一种用层状硅酸盐/壳聚糖层层自组装改性微/纳米纤维膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种用层状硅酸盐/壳聚糖层层自组装改性微/纳米纤维膜的方法，属于材料技术领域。本发明专利技术先制备带电荷的微/纳米纤维膜作为基板，根据基板的带电情况交替将带相反电荷的壳聚糖或层状硅酸盐组装于基板上，并将所得微/纳米纤维膜干燥，得到双层数为所需层数的复合微/纳米纤维膜。经过改性后的微/纳米纤维膜机械性能大大提高，亲水性增加，同时拥有抑菌性，且更适合成骨细胞在其表面的黏附、生长及分化。本发明专利技术首次选取层状硅酸盐单独作为组装材料，且具有条件温和，工艺简单，对底板材料的尺寸和形状没有任何限制，改性过程不引入其他杂质和不产生其他副产物等诸多优点。

【技术实现步骤摘要】
一种用层状硅酸盐/壳聚糖层层自组装改性微/纳米纤维膜的方法
本专利技术属于材料
，具体涉及一种用层状硅酸盐/壳聚糖层层自组装改性微/纳米纤维膜的方法。
技术介绍
数十年来，骨组织工程的发展已使世界各地数百万患有骨缺损和骨创伤的的患者免受病魔的摧残。骨组织工程支架的研究也因此获得了大量的关注。理想的骨组织工程支架应满足两个基本要求。首先，支架应具有一定的机械强度，能够抵抗外力，并保持其物理结构稳定，从而保证稳定的细胞生长和组织发育。此外，适宜的表面性质和优异的生物相容性对于其促进成骨细胞的粘附，增殖和分化至关重要。微/纳米纤维膜作为一种具有特殊三维结构的微/纳米材料，在药物缓释、吸附过滤、等领域应用广泛，此外，由于其具有与细胞外基质相似的三维立体结构，能够模拟细胞外基质结构并提供细胞生长与粘附的支架，因此它也是一种重要的组织工程材料。大多微/纳米纤维的机械强度弱，表面光滑，不利于细胞的稳定生长，因此在应用于组织工程前，需要对其进行必要的改性。壳聚糖作为唯一带正电荷的天然碱性多糖，具有优异的生物相容性和抗菌活性，可在引入抗菌性能的同时保证材料的生物相容性不被破坏。层状硅酸盐可增强材料的机械强度，可调控微/纳米纤维膜表面的粗糙度，同时可促进壳聚糖的抑菌性能，这两种材料是理想的可用于微/纳米纤维膜改性的材料。中国专利“一种排列有序的改性微/纳米纤维膜及其制备和应用”(公开号CN106283399A)公开了一种排列有序的改性微/纳米纤维膜及其制备方法和应用前景。具体方法为：将胶原蛋白、丝素蛋白、聚己内酯以一定的比例共混，制成纺丝液，并进行静电纺丝，干燥，交联等步骤。通过共混和改变静电纺的收集器来制备有序微/纳米纤维，并达到改性目的。该专利中的改性虽然是在微/纳米纤维膜上进行，但其是通过共混和改变收集器来进行改性。在组织工程领域，由于涉及细胞的粘附、生长，材料的表面特性对于其性能有着重要的影响，共混的改性手段不仅会改变材料的表面，更会改变材料的主体，使材料主体的结构和性能带来未知的变化。而层层自组装的改性方法仅是在微/纳米纤维的表面进行修饰，不改变该微/纳米纤维的原有组分。层层自组装技术作为一种多功能有潜力的改性技术，具有操作简单，成本低，适用性强，对基底的大小及形状无要求等优点，可完成对基底微/纳米尺度上的可控改性，且改性材料的选择十分广泛。在层层自组装的过程中，具有相反电荷的聚电解质逐步、交替地吸附，该过程操作简便且不会产生其他副产物。此外，与在平板上的进行的层层自组装工艺相比，在微/纳米纤维膜上进行层层自组装改性的研究较为少见，它包含两个层面的改性：(1)在每根微/纳米纤维的表面进行改性；(2)在微/纳米纤维膜的宏观表面进行改性。在层层自组装过程之后，将得到微/纳米纤维膜多层级结构的多层次修饰。基于上述考虑，选择微/纳米纤维作为底板，壳聚糖作为正电层组分和层状硅酸盐作为负电层组分，采用层层自组装的方法对微/纳米纤维膜进行改性，获得了拥有更强机械性能，抑菌性能和良好生物相容性的微/纳米纤维膜，在组织工程领域有非常广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种采用壳聚糖和层状硅酸盐对微/纳米纤维膜进行层层自组装改性的方法。该方法可以对微/纳米纤维膜进行改性，提高其物理和生物性能，制备出更适用于骨组织工程的微/纳米纤维膜。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种用层状硅酸盐/壳聚糖层层自组装改性微/纳米纤维膜的方法，以带电荷的微/纳米纤维膜作为基板，当基板所带电荷为正时，依次在基板上组装层状硅酸盐和壳聚糖，直至达到所需双层数；当基板所带电荷为负时，依次在基板上组装壳聚糖和层状硅酸盐，直至达到所需双层数，将组装后的微/纳米纤维膜干燥，得到改性的微/纳米纤维膜。优选地，所述基板的zeta电位绝对值不小于10mV。优选地，所述的所需双层数为1-50层。优选地，所述的带电荷的微/纳米纤维膜基板是由丝素蛋白、胶原蛋白、醋酸纤维素、壳聚糖及其衍生物、聚左旋乳酸、聚己内酯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物中的一种或几种制备得到的。优选地，所述的微/纳米纤维膜基板由静电纺丝法、湿法纺丝法、干法纺丝法、离心纺丝法、相分离法或者复合纺丝法中的任一种制备得到。优选地，所述的壳聚糖按照下述方法组装：配置壳聚糖醋酸溶液，将基板浸泡于带正电荷的壳聚糖醋酸溶液中，一定时间后，将膜取出，用清洗液清洗去除膜表面未组装成功的壳聚糖。优选地，所述的层状硅酸盐按照下述方法组装：配置层状硅酸盐悬浮液，将基板浸泡于带负电荷的层状硅酸盐悬浮液中，一定时间后，将膜取出，用清洗液清洗去除膜表面未组装成功的层状硅酸盐。优选地，所述的壳聚糖醋酸溶液浓度为0.1-10mg/mL。优选地，所述的层状硅酸盐为蒙脱土或累托石。优选地，所述的层状硅酸盐组装悬浮液浓度为0.1-10mg/mL。优选地，所述的清洗液为去离子水或0.01-1mol/L的氯化钠溶液。优选地，所述的浸泡组装时间为10-60分钟。优选地，所述的干燥方法为自然干燥、真空冷冻干燥或于真空干燥箱中烘干，所述干燥为完全干燥。一种用层状硅酸盐/壳聚糖层层自组装改性的微/纳米纤维膜，通过上述的方法制备得到。本专利技术以微/纳米纤维膜作为组装基底，通过静电力作用，交替在其多级结构表面组装壳聚糖和层状硅酸盐。壳聚糖的引入使纳米纤维膜具有了抑菌特性且保持了其良好的生物相容性。而层状硅酸盐单独作为带负电荷的组装材料被引入到复合纳米纤维膜中，大大增强了纤维膜的机械性能和表面特性。本专利技术具有诸多优点，包括条件温和，工艺简单，对底板材料的尺寸和形状没有任何限制，改性过程不引入其他杂质和不产生其他副产物等。附图说明图1是实施例1制备的丝素蛋白纳米纤维膜和改性纳米纤维膜的形貌图。图中左侧是丝素蛋白纳米纤维膜表面扫描电镜图，右侧是双层数为15.5的层状硅酸盐/壳聚糖层层自组装改性纳米纤维膜表面扫描电镜图。图2是实施例1制备的丝素蛋白纳米纤维膜和改性纳米纤维膜的纤维直径分布图。a是丝素蛋白纳米纤维膜的纤维直径分布图，b是双层数为15.5的层状硅酸盐/壳聚糖层层自组装改性纳米纤维膜的纤维直径分布图。图3是实施例1制备的丝素蛋白纳米纤维膜和改性纳米纤维膜的接触角随时间变化曲线。a是丝素蛋白纳米纤维膜的接触角随时间变化曲线，b是双层数为15.5的层状硅酸盐/壳聚糖层层自组装改性纳米纤维膜的接触角随时间变化曲线。图4是实施例1制备的丝素蛋白纳米纤维膜和改性纳米纤维膜的拉伸强度和断裂伸长率对比图。图中，a表示丝素蛋白纳米纤维膜，b表示双层数为5的层状硅酸盐/壳聚糖层层自组装改性纳米纤维膜，c表示双层数为10的层状硅酸盐/壳聚糖层层自组装改性纳米纤维膜，d表示双层数为15的层状硅酸盐/壳聚糖层层自组装改性纳米纤维膜表面扫描电镜图，e表示双层数为15.5的层状硅酸盐/壳聚糖层层自组装改性纳米纤维膜。图5是成骨细胞在实施例1中制备的丝素蛋白纳米纤维膜和改性纳米纤维膜表面培养72h后生长情况的扫描电镜图。a表示丝素蛋白纳米纤维膜，b表示双层数为15.5的层状硅酸盐/壳聚糖层层自组装改性纳米纤维膜。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明，其目的在于帮助更好的理解本专利技术的内容，但这些具体实施方案不以任何方式限制本专利技术的保护范围。1，制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用层状硅酸盐/壳聚糖层层自组装改性微/纳米纤维膜的方法，其特征在于：以带电荷的微/纳米纤维膜作为基板，当基板所带电荷为正时，依次在基板上组装层状硅酸盐和壳聚糖，直至达到所需双层数；当基板所带电荷为负时，依次在基板上组装壳聚糖和层状硅酸盐，直至达到所需双层数，将组装后的微/纳米纤维膜干燥，得到改性的微/纳米纤维膜。

【技术特征摘要】
1.一种用层状硅酸盐/壳聚糖层层自组装改性微/纳米纤维膜的方法，其特征在于：以带电荷的微/纳米纤维膜作为基板，当基板所带电荷为正时，依次在基板上组装层状硅酸盐和壳聚糖，直至达到所需双层数；当基板所带电荷为负时，依次在基板上组装壳聚糖和层状硅酸盐，直至达到所需双层数，将组装后的微/纳米纤维膜干燥，得到改性的微/纳米纤维膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述基板的zeta电位绝对值不小于10mV。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的所需双层数为1-50层。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的微/纳米纤维膜基板是由丝素蛋白、胶原蛋白、醋酸纤维素、壳聚糖及其衍生物、聚左旋乳酸、聚己内酯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物中的一种或几种制备得到的。5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：所述的微/纳米纤维膜基板由静电纺丝法、湿法纺丝法、干...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓红兵，陈佳佳，施晓文，杜予民，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42