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上海理工大学刘平:改良三轴静电纺丝制备兼具亲水性和药物缓释特性的功能型核壳纳米纤维

学术动态    2022-06-24 14:24

DOI: 10.1186/s12951-022-01463-0

 

纳米结构与材料的多元化结合在开发先进功能材料方面受到了研究人员的广泛关注。在药物递送系统中,亲水性与药物缓释特性是对立的。因此,同时改善药物缓释特性并提高材料的亲水性仍然存在挑战性。在这项工作中,研究者提出了一种制备功能性核壳纤维的改良三轴静电纺丝策略,其可用于设计操纵缓释药物的壳组件。将醋酸纤维素(CA)设计为主要聚合物基质,聚乙二醇(PEG)作为亲水材料添加到中间层,Cur作为模型药物储存在内层。扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察表明圆柱形F2-F4纤维具有清晰的核壳结构。在X射线衍射(XRD)图谱中验证了纤维中的模型药物Cur为非晶态,傅里叶变换红外光谱(FTIR)结果表明与CA基质具有良好的相容性。水接触角测试表明,功能性F2-F4纤维在120秒内具有较高的亲水性,而对照样品F1在0.5小时后才能获得亲水性。在水分侵入纤维的初始阶段,快速溶解的PEG组分引导水分子并迅速侵蚀功能纤维的内部结构。F2-F4纤维良好的亲水性带来了相对优异的溶胀率,约4600%。含1%PEG的功能性F2纤维的空白外层为96小时药物缓释行为创造了机会,而含有3%以上PEG的F3和F4纤维提供了12小时释药特性,以消除拖尾效应。本工作通过先进的改良三轴静电纺丝纳米技术与不同的聚合物基质成功制备了功能性F2-F4纤维。综上,本研究提出的简便策略在控制药物载体的亲水性和缓释特性方面具有巨大潜力,同时也为功能纳米材料的制备提供了一条新的策略。

 

图1.改良三轴静电纺丝工艺和载药核壳纳米纤维示意图

 

图2.染色后实施三轴静电纺丝工艺的数码照片。a)实施静电纺丝工艺,其中包括泵、注射器、硅胶管、自制喷丝头和鳄鱼夹(提供高压)的;b,c)分别为自制喷丝头的外观和内部结构;(d)自制喷丝头的同心结构;e)在没有施加电压的情况下工作流体自然下降;f)三轴电纺纤维的制备过程,包括泰勒锥、直射流、弯曲和鞭打区

 

图3.F1(a)、F2(b)、F3(c)和F4(d)纤维的SEM图像和平均直径分布

 

图4.F1(a)和F2-F4(b-d)纤维的TEM照片

 

图5.原料(即PEG、CA、Cur粉体)和纤维的XRD图谱(a)和FTIR图谱(b)。(c)原料化学结构

 

图6.纤维的表面润湿性。a)制备的纤维的水接触角及其动态变化。b)纤维亲水性改善机理

 

图7.F1-F4纤维120min内的溶胀性

 

图8.F1-F4纤维的药物溶出试验。a)纤维和Cur粉末的相对释放曲线。b)时间与相对释放量之间的关系。使用一阶模型(c)和Peppas模型(d)对药物释放数据的拟合结果

 

图9.所制备纤维的药物释放机制