基于静电纺丝技术的双组份/双载药敷料可控制备及其性能研究

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创伤愈合是一个动态且复杂的过程,创伤敷料可以有效地促进伤口愈合。目前,以生物医学为指导、纤维材料为基础、纺织加工为依托的新型生物医用纺织敷料得到了全世界纺织领域学者的极大关注。静电纺丝技术是一种简单且有效的制备亚微米或纳米纤维的方法。鉴于静电纺纳米纤维膜孔隙率高、表面积大且易于负载药物等优点,故而被认为是最有望成为理想创伤敷料的产品之一;但由于单组份静电纺敷料存在自身的局限性限制了它的广泛应用。针对上述现状,本文提出利用双针头静电对喷的方法制备双组份/双载药纳米纤维敷料。首先对静电纺丝射流波动模型进行深入研究,提取影响射流的关键参数,并将其与纺丝液溶液性质建立关系;进而分析纺丝液溶液性质对射流波动及纤维形貌的影响,为实现双组份/双载药纳米纤维敷料的可控制备建立理论基础。将抗坏血酸棕榈酸酯和利用绿色还原剂还原所得的纳米银粒子分别负载于聚己内酯和聚乙烯醇纳米纤维中,采用双针头静电对喷将上述两种纤维复合交织为双组份/双载药纳米纤维敷料;并系统地研究了该敷料的制备、理化性能、及创伤修复性能。主要研究内容和结论如下:(1)探究溶液性质对纤维可纺性及纤维形貌的影响。构建溶液性质对静电纺射流影响规律的模型,并从中提取影响射流波动的特征参数黏度、表面张力和射流直径。配制不同分子量、不同溶剂配比、不同浓度的聚己内酯纺丝液;测试不同溶液体系的黏度、表面张力、电导率、介电常数,并观察各纺丝液电纺后的产物形貌。发现高聚物分子链间达到一定的缠结,即纺丝液需达到一定的黏度是静电纺纤维成形的必要条件。同时,通过增大溶液电导率和介电常数,可降低射流直径,从而抑制射流波动,利于制备均匀连续的纤维。(2)将银离子和绿色还原剂茶多酚溶解于入聚乙烯醇水溶液中,还原银离子制备纳米银粒子。利用聚乙烯醇的羟基与银离子之间络合作用及溶液的高黏度使还原所得的纳米银粒子保持单分散和小尺寸。从纳米银粒子生长过程入手,通过改变溶液黏度、还原剂比例,研究影响纳米银粒径大小的主要因素,实现对纳米银粒径的有效控制。在制备纳米银粒子过程中,观测银离子和茶多酚的加入对高聚物纺丝液黏度和电导率的影响,揭示造成黏度和电导率变化的本质原因;并分析这些因素对静电纺丝射流波动及纤维形貌的影响,进而实现纤维的可控制备。探索不同交联条件,发现在戊二醛浓度25%,温度30℃,时间48 h的条件下,交联所得的纤维膜具有较好的水稳定性,在经过水浸泡48 h后仍能保持纤维形貌保证和纤维膜的多孔结构。(3)采用双针头静电对喷,一端为负载纳米银粒子的聚乙烯醇纳米纤维,另外一端为含有抗坏血酸棕榈酸酯的聚己内酯纳米纤维。经过各项测试表明两种纤维相互交织为双组份纳米纤维膜。双组份纤维膜的孔径集中在1μm和2μm之间,能够确保伤口的气体交换。在水中48 h浸泡后,双组份纤维膜的可达到300%的吸水率,能保证对渗出液的吸收控制。在力学性能方面,聚乙烯醇负载了纳米银粒子后,断裂伸长率急速下降;而聚己内酯的加入起到增韧剂的作用,使纤维膜的断裂伸长率增大到99%,断裂强度为4.65 MPa。纳米银粒子和抗坏血酸棕榈酸酯都具有良好的抗菌性,两者负载于双组份纳米纤维敷料中,能有效抑制细菌滋生。将双组份/双载药敷料用于大鼠创伤模型,术后18天的大鼠创面已基本修复;在修复的皮肤组织内可观察到完整的血管腔和皮脂腺。动物实验结果和组织学观察都表明该敷料可以加速创伤修复的进程。上述研究表明,利用双针头静电纺丝技术可构建双组份/双载药,甚至是多组份/多载药纳米纤维敷料;同时又可以对纤维形貌进行有效控制,进而改善纤维敷料的综合性能。本论文所制备的聚乙烯醇/纳米银粒子和聚己内酯/抗坏血酸棕榈酸酯交织复合而成的纳米纤维敷料能够有效促进创伤修复,有望作为一种生物医用纺织敷料用于临床治疗。
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