分数为3wt%的海藻酸钠溶液，将一定量的聚氧化乙烯溶于去离子水中在室温下搅拌均匀制备质量分数为3wt%的聚氧化乙烯溶液，将一定量的聚乙烯醇溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高含量海藻酸钠纳米纤维膜及其静电纺丝制备方法。

【技术特征摘要】
1.一种高含量海藻酸钠纳米纤维膜及其静电纺丝制备方法。
2.该材料由海藻酸钠或海藻酸钠和聚乙烯醇组成，海藻酸钠的绝对含量为42.5wt%-100wt%，纤维平均直径在100nm-150nm之间；
制备方法简单易行，且无任何有害物质添加；
根据权利要求1所述的一种高含量海藻酸钠纳米纤维膜及其静电纺丝制备方法，其特征在于以水为溶剂制备，具体制备方法为：
（1）静电纺丝液的配制：将海藻酸钠、聚氧化乙烯和（或）聚乙烯醇分别溶解在去离子水中并搅拌获得一定浓度的海藻酸钠溶液、聚氧化乙烯溶液和（或）聚乙烯醇溶液，然后再将海藻酸钠溶液、聚氧化乙烯溶和（或）聚乙烯醇溶液以一定的质量比共混成混合溶液，并加入一定质量分数的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春红，李洪昌，李锡伯，张桂燕，
申请(专利权)人：天津开发区金衫包装制品有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12