海藻酸钠/壳聚糖复合流体纺丝方法 【技术领域】
本发明涉及生物医学组织工程和工业纺织领域，具体地说是一种适合于制造海藻酸钠/壳聚糖复合物丝状支架材料的纺丝方法。
背景技术
目前丝状材料的制造方法多种多样，常见的主要有熔喷法(Melt-blown)湿法纺丝(wet spinning)、静电纺丝(Electrospinning)、相分离法(Phase separation)、自组装法(Self-assembly)、模板合成法(Template synthesis)等，但均因制造工艺复杂、工程消耗时间长、原料使用范围窄等缺点，在实际生产中受到不同条件的限制。我们设计并实施的纺丝方法——流体纺丝，与上述方法相比，具有设备简易、操作简便等优点，并可克服传统湿纺法过程中断丝现象带来的不利影响。(文献1.海藻纤维的性能与应用。印染助剂，第23卷第6期，2006年6月。文献2.电纺PAN纳米纤维的碳化工艺研究。中国科技论文在线，http://www.paper.edu.cn。文献3.静电纺丝过程中的非稳定性研究。合成纤维工业，2006年4月，第29卷，第2期。文献4.静电纺纳米纤维的研究及应用进展。合成纤维工业，2006年6月，第29卷，第3期。文献5.Chitosan-alginate as scaffolding material for cartilage tissueengineering.Journal of Biomedical Materials Research Part A，Volume 75A，Issue 2，Pages 485-493，Published Online：9Aug 2005.)
【发明内容】
本发明提出一种新型的海藻酸钠/壳聚糖复合物丝状支架材料的纺丝方法，其直径可控、获得的产品间相互没有粘连；制备出的丝带状支架可以用于生物医学组织工程支架或工业纺织等领域。
其原理是：相对运动着的壳聚糖溶液与海藻酸钠溶液相遇，并发生聚电解质反应，使被拉伸的壳聚糖丝状液流固定成型，形成固态的、有弹性的丝状支架。相对于地面来说，不管是壳聚糖溶液保持静止而海藻酸钠溶液相对于前者运动，或者是海藻酸钠溶液保持静止而壳聚糖相对于前者运动，只要两者之间有相对运动，而且相互接触，壳聚糖溶液都能够在接触面上被拉伸变形，并于海藻酸钠溶液反应而形成丝带状产物。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
海藻酸钠/壳聚糖复合流体纺丝方法，壳聚糖溶液被以注射、喷洒或滴加的方式加入到与其相对运动的海藻酸钠溶液中。在两溶液间接触摩擦力的作用下，壳聚糖溶液被拉伸形成丝状液流，同时因与海藻酸钠溶液发生聚电解质反应而固定成型，最终形成丝带状支架；海藻酸钠溶液与壳聚糖溶液相遇时的相对运动速度为20米/秒至1500米/秒。
其中海藻酸钠溶液以pH 5-9的水或缓冲溶液为溶剂配制，海藻酸钠水溶液浓度为0.01-3％(w/v，g/ml)，海藻酸钠分子量为250-600kDa。
其中壳聚糖溶液用以pH 3-6的水或缓冲溶液为溶剂配制，壳聚糖溶液浓度为0.01-3％(w/v，g/ml)，壳聚糖分子量为15-250kDa，壳聚糖脱乙酰度80-98％。
其中壳聚糖溶液以连续流体的方式，注射进入海藻酸钠(注射式流体纺丝)；或以不连续液滴的方式，滴加或喷雾进入海藻酸钠溶液(喷洒式流体纺丝)。
具体可为，
1.配制一定浓度的海藻酸钠溶液和壳聚糖溶液，其中海藻酸钠分子量为250-600kDa；壳聚糖分子量为15-250kDa，壳聚糖脱乙酰度80-98％；
2.以搅拌或旋转等方式使海藻酸钠溶液和壳聚糖溶液的相对运动速度平均达到20米/秒至1500米/秒；
3.将适量的壳聚糖溶液装入可计量的注射装置(或喷雾装置)，以一定流量注射进入(或喷入、滴入)海藻酸钠溶液。壳聚糖溶液被拉伸形成丝状液流，同时与海藻酸钠溶液发生聚电解质反应而固定成型，最终形成丝带状支架；(为了保证最后纺丝产品的产量和纺丝直径的均一性，壳聚糖溶液体积用量应为海藻酸钠溶液体积的2-30％)；
4.以2500-3500g离心，收集丝状支架。
该发明的特点具备如下优点：
1.原料简单：主要原料是壳聚糖和海藻酸钠；
2.设备简单：只需溶液配制装置、过滤装置、搅拌装置、注射或喷洒装置，以及离心装置和干燥装置等常见设备；
3.工艺操作简便：无高温、高压、有毒等危险操作；
4.通过工艺参数的选择，能够制备出在0.5微米-2毫米范围内直径(这里的直径是指丝带横截面的长轴长度)可控的丝带状支架；
5.获得的产品是相互间没有粘连的、海藻酸钠/壳聚糖聚电解质复合物丝状支架，整体上呈现棉絮状，有良好的生物相容性，易于细胞生长代谢，有良好的粘弹性，易于进一步加工成型；
6.产品的用途广泛，可以用于生物医学组织工程支架或工业毛纺等领域；
7.本纺丝工艺相对于工业湿纺法的优点是，可以无视纺丝过程中的断丝现象，避免由于断丝现象造成的纺丝中断成块和单根纺丝间的相互影响。
【附图说明】
图1为本发明的原理示意图。其中左侧图为注射式流体纺丝装置示意图，右侧图为喷雾式流体纺丝装置示意图，a为海藻酸钠溶液，b为壳聚糖溶液，c为搅拌装置，d为注射喷雾装置。
图2为根据实施例1得到的条带状纺丝产品。
图3为根据实施例2得到的条带状纺丝产品。
图4为根据实施例3得到的冷冻干燥后的条带状纺丝产品。
图5为根据实施例4得到的条带状纺丝产品。
图6为根据实施例5得到的条带状纺丝产品。
图7为根据实施例6得到的条带状纺丝产品。
图8为根据实施例7得到的条带状纺丝产品。
【具体实施方式】
实施例1
①配制醋酸盐缓冲溶液(溶液组成：0.2M醋酸和0.1M醋酸钠，pH 3-6)；
②以醋酸盐缓冲溶液为溶剂，配制含壳聚糖0.01％(w/v，g/ml)的溶液；
③配制含海藻酸钠0.01％(w/v，g/ml)的水溶液；
④用带医用5号针头的注射器以4ml/hr的流量将壳聚糖溶液注入流速为20米/秒的海藻酸钠溶液中，得到丝状支架，其直径在40-60μm间分布，平均直径约为50μm，如图2；
⑤将丝状支架3000g离心，搜集沉淀物，获得的产品是相互间没有粘连的、海藻酸钠/壳聚糖聚电解质复合物丝状支架。
实施例2
①配制醋酸盐缓冲溶液(溶液组成：0.2M醋酸和0.1M醋酸钠，pH 3-6)；
②以醋酸盐缓冲溶液为溶剂，配制含壳聚糖1.5％(w/v，g/ml)的溶液；
③配制含海藻酸钠1.5％(w/v，g/ml)的水溶液；
④用带医用5号针头的注射器以4ml/hr地流量将壳聚糖溶液注入流速为750米/秒的海藻酸钠溶液中，得到条带状聚合物，其直径在17.5-22.5μm间分布，平均直径约为20μm，如图3；
⑤将聚合物3000g离心，搜集沉淀物，获得的产品是相互间没有粘连的、海藻酸钠/壳聚糖聚电解质复合物丝状支架。
实施例3
①配制醋酸盐缓冲溶液(溶液组成：0.2M醋酸和0.1M醋酸钠，pH 3-6)；
②以醋酸盐缓冲溶液为溶剂，配制含壳聚糖3％(w/v，g/ml)的溶液；
③配制含海藻酸钠3％(w/v，g/ml)的水溶液；
④用带医用5号针头的注射器以4ml/hr的流量将壳聚糖溶液注入流速为1500米/秒的海藻酸钠溶液中，得到条带状聚合物，如图4；
⑤将聚合物3000g离心，搜集沉淀物，冷冻干燥，获得的产品是相互间没有粘连的、海藻酸钠/壳聚糖聚电解质复合物丝状支架。
实施例4
①配制醋酸盐缓冲溶液(溶液组成：0.2M醋酸和0.1M醋酸钠，pH 3-6)；
②以醋酸盐缓冲溶液为溶剂，配制含壳聚糖0.01％(w/v，g/ml)的溶液；
③配制含海藻酸钠0.01％(w/v，g/ml)的水溶液；
④用普通农用喷雾器将壳聚糖溶液喷入流速为20米/秒的海藻酸钠溶液中，得到条带状聚合物，其直径在27.5-32.5μm间分布，平均直径约为30μm，如图5；
⑤将聚合物3000g离心，收集沉淀物，获得的产品是相互间没有粘连的、海藻酸钠/壳聚糖聚电解质复合物丝状支架。
实施例5
①配制醋酸盐缓冲溶液(溶液组成：0.2M醋酸和0.1M醋酸钠，pH 3-6)；
②以醋酸盐缓冲溶液为溶剂，配制含壳聚糖1.5％(w/v，g/ml)的溶液；
③配制含海藻酸钠1.5％(w/v，g/ml)的水溶液；
④用普通农用喷雾器将壳聚糖溶液喷入流速为750米/秒的海藻酸钠溶液中，得到条带状聚合物，其直径在17.5-22.5μm间分布，平均直径约为20μm，如图6；
⑤将聚合物3000g离心，搜集沉淀物，获得的产品是相互间没有粘连的、海藻酸钠/壳聚糖聚电解质复合物丝状支架。
实施例6
①配制醋酸盐缓冲溶液(溶液组成：0.2M醋酸和0.1M醋酸钠，pH 3-6)；
②以醋酸盐缓冲溶液为溶剂，配制含壳聚糖3％(w/v，g/ml)的溶液；
③配制含海藻酸钠3％(w/v，g/ml)的水溶液；
④用普通农用喷雾器将壳聚糖溶液喷入流速为1500米/秒的海藻酸钠溶液中，得到条带状聚合物，其直径在12.5-17.5μm间分布，平均直径约为15μm，如图7；
⑤将聚合物3000g离心，搜集沉淀物，获得的产品是相互间没有粘连的、海藻酸钠/壳聚糖聚电解质复合物丝状支架。
实施例7
①配制醋酸盐缓冲溶液(溶液组成：0.2M醋酸和0.1M醋酸钠，pH 3-6)；
②以醋酸盐缓冲溶液为溶剂，配制含壳聚糖0.03％(w/v，g/ml)的溶液；
③配制含海藻酸钠3％(w/v，g/ml)的水溶液；
④将带有医用5号针头的注射器灌满壳聚糖溶液，固定在搅拌桨叶片尖端，针头朝下，只让针头浸没于海藻酸钠溶液中，搅拌桨旋转起来，针尖的旋转半径为2cm，旋转速度为1500转/分钟。注射器以4ml/hr的流量自动向海藻酸钠溶液中流出壳聚糖溶液，得到条带状聚合物，其直径在1-2μm间分布，平均直径约为1.5μm，如图8；
⑤将聚合物3000g离心，搜集沉淀物，获得的产品是相互间没有粘连的、海藻酸钠/壳聚糖聚电解质复合物丝状支架。