[发明专利]一种纤维素纳米晶增强PHBV纳米纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于PHBV纳米纤维的制备领域，特别涉及一种纤维素纳米晶增强PHBV纳米纤维的制备方法。

背景技术

静电纺丝法生产的纳米纤维独特的结构特性，如高比表面积、低纤网克重和高孔隙率等，使其在医疗卫生产品等领域拥有巨大的市场潜力。如在做细胞工程支架材料时，纳米纤维的作用是提供传导性能和结构支撑，并改进支架的多孔性；在药品封装中使用，可控制活性组分的传输。纳米纤维材料还是烧伤病人理想的包扎绷带。纳米纤维可用于人造血管、药物输送材料等中，还广泛应用于揩布、纸巾等个人护理产品中。特别是生物可降解聚合物的融入，使聚合物纳米纤维最先成为医用领域的选择，其在组织支架、软组织修补、矫形植入、创伤处理以及药液控释等方面的开发与应用倍受关注。将生物可降解聚合物纳米纤维用做组织工程材料，可以提供一系列优良特性如机械性能、生物相容性、促进细胞生长和细胞基质交换的性能等，其研究开发已延伸到了骨、肌腱、韧带、皮肤、血管、神经等组织的再生。

聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)是以淀粉为原料，运用发酵工程技术生产出的生物材料。作为一种生物聚酯，它由细菌生产，在土壤或堆肥条件下能被细菌消化，并完全分解为二氧化碳、水和生物质，只需70天就可以100％降解。PHBV在诸如医用材料、薄膜材料、一次性用品、包装材料等方面有着广阔的应用前景。静电纺丝技术所得的PHBV纳米纤维(CN1313348A；CN1800474A；CN101927033A)，具有类似组织细胞间质的纳米结构，良好的生物相容性、生物可吸收性与生物可降解，使其在组织支架材料占有一席之地。然而，静电纺成形，牵伸速率低，高分子取向不完善，断裂强力、杨氏模量偏低。对于骨或韧带组织支架应用时，材料要求：足够的强度支撑组织，耐热性好、抗热变形温度高能够保持自身结构稳定性。但是由于纯PHBV纳米纤维力学性能差、抗热变形温度较低、疏水性强等，限制其在上述组织支架材料的应用。

以PHBV为基体，以淀粉等各类无机物纤维素纤维为增强体或填充物，可以制得性能各异的生物可降解的复合材料，以满足不同场合的使用要求。为了改善PHBV作为支架材料的缺陷，研究者将一些无机矿化物离子(可溶性磷酸盐玻璃、羟基磷灰石、磷酸三钙)、有机化合物(胶原)与PHBV复合制成复合型的纳米纤维(Vince Beachley，Xuejun Wen.Polymer nanofibrous structures：Fabrication，biofunctionalization，and cell interactions.Progress in polymer science 2010；35：868-892)。研究发现可溶性磷酸盐玻璃虽提高力学性能，但引起较强的组织反应、软组织增生及新骨生长受抑制；羟基磷灰石带有大量亲水性的羟基有利于PHBV与之结合及新骨组织长入，但存在降解难的问题。最近，研究者用等离子方法将生物可降解的胶原有机化合物涂覆在PHBV纳米纤维膜表面上，大大地改善纳米纤维表面的亲水性能，细胞可以很好地在纤维膜表面黏附、生长、分化、增殖，不足的是胶原的加入，并不能很好改善PHBV纳米纤维的其他性能，如力学性能、热学性能等。(Jafar Ai，Saeed Heidari K，Fatemeh Ghorbani，Fahimeh Ejazi，Esmaeil Biazar，Azadeh Asefnejad，Khalil Pourshamsian，and Mohamad Montazeri.Fabrication of coated-collagen electrospun PHBV nanofiber film by plasma method and its cellular study.Journal of Nanomaterials 2011；8：1-8)。综上，要想将PHBV纳米纤维用于骨或韧带支架材料应用时，对PHBV纳米纤维改性的添加物除了保证本身具有良好的生物可降解性、与人体组织细胞的生物相容性好之外，能够大幅度提高纯纳米纤维的力学性能和改善其疏水性也是所期盼的。