[发明专利]冻干法制备天然高分子基纳米纤维膜

说明书

技术领域

本发明涉及用冻干法制备可生物降解和吸收的天然高分子基纳米纤维膜及其医用用途。

背景技术

真空冷冻干燥技术，是利用冰晶升华原理，在高真空的环境条件下，将冻结了的物料中的水分不经冰的融化直接从固态冰升华为水蒸汽使物料干燥的技术。由化学热力学中的相平衡理论可知：在一定的压力和温度下，水的三种形态之间达到一定的相平衡，据此得到水的相图(图1)。三相点显示了水的气、液、固三相共存的压力和温度条件。图中OA线为固相与气相的分界线，称作升华线；OB线为液相与气相的分界线，称作汽化线；OC线为固相与液相的分界线，称作融化线；O点为三相点。根据压力减小，沸点下降的基本物理学原理，只要压力P位于三相点之下(图示P＜646.5Pa，T＜0℃)，物料中的水分可以从固相冰不经液相而直接升华为水汽。

真空冷冻干燥工艺的操作过程包括预冻、升华、解析三个阶段，第一阶段：预冻阶段。将物料中游离态的水冻结成冰，为升华阶段做准备。由于物料处于被冻结状态，冻干后物料形态可以保持与干燥前基本相同，也可防止抽真空干燥时物料起泡、浓缩、收缩和溶质移动等不可逆变化发生。在此阶段，预冻速率对物料的品质有一定的影响。快速冷冻形成的冰晶较小，对升华不利，但干燥后溶解快，慢速冷冻形成的冰晶较大，对升华有利，但干燥后溶解慢。第二阶段：升华阶段。本阶段主要是将物料中游离态的水升华出来。在此阶段，温度保持不变，排除冻结水分，这一阶段为恒速过程。第三阶段：解析阶段。本阶段主要是将升华阶段未能干燥的结合水蒸发出物料。生物组织中的一部分结合水难以通过冻干法除去，需要通过解析阶段将温度升高到30～35℃进一步除去。

真空冷冻干燥具有下列优点：

(1)冷冻干燥在低温下进行，适用于许多热敏性的物质；(2)在冷冻干燥过程中，微生物的生长和酶的作用无法进行，因此能保持原来的性状；(3)由于在冻结的状态下进行干燥，能够维持物料原来的结构，不会发生浓缩现象；(4)干燥后的物质疏松多孔，呈海绵状，加水后溶解迅速而完全，几乎立即恢复原来的性状；(5)由于冷冻干燥在真空下进行，氧气极少，能够保护一些易氧化的物质；(6)真空冷冻干燥能排除95-99％以上的水分，使干燥后产品能长期保存而不致变质等。因此，冷冻干燥目前在医药工业，食品工业，科研部门等得到广泛的应用。

纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高、长径比大等优点，使其在组织工程、药物释放领域具有广泛的应用价值。目前，将壳聚糖、葡聚糖、海藻酸钠、明胶、透明质酸、纤维素乙酸酯、胶原蛋白、蚕丝、淀粉、核酸、丝素等天然生物高分子加工成纳米纤维吸引了很多课题组的关注，主要采用静电纺丝法制备。其中，申请号为201010579804.3和200810100981.1的中国发明专利各申请公开一种海藻酸钠纳米纤维的制备方法，通过静电纺丝技术制备出纯海藻酸钠纳米纤维。由于其分子链呈刚性，在溶液中伸展，缺少必要的链缠结作用，而难以通过静电纺丝技术得到大量的SA纳米纤维，使其在应用上得到了一定的限制；申请号为200810202167.0的中国发明专利申请公开一种用于仿生支架材料的稳定型明胶纳米纤维的制备方法，将明胶溶在三氟乙醇、六氟乙醇、三氟乙酸等溶剂中，利用静电纺丝技术将明胶加工成纳米纤维，由于作三氟乙醇、六氟乙醇、三氟乙酸等为溶剂，使得明胶纳米纤维的生物相容性变差，其医用价值降低；申请号为201010137452.6的中国发明专利申请公开一种制备纯透明质酸纳米纤维的制备方法，通过改变分子链结构和静电纺丝过程中的电场来制备出的纯透明质酸。由于天然高分子的静电纺丝对其过程因素和环境因素要求较高，制备方法的后处理麻烦，可重复性不强，使得天然高分子纳米纤维一直不能得到很好的应用。

利用冻干法制备的纳米纤维具有以下优点：

1、冻干法制备纳米纤维操作过程简单、易于控制，成本低廉；

2、利用冻干法可以制备出极细天然高分子纳米纤维；

3、利用冻干法可以大批量、连续制备天然高分子基纳米纤维；

4、利用冻干法制备的天然高分子纳米纤维具有良好的细胞粘附性能。

发明内容

针对目前制备的天然高分子纳米纤维存在对过程因素和环境因素要求较高，制备方法的后处理麻烦，可重复性不强等缺陷，本发明的目的在于提供一种制备天然高分子纳米纤维膜的方法。

本发明所提供的一种制备可生物降解和吸收的天然高分子基纳米纤维膜的方法，包括以下步骤：