本發(fā)明涉及一種功能性超細(xì)纖維制備的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種含合成聚肽和殼聚糖的雙組份聚合物超細(xì)纖維及其制備方法。

背景技術(shù)：

靜電紡絲法是聚合物溶液或熔體在高壓靜電作用下進(jìn)行噴射、拉伸而獲得超細(xì)纖維的一種方法，現(xiàn)已成為制備微米級(jí)或納米級(jí)纖維的主要方法之一。

由于合成聚肽具有和天然蛋白相同的主鏈結(jié)構(gòu)和二級(jí)結(jié)構(gòu)，并具有良好的生物相容性、可降解性，易被機(jī)體吸收和代謝等，因而在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。此外，合成聚肽分子鏈常采取α-螺旋或β-折疊片等剛性構(gòu)象，分子鏈累積偶極矩較大，在外電場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生取向排列，使得合成聚肽較適合于靜電紡絲。但大多數(shù)合成聚肽為疏水性分子，影響了其與細(xì)胞的親合性，同時(shí)制備成本較高，實(shí)際應(yīng)用受到抑制。迄今為止相關(guān)專利報(bào)道極為有限。專利US 20130115457A1利用靜電紡絲制備了水溶性聚肽——聚鳥氨酸以及谷氨酸-酪氨酸共聚物超細(xì)纖維。專利CN103590133B對(duì)疏水性聚肽——聚(γ-芐基L-谷氨酸酯)進(jìn)行親水改性后，通過靜電紡絲制備了聚肽共聚物多孔納米纖維。這類化學(xué)改性雖然提高了合成聚肽的親水性，但成本仍然較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種含合成聚肽和殼聚糖的雙組份聚合物超細(xì)纖維及其制備。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種含合成聚肽和殼聚糖的雙組份聚合物超細(xì)纖維，包括以質(zhì)量比9:1～6:4共混的疏水性合成聚肽和殼聚糖。

優(yōu)選的，所述的疏水性合成聚肽為聚(γ-芐基L-谷氨酸酯)，其分子量為20000～500000g/mol；

所述的殼聚糖的分子量為50000～300000g/mol。過低的分子量不利于分子鏈間的纏結(jié)，難以形成連續(xù)纖維；分子量過高，分子鏈纏結(jié)劇烈，溶液粘度太大，分子運(yùn)動(dòng)困難，也不易獲得連續(xù)纖維。

含合成聚肽和殼聚糖的雙組份聚合物超細(xì)纖維的制備方法，包括以下步驟：

(1)紡絲原液配置

配成由揮發(fā)性有機(jī)酸和揮發(fā)性鹵代烴組成的混合溶劑，然后將疏水性合成聚肽和殼聚糖溶解于此混合溶劑中，室溫下攪拌至均勻透明，即得到紡絲原液；

(2)高壓靜電紡絲

將步驟(1)得到的紡絲原液進(jìn)行高壓靜電紡絲，即制得含合成聚肽和殼聚糖的雙組份聚合物超細(xì)纖維。靜電紡絲過程中，紡絲原液的流速為1.0mL/h，紡絲電壓為20kV；噴絲頭至接收器的接收距離為10cm。

優(yōu)選的，上述制備方法還包括以下步驟：

以甲醛、乙二醛或戊二醛中的任一種作為交聯(lián)劑，采用蒸汽熏蒸步驟(2)得到的雙組份聚合物超細(xì)纖維，交聯(lián)，干燥，即得到最終產(chǎn)品。殼聚糖中的氨基可與醛基酰胺化，導(dǎo)致交聯(lián)。優(yōu)選戊二醛是因?yàn)槠涠拘詾槿咧凶畹停瑫r(shí)有相對(duì)較長(zhǎng)的碳鏈，可以更好地在不同殼聚糖分子鏈間產(chǎn)生交聯(lián)。

更優(yōu)選的，交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間為8～15h。

更優(yōu)選的，所述的交聯(lián)劑為戊二醛。

優(yōu)選的，步驟(1)中所述的揮發(fā)性有機(jī)酸為甲酸、乙酸、二氯乙酸或三氟乙酸中的一種；

所述的揮發(fā)性鹵代烴為二氯甲烷或三氯甲烷中的一種。

更優(yōu)選的，所述的揮發(fā)性有機(jī)酸優(yōu)選三氟乙酸；

所述的揮發(fā)性鹵代烴優(yōu)選二氯甲烷。

優(yōu)選的，混合溶劑中，揮發(fā)性有機(jī)酸與揮發(fā)性鹵代烴的體積比不小于1:4。

優(yōu)選的，紡絲原液中，疏水性合成聚肽與殼聚糖的總濃度為2～6wt％。

共混是高分子改性的主要方法之一，通過物理混合能夠便捷地將兩種或兩種以上聚合物的優(yōu)點(diǎn)綜合起來，在提高材料的性能的同時(shí)適當(dāng)降低成本，從而有利于拓展應(yīng)用。本發(fā)明將疏水性合成聚肽聚(γ-芐基L-谷氨酸酯)與殼聚糖共混后進(jìn)行靜電紡絲。殼聚糖為天然堿性多糖，有良好的親水性，并能和表面帶負(fù)電荷的細(xì)胞通過靜電吸引作用，促進(jìn)細(xì)胞的黏附與增殖，此外還具有良好的抗菌性、抗感染性和很強(qiáng)的凝血性。將殼聚糖和合成聚肽共混后靜電紡絲，可在不會(huì)影響生物相容性的同時(shí)，改善電紡纖維的親水性，并降低成本。

由于合成聚肽和殼聚糖都存在大量的分子內(nèi)氫鍵，有機(jī)酸這類質(zhì)子性溶劑能很好地溶解(尤其是殼聚糖，必須用有機(jī)酸溶解)，形成均一的紡絲原液。但大量的有機(jī)酸會(huì)使合成聚肽分子鏈的剛性α-螺旋構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)闊o規(guī)線團(tuán)，同時(shí)使紡絲液黏度和表面張力大幅度降低，使纖維直徑分布過寬并造成粘聯(lián)。加入揮發(fā)性鹵代烴可有效改善這一情況，有利于電紡的進(jìn)行，保持良好的纖維形態(tài)。但鹵代烴含量過多又會(huì)不利于殼聚糖的溶解。因此在雙組份纖維制備中有機(jī)酸與鹵代烴含量均高于5:5，只在單獨(dú)制備聚肽纖維時(shí)(實(shí)施例6)，有機(jī)酸與鹵代烴比例為1:4。

本發(fā)明中的三氟乙酸是所選的幾種有機(jī)酸中酸性最強(qiáng)的，對(duì)兩種聚合物的溶解性最好，同時(shí)沸點(diǎn)最低，有利于電紡過程中溶劑的揮發(fā)脫除，形成纖維。相比于三氯甲烷，二氯甲烷沸點(diǎn)更低，毒性更小，價(jià)格更便宜。

本發(fā)明使用的聚(γ-芐基L-谷氨酸酯)的制備方法簡(jiǎn)述如下：

經(jīng)稱量的干燥γ-芐基L-谷氨酸酯五元環(huán)酸酐化合物單體溶解于一定體積的1,4-二氧六環(huán)中，根據(jù)設(shè)計(jì)的聚肽分子量加入三乙胺引發(fā)劑，氮?dú)夥罩惺覝鼐酆?2小時(shí)。用無水乙醇沉淀產(chǎn)物，干燥后溶于氯仿，再用大量的無水甲醇精制，過濾干燥，得到白色聚(γ-芐基L-谷氨酸酯)固體。也可以采用市售產(chǎn)品。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)通過與殼聚糖共混，改善疏水性合成聚肽纖維的親水性，提高與細(xì)胞親和性，促進(jìn)細(xì)胞的粘附生長(zhǎng)于增殖。

(2)合成聚肽與殼聚糖具有良好的相容性，共混后纖維沒有宏觀相分離。

(3)合成聚肽與殼聚糖都具有良好的生物相容性和生物降解性，共混后可降低合成聚肽纖維的成本，有利于在用于組織工程支架、醫(yī)用敷料、藥物緩釋等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的聚合物超細(xì)纖維水浸實(shí)驗(yàn)后的掃描電鏡圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制備的聚合物超細(xì)纖維水浸實(shí)驗(yàn)后的掃描電鏡圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的雙組份聚合物超細(xì)纖維的透射電鏡圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例2制備的雙組份聚合物超細(xì)纖維及其交聯(lián)纖維的MTT吸光度檢測(cè)結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

(1)紡絲原液的配制

將三氟乙酸和二氯甲烷以體積比7:3(v:v)混合制備混合溶劑。將聚(γ-芐基L-谷氨酸酯)(分子量220000g/mol)與殼聚糖(分子量124000g/mol)以質(zhì)量比8:2(w:w)溶解于上述混合溶劑中，配制成聚合物濃度為2.0wt％的溶液。將配制的溶液密封后于室溫下攪拌至均勻透明，制得靜電紡絲原液。

(2)高壓靜電紡絲

將步驟(1)配制的紡絲原液在紡絲電壓20kV，流速1.0mL/h，接收距離10cm條件下進(jìn)行高壓靜電紡絲。

(3)交聯(lián)

以戊二醛為交聯(lián)劑，通過蒸氣熏蒸對(duì)步驟(2)制得的電紡纖維中的殼聚糖組分交聯(lián)12小時(shí)后真空干燥3小時(shí)。

(4)纖維性能測(cè)試

將步驟(3)制備的電紡纖維室溫下浸泡在去離子水中72h，然后在在40℃的烘箱烘干。采用掃描電子顯微鏡觀察纖維形態(tài)(參見圖1)，纖維平均直徑為0.8μm，水浸后纖維無明顯破壞，表明制備的含聚(γ-芐基L-谷氨酸酯)和殼聚糖的雙組份聚合物超細(xì)纖維具有良好的耐水性。透射電子顯微鏡檢測(cè)電紡纖維結(jié)構(gòu)(參見圖3)，顯示纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)均一，沒有產(chǎn)生相分離，表明聚(γ-芐基L-谷氨酸酯)和殼聚糖具有良好的相容性。采用MTT法檢測(cè)纖維的細(xì)胞親合性(參見圖4)，相比空白參照，細(xì)胞生存率為135％，表明制備的含聚(γ-芐基L-谷氨酸酯)和殼聚糖的雙組份聚合物超細(xì)纖維具有優(yōu)良的細(xì)胞親和性，可顯著促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖。

實(shí)施例2

制備步驟同實(shí)施例1，所不同的是不經(jīng)過步驟(3)，即電紡獲得的超細(xì)纖維不經(jīng)交聯(lián)。

采用掃描電子顯微鏡觀察纖維形態(tài)(參見圖2)，水浸后纖維局部受到破壞，表明未交聯(lián)的纖維耐水性比交聯(lián)纖維差。采用MTT法檢測(cè)纖維的細(xì)胞親合性(參見圖4)，相比空白參照，細(xì)胞生存率為127％，表明制備的未交聯(lián)雙組份聚合物超細(xì)纖維細(xì)胞親和性弱于交聯(lián)纖維，但仍然能顯著促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖。

實(shí)施例3

(1)紡絲原液的配制

將二氯乙酸和三氯甲烷以體積比6:4(v:v)混合制備混合溶劑。將聚(γ-芐基L-谷氨酸酯)(分子量20000g/mol)與殼聚糖(分子量300000g/mol)以質(zhì)量比9:1溶解于上述混合溶劑中，配制成聚合物濃度為5.0wt％的溶液。將配制的溶液密封后于室溫下攪拌至均勻透明，制得靜電紡絲原液。

(2)高壓靜電紡絲(同實(shí)施例1)

(3)交聯(lián)

參照實(shí)施例(1)步驟(3)進(jìn)行，所不同的是，采用的交聯(lián)劑為乙二醛。

(4)纖維性能測(cè)試(同實(shí)施例1)

實(shí)施例4

(1)紡絲原液的配制

將乙酸和三氯甲烷以體積比9:1(v:v)混合制備混合溶劑。將聚(γ-芐基L-谷氨酸酯)(分子量500000g/mol)與殼聚糖(分子量80000g/mol)以質(zhì)量比6:4溶解于上述混合溶劑中，配制成聚合物濃度為3.0wt％的溶液。將配制的溶液密封后于室溫下攪拌至均勻透明，制得靜電紡絲原液。

(2)高壓靜電紡絲(同實(shí)施例1)

(3)交聯(lián)過程同實(shí)施例1，所不同的是，采用的交聯(lián)劑為甲醛。

(4)纖維性能測(cè)試(同實(shí)施例1)

實(shí)施例5

將殼聚糖(分子量300000g/mol)溶解在甲酸中，配制成聚合物濃度為2.0wt％的溶液。將配制的溶液密封后于室溫下攪拌至均勻透明，制得靜電紡絲原液。按實(shí)施例1步驟(2)進(jìn)行靜電紡絲，按實(shí)施例1步驟(3)進(jìn)行交聯(lián)。掃描電子顯微鏡觀察纖維平均直徑為1μm。采用MTT法檢測(cè)纖維的細(xì)胞親合性(參見圖4)，相比空白參照，細(xì)胞生存率為118％，表明制備的殼聚糖超細(xì)纖維細(xì)胞親和性弱于雙組份纖維，但仍能促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖。

實(shí)施例6

將三氟乙酸和三氯甲烷以體積比2:8(v:v)混合制備混合溶劑。將聚(γ-芐基L-谷氨酸酯)(分子量60000g/mol)溶解于上述溶劑中，配制成聚合物濃度為6.0wt％的溶液。將配制的溶液密封后于室溫下攪拌至均勻透明，制得靜電紡絲原液。按實(shí)施例1步驟(2)進(jìn)行靜電紡絲。掃描電子顯微鏡觀察纖維平均直徑為1.5μm。采用MTT法檢測(cè)纖維的細(xì)胞親合性(參見圖4)，相比空白參照，細(xì)胞生存率為86％，表明制備的疏水性聚(γ-芐基L-谷氨酸酯)超細(xì)纖維細(xì)胞親和性較差。

經(jīng)測(cè)試:未交聯(lián)含合成聚肽和殼聚糖的雙組份聚合物超細(xì)纖維細(xì)胞親合性比疏水的聚(γ-芐基L-谷氨酸酯)纖維和殼聚糖纖維各提高47.6％和7.6％。與未交聯(lián)雙組份纖維相比，交聯(lián)后雙組份超細(xì)纖維的細(xì)胞親合性進(jìn)一步提高了6％，顯示出在組織工程支架、醫(yī)用敷料、藥物緩釋等領(lǐng)域良好的應(yīng)用前景。

實(shí)施例7

(1)紡絲原液的配制

將二氯乙酸和三氯甲烷以體積比10:1(v:v)混合制備混合溶劑。將聚(γ-芐基L-谷氨酸酯)(分子量500000g/mol)與殼聚糖(分子量50000g/mol)以質(zhì)量比7:3(w:w)溶解于上述混合溶劑中，配制成聚合物濃度為4.0wt％的溶液。將配制的溶液密封后于室溫下攪拌至均勻透明，制得靜電紡絲原液。

(2)高壓靜電紡絲

將步驟(1)配制的紡絲原液在紡絲電壓20kV，流速1.0mL/h，接收距離10cm條件下進(jìn)行高壓靜電紡絲。

(3)交聯(lián)

以甲醛為交聯(lián)劑，通過蒸氣熏蒸對(duì)步驟(2)制得的電紡纖維中的殼聚糖組分交聯(lián)15小時(shí)后真空干燥3小時(shí)。

實(shí)施例8

(1)紡絲原液的配制

將乙酸和二氯甲烷以體積比1:1(v:v)混合制備混合溶劑。將聚(γ-芐基L-谷氨酸酯)(分子量約為20000g/mol)與殼聚糖(分子量約為200000g/mol)以質(zhì)量比9:2(w:w)溶解于上述混合溶劑中，配制成聚合物濃度為6.0wt％的溶液。將配制的溶液密封后于室溫下攪拌至均勻透明，制得靜電紡絲原液。

(2)高壓靜電紡絲

將步驟(1)配制的紡絲原液在紡絲電壓20kV，流速1.0mL/h，接收距離10cm條件下進(jìn)行高壓靜電紡絲。

(3)交聯(lián)

以戊二醛為交聯(lián)劑，通過蒸氣熏蒸對(duì)步驟(2)制得的電紡纖維中的殼聚糖組分交聯(lián)8小時(shí)后真空干燥3小時(shí)。

實(shí)施例9

(1)紡絲原液的配制

將二氯乙酸和二氯甲烷以體積比2:1(v:v)混合制備混合溶劑。將聚(γ-芐基L-谷氨酸酯)(分子量約為100000g/mol)與殼聚糖(分子量約為124000g/mol)以質(zhì)量比8:3(w:w)溶解于上述混合溶劑中，配制成聚合物濃度為4.0wt％的溶液。將配制的溶液密封后于室溫下攪拌至均勻透明，制得靜電紡絲原液。

(2)高壓靜電紡絲

將步驟(1)配制的紡絲原液在紡絲電壓20kV，流速1.0mL/h，接收距離10cm條件下進(jìn)行高壓靜電紡絲。

(3)交聯(lián)

以乙二醛為交聯(lián)劑，通過蒸氣熏蒸對(duì)步驟(2)制得的電紡纖維中的殼聚糖組分交聯(lián)10小時(shí)后真空干燥3小時(shí)。

上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。