本發(fā)明涉及靜電紡絲技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚乙烯醇/海藻酸鈉/羥基磷灰石復(fù)合纖維膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

軟組織的損傷是現(xiàn)在非常普遍的一種病損。人們常說(shuō)的軟組織是指人體的皮膚、皮下組織、肌肉、肌腱、韌帶、關(guān)節(jié)囊、滑膜囊，神經(jīng)、血管等。以皮膚為例，它可以保護(hù)體內(nèi)各種組織和器官免受外來(lái)機(jī)械性和病原性的侵害，皮膚損傷、缺損會(huì)導(dǎo)致一系列生理病理的問題。針對(duì)大面積的皮膚缺損，除了自體皮膚移植修復(fù)，人工醫(yī)用敷料也可保護(hù)受損皮膚，為傷口愈合提供良好的生理修復(fù)環(huán)境，且不存在自體皮膚來(lái)源有限的問題，具有廣泛的應(yīng)用前景。

理想的人工醫(yī)用敷料不僅是為了覆蓋創(chuàng)面，還必須滿足以下條件：無(wú)毒，有很好的生物相容性，方便使用且無(wú)須經(jīng)常更換，可阻礙細(xì)菌入侵，可除去滲液并保持傷口濕潤(rùn)，具有一定生物活性可促進(jìn)創(chuàng)面修復(fù)。一般我們根據(jù)人工醫(yī)用敷料的材質(zhì)，將其分成傳統(tǒng)類敷料、天然類敷料、合成類敷料和藥用性敷料。綜合這些敷料的優(yōu)缺點(diǎn)，使用靜電紡絲法有機(jī)的結(jié)合天然高分子與合成高分子材料的優(yōu)良特性，制備出具有生物相容性和生物活性的復(fù)合纖維膜并將其用作軟組織損傷修復(fù)敷料，是人們當(dāng)前的一種迫切需求。

靜電紡絲技術(shù)起源于20世紀(jì)30年代，并在近20年的時(shí)間里得到了蓬勃的發(fā)展。該技術(shù)制造成本低廉、工藝簡(jiǎn)單，可快速獲得纖維直徑分布從幾納米到幾微米且品種繁多的超細(xì)纖維，因而被公認(rèn)為是最具有批量制造納米纖維材料潛力的重要方法之一。具有三維立體空間結(jié)構(gòu)的靜電紡絲納米纖維材料，不但具備納米顆粒尺寸微小、比表面積大等特性，同時(shí)它還有力學(xué)穩(wěn)定性好、纖維膜孔徑小、孔隙率高、纖維連續(xù)性好等優(yōu)點(diǎn)，便于細(xì)胞的黏附、遷移以及增殖，進(jìn)而復(fù)制要替換的三維組織結(jié)構(gòu)，并能使細(xì)胞沿著不同方向的細(xì)胞系分化生長(zhǎng)。

海藻酸鈉是一種安全無(wú)毒性的天然高分子材料，具有高吸濕性、止血性、成膠性、促進(jìn)傷口愈合、抑菌性、減少局部疼痛、減少疤痕形成等優(yōu)點(diǎn)，為損傷皮膚修復(fù)提供了良好的微環(huán)境。聚乙烯醇作為具有很好生物相容性的合成高分子，由于其突出的成膜性和成絲性，是靜電紡絲的常用原料。羥基磷灰石是一種高生物相容性和生物活性的無(wú)機(jī)材料，是人體骨骼中的無(wú)機(jī)成份，具有高細(xì)胞粘附性、高細(xì)胞親和性，并且降解產(chǎn)生的鈣離子、磷酸根離子可為細(xì)胞生長(zhǎng)提供養(yǎng)分。但海藻酸鈉本身是聚電解質(zhì)，單一組分的海藻酸鈉很難利用靜電紡絲法得到纖維膜，且降解后會(huì)引起微環(huán)境呈弱酸性，而羥基磷灰石本身呈弱堿性。故考慮將以上三種材料混合紡絲達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的目的。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了羥基磷灰石納米粒子在復(fù)合纖維膜中的均勻分散，制備的復(fù)合纖維膜結(jié)合了天然高分子、合成高分子的生物相容性以及羥基磷灰石納米粒子的生物活性，可用作軟組織損傷修復(fù)敷料，并可裝載抗生素或生長(zhǎng)因子提高軟組織損傷修復(fù)效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有復(fù)合纖維膜敷料綜合性能不夠優(yōu)異，紡絲原料羥基磷灰石納米粒子極易團(tuán)聚、容易分散不均勻等問題，提供一種聚乙烯醇/海藻酸鈉/羥基磷灰石復(fù)合纖維膜及其制備方法。該復(fù)合纖維膜綜合了天然高分子、合成高分子的生物相容性以及羥基磷灰石納米粒子的生物活性，是一種優(yōu)良的軟組織損傷修復(fù)敷料，并且其本身還可裝載抗生素或生長(zhǎng)因子提高軟組織損傷修復(fù)效果。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種聚乙烯醇/海藻酸鈉/羥基磷灰石復(fù)合纖維膜，其中聚乙烯醇、海藻酸鈉、羥基磷灰石的質(zhì)量比為1:0.01-0.0563:0.01-0.0834。

上述聚乙烯醇/海藻酸鈉/羥基磷灰石復(fù)合纖維膜的制備方法，包括以下步驟：(a)采用磷酸氫二銨和硝酸鈣反應(yīng)制備羥基磷灰石，將羥基磷灰石分散在去離子水中，再加入海藻酸鈉混合均勻，得到經(jīng)海藻酸鈉穩(wěn)定后的羥基磷灰石懸浮液；(b)用步驟(a)制備的經(jīng)海藻酸鈉穩(wěn)定后的羥基磷灰石懸浮液分別配制得到含有羥基磷灰石的海藻酸鈉溶液和含有羥基磷灰石的聚乙烯醇溶液；(c)將上述含有羥基磷灰石的海藻酸鈉溶液和含有羥基磷灰石的聚乙烯醇溶液按比例混合均勻得含有羥基磷灰石、海藻酸鈉和聚乙烯醇的紡絲液，利用紡絲液進(jìn)行靜電紡絲得到復(fù)合纖維膜。

上述方案中，制備羥基磷灰石的過(guò)程具體為：按照Ca/P＝1.67的摩爾比將磷酸氫二銨水溶液迅速倒入硝酸鈣水溶液中，向混合溶液中滴加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH至9-10，攪拌均勻后在80℃反應(yīng)，經(jīng)離心分離、多次水洗得羥基磷灰石白色沉淀。

優(yōu)選的，磷酸氫二銨水溶液濃度為0.001-0.1mol/L，硝酸鈣水溶液濃度為0.00668-0.167mol/L。

上述方案中，制備羥基磷灰石懸浮液使用了超聲進(jìn)行分散，懸浮液中海藻酸鈉的濃度為0.04-0.15mg/mL，羥基磷灰石濃度為1.67-16.7mg/mL。

上述方案中，在60-80℃配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的海藻酸鈉溶液以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18％的聚乙烯醇溶液。

上述方案中，含有羥基磷灰石的海藻酸鈉溶液和含有羥基磷灰石的聚乙烯醇溶液混合時(shí)的體積比為0.1-1:1-2。

上述方案中，靜電紡絲的電壓為10-15kv，接收距離為13-18cm，推進(jìn)速度為0.03-0.05mm/min。

優(yōu)選的，紡絲液中還加入了相當(dāng)于聚乙烯醇、海藻酸鈉和羥基磷灰石總質(zhì)量1-5wt％的抗生素或生長(zhǎng)因子。

上述聚乙烯醇/海藻酸鈉/羥基磷灰石復(fù)合纖維膜用作軟組織損傷修復(fù)敷料的應(yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：在不引入其他雜質(zhì)的情況下，利用海藻酸鈉結(jié)合超聲法將羥基磷灰石穩(wěn)定均勻的分散在水中，解決了羥基磷灰石易團(tuán)聚的問題；利用靜電紡絲法，通過(guò)有機(jī)、無(wú)機(jī)納米復(fù)合技術(shù)，有機(jī)的結(jié)合了天然高分子與合成高分子材料的優(yōu)良特性，制備出具有天然高分子、合成高分子生物相容性以及羥基磷灰石納米粒子生物活性的復(fù)合纖維膜，該復(fù)合纖維膜可用作軟組織損傷的修復(fù)敷料，并可裝載抗生素或生長(zhǎng)因子提高軟組織損傷修復(fù)效果。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中經(jīng)海藻酸鈉穩(wěn)定后的羥基磷灰石懸浮液與未經(jīng)處理過(guò)的羥基磷灰石分散液隨時(shí)間的沉降照片圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中經(jīng)海藻酸鈉穩(wěn)定后的羥基磷灰石懸浮液與未經(jīng)處理過(guò)的羥基磷灰石分散液透光率隨時(shí)間變化的曲線圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中經(jīng)海藻酸鈉穩(wěn)定后的羥基磷灰石懸浮液的粒徑圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2制備的復(fù)合纖維膜掃描電鏡圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例3制備的復(fù)合纖維膜掃描電鏡圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例4制備的復(fù)合纖維膜光學(xué)顯微鏡圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例4制備的復(fù)合纖維膜熒光顯微鏡圖。

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員充分理解本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果，以下結(jié)合具體實(shí)施例及附圖進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，以下實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。

本發(fā)明提供一種聚乙烯醇/海藻酸鈉/羥基磷灰石復(fù)合纖維膜及其制備方法，具體如下：

首先配制濃度為0.001-0.1mol/L磷酸氫二銨溶液和濃度為0.00668-0.167mol/L硝酸鈣溶液，按照Ca/P＝1.67的摩爾比將磷酸氫二銨水溶液迅速倒入硝酸鈣水溶液中，向混合溶液中滴加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH至9-10，攪拌均勻后在80℃反應(yīng)，經(jīng)離心分離、多次水洗得羥基磷灰石白色沉淀。將羥基磷灰石白色沉淀分散在去離子水中，再加入海藻酸鈉超聲混合分散，得到經(jīng)海藻酸鈉穩(wěn)定后的羥基磷灰石懸浮液，其中海藻酸鈉的濃度為0.04-0.15mg/mL，羥基磷灰石濃度為1.67-16.7mg/mL。

第二步用前述經(jīng)海藻酸鈉穩(wěn)定后的羥基磷灰石懸浮液分別在60-80℃配制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的海藻酸鈉溶液以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18％的聚乙烯醇溶液，且這兩種溶液中含有的羥基磷灰石濃度為1.67-16.7mg/mL

最后將配制好的含有羥基磷灰石的海藻酸鈉溶液和含有羥基磷灰石的聚乙烯醇溶液按0.1-1:1-2的體積比混合均勻得含有羥基磷灰石、海藻酸鈉和聚乙烯醇的紡絲液，利用該紡絲液進(jìn)行靜電紡絲得到復(fù)合纖維膜，其中靜電紡絲工藝參數(shù)為：電壓10-15kv，接收距離13-18cm，推進(jìn)速度0.03-0.05mm/min。按照本發(fā)明方法制備得到的復(fù)合纖維膜中聚乙烯醇、海藻酸鈉、羥基磷灰石的質(zhì)量比為1:0.01-0.0563:0.01-0.0834。該復(fù)合纖維膜可用作軟組織損傷修復(fù)敷料，在紡絲液中加入抗生素或生長(zhǎng)因子還可以提高軟組織損傷修復(fù)效果。

實(shí)施例1

1)首先，分別配制濃度為0.0334mol/L的硝酸鈣水溶液以及濃度為0.02mol/L的磷酸氫二銨水溶液。按照Ca/P＝1.67的摩爾比將20mL磷酸氫二銨水溶液迅速倒入20mL硝酸鈣水溶液中，向混合溶液中滴加氨水，控制溶液pH為9-10，攪拌混合均勻。維持反應(yīng)溫度為80℃反應(yīng)1h后，用去離子水重復(fù)離心三次得到白色沉淀物。將白色沉淀重新分散在40mL去離子水中得到濃度為1.67mg/mL的羥基磷灰石分散液，取20mL此分散液備用。取10mL去離子水和0.1g海藻酸鈉配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的海藻酸鈉溶液，將0.08mL的海藻酸鈉溶液加入到上述20mL分散液中，超聲30s混合均勻，得到經(jīng)海藻酸鈉穩(wěn)定后的羥基磷灰石懸浮液。

2)取兩份步驟1)中得到的羥基磷灰石懸浮液10mL，分別加入0.2g海藻酸鈉和1.8g聚乙烯醇，在80℃溶解，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的海藻酸鈉(SA)溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18％的聚乙烯醇(PVA)溶液，且這兩種溶液中含有羥基磷灰石濃度為1.67mg/mL。

3)取上述2％的SA溶液2mL和18％的PVA溶液6mL，將兩者混合均勻后在12kv電壓、15cm接收距離、0.04mm/min的推進(jìn)速度下進(jìn)行靜電紡絲，得到聚乙烯醇/海藻酸鈉/羥基磷灰石的纖維膜。此復(fù)合纖維膜中聚乙烯醇、海藻酸鈉、羥基磷灰石的質(zhì)量比為1:0.037:0.0124。

本實(shí)施例步驟(1)中經(jīng)海藻酸鈉穩(wěn)定后的羥基磷灰石懸浮液與未經(jīng)處理過(guò)的羥基磷灰石分散液隨時(shí)間的沉降照片如圖1所示，其中左邊為經(jīng)海藻酸鈉穩(wěn)定后的羥基磷灰石懸浮液，右邊為未經(jīng)處理的羥基磷灰石分散液，a,b,c,d,e分別代表靜置0h,1h,2h,5h,24h后的照片。通過(guò)對(duì)比可以很明顯的看到，未經(jīng)處理的羥基磷灰石分散液由于羥基磷灰石特別容易團(tuán)聚的原因，在很短的時(shí)間內(nèi)就發(fā)生了很明顯的沉降，而經(jīng)海藻酸鈉穩(wěn)定后的羥基磷灰石懸浮液可以保持較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定。

本實(shí)施例步驟(1)中經(jīng)海藻酸鈉穩(wěn)定后的羥基磷灰石懸浮液與未經(jīng)處理過(guò)的羥基磷灰石分散液的透光率隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線如圖2所示，從圖中可以明顯的看出未經(jīng)處理的羥基磷灰石分散液(曲線a)由于顆粒的團(tuán)聚引起的溶液不穩(wěn)定而導(dǎo)致了透光率隨時(shí)間的嚴(yán)重變化，從而得出經(jīng)海藻酸鈉穩(wěn)定后的羥基磷灰石懸浮液比未經(jīng)處理的羥基磷灰石分散液要穩(wěn)定很多。

通過(guò)本實(shí)施例中經(jīng)海藻酸鈉穩(wěn)定后的羥基磷灰石懸浮液的粒徑圖(圖3)可以看出，我們所得到的羥基磷灰石的平均粒徑為148nm，這也說(shuō)明了羥基磷灰石得到了很好的分散。

實(shí)施例2

1)首先，分別配制濃度為0.0334mol/L的硝酸鈣水溶液以及濃度為0.02mol/L的磷酸氫二銨水溶液。按照Ca/P＝1.67的摩爾比將20mL磷酸氫二銨水溶液迅速倒入20mL硝酸鈣水溶液中，向混合溶液中滴加氨水，控制溶液pH為9-10，攪拌混合均勻。維持反應(yīng)溫度為80℃反應(yīng)1h后，用去離子水重復(fù)離心三次得到白色沉淀物。將白色沉淀重新分散在40mL去離子水中得到濃度為1.67mg/mL的羥基磷灰石分散液，取20mL此分散液備用。取10mL去離子水和0.1g海藻酸鈉配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的海藻酸鈉溶液，將0.08mL的海藻酸鈉溶液加入到上述20mL分散液中，超聲30s混合均勻，得到經(jīng)海藻酸鈉穩(wěn)定后的羥基磷灰石懸浮液。

2)取兩份步驟1)中得到的羥基磷灰石懸浮液10mL，分別加入0.2g海藻酸鈉和1.8g聚乙烯醇，在80℃溶解，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的海藻酸鈉(SA)溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18％的聚乙烯醇(PVA)溶液，且這兩種溶液中含有羥基磷灰石濃度為1.67mg/mL。

3)取上述2％的SA溶液2mL和18％的PVA溶液4mL，將兩者混合均勻后在12kv電壓、15cm接收距離、0.04mm/min的推進(jìn)速度下進(jìn)行靜電紡絲，得到聚乙烯醇/海藻酸鈉/羥基磷灰石的纖維膜。此復(fù)合纖維膜中聚乙烯醇、海藻酸鈉、羥基磷灰石的質(zhì)量比為1:0.056:0.0139。

本實(shí)施例制備的聚乙烯醇/海藻酸鈉/羥基磷灰石復(fù)合纖維膜掃描電鏡如圖4所示，通過(guò)圖片可以看出復(fù)合纖維形貌良好。

實(shí)施例3

1)首先，分別配制濃度為0.0334mol/L的硝酸鈣水溶液以及濃度為0.02mol/L的磷酸氫二銨水溶液。按照Ca/P＝1.67的摩爾比將60mL磷酸氫二銨水溶液迅速倒入60mL硝酸鈣水溶液中，向混合溶液中滴加氨水，控制溶液pH為9-10，攪拌混合均勻。維持反應(yīng)溫度為80℃反應(yīng)1h后，用去離子水重復(fù)離心三次得到白色沉淀物。將白色沉淀重新分散在20mL去離子水中得到濃度為10.02mg/mL的羥基磷灰石分散液，備用。取10mL去離子水和0.1g海藻酸鈉配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的海藻酸鈉溶液，將0.2mL的海藻酸鈉溶液加入到上述20mL分散液中，超聲30s混合均勻，得到經(jīng)海藻酸鈉穩(wěn)定后的羥基磷灰石懸浮液。

2)取兩份步驟1)中得到的羥基磷灰石懸浮液10mL，分別加入0.2g海藻酸鈉和1.8g聚乙烯醇，在80℃溶解，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的海藻酸鈉(SA)溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18％的聚乙烯醇(PVA)溶液，且這兩種溶液中含有羥基磷灰石濃度為10.02mg/mL。

3)取上述2％的SA溶液2mL和18％的PVA溶液4mL，將兩者混合均勻后在12kv電壓、15cm接收距離、0.04mm/min的推進(jìn)速度下進(jìn)行靜電紡絲，得到聚乙烯醇/海藻酸鈉/羥基磷灰石的纖維膜。此復(fù)合纖維膜中聚乙烯醇、海藻酸鈉、羥基磷灰石的質(zhì)量比為1:0.056:0.0834。

本實(shí)施例制備的聚乙烯醇/海藻酸鈉/羥基磷灰石復(fù)合纖維膜掃描電鏡如圖5所示，通過(guò)圖片可以看出復(fù)合纖維形貌良好。

實(shí)施例4

1)首先，分別配制濃度為0.0334mol/L的硝酸鈣水溶液以及濃度為0.02mol/L的磷酸氫二銨水溶液。按照Ca/P＝1.67的摩爾比將20mL磷酸氫二銨水溶液迅速倒入20mL硝酸鈣水溶液中，向混合溶液中滴加氨水，控制溶液pH為9-10，攪拌混合均勻。維持反應(yīng)溫度為80℃反應(yīng)1h后，用去離子水重復(fù)離心三次得到白色沉淀物。將白色沉淀重新分散在40mL去離子水中得到濃度為1.67mg/mL的羥基磷灰石分散液，取20mL此分散液備用。取10mL去離子水和0.1g海藻酸鈉配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的海藻酸鈉溶液，將0.08mL的海藻酸鈉溶液加入到上述20mL分散液中，超聲30s混合均勻，得到經(jīng)海藻酸鈉穩(wěn)定后的羥基磷灰石懸浮液。

2)取兩份步驟1)中得到的羥基磷灰石懸浮液10mL，分別加入0.2g海藻酸鈉和1.8g聚乙烯醇，在80℃溶解，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的海藻酸鈉(SA)溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18％的聚乙烯醇(PVA)溶液，且這兩種溶液中含有羥基磷灰石濃度為1.67mg/mL。

3)取上述2％的SA溶液2mL和18％的PVA溶液4mL混合，再加入5％(0.0385g)的鹽酸四環(huán)素并混合均勻，在12kv電壓、15cm接收距離、0.04mm/min的推進(jìn)速度下進(jìn)行靜電紡絲，得到裝載鹽酸四環(huán)素的聚乙烯醇/海藻酸鈉/羥基磷灰石的纖維膜。此復(fù)合纖維膜中聚乙烯醇、海藻酸鈉、羥基磷灰石和鹽酸四環(huán)素的質(zhì)量比為1:0.056:0.0139:0.0535。

本實(shí)施例制備的聚乙烯醇/海藻酸鈉/羥基磷灰石復(fù)合纖維膜光學(xué)顯微鏡圖、熒光顯微鏡圖如圖6-7所示。通過(guò)復(fù)合纖維膜光學(xué)顯微鏡圖可以看出纖維形貌良好，通過(guò)復(fù)合纖維膜熒光顯微鏡圖可以看出鹽酸四環(huán)素的特有熒光，說(shuō)明其已成功的被載入到了復(fù)合纖維膜里面。