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功能化膜修复材料的制备方法

实验指南    2021-09-18 14:37
、背景

生物医用材料(Biomedical  Materials)是当代材料学科的一个重要分支,常用作对生物体开展诊断、治疗、替换或修复损伤器官组织或改善其相关功能的材料,同时也是人工组织和医疗器械的研究基础。随着相关新材料和新技术的不断涌现,生物医用材料正经历一个蓬勃发展的势头。静电纺丝和静电喷雾是近 20 年来发展的纳米材料制备技术,二者原理共通,都是带电溶液通过电场力驱动,在装置收集。高浓度的溶液中分子链缠结度高,形成纤维;低浓度溶液分子链缠结度较低,会在电场和表面张力的共同作用下形成微球,即静电喷雾。基于静电纺丝/静电喷雾工艺的多功能性、参数调控灵活性以及所制备的超细纤维/微纳粒子具有多样性结构与性能,可在微观和宏观结构层面直接或间接仿生天然组织用于组织修复或重建,使其在生物医学领域的应用具有独到的优势。

二、实验步骤

1.  纳米纤维素的制备

取 9 g 粒径 50 μ微晶纤维素原料,加入到 150 mL 质量浓度为 65 wt %的硫酸溶液中,在 45°C  恒温条件下机械搅拌过夜,待反应结束后,加入 1 L 去离子水稀释,冷却到室温停止反应,静置分层后去除上清液,再次加入去离子水,超声分散,离心分离清洗,使用透过分子量为 10000 的透析袋中透析至  pH  稳定除去残留硫酸溶液,最后冷冻干燥即得到纳米纤维素(CNC)。 

2.  纳米纤维素增强胶原膜的制备

将Ⅰ型胶原(Col)溶于 0.75 %(w/v)乙酸溶液中机械搅拌配制 7 mg/mL 的胶原溶液,将上述制备的纳米纤维素加入到相同浓度的乙酸溶液中机械搅拌制备 1 wt%的纳米纤维素乙酸溶液。随后将纳米纤维素溶液加入到胶原溶液中机械搅拌混合均匀,参照之前的研究成果,最终的混合溶液中纳米纤维素含量与胶原的质量比为 7/100。真空环境中去除溶液内气泡,随后浇筑溶液于自制聚四氟乙烯模具内自然干燥后成膜即得纳米纤维素增强胶原膜(Col/CNC)。制备负载妥布霉素药物的 Col/CNC 膜时,在制备 7 mg/mL胶原溶液时加入妥布霉素,同样的方法加入 CNC 并浇筑干燥得负载药物的 Col/CNC 复合膜。取一定体积相同的浓度胶原按照同样的方法浇筑不含纳米纤维素的纯胶原膜自然干燥备用。

将明胶(Gel)加入到去离子水中, 45°恒温搅拌 8 h,配制质量浓度为 6 %的明胶溶液,将上述制备的 Col/CNC 膜平铺于模具底部,缓慢将明胶溶液浇筑在干燥后的Col/CNC 膜表面,静置室温下自然干燥后得浇筑工艺明胶-纳米纤维素增强胶原膜(Gel(C)-Col/CNC)。

3.  静电纺丝溶液的配制

称取一定量的明胶加入到六氟异丙醇溶液中,配制质量浓度为 20  %的明胶溶液,由于六氟异丙醇具有腐蚀性,特别要避免接触眼睛和皮肤,而且对呼吸道有很强的刺激作用;所以配制的明胶电纺溶液时务必要置于密闭容器内,机械搅拌 24 h 充分溶解,即得明胶电纺溶液。

4.  复合静电纺丝双层膜的制备

    取配制好的质量浓度为 20  %的明胶溶液放置于静电纺丝注射装置内,注射装置连接外径为  0.90  mm,内径 0.62mm  的平口喷丝头,并将喷丝头与高压静电发生器相连。随后固定在注射器泵上,调整注射器泵给样速率为 1 mL/h,纺丝正电压为 20 kV,使用步骤4.2.3 制备的负载妥布霉素的纳米纤维素增强胶原膜为接收装置,且调整接收装置与喷丝头距离为 18  cm,收集装置接地;环境温度为室温,湿度为 RH  50%条件下进行静电纺丝,在浇筑工艺制备的纳米纤维素增强的胶原膜表面构建一层明胶电纺纤维得到复合静电纺丝双层膜(Gel(E)-Col/CNC)。负载头孢唑啉钠药物的复合膜的制备:在配制明胶纺丝溶液是时,加入头孢唑啉钠药物,相同的参数与条件下进行静电纺丝待溶剂完全挥发晾干后即得负载双重药物的 Gel(E)-Col/CNC 复合膜。