一种制备水溶性壳聚糖纤维膜的方法 【技术领域】
本发明涉及一种制备水溶性壳聚糖纤维膜的方法。背景技术 壳聚糖 [CS， chitosan， (1， 4)-2- 氨基 -2- 脱氧 -β-D- 葡萄糖 ] 是由天然高分子 甲壳素进行脱乙酰处理后得到的一种线型高分子材料， 是一种具有诸多优良性质的天然生 物高分子材料。CS 由于其优良的抗菌性和生物相容性、 无生物毒性以及可天然降解等特性 而广泛地应用于生物医药领域。但 CS 只能溶于少数的稀酸溶液中， 无法直接溶于水中， 这 大大限制了壳聚糖的应用范围， 为此人们对壳聚糖分子链上氨基或羟基进行化学改性获得 了水溶性壳聚糖。水溶性壳聚糖可以直接溶于中性以及弱酸性的水环境的体系中， 极大地 促进了 CS 作为组织工程支架材料、 药物载体材料以及伤口修复材料在人体体液环境下的 应用。
电纺丝技术是利用高压静电将聚合物或具有粘弹性的溶液制备成纳米级直径纤 维的一种加工技术。 纺丝溶液在喷丝口受高压静电作用而带有电荷， 表面电荷的相互排斥， 使液体射流从喷丝口射出并得到拉伸， 伴随着溶剂的挥发而固化， 最终在收集器上得到纤 维。最初电纺丝技术主要用于制备合成聚合物纳米纤维。现在已能通过静电纺丝技术将大 量天然高分子制备成纳米纤维。 电纺丝纤维膜由于其高比表面积、 良好的生物仿生性能， 在 生物组织工程支架、 药物载释、 伤口修复等方面有较高的应用价值。CS 是一种聚阳离子天 然聚电解质， 分子链呈刚性且由于聚电解质特性分子链之间相互排斥。因而对于纯 CS 体系 由于缺乏必要的链缠结性而难以通过电纺丝法制备成纳米纤维膜。通过共混法将 CS 与合 成高分子如聚氧化乙烯 (PEO) 或聚乙烯醇 (PVA) 等共混后， 通过电纺丝法制备成纳米纤维 膜 ( 中国专利 CN1569254A)。抑或通过共溶剂法调节纺丝体系的参数如表面张力、 电导率、 粘度以及纺丝工艺参数如电压、 挤出速度、 放丝距离等获得 CS 纳米纤维膜 (Carbohydrate Polymers 77(2009)656-661 ； Macromol.Rapid Commun.2004， 25， 1600-1605)。这些方法大 多在酸性体系中溶解 CS， 尤其共溶剂法须加入高浓度甲酸以降低表面张力。这些酸会在制 备的 CS 纤维膜中存在少 量残留， 而影响 CS 纤维膜的生物相容性、 增加其生物毒性， 进而限 制了 CS 的应用范围。
本发明通过采用改性的水溶性 CS 作为原材料， 通过选择合适的纺丝工艺条件， 制 备了生物相容性好、 无毒且可生物降解的 CS 纳米纤维膜。该纤维膜在组织工程、 伤口修复、 药物运输等方面都有较高的应用价值。
发明内容
针对目前制备的水溶性壳聚糖纳米纤维膜都是在酸性体系中静电纺丝得到的， 本 发明的目的在于提供一种制备水溶性壳聚糖纳米纤维膜的方法。该方法操作过程条件温 和、 易于控制、 步骤简单， 成本低廉。
本发明所提供的一种制备水溶性壳聚糖纳米纤维膜的方法， 包括以下步骤 ：(1) 水溶性壳聚糖电纺丝溶液的配制 ： 将水溶性壳聚糖粉末溶于水、 乙醇组成的 混合溶剂中， 配成重量百分比为 1 ～ 5wt％的溶液， 然后将溶液充分搅拌， 以致完全溶解， 将 溶液静置超声波 1 个小时使气泡全部析出即得到透明的水溶性壳聚糖溶液。所述的水溶性 壳聚糖重均分子量为 100,000 ～ 200,000， 溶剂水、 乙醇的体积比例为 80/20 ～ 60/40。
(2) 静电纺丝制备水溶性壳聚糖纳米纤维 ： 将步骤 (1) 中配制的水溶性壳聚糖静 电纺丝溶液加入注射泵， 调整电压为 15 ～ 30kV ； 喷丝头到收集板的距离 8 ～ 20cm ； 喷丝头 纺丝溶液的流量为 0.5 ～ 2.0mL/h ； 纺丝环境温度为 10 ～ 40℃ ； 启动装置进行水溶性壳聚 糖的静电纺丝， 在收集板上得到了水溶性壳聚糖纳米纤维无纺布， 纤维直径分布均匀， 纤维 直径在 200nm ～ 600nm 之间。
与现有技术相比， 本发明方法具有以下优点 ：
1) 本发明方法得到的纳米纤维， 纤维直径细小 (200nm ～ 600nm) ；
2) 本发明方法对设备要求低， 收集装置、 后处理工序简单， 降低了成本 ；
3) 本发明采用水溶性 CS 体系， 体系中不含刺激性溶剂， 所得纳米纤维膜生物相容 性好。 附图说明
图 1 是按实施例 1 制备所得水溶性壳聚糖的纳米纤维扫描电镜图 ；具体实施方式
实施例 1
1) 配制浓度为 20wt％的乙醇的水溶液 ；
2) 将重均分子量为 100,000 水溶性壳聚糖粉末分散到步骤 1) 溶液中， 配成重量百 分比为 1wt％的溶液 ；
3) 然后将步骤 2) 中的溶液充分搅拌， 以致完全溶解， 将溶液静置超声波 1 个小时 使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液 ；
4) 将步骤 3) 中的溶液加入注射泵， 调整电压为 15kV ； 喷丝头到收集板的距离为 8cm 喷丝头纺丝溶液的流量为 1mL/h ； 纺丝环境温度为 30℃ ；
5) 启动装置进行水溶性壳聚糖的静电纺丝， 在收集板上即可在装置上得到生物相 容性好、 无毒且可生物降解的 CS 纳米纤维膜， 该纤维膜在组织工程、 伤口修复、 药物运输等 方面都有较高的应用价值。
实施例 2
1) 配制浓度为 20wt％的乙醇的水溶液 ；
2) 将重均分子量为 150,000 水溶性壳聚糖粉末分散到步骤 1) 溶液中， 配成重量百 分比为 1wt％的溶液 ；
3) 然后将步骤 2) 中的溶液充分搅拌， 以致完全溶解， 将溶液静置超声波 1 个小时 使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液 ；
4) 将步骤 3) 中的溶液加入注射泵， 调整电压为 15kV ； 喷丝头到收集板的距离为 8cm ； 喷丝头纺丝溶液的流量为 1mL/h ； 纺丝环境温度为 30℃ ；
5) 启动装置进行水溶性壳聚糖的静电纺丝， 在收集板上即可在装置上得到生物相容性好、 无毒且可生物降解的 CS 纳米纤维膜， 该纤维膜在组织工程、 伤口修复、 药物运输等 方面都有较高的应用价值。
实施例 3
1) 配制浓度为 20wt％的乙醇的水溶液 ；
2) 将重均分子量为 200,000 水溶性壳聚糖粉末分散到步骤 1) 溶液中， 配成重量百 分比为 1wt％的溶液 ；
3) 然后将步骤 2) 中的溶液充分搅拌， 以致完全溶解， 将溶液静置超声波 1 个小时 使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液 ；
4) 将步骤 3) 中的溶液加入注射泵， 调整电压为 15kV ； 喷丝头到收集板的距离为 8cm ； 喷丝头纺丝溶液的流量为 1mL/h ； 纺丝环境温度为 30℃ ；
5) 启动装置进行水溶性壳聚糖的静电纺丝， 在收集板上即可在装置上得到生物相 容性好、 无毒且可生物降解的 CS 纳米纤维膜， 该纤维膜在组织工程、 伤口修复、 药物运输等 方面都有较高的应用价值。
实施例 4
1) 配制浓度为 20wt％的乙醇的水溶液 ；
2) 将重均分子量为 150,000 水溶性壳聚糖粉末分散到步骤 1) 溶液中， 配成重量百 分比为 3wt％的溶液 ；
3) 然后将步骤 2) 中的溶液充分搅拌， 以致完全溶解， 将溶液静置超声波 1 个小时 使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液 ；
4) 将步骤 3) 中的溶液加入注射泵， 调整电压为 15kV ； 喷丝头到收集板的距离为 8cm ； 喷丝头纺丝溶液的流量为 1mL/h ； 纺丝环境温度为 30℃ ；
5) 启动装置进行水溶性壳聚糖的静电纺丝， 在收集板上即可在装置上得到生物相 容性好、 无毒且可生物降解的 CS 纳米纤维膜， 该纤维膜在组织工程、 伤口修复、 药物运输等 方面都有较高的应用价值。
实施例 5
1) 配制浓度为 20wt％的乙醇的水溶液 ；
2) 将重均分子量为 150,000 水溶性壳聚糖粉末分散到步骤 1) 溶液中， 配成重量百 分比为 5wt％的溶液 ；
3) 然后将步骤 2) 中的溶液充分搅拌， 以致完全溶解， 将溶液静置超声波 1 个小时 使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液 ；
4) 将步骤 3) 中的溶液加入注射泵， 调整电压为 15kV ； 喷丝头到收集板的距离为 8cm ； 喷丝头纺丝溶液的流量为 1mL/h ； 纺丝环境温度为 30℃ ；
5) 启动装置进行水溶性壳聚糖的静电纺丝， 在收集板上即可在装置上得到 生物 相容性好、 无毒且可生物降解的 CS 纳米纤维膜， 该纤维膜在组织工程、 伤口修复、 药物运输 等方面都有较高的应用价值。
实施例 6
1) 配制浓度为 30wt％的乙醇的水溶液 ；
2) 将重均分子量为 150,000 水溶性壳聚糖粉末分散到步骤 1) 溶液中， 配成重量百 分比为 3wt％的溶液 ；3) 然后将步骤 2) 中的溶液充分搅拌， 以致完全溶解， 将溶液静置超声波 1 个小时 使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液 ；
4) 将步骤 3) 中的溶液加入注射泵， 调整电压为 15kV ； 喷丝头到收集板的距离为 8cm ； 喷丝头纺丝溶液的流量为 1mL/h ； 纺丝环境温度为 30℃ ；
5) 启动装置进行水溶性壳聚糖的静电纺丝， 在收集板上即可在装置上得到生物相 容性好、 无毒且可生物降解的 CS 纳米纤维膜， 该纤维膜在组织工程、 伤口修复、 药物运输等 方面都有较高的应用价值。
实施例 7
1) 配制浓度为 40wt％的乙醇的水溶液 ；
2) 将重均分子量为 150,000 水溶性壳聚糖粉末分散到步骤 1) 溶液中， 配成重量百 分比为 3wt％的溶液 ；
3) 然后将步骤 2) 中的溶液充分搅拌， 以致完全溶解， 将溶液静置超声波 1 个小时 使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液 ；
4) 将步骤 3) 中的溶液加入注射泵， 调整电压为 15kV ； 喷丝头到收集板的距离为 8cm ； 喷丝头纺丝溶液的流量为 1mL/h ； 纺丝环境温度为 30℃ ； 5) 启动装置进行水溶性壳聚糖的静电纺丝， 在收集板上即可在装置上得到生物相 容性好、 无毒且可生物降解的 CS 纳米纤维膜， 该纤维膜在组织工程、 伤口修复、 药物运输等 方面都有较高的应用价值。
实施例 8
1) 配制浓度为 20wt％的乙醇的水溶液 ；
2) 将重均分子量为 150,000 水溶性壳聚糖粉末分散到步骤 1) 溶液中， 配 成重量 百分比为 3wt％的溶液 ；
3) 然后将步骤 2) 中的溶液充分搅拌， 以致完全溶解， 将溶液静置超声波 1 个小时 使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液 ；
4) 将步骤 3) 中的溶液加入注射泵， 调整电压为 15kV ； 喷丝头到收集板的距离为 8cm 喷丝头纺丝溶液的流量为 0.5mL/h ； 纺丝环境温度为 30℃ ；
5) 启动装置进行水溶性壳聚糖的静电纺丝， 在收集板上即可在装置上得到生物相 容性好、 无毒且可生物降解的 CS 纳米纤维膜， 该纤维膜在组织工程、 伤口修复、 药物运输等 方面都有较高的应用价值。
实施例 9
1) 配制浓度为 20wt％的乙醇的水溶液 ；
2) 将重均分子量为 150,000 水溶性壳聚糖粉末分散到步骤 1) 溶液中， 配成重量百 分比为 3wt％的溶液 ；
3) 然后将步骤 2) 中的溶液充分搅拌， 以致完全溶解， 将溶液静置超声波 1 个小时 使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液 ；
4) 将步骤 3) 中的溶液加入注射泵， 调整电压为 15kV ； 喷丝头到收集板的距离为 8cm ； 喷丝头纺丝溶液的流量为 2mL/h ； 纺丝环境温度为 30℃ ；
5) 启动装置进行水溶性壳聚糖的静电纺丝， 在收集板上即可在装置上得到生物相 容性好、 无毒且可生物降解的 CS 纳米纤维膜， 该纤维膜在组织工程、 伤口修复、 药物运输等
方面都有较高的应用价值。
实施例 10
1) 配制浓度为 20wt％的乙醇的水溶液 ；
2) 将重均分子量为 150,000 水溶性壳聚糖粉末分散到步骤 1) 溶液中， 配成重量百 分比为 3wt％的溶液 ；
3) 然后将步骤 2) 中的溶液充分搅拌， 以致完全溶解， 将溶液静置超声波 1 个小时 使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液 ；
4) 将步骤 3) 中的溶液加入注射泵， 调整电压为 25kV ； 喷丝头到收集板的距离为 8cm ； 喷丝头纺丝溶液的流量为 1mL/h ； 纺丝环境温度为 30℃ ；
5) 启动装置进行水溶性壳聚糖的静电纺丝， 在收集板上即可在装置上得到生物相 容性好、 无毒且可生物降解的 CS 纳米纤维膜， 该纤维膜在组织工程、 伤口修复、 药物运输等 方面都有较高的应用价值。
实施例 11
1) 配制浓度为 20wt％的乙醇的水溶液 ；
2) 将重均分子量为 150,000 水溶性壳聚糖粉末分散到步骤 1) 溶液中， 配成重量百 分比为 3wt％的溶液 ； 3) 然后将步骤 2) 中的溶液充分搅拌， 以致完全溶解， 将溶液静置超声波 1 个小时 使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液 ；
4) 将步骤 3) 中的溶液加入注射泵， 调整电压为 30kV ； 喷丝头到收集板的距离为 8cm ； 喷丝头纺丝溶液的流量为 1mL/h ； 纺丝环境温度为 30℃ ；
5) 启动装置进行水溶性壳聚糖的静电纺丝， 在收集板上即可在装置上得到生物相 容性好、 无毒且可生物降解的 CS 纳米纤维膜， 该纤维膜在组织工程、 伤口修复、 药物运输等 方面都有较高的应用价值。
实施例 12
1) 配制浓度为 20wt％的乙醇的水溶液 ；
2) 将重均分子量为 150,000 水溶性壳聚糖粉末分散到步骤 1) 溶液中， 配成重量百 分比为 3wt％的溶液 ；
3) 然后将步骤 2) 中的溶液充分搅拌， 以致完全溶解， 将溶液静置超声波 1 个小时 使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液 ；
4) 将步骤 3) 中的溶液加入注射泵， 调整电压为 15kV ； 喷丝头到收集板的距离为 15cm ； 喷丝头纺丝溶液的流量为 1mL/h ； 纺丝环境温度为 30℃ ；
5) 启动装置进行水溶性壳聚糖的静电纺丝， 在收集板上即可在装置上得到生物相 容性好、 无毒且可生物降解的 CS 纳米纤维膜， 该纤维膜在组织工程、 伤口修复、 药物运输等 方面都有较高的应用价值。
实施例 13
1) 配制浓度为 20wt％的乙醇的水溶液 ；
2) 将重均分子量为 150,000 水溶性壳聚糖粉末分散到步骤 1) 溶液中， 配成重量百 分比为 3wt％的溶液 ；
3) 然后将步骤 2) 中的溶液充分搅拌， 以致完全溶解， 将溶液静置超声波 1 个小时
使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液 ；
4) 将步骤 3) 中的溶液加入注射泵， 调整电压为 15kV ； 喷丝头到收集板的距离为 20cm ； 喷丝头纺丝溶液的流量为 1mL/h ； 纺丝环境温度为 30℃ ；
5) 启动装置进行水溶性壳聚糖的静电纺丝， 在收集板上即可在装置上得到生物相 容性好、 无毒且可生物降解的 CS 纳米纤维膜， 该纤维膜在组织工程、 伤口修复、 药物运输等 方面都有较高的应用价值。
实施例 14
1) 配制浓度为 20wt％的乙醇的水溶液 ；
2) 将重均分子量为 150,000 水溶性壳聚糖粉末分散到步骤 1) 溶液中， 配成重量百 分比为 3wt％的溶液 ；
3) 然后将步骤 2) 中的溶液充分搅拌， 以致完全溶解， 将溶液静置超声波 1 个小时 使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液 ；
4) 将步骤 3) 中的溶液加入注射泵， 调整电压为 15kV ； 喷丝头到收集板的距离为 8cm ； 喷丝头纺丝溶液的流量为 1mL/h ； 纺丝环境温度为 20℃ ；
5) 启动装置进行水溶性壳聚糖的静电纺丝， 在收集板上即可在装置上得到生物相 容性好、 无毒且可生物降解的 CS 纳米纤维膜， 该纤维膜在组织工程、 伤口修复、 药物运输等 方面都有较高的应用价值。 实施例 15
1) 配制浓度为 20wt％的乙醇的水溶液 ；
2) 将重均分子量为 150,000 水溶性壳聚糖粉末分散到步骤 1) 溶液中， 配成重量百 分比为 3wt％的溶液 ；
3) 然后将步骤 2) 中的溶液充分搅拌， 以致完全溶解， 将溶液静置超声波 1 个小时 使气泡全部析出即得到透明的透明质酸溶液 ；
4) 将步骤 3) 中的溶液加入注射泵， 调整电压为 15kV ； 喷丝头到收集板的 距离为 8cm 喷丝头纺丝溶液的流量为 1mL/h ； 纺丝环境温度为 40℃ ；
5) 启动装置进行水溶性壳聚糖的静电纺丝， 在收集板上即可在装置上得到生物相 容性好、 无毒且可生物降解的 CS 纳米纤维膜， 该纤维膜在组织工程、 伤口修复、 药物运输等 方面都有较高的应用价值。