纯海藻酸钠纳米纤维膜材料的制备方法技术领域本
发明属于高分子材料技术领域，涉及可
生物降解及可生物吸收高分子 纳米纤维
无纺布材料的制备方法，特别涉及一种天然高分子
生物材料——海 藻酸钠
静电纺丝原液的制备及其纯海藻酸钠纳米纤维膜材料的制备方法。背景技术海藻酸钠(SA)是一种从天然褐藻中提取的线型的聚糖
醛酸，由a - L -古 罗糖醛酸(G单元)和P- D -甘露糖醛酸(M单元)通过1，4-糖苷键连接并由不 同GGGM麗
片段组成的无规共聚物。G和M的浓度（G:M比率）决定了SA不同 的结构和
生物相容性等特性。SA具有聚阴离子
电解质的性质特征，其相对分子 量为106左右，是一种可降解的生物高分子。因其良好的生物相容性、低毒性 和相对低廉的价格而在药物释放体系、组织工程领域以及制药领域具有广阔 的应用前景。从生物学的
角度来说，几乎所有的人体组织和器官都是以纳米 纤维或纳米结构存在的，如骨骼，
牙齿，软骨和
皮肤等。而传统的干法和湿 法纺丝只能生产直径在几微米到几百微米的纤维。静电纺丝法是一种制备聚 合物超细纤维的简单而有效的加工工艺。但由于静电纺丝技术应用
电场力而 非机械力来进行纤维制造，因此此项技术对溶液的性质有一些特殊的要求， 如溶液的
粘度、链缠结程度等。据文献报道纯海藻酸钠
水溶液是不能进行静 电纺丝的（参见图l) #ater. 2006， 7《1463〜1467;尸o^r/??er 2007，47， 8026〜8023;,如p丄尸o&瓜Sc义2007， M《1S55〜1859; J/?/?丄 尸a/y/仏6b./. 2007， 7似，3245〜3255.)，但在其它
水溶性合成高分子的辅 助下，则可以实现海藻酸钠水溶液的静电纺丝，如公开号为CN101011597A的 中国
专利"以海藻酸钠为基质的纳米纤维
支架材料及其制备方法"中，公开 了这一技术的制备方法。其技术方案是以海藻酸钠为基质，在聚
氧化乙烯或 聚乙烯醇及少量的丙三醇作用下，通过静电纺丝可以获得纤维直径在50〜 500nm的纤维支架材料。但这样所得的纤维均为海藻酸钠与聚氧化乙烯和海藻 酸钠和聚乙烯醇的混合纤维，而如何实现纯海藻酸钠的静电纺丝目前尚属空 白。海藻酸钠是一种水溶性的天然多糖，具有多种
有机溶剂不溶的性质，且 在水溶液中由于
聚合物骨架本身的刚性、带电基团引起的链的扩张或聚合物 链段与水分子的相互作用等均使得海藻酸钠的分子链显现高度的伸展性，缺 少足够的分子链缠结，从而给海藻酸钠的静电纺丝带来了极大的阻碍。因而 至今都未见有关纯海藻酸钠静电纺丝的文献报道。本发明选用水或水与
乙醇的混合物做溶剂，针对海藻酸钠分子链的结构 特点，通过加入一种溶剂型的改性剂来调节海藻酸钠的溶液性质，克服了海 藻酸钠自身结构上的不利因素，能够连续制备出粗细均匀甚至纤维直径可控 的纯海藻酸钠纳米纤维，填补了这一技术空白。用静电纺丝技术制备的海藻 酸钠纳米纤维膜具有良好的生物相容性、生物降解性及生物吸收性能，可用 于
止血材料，伤口包覆材料，组织工程支架材料，药物释放膜，人造皮肤、 人造血管、创伤
敷料、药物输送、
生物膜、美容材料等方面。发明内容本发明的目的在于克服
现有技术的
缺陷，提供一种纯海藻酸钠纳米纤维 膜材料的制备方法。本发明的另一目的在于填补实现纯海藻酸钠静电纺丝上的技术空白，提 供一种无毒、成本低廉的纯海藻酸钠静电纺丝溶液，以实现纯海藻酸钠溶液 的静电纺丝，并得到相应的纯海藻酸钠纳米纤维膜材料。本发明的制备方法及其技术原理是：针对海藻酸钠分子链在水溶液中的 刚性及伸展性特点，我们在海藻酸钠的水溶液中引入一种溶剂型的强极性的 改性剂-多羟基化合物，通过该化合物的强极性以及低的表面
张力等有效调节 海藻酸钠水溶液的物理性质，从而实现海藻酸钠溶液从不可纺到可纺的转变， 并得到均匀光滑的纯海藻酸钠纳米纤维。本发明的纯海藻酸钠纳米纤维膜材料的制备方法包括以下步骤：1)海藻酸钠静电纺丝原液的配制：为快速将海藻酸钠溶解成溶液，将原 料海藻酸钠分散在改性剂中，其中海藻酸钠与改性剂的重量体积比为 2g/ml%〜4g/ml%，然后再向上述混合溶液中加入溶剂，其中溶剂与改性剂的 体积比为0. 5〜1(在整个体系中原料海藻酸钠的浓度为lg/ml%〜2. 67g/ml%)， 其中溶剂和改性剂均按体积计算），待搅拌均匀后，静止沉析出气泡即得到海 藻酸钠静电纺丝原液。上述技术方案中的溶剂选自水或水和乙醇的混合溶剂，其中混合溶剂中水与乙醇的体积比为2: 1〜3: 1;所述的原料海藻酸钠在25。C
质量百分比浓度为2%的溶液粘度大于3500厘泊；所述的改性剂为多羟基化合物甘油或甘油 与乙二醇的混合物（其中：甘油与乙二醇的体积比为50〜100: 50〜0)。2)静电纺丝工艺：将步骤l)得到的海藻酸钠电纺丝原液注入到静电纺丝装置(如图4所示）的给料装置内，调整海藻酸钠电纺丝原液的供料速率为 5〜300 ul/min，优选供料速率为10〜150 ul/min;给料装置的喷丝头与接 地的收集器之间的距离为5〜25cm，优选为7〜20 cm;环境
温度为20〜70 。C ，优选为20〜40。C;环境的空气流速为0〜8. 5 m7hr ，优选为0, 5〜5 m7hr; 开启高压电源，
电压为l〜60kV，优选为20〜30kV，开启装有海藻酸钠电纺 丝原液的给料装置
泵，喷射流喷射到收集器上，在收集器上得到
可生物降解 及可生物吸收的纯海藻酸钠纳米纤维膜材料。纯海藻酸钠纳米纤维的平均直 径为80nm〜l^m。由于溶剂中改性剂的难挥发性，因此所述的在收集器上收集纤维时，需 要收集器完全浸泡在含CaCl2 (海藻酸钠的交联剂）的
凝固浴中，在保持电纺 海藻酸钠的纤维形貌的同时，以便能更有效的除去残留的溶剂和改性剂（参 见
附图4)。所述的完全浸泡在凝固浴中的收集器为金属网或金属平板等；所述的凝 固浴为质量百分比浓度为5。/。〜10。/。的CaCl2的水溶液与无水乙醇的
混合液，其 中无水乙醇在混合溶液中的体积百分比为60〜80%。本发明步骤2)得到的可生物降解及可生物吸收的纯海藻酸钠纳米纤维膜 材料可进一步在无水乙醇中浸泡2〜24小时以除去残留溶剂，并用无水乙醇 反复淋洗纤维膜直至残余纺丝溶剂被完全洗涤掉，将纤维膜在20〜60 。C
真空 干燥箱中真空干燥0.5〜50小时后，得到可生物降解及吸收的生物的纯海藻 酸钠纳米纤维膜材料（参见图2和3)，置于干燥器中保存。本发明公开了一种采用静电纺丝工艺制备纯海藻酸钠纳米纤维膜材料的 制备方法。通过在不可纺的纯海藻酸钠水溶液中加入改性剂，实现了海藻酸 钠从不可纺到可纺的转变，得到的纯海藻酸钠纳米纤维膜材料由100%组分的 海藻酸盐组成，属于一种可完全降解及吸收的生物高分子纳米纤维膜材料。 本发明针对改性后海藻酸钠溶液体系的特点，采用了带凝固浴的接受装置， 最终制备了纤维直径在几十纳米至几百纳米的纯海藻酸钠纤维膜材料。本发 明的静电纺丝原液具有无毒、成本低廉等优越性能。所制备的纯海藻酸钠纳 米纤维膜材料可以作为医用组织工程支架材料、药物释放膜、人造皮肤、创 伤敷料、药物输送、生物膜（固定化酶和催化体系的基质）、伤口包敷材料、 止血材料、伤口包覆材料、以及美容材料等。附图说明图1是未加入多羟基化合物的海藻酸钠水溶液采用静电纺丝技术收集得到的产物的SEM形貌。图2是按本发明
实施例1所提供的技术方案制备得到的海藻酸钠溶液采 用静电纺丝技术收集到的产物的SEM形貌。图3是按本发明实施例2所提供的技术方案制备得到的海藻酸钠溶液采 用静电纺丝技术收集到的产物的SEM形貌。图4是针对溶剂、改性剂的难挥发性特点而采用的电纺接收装置。具体实施方式实施例中采用的静电纺丝装置如图4所示；原料海藻酸钠为在25X:，质 量百分比浓度为2%的溶液粘度大于3500厘泊的海藻酸钠（美国Sigma公司）。 实施例1第一步：以粘度为3500厘泊的海藻酸钠为原料，改性剂为甘油，在常温 下将海藻酸钠均匀分散在甘油中，其中海藻酸钠与甘油的重量体积比为 4g/ml0/0o第二步：在上述悬浮液中加入溶剂水，其中水与甘油的体积比为1，继续 搅拌，直至溶解成均匀透明的溶液。第三步：将上述静置除去气泡的溶液注入静电纺丝容器内，纺丝温度为室温(25'C)，高压电源
输出电压为28KV，供料速率为108|il/min，收集器（金 属
铜网）与喷丝头之间的距离为12cm。开启装有海藻酸钠电纺丝原液的给料 装置泵，喷射流喷射到收集器上，静电纺丝过程稳定，在全部浸泡在凝固浴 中的收集器（凝固浴为质量百分比浓度为1(F。的CaCl2水溶液与无水乙醇的混 合液，其中无水乙醇在混合溶液中的体积百分比为80%)上接受到纤维膜。第四步：将所收集的纤维膜在无水乙醇中浸泡3小时以除去残留水溶剂， 并用无水乙醇连续淋洗纤维膜3次，最后将纤维膜在50。C真空干燥箱中真空 干燥12小时后，得到一种由100%组分的藻酸盐组成的可完全生物降解和生物 吸收的纳米纤维膜材料，可用于组织工程和药物传输及美容材料等方面。由 扫描电镜图可以清楚地看到（见图2)，制备的纳米纤维直径在150nm左右。第一步：以粘度为3500厘泊的海藻酸钠为原料，改性剂为甘油，在常温 下将海藻酸钠均匀分散在改性剂中，其中海藻酸钠与甘油的重量体积比为 3g/ml%。第二步：在上述悬浮液中加入溶剂水，其中水与甘油的体积比为0.5，继 续搅拌，直至溶解成均匀透明的溶液。第三步：将上述静置除去气泡的溶液注入静电纺丝容器内，纺丝温度为室温，高压电源输出电压为28KV，供料速率为10、1/min，收集器（金属铜网） 与出喷丝头之间的距离为12cm。开启装有海藻酸钠电纺丝原液的给料装置泵， 喷射流喷射到收集器上，静电纺丝过程稳定，在完全浸泡在凝固浴中的收集 器（凝固浴为质量百分比为10Q/。的CaCl2水溶液与无水乙醇的混合液，其中无 水乙醇在混合溶液中的体积百分比为60%)上接受到纤维膜。第四步：将所收集的纤维膜在无水乙醇中浸泡3小时以除去残留水溶剂， 并用无水乙醇连续淋洗纤维膜3次，最后将纤维膜在5CTC真空干燥箱中真空 干燥12小时后，得到一种由100%组分的藻酸盐组成的可完全生物降解和生物 吸收的纳米纤维膜材料，可用于组织工程和药物传输及美容材料等方面。由 扫描电镜图可以清楚地看到（见图3)，制备的纳米纤维直径在200nm左右。实施例3第一步：以粘度为5000厘泊的海藻酸钠为原料，改性剂为甘油和乙二醇 的混合物（甘油和乙二醇的体积比为3: 1)，在常温下将海藻酸钠均匀分散在 改性剂中，其中海藻酸钠与混合改性剂的重量体积比为3.0g/ml%。第二步：在上述悬浮液中加入溶剂水与乙醇的混合液（水与乙醇体积比为2: 1，其中溶剂（即水和乙醇的总体积）与改性剂的体积比为4: 3，继续搅拌，直至溶解成均匀透明的溶液。第三歩：将上述静置除去气泡的溶液注入静电纺丝容器内，纺丝温度为室温，高压电源输出电压为28KV，供料速率为12(^1/min，收集器（金属平板） 与出喷丝头之间的距离为15cm。开启装有海藻酸钠电纺丝原液的给料装置泵， 喷射流喷射到收集器上，静电纺丝过程稳定，在浸泡在凝固浴中的收集器上 (凝固浴为质量百分比为10%的CaCl2水溶液与无水乙醇的混合液，其中无水 乙醇在混合溶液中的体积百分比为60%)接受到纤维膜。第四步：将所收集的纤维膜在无水乙醇中浸泡2小时以除去残留溶剂， 并用无水乙醇连续淋洗纤维膜3次，最后将纤维膜在5(TC真空干燥箱中真空 干燥12小时后，得到一种由100%组分的藻酸盐组成的可完全生物降解和生物 吸收的纳米纤维膜材料，可用于组织工程和药物传输及美容材料等方面。实施例4第一步：以粘度为3500厘泊的海藻酸钠为原料，改性剂为甘油，在常温下将海藻酸钠均匀分散在甘油中，其中海藻酸钠与甘油的重量体积比为4g/ml%。第二步：在上述悬浮液中加入溶剂水，其中水与甘油的体积比为1，继续 搅拌，直至溶解成均匀透明的溶液。第三步：将上述静置除去气泡的溶液注入静电纺丝容器内，纺丝温度为 室温（25。C)，高压电源输出电压为22KV，供料速率为120)Lil/min，收集器（金 属铜网）与喷丝头之间的距离为10cm。开启装有海藻酸钠电纺丝原液的给料 装置泵，喷射流喷射到收集器上，静电纺丝过程稳定，在全部浸泡在凝固浴 中的收集器（凝固浴为质量百分比浓度为6%的CaCl2水溶液与无水乙醇的混合 液，其中无水乙醇在混合溶液中的体积百分比为80%)上接受到纤维膜。第四步：将所收集的纤维膜在无水乙醇中浸泡2小时以除去残留溶剂， 并用无水乙醇连续淋洗纤维膜3次，最后将纤维膜在5CTC真空干燥箱中真空 干燥12小时后，得到一种由100%组分的藻酸盐组成的可完全生物降解和生物 吸收的纳米纤维膜材料，可用于组织工程和药物传输及美容材料等方面。实施例5第一步：以粘度为3500厘泊的海藻酸钠为原料，改性剂为甘油，在常温 下将海藻酸钠均匀分散在甘油中，其中海藻酸钠与甘油的重量体积比为 4g/ml%。第二步：在上述悬浮液中加入溶剂水，其中水与甘油的体积比为1，继续搅拌，直至溶解成均匀透明的溶液。第三步：将上述静置除去气泡的溶液注入静电纺丝容器内，纺丝温度为室温（25。C)，高压电源输出电压为22KV，供料速率为90 pl/min，收集器（金 属铜网）与喷丝头之间的距离为10cm。开启装有海藻酸钠电纺丝原液的给料 装置泵，喷射流喷射到收集器上，静电纺丝过程稳定，在全部浸泡在凝固浴 中的收集器(凝固浴为质量百分比浓度为6%的CaCl2水溶液与无水乙醇的混合 液，其中无水乙醇在混合溶液中的体积百分比为80%)上接受到纤维膜。第四歩：将所收集的纤维膜在无水乙醇中浸泡2小时以除去残留溶剂， 并用无水乙醇连续淋洗纤维膜3次，最后将纤维膜在5CTC真空干燥箱中真空 干燥12小时后，得到一种由100%组分的藻酸盐组成的可完全生物降解和生物 吸收的纳米纤维膜材料，可用于组织工程和药物传输及美容材料等方面。
