[发明专利]一种壳聚糖纳米纤维及其规模化电纺制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种壳聚糖纳米纤维及其规模化电纺制备方法和应用，属于微纳米材料领域。

背景技术

甲壳素是一种天然高分子多糖，广泛分布于自然界甲壳动物的甲壳、真菌和植物的细胞壁中。壳聚糖(chitosan)又称脱乙酰甲壳素，是甲壳素经过脱乙酰得到的一种阳离子聚多糖生物高分子，一般而言，乙酰基脱去55％以上或者能在1％乙酸或1％盐酸中溶解1％的脱乙酰甲壳素就可称之为壳聚糖。作为一种天然聚多糖高分子，壳聚糖具有良好的生物相容性、生物可降解性和抗菌止血等特性，近年来已广泛应用于医用敷料、美容化妆、组织工程、药物缓释等诸多领域。在医用敷料领域中，壳聚糖敷料不仅具有天然抑菌、止血、促进伤口愈合的优点，而且拥有良好的吸湿保湿性和抑制瘢痕增生等生物学功能。中国专利“壳聚糖敷料”(CN201220099775.5)报道的壳聚糖敷料，不仅具有促进创面愈合、止血的作用，同时能够抑制细菌的生长，与创面贴敷性良好；在美容化妆领域，中国专利“一种壳聚糖祛皱面膜”(CN201310544267.2)公开的壳聚糖祛皱面膜安全高效，无毒副作用，同时具有软化角质皮肤、美白、抗菌消炎等功效。

静电纺丝技术是制备一维纳米纤维最简单高效的方法之一，与传统纳米材料制备技术相比，具有加工装置简单、原料来源广泛、纺丝成本低廉、可规模化制备等优势。近年来，静电纺纳米纤维具有巨大的比表面积、较大的长度/直径比和高孔隙率，在生物组织工程、医用敷料、过滤防护、药物缓释等领域展现出极大的应用潜力。然而，由于壳聚糖溶解度小，溶液粘度高并呈聚阳离子电解质的特性，使得壳聚糖溶液较难电纺。为了解决这问题，目前电纺壳聚糖纤维多采用易于电纺的高分子材料加入少量壳聚糖的混纺方 式，如壳聚糖/聚乙烯醇、壳聚糖/聚氧化乙烯、壳聚糖/丝素蛋白等，这种方式得到的壳聚糖复合纤维其壳聚糖含量极低，不能充分发挥其作用，限制了其在生物医药等领域的应用。同时，现有的制备壳聚糖纤维的静电纺丝方法多需要复杂的加工工艺和后续处理，纤维产量低，难以实现大规模生产，同时现有的静电纺丝制备方法，多采用有毒或有刺激性的溶剂如三氟乙酸、甲酸、二氯甲烷、浓乙酸等配置纺丝前驱液，这些溶剂在制备过程中挥发会造成环境污染，且残留在纤维中的溶剂很难去除，所得的壳聚糖纤维膜安全可靠性较低，大大限制了其在生物医用领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种壳聚糖纳米纤维及其制备方法和应用，该壳聚糖纳米纤维通过气流辅助静电纺丝方法制得，制备方法简单，纺丝条件要求低，产量高，适宜大规模生产，纺丝前驱液配方简单，无需添加刺激性或有毒的溶剂，所得纳米纤维中壳聚糖的含量高，在生物组织工程材料、伤口修复材料或美容化妆领域的应用方面具有显著优势。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种壳聚糖纳米纤维，所述壳聚糖纳米纤维由气流辅助静电纺丝法制得，所述壳聚糖纳米纤维中壳聚糖的含量大于50％，纤维直径为300～900nm。

进一步的，所述壳聚糖纳米纤维中壳聚糖的含量大于95％，制备该壳聚糖纳米纤维的纺丝前驱液由水、壳聚糖和水溶性生物高分子聚合物组成，所述壳聚糖纳米纤维的纤维直径为450～800nm。

进一步的，所述水为蒸馏水或去离子水，所述水溶性生物高分子聚合物为聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、海藻酸钠、透明质酸、明胶、胶原蛋白、聚乙二醇中的一种或多种。

本发明还公开了所述的壳聚糖纳米纤维的规模化电纺制备方法，包括以下步骤：

(1)配制纺丝前驱液：将壳聚糖和水溶性生物高分子聚合物溶解在水中，然后将其置于磁力搅拌器上搅拌至形成均相纺丝前驱液，其中，壳聚糖的含量在0.5％～12％(wt％)之间，水溶性生物高分子聚合物与壳聚糖的质量比为1:1～1:50；

(2)气流辅助电纺制备纳米纤维：将步骤(1)中配制的纺丝前驱液加入静电纺丝装置的进料筒中，所述静电纺丝装置包括高压电源、与高压电源正极相连的纺丝喷头、与纺丝喷头连接的进料筒、接地收集极和设置于纺丝喷头周围的产气机构，所述产气机构产生与纺丝喷射方向相同的气流，调整纺丝喷头与接地收集极间的纺丝间距，设置纺丝电压和产气机构产生气流的流速，开启产气机构和高压电源，纺丝前驱液在电场力的作用下形成射流，在气流辅助作用下溶剂挥发，在收集极上形成壳聚糖纳米纤维。

进一步的，所述步骤(1)配置的纺丝前驱液中壳聚糖的含量在5％～12％(wt％)之间，水溶性生物高分子聚合物与海藻酸钠的质量比为1:20～1:43。