本發(fā)明涉及一種功能性超細纖維制備的技術(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行噴射、拉伸而獲得超細纖維的一種方法，現(xiàn)已成為制備微米級或納米級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)和二級結(jié)構(gòu)，并具有良好的生物相容性、可降解性，易被機體吸收和代謝等，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，在外電場作用下會發(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，影響了其與細胞的親合性，同時制備成本較高，實際應(yīng)用受到抑制。迄今為止相關(guān)專利報道極為有限。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-酪氨酸共聚物超細纖維。專利CN103590133B對疏水性聚肽——聚(γ-芐基L-谷氨酸酯)進行親水改性后，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)方案來實現(xiàn)：

一種含合成聚肽和殼聚糖的雙組份聚合物超細纖維，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，分子運動困難，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，導致交聯(lián)。優(yōu)選戊二醛是因為其毒性為三者中最低，同時有相對較長的碳鏈，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)點綜合起來，在提高材料的性能的同時適當降低成本，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，并能和表面帶負電荷的細胞通過靜電吸引作用，促進細胞的黏附與增殖，此外還具有良好的抗菌性、抗感染性和很強的凝血性。將殼聚糖和合成聚肽共混后靜電紡絲，可在不會影響生物相容性的同時，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，必須用有機酸溶解)，形成均一的紡絲原液。但大量的有機酸會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，同時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，有利于電紡的進行，保持良好的纖維形態(tài)。但鹵代烴含量過多又會不利于殼聚糖的溶解。因此在雙組份纖維制備中有機酸與鹵代烴含量均高于5:5，只在單獨制備聚肽纖維時(實施例6)，有機酸與鹵代烴比例為1:4。

本發(fā)明中的三氟乙酸是所選的幾種有機酸中酸性最強的，對兩種聚合物的溶解性最好，同時沸點最低，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，二氯甲烷沸點更低，毒性更小，價格更便宜。

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)計的聚肽分子量加入三乙胺引發(fā)劑，氮氣氛中室溫聚合72小時。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：

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

(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)域的實際應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1制備的聚合物超細纖維水浸實驗后的掃描電鏡圖。

圖2為本發(fā)明實施例2制備的聚合物超細纖維水浸實驗后的掃描電鏡圖。

圖3為本發(fā)明實施例1制備的雙組份聚合物超細纖維的透射電鏡圖。

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

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例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，通過蒸氣熏蒸對步驟(2)制得的電紡纖維中的殼聚糖組分交聯(lián)12小時后真空干燥3小時。

(4)纖維性能測試

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纖維具有良好的耐水性。透射電子顯微鏡檢測電紡纖維結(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法檢測纖維的細胞親合性(參見圖4)，相比空白參照，細胞生存率為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纖維具有優(yōu)良的細胞親和性，可顯著促進細胞的生長增殖。

實施例2

制備步驟同實施例1，所不同的是不經(jīng)過步驟(3)，即電紡獲得的超細纖維不經(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法檢測纖維的細胞親合性(參見圖4)，相比空白參照，細胞生存率為127％，表明制備的未交聯(lián)雙組份聚合物超細纖維細胞親和性弱于交聯(lián)纖維，但仍然能顯著促進細胞的生長增殖。

實施例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(同實施例1)

(3)交聯(lián)

參照實施例(1)步驟(3)進行，所不同的是，采用的交聯(lián)劑為乙二醛。

(4)纖維性能測試(同實施例1)

實施例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(同實施例1)

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

(4)纖維性能測試(同實施例1)

實施例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。按實施例1步驟(2)進行靜電紡絲，按實施例1步驟(3)進行交聯(lián)。掃描電子顯微鏡觀察纖維平均直徑為1μm。采用MTT法檢測纖維的細胞親合性(參見圖4)，相比空白參照，細胞生存率為118％，表明制備的殼聚糖超細纖維細胞親和性弱于雙組份纖維，但仍能促進細胞的生長增殖。

實施例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。按實施例1步驟(2)進行靜電紡絲。掃描電子顯微鏡觀察纖維平均直徑為1.5μm。采用MTT法檢測纖維的細胞親合性(參見圖4)，相比空白參照，細胞生存率為86％，表明制備的疏水性聚(γ-芐基L-谷氨酸酯)超細纖維細胞親和性較差。

經(jīng)測試:未交聯(lián)含合成聚肽和殼聚糖的雙組份聚合物超細纖維細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)后雙組份超細纖維的細胞親合性進一步提高了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，通過蒸氣熏蒸對步驟(2)制得的電紡纖維中的殼聚糖組分交聯(lián)15小時后真空干燥3小時。

實施例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，通過蒸氣熏蒸對步驟(2)制得的電紡纖維中的殼聚糖組分交聯(lián)8小時后真空干燥3小時。

實施例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，通過蒸氣熏蒸對步驟(2)制得的電紡纖維中的殼聚糖組分交聯(lián)10小時后真空干燥3小時。

上述的對實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這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，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和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。