一种多功能静电纺复合纳米纤维材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于生物医用高分子材料领域，公开了一种多功能静电纺复合纳米纤维材料及其制备方法和应用。具体采用高压静电纺丝技术制备PLLA与QCS复合纳米纤维，然后依次与带负电的原料层和带正电的原料层通过层层自组装（LBL）技术制备成多功能复合纳米纤维材料。本发明专利技术制备的多功能复合纳米纤维材料兼具NIR辅助按需供氧、止血、抗菌和抗炎，以及促进细胞增殖、迁移和血管生成等多功能特性，被认为可以改造恶劣的缺氧微环境，可作为新型医用多功能支架材料应用于糖尿病伤口处理，在医用材料领域以及临床上具有很好的应用前景。临床上具有很好的应用前景。临床上具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能静电纺复合纳米纤维材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物医用高分子材料领域，具体涉及一种多功能静电纺复合纳米纤维材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]糖尿病性皮肤损伤（DSI）是糖尿病最危险的并发症之一，常发生在人体的腿部和足部。糖尿病患者DSI的发生率高达25%，在某些病例中可能最终导致非创伤性肢体截肢。DSI的治疗方法保守，包括清创、引流、抗感染、生长因子和高压氧治疗，但其临床效果并不完全令人满意。近年来，组织工程创面敷料（TEWD）已成为下一代加速糖尿病创面愈合的方法。先进的TEWD包括纳米纤维、水凝胶和微针贴片等，已经被广泛开发。其中，电纺丝纳米纤维因其优良的生物相容性（细胞外基质ECM样结构）、加工性能（混合、同轴或自组装）和载药能力（包覆或粘合）而具有更大的临床转化前景。
[0003]DSI的愈合过程可分为四个重叠阶段，持续3周以上。它可被恶劣的缺氧微环境（HME）阻断，HME由一系列内源性和外源性因素组成，如局部出血、细菌感染和微血管病变
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缺氧反馈回路。本课组已经开发了几种基于壳聚糖季铵盐（QCS）的电纺纳米纤维创面敷料（Advanced Healthcare Materials,2020, 9, 23,13）。由于带电聚合物与宿主细胞之间的静电相互作用，这些纳米纤维具有止血和广谱抗菌作用。但不能完全避免糖尿病微血管病变引起的缺氧。缺氧的作用和机制已得到很大揭示。如缺氧诱导因子1α（HIF
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1α）和血管内皮生长因子（VEGF）异常转录，导致血管化损伤。
[0004]为了解决这一问题，最近开发了一种高效的HME靶向供氧策略。初步研究了一系列氧载体（分子式咪唑酸、过氧化物纳米颗粒、二硫化钼等）和复合TEWD。然而，它们中很少有能够在外界刺激（如近红外）下响应性释放氧气。同时，这些氧载体在生物相容性和生物降解性方面普遍较差。这些研究中的氧载体难以满足美国食品药品监督管理局（FDA）和中国国家药品监督管理局（NMPA）的高要求。在此基础上，我们根据通用原理对理想的载氧剂和复合TEWD进行优化（ACS Nano, 2022, 16, 2, 1708
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1733）。
[0005]血红蛋白（Hb）从红细胞中分离出来，是一种天然的氧载体，具有良好的热响应能力。血红蛋白的血红素在生理条件下与氧可逆结合。当氧气分压急剧下降时，Hb可自动释放氧气。此外，Hb的释氧动力学可受环境温度的控制。光热疗法（PTT）是一种有效的无创温度调节技术。黑磷（BP）纳米片是一种具有良好的近红外热转化效率的光热剂。BP纳米片在高水平的研究工作中备受关注，其副作用报道较少。在这里，我们假设Hb和BP纳米片的结合将产生一种先进的光热响应氧载体。
[0006]层层自组装（LBL）是一种多功能的技术，通过带电聚合物之间的静电相互作用进行功能修饰。它可以对微观结构进行纳米尺度的控制，并允许聚合物、纳米材料和生物分子的整合而不阻碍其生物活性。目前，黑磷、血红蛋白、壳聚糖季铵盐、透明质酸、聚乳酸在生物医学材料学领域内的应用还未得到充分的发挥，且有关通过静电纺丝技术和层层自组装技术构建多功能静电纺复合纳米纤维的报道还未见到。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的问题和不足，本专利技术的目的在于提供一种多功能静电纺复合纳米纤维材料及其制备方法和应用。
[0008]基于上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术第一方面提供了一种多功能复合纳米纤维材料，所述多功能复合纳米纤维材料包括纤维芯材，纤维芯材的表面通过层层自组装依次包裹有透明质酸层与壳聚糖季铵盐层，所述纤维芯材为壳聚糖季铵盐/聚乳酸复合纳米纤维。
[0009]优选地，所述壳聚糖季铵盐/聚乳酸复合纳米纤维是将壳聚糖季铵盐分散于聚乳酸基质中制备而成的复合纳米纤维材料。
[0010]进一步地，所述壳聚糖季铵盐/聚乳酸复合纳米纤维的制备方法为：将壳聚糖季铵盐溶液与聚乳酸溶液共混孵育后得到壳聚糖季铵盐/聚乳酸共混液，然后将壳聚糖季铵盐/聚乳酸共混液进行纺丝处理，得到壳聚糖季铵盐/聚乳酸复合纳米纤维；所述壳聚糖季铵盐溶液的质量分数为0.2%
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2%；所述聚乳酸溶液的质量分数为8%
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12%；所述壳聚糖季铵盐溶液与聚乳酸溶液的共混体积比为（0.1
‑
1）∶（3
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10）。更加优选地，所述共混孵育方式为搅拌；所述搅拌速率为500
‑
1500rpm，搅拌时间为24
‑
72h；所述纺丝处理的工艺参数为：接收器转速为500
‑
3000rpm，接收距离10
‑
20cm，喷射速率为0.5
‑
1mL/h，电压为15
‑
20kV。
[0011]优选地，所述透明质酸层由黑磷（BP）、血红蛋白（Hb）、透明质酸（HA）制备而成。更加优选地，所述黑磷为二维黑磷纳米片。
[0012]更加优选地，所述季铵盐壳聚糖层由季铵盐壳聚糖（QCS）制备而成。
[0013]优选地，所述聚乳酸为左旋聚乳酸（PLLA）。这是因为PLLA在生物体内经过酶分解，最终形成二氧化碳和水，具有良好的生物兼容性。
[0014]本专利技术第二方面提供了一种上述第一方面所述的多功能复合纳米纤维材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将壳聚糖季铵盐溶液与聚乳酸溶液共混孵育后得到壳聚糖季铵盐/聚乳酸共混液，然后将壳聚糖季铵盐/聚乳酸共混液进行纺丝处理，得到壳聚糖季铵盐/聚乳酸复合纳米纤维；（2）在氧气氛围下，先将黑磷、血红蛋白加入透明质酸溶液中孵育后得到A液，将壳聚糖季铵盐溶液作为B液；然后将步骤（1）制备的壳聚糖季铵盐/聚乳酸复合纳米纤维依次在A液、B液中进行浸泡处理，并记为1个自组装周期，完成N个自组装周期后，得到多功能复合纳米纤维。
[0015]优选地，步骤（1）中所述壳聚糖季铵盐溶液的质量分数为0.2%
‑
2%。更加优选地，所述壳聚糖季铵盐溶液中的溶剂为六氟异丙醇。
[0016]优选地，步骤（1）中所述聚乳酸溶液的质量分数为8%
‑
12%。更加优选地，所述聚乳酸溶液中的溶剂为六氟异丙醇。
[0017]优选地，步骤（1）中所述壳聚糖季铵盐溶液与聚乳酸溶液的共混体积比为（0.1
‑
1）∶（3
‑
10）。
[0018]更加优选地，步骤（1）中所述共混孵育方式为搅拌；所述搅拌速率为500
‑
1500rpm，搅拌时间为24
‑
72h。
[0019]更加优选地，步骤（1）中所述纺丝处理的工艺参数为：接收器转速为500
‑
3000rpm，
接收距离10
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20cm，喷射速率为0.5
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1mL/h，电压为15
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20kV。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能复合纳米纤维材料，其特征在于，所述多功能复合纳米纤维材料包括纤维芯材，纤维芯材的表面通过层层自组装依次包裹有透明质酸层与壳聚糖季铵盐层，所述纤维芯材为壳聚糖季铵盐/聚乳酸复合纳米纤维。2.根据权利要求1所述的多功能复合纳米纤维材料，其特征在于，所述透明质酸层由黑磷、血红蛋白、透明质酸制备而成；所述壳聚糖季铵盐层由壳聚糖季铵盐制备而成；所述壳聚糖季铵盐/聚乳酸复合纳米纤维是将壳聚糖季铵盐分散于聚乳酸基质中制备而成的复合纳米纤维材料。3.一种权利要求2所述的多功能复合纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将壳聚糖季铵盐溶液与聚乳酸溶液共混孵育后得到壳聚糖季铵盐/聚乳酸共混液，然后将壳聚糖季铵盐/聚乳酸共混液进行纺丝处理，得到壳聚糖季铵盐/聚乳酸复合纳米纤维；（2）在氧气氛围下，先将黑磷、血红蛋白加入透明质酸溶液中孵育后得到A液，将壳聚糖季铵盐溶液作为B液；然后将步骤（1）制备的壳聚糖季铵盐/聚乳酸复合纳米纤维依次在A液、B液中进行浸泡处理，并记为1个自组装周期，完成N个自组装周期后，得到多功能复合纳米纤维。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述A液中黑磷的浓度为0.01
‑
0.1mg/mL，血红蛋白的浓度为0.2
‑
3mg/mL。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述A液中透明质酸的质量分数为...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵亚楠，韩新巍，田川，刘一铭，刘灶渠，张程智，
申请(专利权)人：郑州大学第一附属医院，
类型：发明
国别省市：