含纳米活性炭的海藻酸钠复合纤维的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了含纳米活性炭的海藻酸钠复合纤维的制备方法及其应用，涉及海藻酸钠纤维技术领域。所得海藻酸盐纤维具有良好的力学性能和生物相容性，同时稳定性和安全性高。其技术方案为：采用注射式湿法纺丝工艺制备ACNP/SA复合纤维，采用纳米活性炭对海藻酸钠复合纤维力学性能进行增强，制得的含纳米活性炭的海藻酸盐纤维，表面较纯海藻酸盐纤维光滑、紧密，解决了海藻酸盐纤维沟槽缺陷问题，有助于纤维力学性能提升；纳米活性炭对海藻酸盐纤维起到了一定的支撑作用，且有利于增加纤维孔隙率降低扩散阻力，增强纤维的通透性。ACNP/SA复合纤维在体外对细胞无毒性，具有良好的细胞相容性和生物安全性，在医学材料领域具有开发和应用价值。价值。价值。

【技术实现步骤摘要】
含纳米活性炭的海藻酸钠复合纤维的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及海藻酸钠纤维
，特别是涉及含纳米活性炭的海藻酸钠复合纤维的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]海藻酸钠(Sodium alginate，SA)是一种水溶性阴离子天然多糖，具有良好的生物相容性、生物降解性、无毒性以及能够提供细胞识别位点等功能特性，常被作为生物医用材料应用于医疗领域中。SA可与多价金属阳离子螯合交联形成凝胶状、膜状、微胶囊或纤维状等各种材料。其中，海藻酸钠纤维由于其独特的结构性能，可被加工成织物、非织造布和各种医用复合材料，如止血材料、促愈合材料、组织工程支架和药物释放材料等。然而，由于SA为线性分子链，链间不能有效缠结，使得海藻酸盐纤维材料结构疏松、溶胀易破裂而缺乏强度和弹性，难以实现复杂的三维结构和较高的机械强度，在很大程度上影响其加工性能和更广泛的应用。
[0003]近年来研究发现，加入纳米材料后获得的SA纳米复合材料具有许多独特的物理化学性能。碳材料作为地球上应用最广泛的材料一直是科学研究的重点。截至目前，已有大量的碳纳米材料改性海藻酸盐纤维的报道，如碳纳米纤维、碳纳米管、纤维素纳米晶体或氧化石墨烯纳米片等，可以增强海藻酸盐纤维材料的力学性能。活性炭作为碳材料复合SA的研究也有报道，但都聚焦在活性炭的吸附能力上，而纳米级活性炭改性海藻酸盐纤维性能应用于医学材料的研究鲜有报道。
[0004]纳米活性炭(Active carbon nanoparticles，ACNP)，是一种低毒、生物相容性高的碳材料，具有很强的药物吸附性能，药物缓释性能。临床上，常被用作淋巴引流的指示剂和药物缓释剂，也是目前唯一用于临床的碳材料。因此，从医学材料的角度考虑，纳米活性炭改性海藻酸盐纤维材料的性能值得探究。然而随着纳米材料的深入研究，碳纳米材料对人类健康的潜在危害引起人们的关注。有研究报道短碳纳米纤维对成纤维细胞有毒性，能降低细胞的活力，其毒性的长度阈值大约189
±
17nm。
[0005]综上，将纳米活性炭应用于海藻酸盐纤维尚未有实质性进展，其产品性能如何未可知。
[0006]细胞封装技术是指将细胞包裹在半透明的封装基质中，该技术在细胞治疗、细胞移植、细胞存储/运输、细胞分析、组织工程以及再生医学等诸多领域具有重要应用价值。
[0007]1980年，Anthony M Sum等人利用液滴形成技术结合海藻酸钠和氯化钙、聚赖氨酸(PLL)、以及聚乙烯亚胺(PED)之间的交联反应，首次制备了胰岛微胶囊，并将其植入到链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠腹腔内，结果发现，植入的胰岛微胶囊在2～3周内可有效降低糖尿病大鼠的血糖水平；此外，细胞长期培养实验发现，该胰岛微胶囊可以保持形态和功能完整长达15周以上。为了提高微胶囊的生物相容性，Anthony M Sun等人随后建立了海藻酸钠
‑
聚赖氨酸海藻酸钠(APA)微胶囊制备。与此同时，研究者们陆续实现了对肝细胞、杂交瘤细胞、肾细胞、基因修饰细胞的封装，以及多种细胞的共封装。
[0008]理想的封装材料特点之一是完全惰性、不引起异体转移受者免疫反应或囊周过度纤维化(PFO)，虽然现有技术中，对海藻酸钠和其他封装材料进行的改进减少了PFO，提高了移植细胞的存活率，但Kamperman T等人在《Trends Biotechnol》发表的“Single
‑
cell microgels:Technology,challenges,and applications”中指出，海藻酸钠材料不具有对动物细胞任何特异性的生物信号和响应反应，难以维持封装细胞的正常活性和生长。
[0009]可见，海藻酸钠材料用于细胞封装在细胞存活性、生物相容性等方面仍存在缺陷。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提供一种含纳米活性炭的海藻酸钠复合纤维的制备方法，所得海藻酸盐纤维具有良好的力学性能和生物相容性，同时稳定性和安全性高。
[0011]本专利技术的设计思路是：采用注射式湿法纺丝工艺制备纳米活性炭与海藻酸钠的复合纤维，采用纳米活性炭对海藻酸钠复合纤维力学性能进行增强，同时制得力学性能、稳定性、通透性和生物相容性更优的产品。
[0012]为实现本专利技术的上述目的，本专利技术提供了如下所述的技术方案：
[0013]作为本专利技术的第一个方面，在于提供了含纳米活性炭的海藻酸钠复合纤维的制备方法，包括如下步骤：
[0014]步骤1、取海藻酸钠粉末溶于水中，过滤除菌，备用，为海藻酸钠溶液；
[0015]步骤2、取纳米活性炭灭菌，备用；
[0016]步骤3、称取步骤2所得的灭菌后的纳米活性炭溶解在步骤1所得的海藻酸钠溶液中，制得混合溶液；
[0017]步骤4、采用湿法纺丝工艺，将步骤3所得的混合溶液流入到氯化钙溶液中钙化，钙化完成后洗涤，即得。
[0018]优选的，步骤1中海藻酸钠溶液含量为1.5％～3.0％(w/v)，更优选2.5％(w/v)。
[0019]优选的，步骤2中纳米活性炭在121℃灭菌20min。
[0020]优选的，步骤3中纳米活性炭与海藻酸钠溶液的重量比为(2～8):100，更优选为2:100。
[0021]优选的，步骤4中氯化钙溶液含量为1％～3％(w/v)，更优选为1.5％(w/v)。
[0022]优选的，所述纳米活性炭粒径为50～300nm，更优选200nm。
[0023]优选的，称取海藻酸钠粉末，溶于蒸馏水中，制成2.5％(w/v)的海藻酸钠溶液，0.45μm滤器过滤除菌，备用；同时，取纳米活性炭在121℃灭菌20min，备用；称取灭菌后的纳米活性炭溶解在海藻酸钠溶液中，制得混合溶液，纳米活性炭与海藻酸钠溶液的重量比为2:100，采用湿法纺丝工艺，调节注射泵流量将混合溶液流入到1.5％(w/v)氯化钙溶液中钙化15min，蒸馏水洗涤2次，制得海藻酸盐纤维。
[0024]更进一步的，所述注射泵流量为1000μl/min。
[0025]制备生物医学材料需要较高的稳定性、通透性和生物相容性。为了满足以上要求，分别对海藻酸钠溶液的浓度、钙离子浓度对产品的影响进行了对比研究。
[0026]研究发现，海藻酸钠水凝胶受浓度影响明显，浓度小，通透性大、力学性能低，不利于加工利用；浓度高，溶液黏度高，力学性能增加但不利于物质的通过；根据研究和对比，本专利技术采用海藻酸钠溶液浓度为1.5％～3.0％(w/v)，鉴于本研究的最终目标是制备生物医
学材料，需要较高的稳定性、通透性和生物相容性，更优选2.5％(w/v)。
[0027]另外，Ca
2+
浓度对凝胶的力学性能影响较大。Ca
2+
浓度低时，凝胶网状孔径较大，凝胶机械稳定性差，容易破裂，不利于使用；Ca
2+
浓度较高时，凝胶结构致密，传质性能差，不利于内外物质交换。根据实验研究和对比，本专利技术选择氯化钙浓度1.5％，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.含纳米活性炭的海藻酸钠复合纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、取海藻酸钠粉末溶于水中，过滤除菌，备用，为海藻酸钠溶液；步骤2、取纳米活性炭灭菌，备用；步骤3、称取步骤2所得的灭菌后的纳米活性炭溶解在步骤1所得的海藻酸钠溶液中，制得混合溶液；步骤4、采用湿法纺丝工艺，将步骤3所得的混合溶液流入到氯化钙溶液中钙化，钙化完成后洗涤，即得。2.根据权利要求1所述的含纳米活性炭的海藻酸钠复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤1中海藻酸钠溶液含量为1.5％～3.0％(w/v)。3.根据权利要求1所述的含纳米活性炭的海藻酸钠复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤1中海藻酸钠溶液含量为2.5％(w/v)。4.根据权利要求1所述的含纳米活性炭的海藻酸钠复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤2中纳米活性炭在121℃灭菌20min。5.根据权利要求1所述的含纳米活性炭的海藻酸钠复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤3中纳米活性炭与海藻酸钠溶液的重量比为(2～8):100。6.根据权利要求1所述的含纳米活性炭的海藻酸钠复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤3中纳米活性炭与海藻...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕彬，杨继建，和法莲，
申请(专利权)人：诺莱生物医学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：