一种海藻酸钠纳米纤维的制备方法技术

一种海藻酸钠纳米纤维的制备方法属于天然生物高分子材料领域。本发明专利技术步骤：将海藻酸钠粉末分散于乙醇溶液中，加水调节其浓度为４ｗｔ％～６ｗｔ％；向其中滴加交联剂，其中交联剂的含量为海藻酸钠的１ｗｔ％～３ｗｔ％，滴加时搅拌，滴加完毕后静置，待气泡逸出后，加入Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺的水溶液，边滴加边搅拌，滴加完毕后静置，待气泡溢出后得到浓度为０．５～２ｗｔ％的海藻酸钠纺丝溶液；将纺丝溶液加入注射器中，调节电压为１０～２５ｋＶ，喷头至接收器的距离为５～２５ｃｍ，流量为０．１～１ｍｌ／ｈ；开启纺丝装置。针对目前获得纯ＳＡ纳米纤维需要经过交联、洗涤、干燥等繁复的后处理过程。该方法可直接获得轻度交联的ＳＡ纳米纤维，且纺丝过程中溶剂可充分挥发。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于天然生物高分子材料
，涉及海藻酸钠纳米纤维膜的制备方法。
技术介绍
海藻酸(Sodium Alginate, SA)是存在于褐藻类中的天然高分子，是从褐藻或细 菌中提取出的天然多糖，具备良好的生物相容性。海藻酸是由古洛糖醛酸(记为G段)与 其立体异构体甘露糖醛酸(记为M段)两种结构单元构成的，这两种结构单元以三种方式 (MM段、GG段和MG段)通过α _1，4糖苷键链接，从而形成一种无支链的线性嵌段共聚物。 由于SA具有良好的生物相容性，无毒，其在药物释放、组织工程上有广泛的应用前景。海藻 酸很容易与一些二价阳离子结合，形成凝胶。据文献报道(Biomaterials 2000，21，1921 ； Macromolecules 2004，37，6153)，SA与二价离子形成凝胶时，是由G段与二价阳离子(通常 Ca2+)螯合形成物理交联点。与一般的离散的交联点不同，SA具有较长的离子连结段，因而 表现出独有的机械性能(如低拉伸强度下表现出高弹性)。纳米纤维由于其具有非常高的 体积-表面比，在组织工程、药物释放等领域具有较高的利用价值。静电纺丝技术是制备纳 米纤维简单而有效的方法。它是一种使带电荷的聚合物溶液或熔体射流在静电场中拉伸， 制备聚合物超细纤维方法。在外加电场达到一定临界值时，射流就会从喷丝口喷射而出，同 时溶剂挥发，射流固化，形成超细纤维。溶液的性质(如表面张力、电导率、粘度等)对其可 纺性有着至关重要的影响。据文献报道，纯SA由于其分子链呈刚性，在溶液中伸展，缺少必 要的链缠结作用，而难以直接通过静电纺丝技术得到其纳米纤维，但是可以通过加入其他 可纺性好的水溶性高分子(Polymer, 2006,47,8026-8031 ；Polymer 2009,50,4926-4934 ； Journal of Applied Polymer Science，2007，106，1337-1342 ；公开号为 CN101011597 的中 国专利)或改性剂(如 Biomacromolecules 2008，9，1362-1365 ；公开号为 CN 101230150A 的中国专利)，而得到其纳米纤维。而要获得纯SA纳米纤维，通常采用先将SA交联，在洗去 另一组分的方法得到。此方法需要经过交联、洗涤、干燥等繁复的后处理过程，且洗去另一 组分后所得到的纤维表面粗糙，纤维强度降低。海藻酸钠是一种天然生物高分子，难溶于有机溶剂。由于其分子内的氢键以及分 子链刚性且含有羧酸基团，使其分子链在其水溶液中呈伸展状态，分子间缺少足够的缠结， 因而难以利用静电纺丝技术制备其纳米纤维。本专利技术通过向SA水溶液中加入极少量的 Ca2+，形成少量的物理交联点，增加分子间相互作用力的方法，实现制备纯的SA纳米纤维的 目的。
技术实现思路
针对目前获得纯SA纳米纤维，需要经过交联、洗涤、干燥等繁复的后处理过程。本 专利技术的目的在于提供。该方法可直接获得轻度交联的SA 纳米纤维，且纺丝过程中溶剂可充分挥发。本专利技术的原理和方法SA在其水溶液中分子链伸展，分子间缠结点少，分子间作 用力弱，因而难以利用电纺丝技术制备其纳米纤维。本专利技术通过向其水溶液中加入极少量 的二价阳离子，形成少量的物理交联点，增加SA分子间作用力。由于交联点数目少，它可以 增加溶体强度，同时未形成凝胶，不限制溶体的流动性。成功地解决了 SA水溶液电纺丝过 程中喷滴而不形成射流的问题。为了调节和控制SA纳米纤维的直径及其分布，本专利技术通过 向纺丝溶液中引入小分子易挥发的非溶剂来调节溶液的表面张力以及电导率，以达到调节 纤维直径及其分布的目的。本专利技术是提供一种纯海藻酸钠纳米纤维的制备方法，其具体步骤如下1)海藻酸钠纺丝溶液的配制将海藻酸钠粉末分散于20wt% 40wt%的乙醇溶 液中，加水调节其浓度为^t % 6wt % ；向其中滴加交联剂，其中交联剂的含量为海藻酸钠 的Iwt % 3wt %，滴加时搅拌，滴加完毕后静置，待气泡逸出后，加入IOwt % 20wt %的N， N-二甲基甲酰胺DMF的水溶液，其中DMF水溶液与乙醇溶液质量比为0. 5 2，边滴加边搅 拌，滴加完毕后静置，待气泡溢出后得到浓度为0. 5 2wt%的海藻酸钠纺丝溶液；2)静电纺丝步骤将步骤1)配制好的纺丝溶液加入注射器中，调节电压为10 25kV，喷头至接收器的距离为5 25cm，流量为0. 1 lml/h ；开启纺丝装置，即可在收集装 置上得到海藻酸钠的纳米纤维。步骤1)中所用的交联剂为CaCl2或MgCl2溶液，浓度为0. 05wt% 0. Iwt %。本专利技术方法的优点1)本专利技术直接获得轻度交联的纯SA纳米纤维，无需经过交联，再洗去另一组分， 再干燥等后处理工作，而得到纯的SA纳米纤维；2)本专利技术可以通过调节易挥发小分子(如乙醇、DMF等)的含量，调节纺丝溶液 的表面张力和电导率，以达到控制纤维直径及其分布的目的；3)本专利技术方法得到的纳米纤维，纤维直径细小QOOnm 500nm)。附图说明图1是本专利技术使用的装置示意图；图2是本专利技术按实施例1制备所得纤维的扫描电镜图片；图3是本专利技术按实施例2所得纤维的扫描电镜图；图4是本专利技术按实施例2所得纤维端面扫描电镜图；图5是本专利技术按实施例3所得纤维扫描电镜图。具体实施例方式实施例11)配制浓度为40wt %的乙醇的水溶液，配制20wt % DMF的水溶液； 2)将海藻酸钠SA粉末分散到40wt %的乙醇溶液中，SA浓度为%，搅拌至SA 完全溶解，静置，待气泡逸出；3)向上述SA溶液中加入0. Iwt % CaCl2水溶液至CaCl2含量为SA的2wt%，边滴 加边搅拌，滴加完毕后静置，待气泡逸出，此时SA溶液浓度为2. 2wt% ；4)向SA纺丝溶液中加入20wt% N, N- 二甲基甲酰胺的水溶液，N, N- 二甲基甲酰胺溶液和乙醇溶液的质量比为0. 5，加水调节SA的浓度为1. 5wt%作为纺丝溶液；5)将配制好的浓度为1. 5wt%纺丝溶液加入注射器中，调节电压为25kV，喷头至 接收器的距离为10cm，流量为lml/h ；开启纺丝装置，即可在收集装置上得到可直接用作 生物组织工程材料、伤口修复材料等方面的纯SA纳米纤维膜，该纤维具有良好的生物相容 性，可完全生物降解，且降解产物无毒害。由扫描电镜图可以看出，纤维直径在500纳米左 右，分布均勻(附图1)实施例21)配制浓度为40wt %的乙醇的水溶液，配制20wt % DMF的水溶液；2)将海藻酸钠SA粉末分散到40wt %的乙醇溶液中，SA浓度为6wt %，搅拌至SA 完全溶解，静置，待气泡逸出；3)向上述SA溶液中加入0. Iwt % CaCl2水溶液至CaCl2含量为SA的2wt%，边滴 加边搅拌，滴加完毕后静置，待气泡逸出，此时SA溶液浓度为2. 72wt% ；4)向SA纺丝溶液中加入20wt% N, N- 二甲基甲酰胺的水溶液，N, N- 二甲基甲酰 胺溶液和乙醇溶液的质量比为0. 5，加水调节SA的浓度为2wt%作为纺丝溶液；5)将配制好的浓度为纺丝溶液加入注射器中，调节电压为25kV，喷头至接 收器的距离为10cm，流量为lml/h ；开启纺丝装置，即可在收集装置上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海藻酸钠纳米纤维的制备方法，其特征在于包含以下步骤：１）海藻酸钠纺丝溶液的配制：将海藻酸钠粉末分散于２０ｗｔ％～４０ｗｔ％的乙醇溶液中，加水调节其浓度为４ｗｔ％～６ｗｔ％；向其中滴加交联剂，其中交联剂的含量为海藻酸钠的１ｗｔ％～３ｗｔ％，滴加时搅拌，滴加完毕后静置，待气泡逸出后，加入１０ｗｔ％～２０ｗｔ％的Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺ＤＭＦ的水溶液，其中ＤＭＦ水溶液与乙醇溶液质量比为０．５～２，边滴加边搅拌，滴加完毕后静置，待气泡溢出后得到浓度为０．５～２ｗｔ％的海藻酸钠纺丝溶液；２）静电纺丝步骤：将步骤１）配制好的纺丝溶液加入注射器中，调节电压为１０～２５ｋＶ，喷头至接收器的距离为５～２５ｃｍ，流量为０．１～１ｍｌ／ｈ；开启纺丝装置，即可在收集装置上得到海藻酸钠的纳米纤维。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马贵平，聂俊，方大为，畅文凯，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11[]