靜電紡絲法制備聚乳酸防粘連纖維膜的研究

薛燕，劉超

（上海宏創(chuàng)醫(yī)療科技有限公司，上海，201203）

靜電紡絲法制備聚乳酸防粘連纖維膜的研究

薛燕，劉超*

（上海宏創(chuàng)醫(yī)療科技有限公司，上海，201203）

對聚消旋乳酸（PLA）及改性材料通過靜電紡絲法制備防粘連纖維膜，考察了不同纖維膜在Tg、形貌、力學(xué)性能以及降解時(shí)間等四個(gè)方面的異同。結(jié)果顯示，不同纖維膜在靜電紡絲參數(shù)相同的條件下獲得的纖維直徑相似，加入聚乙二醇（PEG）和ε-己內(nèi)酯（ε-CL）均可降低PLA的Tg和降解時(shí)間，加入ε-CL可大大提高PLA纖維膜的斷裂伸長率。

靜電紡絲；聚乳酸；防粘連

引言

靜電紡絲可以直接連續(xù)、環(huán)保低耗地制備多種納米、亞微米纖維材料。用于靜電紡絲的原材料范圍非常廣，涵蓋了有機(jī)物和無機(jī)物兩大類材料體系，通過設(shè)計(jì)和控制材料的組分可以制備出不同組分、不同功能、不同形貌的納米纖維材料。目前，靜電紡絲可以用于大多數(shù)聚合物納米纖維的制備。

通過靜電紡絲得到的纖維具有直徑小、精細(xì)程度好、孔隙率高、比表面積大、孔徑小等特點(diǎn)，可促進(jìn)細(xì)胞的遷移和增殖[1]。靜電紡絲纖維在一些生物醫(yī)藥領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，聚乳酸（PLA）是一種無毒、可完全生物降解的聚合物，具有較好的化學(xué)惰性、易加工性和良好的生物相容性，不污染環(huán)境，被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的高分子材料，備受國內(nèi)外關(guān)注[2]。然而單純的常規(guī)工藝制成的聚乳酸強(qiáng)度和剛度高，柔韌性和抗沖擊性差，在常溫下是一種硬而脆的材料，且單純依靠聚乳酸的分子量來控制降解時(shí)間，很難達(dá)到要求，如分子量高，降解時(shí)間長，分子量低，降解時(shí)間短，無法成膜。

隨著PLA在實(shí)際應(yīng)用的拓展，其力學(xué)強(qiáng)度不夠、親水性差、降解周期不易控制、降解產(chǎn)物呈酸性等缺點(diǎn)日益顯現(xiàn)，這在很大程度上限制了PLA的應(yīng)用。靜電紡絲技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)澆鑄法制備的PLA膜缺乏良好多孔結(jié)構(gòu)、不利于細(xì)胞與環(huán)境之間進(jìn)行營養(yǎng)交換和新陳代謝的缺點(diǎn)，而將PLA及其復(fù)合材料進(jìn)行靜電紡絲，則在不同程度上避免了PLA在應(yīng)用中的各種缺點(diǎn)。因此，國內(nèi)外學(xué)者紛紛針對靜電紡絲技術(shù)在PLA及其復(fù)合材料上的應(yīng)用展開了一系列研究。本文對使用PLA及改性材料通過靜電紡絲法制備成納米纖維膜的性能進(jìn)行了研究。

1.實(shí)驗(yàn)

1.1 原料及設(shè)備

純PLA（聚消旋乳酸，Mn=15w，自制）、含10%PEG6000的改性PLA（Mn=15w，自制）、含10%PEG6000和10%ε-CL的改性PLA（Mn=15w，自制）、二氧六環(huán)（化學(xué)純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）、丙酮（化學(xué)純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）、靜電紡絲機(jī)（自制）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

稱取一定質(zhì)量的PLA及改性PLA，加入二氧六環(huán)和丙酮，配成一定濃度的紡絲液。其靜電紡絲參數(shù)如下[3]：二氧六環(huán)與丙酮為混合溶劑、紡絲液濃度為5.7%、紡絲電壓為8 kV、推進(jìn)速度為0.8 ml/h、接收距離為15.5 cm。

1.3 性能表征

a.差示掃描量熱法測試（DSC）

采用差示掃描儀（型號(hào)：Mettler DSC 40）對得到的纖維膜進(jìn)行DSC測試。用金屬In校正，在DSC測試前將試樣干燥至恒重，將5 mg試樣在密封的鋁盤中從-50℃加熱到120℃，然后冷卻至-50℃，最后加熱至120℃，其中升溫和冷卻速率10℃/min，氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體。

b.掃描電鏡測試（SEM）

對得到的纖維膜經(jīng)真空干燥箱處理除去殘留溶劑后噴金，采用掃描電鏡（型號(hào)：JSM-5600LV）進(jìn)行檢測，觀察纖維膜的形貌，加速電壓為10 kV。

c.力學(xué)性能測試

采用萬能試驗(yàn)機(jī)（型號(hào)：M350-10AX）測試?yán)w維膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率，測試條件為室溫，負(fù)載100 N，拉伸速率為10 mm/min。

d.降解時(shí)間測試

將纖維膜樣品放入37℃PBS溶液中（pH=7.2），溶液一周一換，每2周測試一次樣品粘度。根據(jù)降解前后樣品粘度的變化計(jì)算出纖維膜的質(zhì)量損失。

2.結(jié)果與討論

2.1 不同纖維膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）

將制得的PLA、PEG-PLA、PEG-P（LA-ε-CL）纖維膜測試Tg，結(jié)果如表1所示。從表1可看到，加入PEG、ε-CL制得共聚物纖維膜的Tg比純PLA的Tg下降較多，表明共聚物鏈段的柔性增加，因ε-CL是線性單體[4]，與PEG-PLA共聚后使得共聚物的線性鏈段更長，故PEG-P（LA-ε-CL）纖維膜的Tg比PEG-PLA纖維膜的Tg更低。

表1 不同纖維膜的Tg

2.2 不同纖維膜的形貌

將制得的PLA、PEG-PLA、PEG-P（LA-ε-CL）纖維膜通過SEM獲得如圖1形貌。從圖1（a）、（b）、（c）可以看出，三種樣品纖維直徑均在200～400nm之間，可見三種聚合物材料在靜電紡絲參數(shù)相同情況下所紡絲的纖維直徑基本相同。

2.3 不同纖維膜的力學(xué)性能

將制得的PLA、PEG-PLA、PEG-P（LA-ε-CL）纖維膜測試?yán)鞆?qiáng)度和斷裂伸長率，其結(jié)果如表2所示。從拉伸強(qiáng)度來看，共聚物PEG-PLA、PEG-P（LA-ε-CL）纖維膜的拉伸強(qiáng)度略小于純PLA纖維膜的拉伸強(qiáng)度；但從斷裂伸長率來看，PEG、ε-CL的加入，大大提高了纖維膜的斷裂伸長率，特別是PEG-P（LA-ε-CL）纖維膜具有優(yōu)異的斷裂伸長率，這是因?yàn)槿嵝枣湺蔚募尤?，使共聚物的宏觀柔性增加，從而表現(xiàn)為斷裂伸長率增加。

圖1 不同纖維膜的SEM形貌

表2 不同纖維膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率

2.4 不同纖維膜的降解

將制得的PLA、PEG-PLA、PEG-P（LA-ε-CL）纖維膜進(jìn)行降解試驗(yàn)，其結(jié)果如表3所示。聚合物纖維膜的體外降解是一個(gè)由量變到質(zhì)變的過程。纖維膜的前期降解主要是粘度的降低，膜的外觀形態(tài)無明顯變化；10周以后，纖維膜開始破裂、變碎。根據(jù)表3中不同聚合物纖維膜的體外降解質(zhì)量損失分析，PEG和ε-CL的加入，大大縮短了纖維膜的降解時(shí)間，主要原因?yàn)镻EG為親水性材料，加上PEG和ε-CL的協(xié)同效應(yīng)，改善了聚合物的親水性，因此PEG-PLA、PEG-P（LA-ε-CL）纖維膜的降解速度比純PLA纖維膜的降解速度要快。

2 4 6 8 10 12降解t質(zhì) 量 損 失樣 品/% /周PLA 2.2 10 28.3 46.3 55.6 70 PEG-PLA 4.5 18.6 32.8 54.5 60.4 78.6 PEG-P（LA-ε-CL） 4.8 21.7 34 56.4 62.5 78.5

3 結(jié)論

加入PEG和ε-CL均可降低PLA的Tg和降解時(shí)間，加入ε-CL可大大提高了PLA纖維膜的斷裂伸長率，使纖維膜具有一定的柔軟性。PEG-P（LA-ε-CL）共聚物纖維膜具有良好的力學(xué)性能和較短的降解時(shí)間，能滿足防粘連膜需要的柔軟性、服帖性，對防粘連起到更好的物理屏障效果，因而可以提高PLA防粘連纖維膜的臨床應(yīng)用價(jià)值。

[1] 何晨光， 高永娟， 趙莉等. 靜電紡絲的主要參數(shù)對PLGA纖維支架形貌和纖維直徑的影響[J]. 中國生物工程雜志， 2007， 27(8)∶ 46-52.

[2] Ann Christine Albertsson， Indra K. Varma aliphatie polyesters∶ synthesis， properties and applications[J]. J Chem Mater Sci， 2001， 157∶ 31-40.

[3] 趙敏麗， 隋剛， 鄧旭亮等. 靜電紡絲法制備聚乳酸納米無妨氈[J]. 合成纖維工業(yè)， 2006， 29(1)∶ 5-7.

[4] 艾合麥提·玉素甫， 王振斌， 朱良. 可生物降解材料聚己內(nèi)酯在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 國外醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程分冊，2005，28(1)∶19-23.

薛燕（1982-）女，江蘇人，畢業(yè)于天津大學(xué)材料學(xué)專業(yè)，工程師?，F(xiàn)任職于上海宏創(chuàng)醫(yī)療科技有限公司，主要從事高分子材料產(chǎn)品的開發(fā)。

*—上海典范醫(yī)療科技有限公司。