專利名稱：海藻酸鈉/殼聚糖復(fù)合流體紡絲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)組織工程和工業(yè)紡織領(lǐng)域，具體地說是一種適合于制造 海藻酸鈉/殼聚糖復(fù)合物絲狀支架材料的紡絲方法。
背景技術(shù)：
目前絲狀材料的制造方法多種多樣，常見的主要有熔噴法(Mdt-blown)濕 法紡絲(wet spinning)、青爭(zhēng)電紡絲(Electrospinning)、相分離法(Phase separation)、 自組裝法(Self-assembly)、模板合成法(Template synthesis)等，但均因制造工 藝復(fù)雜、工程消耗時(shí)間長(zhǎng)、原料使用范圍窄等缺點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中受到不同條件 的限制。我們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)施的紡絲方法流體紡絲，與上述方法相比，具有設(shè)備 簡(jiǎn)易、操作簡(jiǎn)便，點(diǎn)，并可克服傳統(tǒng)濕紡法過程中斷絲現(xiàn)象帶來的不利影響。 (文獻(xiàn)l.海藻纖維的性能與應(yīng)用。印染助劑，第23巻第6期,2006年6月。文ft2.電紡 PAN纟內(nèi)米纖維的碳化工藝研究。中國(guó)禾根論文在線，http:〃www.paper.edu.cn0文 獻(xiàn)3.靜電紡絲過程中的非穩(wěn)定性研究。合成纖維工業(yè)，2006科月，第29巻，第2 肌文獻(xiàn)4.靜電紡納米纖維的研究及應(yīng)用進(jìn)展。合成纖維工業(yè)，2006年6月，第 29巻，第3其月。文獻(xiàn)5. Chitosan-alginate as scaffolding material for cartilage tissue engineering. Journal of Biomedical Materials Research Part A, Volume 75 A, Issue 2, Pages 485 - 493, Published Online: 9 Aug 2005.)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種新型的海藻酸鈉/殼聚糖復(fù)合物絲狀支架桐料的紡絲方法，其 直徑可控、獲得的產(chǎn)品間相互沒有粘連；制備出的絲帶狀支架可以用于生物醫(yī)學(xué) 組織工程支架或工業(yè)紡織等領(lǐng)域。
其原理是相對(duì)運(yùn)動(dòng)著的殼聚糖溶液與海藻酸鈉溶液相遇，并發(fā)生聚電解質(zhì)
反應(yīng)，使被拉伸的殼聚糖絲狀液流固定成型，形成固態(tài)的、有彈性的絲狀支架。 相對(duì)于地面來說，不管是殼聚糖溶液保#賴爭(zhēng)止而海藻酸鈉溶液相對(duì)于前雜動(dòng)， 或者是海藻酸鈉溶液保^f爭(zhēng)止而殼聚糖相對(duì)于前者運(yùn)動(dòng)，只要兩者之間有相對(duì)運(yùn) 動(dòng)，而且相互接觸，殼聚糖溶液都能夠在接觸面上被拉伸變形，并于海藻酸鈉溶
3液反應(yīng)而形成絲帶狀產(chǎn)物。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
海藻酸鈉/殼聚糖復(fù)合流體紡絲方法，殼聚糖溶液被以注射、噴灑或滴加的方 式加入至,其相X寸運(yùn)動(dòng)的海藻酸鈉溶液中。在兩溶液間接觸摩擦力的作用下，殼 聚糖溶液被拉伸形成絲狀液流，同時(shí)因與海藻酸鈉溶液發(fā)生聚電解質(zhì)反應(yīng)而固定 成型，最終形成絲帶狀支架；海藻酸鈉溶液與殼聚糖溶液相遇時(shí)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度
為20勒秒至1500勒秒。
其中海藻酸鈉溶液以pH5-9的水或緩沖溶液為溶劑配制，海藻酸鈉水溶液濃 度為0.01-3% (w/v， g/ml)，海藻酸鈉分子量為250-600 kDa。
其中殼聚糖溶液用以pH3-6的水或緩沖溶液為溶劑配制，殼聚糖溶液濃度為 0.01-3% (w/v， g/ml)，殼聚糖分子量為15-250 kDa，殼聚糖脫乙酰度80-98 %。
其中殼聚糖溶液以連續(xù)流體的方式，注射進(jìn)入海藻酸鈉(注射式流體紡絲)； 或以不連續(xù)液滴的方式，滴加或噴霧進(jìn)入海藻酸鈉溶液(噴灑式流體紡絲)。 具體可為，
1. 配制一定濃度的海藻酸鈉溶液和殼聚糖溶液，其中海藻酸鈉分子量為 250-600 kDa;殼聚糖分子量為15-250 kDa，殼聚糖脫乙酰度80-98 %;
2. 以攪拌或旋轉(zhuǎn)等方式使海藻酸鈉溶液和殼聚糖溶液的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度平均 達(dá)到20彩秒至1500勒秒；
3. 將適量的殼聚糖溶液裝入可計(jì)量的注射裝置(或噴霧裝置)，以一定流量 注射進(jìn)入(或噴入、滴入)海藻酸鈉溶液。殼聚糖溶液被拉伸形成絲狀液流，同 時(shí)與海藻酸鈉溶液發(fā)生聚電解質(zhì)反應(yīng)而固定成型，最終形成絲帶狀支架；(為了保 證最后紡絲產(chǎn)品的產(chǎn)量和紡絲直徑的均一性，殼聚糖溶液體積用量應(yīng)為海藻酸鈉 溶液體積的2-30%);
4. 以2500-3500 g離心，收集絲狀支架。 該發(fā)明的特點(diǎn)具備如下優(yōu)點(diǎn)
1. 原料簡(jiǎn)單主要原料是殼聚糖和海藻酸鈉；
2. 設(shè)備簡(jiǎn)單只需溶液配制裝置、過濾裝置、攪拌裝置、注射或噴灑裝置， 以及離心裝置和干燥裝置等常見設(shè)備；
3. 工藝操作簡(jiǎn)便無高溫、高壓、有毒等危險(xiǎn)操作；
4. 通過工藝參數(shù)的選擇，能夠制備出在0.5微米-2毫米范圍內(nèi)直徑(這里 的直徑是指絲帶橫截面的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度)可控的絲帶狀支架；5. 獲得的產(chǎn)品是相互間沒有粘連的、海藻酸鈉/殼聚糖聚電解質(zhì)復(fù)合物絲狀 支架，整體上呈現(xiàn)棉絮狀，有良好的生物相容性，易于細(xì)胞生長(zhǎng)代謝，有良好的 粘彈性，易于進(jìn)一歩加工成型；
6. 產(chǎn)品的用途廣泛，可以用于生物醫(yī)學(xué)組織工程支架或工業(yè)毛紡等領(lǐng)域；
7. 本紡絲工藝相對(duì)于工業(yè)濕紡法的優(yōu)點(diǎn)是，可以無視紡絲過程中的斷絲現(xiàn) 象，避免由于斷絲現(xiàn)象造成的紡絲中斷成±央和單根紡絲間的相互影響。


圖1為本發(fā)明的原理示意圖。其中左側(cè)圖為注射式流體紡絲裝置示意圖，右 側(cè)圖為噴霧式流體紡絲裝置示意圖，a為海藻酸鈉溶液，b為殼聚糖溶液，c為攪 拌裝置，d為注射噴霧裝置。
圖2為根據(jù)實(shí)施例1得到的條帶狀紡絲產(chǎn)品。、
圖3為根據(jù)實(shí)施例2得到的條帶狀紡絲產(chǎn)品。
圖4為根據(jù)實(shí)施例3得到的冷凍干燥后的條帶狀紡絲產(chǎn)品。
圖5為根據(jù)實(shí)施例4得到的條帶狀紡絲產(chǎn)品。
圖6為根據(jù)實(shí)施例5得到的條帶狀紡絲產(chǎn)品。
圖7為根據(jù)實(shí)施例6得到的條帶狀紡絲產(chǎn)品。
圖8為根據(jù)實(shí)施例7得到的條帶狀紡絲產(chǎn)品。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
① 配制醋酸鹽緩沖溶液(溶液組成0.2M醋酸和0.1M醋酸鈉，pH3-6);
② 以醋酸鹽緩沖溶液為溶劑，配制含殼聚糖0.01% (Wv， g/ml)的溶液；
③ 配制含海藻酸鈉0.01 % (w/v， g/ml)的水溶液；
④ 用帶醫(yī)用5號(hào)針頭的注射器以4 ml/hr的流量將殼聚糖溶液注入涼遞為20 浙秒的海藻酸鈉溶液中，得到絲狀支架，其直徑在40-60拜間分布，平均直徑約 為50,，如圖2;
⑤ 將絲狀支架3000 g離心，搜集沉淀物，獲得的產(chǎn)品是相互間沒有粘連的、 海藻酸鈉/殼聚糖聚電解質(zhì)復(fù)合物絲狀支架。
實(shí)施例2
① 配制醋酸鹽緩沖溶液(溶液組成0.2M醋酸和0.1M醋酸鈉，pH3-6);
② 以醋酸鹽緩沖溶液為溶劑，配制含殼聚糖1.5% (w/v， g/mD的溶液；
5③配制含海藻酸鈉1.5。/。 (w/v， g/ml)的水溶液；
用帶醫(yī)用5號(hào)針頭的注射器以4 ml/hr的流量將殼聚糖溶液注入流速為750 浙秒的海藻酸鈉溶液中，得到條帶狀聚合物，其直徑在17.5-22.5拜間分布，平 均直徑約為20pm，如圖3;
⑤將聚合物3000g離心，搜集沉淀物，獲得的產(chǎn)品是相互間沒有粘連的、海 藻酸鈉/殼聚糖聚電解質(zhì)復(fù)合物絲狀支架。
實(shí)施例3
① 配制醋MS緩沖溶液(溶液組成0.2M醋酸和0.1M醋酸鈉，pH3-6);
② 以醋酸鹽緩沖溶液為溶劑，配制含殼聚糖3% (w/v， g/ml)的溶液；
③ 配制含海藻酸鈉3。/。 (w/v， g/ml)的水溶液；
④ 用帶醫(yī)用5號(hào)針頭的注射器以4 ml/hr的流量將殼聚糖溶液注入流速為 1500彩秒的海藻酸鈉溶液中，得到條帶狀聚合物，如圖4;
⑤ 將聚合物3000g離心，搜集沉淀物，冷凍干燥，獲得的產(chǎn)品是相互間沒有 粘連的、海藻酸鈉/殼聚糖聚電解質(zhì)復(fù)合物絲狀支架。
實(shí)施例4
① 配制醋酸鹽緩沖溶液(溶液組成0.2M醋酸和0.1M醋酸鈉，pH3-6);
② 以醋酸鹽緩沖溶液為溶劑，配制含殼聚糖0.01% (w/v， g/ml)的溶液；
③ 配制含海藻fl鈉0.01 % (w/v， g/ml)的水溶液；
④ 用普通農(nóng)用噴霧器將殼聚糖溶液噴入流速為20 ^/秒的海藻酸鈉溶液中， 得到條帶狀聚合物，其直徑在27.5-32.5,間分布，平均直徑約為30nm，如圖5;
⑤ 將聚合物3000g離心，收 淀物，獲得的產(chǎn)品是相互間沒有粘連的、海 藻酸鈉/殼聚糖聚電解質(zhì)復(fù)合物絲狀支架。
實(shí)施例5
① 配制醋酸鹽緩沖溶液(溶液組成0.2M醋酸和0.1M醋酸鈉，pH3陽6);
② 以醋酸鹽緩沖溶液為溶劑，配制含殼聚糖1.5% (w/v， g/ml)的溶液；
③ 配制含海藻酸鈉1.5。/。 (w/v， g/ml)的7乂溶液；
④ 用普通農(nóng)用噴霧器將殼聚糖溶液噴入流速為750擬秒的海藻酸鈉溶液中， 得到條帶狀聚合物，其直徑在17.5-22.5拜間分布，平均直徑約為20,，如圖6;
⑤ 將聚合物3000g離心，搜集沉淀物，獲得的產(chǎn)品是相互間沒有粘連的、海 藻酸鈉/殼聚糖聚電解質(zhì)復(fù)合物絲狀支架。實(shí)施例6
① 配制醋酸鹽緩沖溶液(溶液組成0.2M醋酸和0.1M醋酸鈉，pH3-6);
② 以醋艦緩沖溶液為溶劑，配制含殼聚糖3% (Wv， g/ml)的溶液；
③ 配制含海藻酸鈉3。/。 (w/v， g/ml)的水溶液；
④ 用普通農(nóng)用噴霧器將殼聚糖溶液噴入流速為1500勒秒的海藻酸鈉溶液 中，得到條帶狀聚合物，其直徑在12.5-17.5,間分布，平均直徑約為15,，如 圖7;
⑤ 將聚合物3000g離心，搜集沉淀物，獲得的產(chǎn)品是相互間沒有粘連的、海 藻酸鈉/殼聚糖聚電解質(zhì)復(fù)合物絲狀支架。
實(shí)施例7
① 配制醋鵬緩沖溶液(溶液組成0.2M醋酸和0.1M醋酸鈉，pH3國(guó)6);
② 以醋酸鹽緩沖溶液為溶劑，配制含殼聚糖0.03% (w/v， g/ml)的溶液；
③ 配制含海藻酸鈉30/。 (w/v， g/ml)的水溶液；
④ 將帶有醫(yī)用5號(hào)針頭的注射器灌滿殼聚糖溶液，固定在攪拌槳葉片尖端， 針頭朝下，只讓針頭浸沒于海藻酸鈉溶液中，攪拌槳旋轉(zhuǎn)起來，針尖的旋轉(zhuǎn)半徑 為2cm，旋轉(zhuǎn)速度為1500轉(zhuǎn)/分鐘。注射器以4ml/hr的流量自動(dòng)向海藻酸鈉溶液 中流出殼聚糖溶液，得到條帶狀聚合物，其直徑在1-2 ,間分布，平均直徑約為 1.5,，如圖8;
⑤ 將聚合物3000g離心，搜集沉淀物，獲得的產(chǎn)品是相互間沒有粘連的、海 藻酸鈉/殼聚糖聚電解質(zhì)復(fù)合物絲狀支架。
權(quán)利要求
1.海藻酸鈉/殼聚糖復(fù)合流體紡絲方法，其特征是殼聚糖溶液被以注射、噴灑或滴加的方式加入到海藻酸鈉溶液中。海藻酸鈉溶液與殼聚糖溶液相遇時(shí)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為20米/秒至1500米/秒；上述的兩種溶液以一定的相對(duì)速度運(yùn)動(dòng)相遇時(shí)，殼聚糖溶液在兩溶液間接觸摩擦力的作用下，被拉伸形成絲狀液流，同時(shí)因與海藻酸鈉溶液發(fā)生聚電解質(zhì)反應(yīng)而固定成型，最終形成絲帶狀支架。
2. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于海藻酸鈉溶液以pH5-9的水 或緩沖溶液為溶劑配制，海藻酸鈉7jC溶液濃度為0.01-3 % (w/v)，海藻酸鈉分子 量為250-600 kDa。
3. 按照權(quán)利要求1戶，的方法，其特征在于殼聚糖溶液以pH3-6的水或 緩沖溶液為溶齊IJ配制，殼聚糖溶液濃度為0.01-3%(w/v)，殼聚糖分子量為15-250 kDa，殼聚糖脫乙酰度80-98 %。
4. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于殼聚糖溶液以連續(xù)流體的方式， 注射進(jìn)入海藻酸鈉；或以不連續(xù)液滴的方式，滴加或噴霧進(jìn)入海藻酸鈉溶液。
5. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于殼聚糖溶液注射、噴灑或滴加 進(jìn)入海藻酸鈉溶液的入射口單位面積流量為10-3000 L/hrm2。
6. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于為了保持最后紡絲產(chǎn)品直徑的 均一性，殼聚糖溶液體積用量為海藻酸鈉溶液體積的2-30%。
7. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于將所獲取的帶有絲帶狀支架的 反應(yīng)溶液以2500-3500 g離心，收集絲狀支架。
全文摘要
本發(fā)明提供一種工業(yè)紡絲和生物醫(yī)學(xué)組織工程絲狀支架的新型制備方法。針對(duì)目前各種工業(yè)紡絲和生物醫(yī)學(xué)組織工程絲狀支架材料的制作要求，以可以發(fā)生聚電解質(zhì)反應(yīng)的海藻酸鈉溶液和殼聚糖溶液為原料，通過調(diào)節(jié)兩種溶液的濃度和相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，使得殼聚糖溶液被海藻酸鈉溶液拉伸成絲帶狀液流，同時(shí)與相遇的海藻酸鈉溶液發(fā)生聚電解質(zhì)反應(yīng)而固化成型，產(chǎn)生不同直徑的絲帶狀支架。與傳統(tǒng)紡絲方法相比，該方法設(shè)備簡(jiǎn)單易行，并可克服傳統(tǒng)濕紡法過程中斷絲現(xiàn)象帶來的不利影響。
文檔編號(hào)D01F8/18GK101665995SQ20081001311
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者于煒婷, 為 王, 王建政, 謝維揚(yáng), 馬小軍, 黃曉波 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所