PLGA/PLA 微納米纖維的制備及性能測定

王富利 劉 坤 楊 鋒 王幸幸 張永祥

（1、河南駝人醫(yī)療器械集團(tuán)有限公司，河南 新鄉(xiāng)453400 2、河南省醫(yī)用高分子材料技術(shù)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 新鄉(xiāng)453400)

疝是體內(nèi)組織或器官突破體膜進(jìn)入另外的組織，是一種常見病和多發(fā)病，包括腹股溝疝、股疝、臍疝和腹壁切口疝等，在全球范圍內(nèi)有較高的發(fā)病率[1]。疝修復(fù)補(bǔ)片從材料層面可劃分為可吸收補(bǔ)片與不可吸收補(bǔ)片兩大類。不可吸收補(bǔ)片主要有聚酯補(bǔ)片、聚丙烯補(bǔ)片、膨化聚四氟乙烯補(bǔ)片，其特征是在體內(nèi)不能被降解吸收，并發(fā)癥較多，容易發(fā)生粘連等現(xiàn)象[2-4]?？晌震扌迯?fù)補(bǔ)片又分為天然材料和人工合成兩類。目前可吸收人工合成補(bǔ)片用于商用的有TIGR Matrix 外科補(bǔ)片，它是由聚乙醇酸(PLGA)和聚乳酸(PLA)纖維編織而成。聚乳酸- 羥基乙酸共聚物（PLGA）和聚乳酸（PLA）是兩種可降解的有機(jī)高分子聚合物，具有良好的生物相容性、無毒、良好的成囊和成膜性能[5]，被廣泛用于制藥、醫(yī)用工程材料和現(xiàn)代化工業(yè)領(lǐng)域[6]。在美國PLGA 和PLA 通過了FDA 認(rèn)證，被正式作為藥用輔料收錄進(jìn)美國藥典[7]；針對以上問題，本研究嘗試采用可在體內(nèi)降解的PLGA、PLA 為原料，通過靜電紡絲技術(shù)對共混材料進(jìn)行改性研究，旨在獲得一種具有一定的機(jī)械強(qiáng)度、防粘連和細(xì)胞相容性好，同時具有一定降解性能的生物醫(yī)用膜，使其達(dá)到可以與聚丙烯補(bǔ)片復(fù)合的要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與試劑

PLA (分子量200000，濟(jì)南岱罡生物材料有限公司)；PLGA(LA∶GA=75：25，分子量200000，濟(jì)南岱罡生物材料有限公司)；四氮唑鹽；二甲基亞砜；氯仿；丙酮；無水乙醇。

1.2 主要儀器及設(shè)備

靜電紡絲機(jī)；掃描電子顯微鏡；拉力機(jī)；接觸角測定儀；水浴恒溫震蕩儀；真空干燥箱；電子天平；磁力恒溫攪拌器。

1.3 試樣的制備

將PLGA 和PLA 以一定的共混比例(9：1，8：2，7：3，6：4，5：5)溶解于氯仿和丙酮(體積比為2：1)的混合溶劑中，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的紡絲液，以電壓22kV，距離20cm，流速5mm/s，噴絲口管徑0.9mm 靜電紡絲的工藝參數(shù)進(jìn)行紡絲。

紡絲膜制備：按照PLA/PLGA=（2：8,溶質(zhì)總質(zhì)量為2g）分別稱取PLA（分子量20 萬）及PLGA（分子量20 萬）溶于氯仿20ml，混合攪拌至溶液均一透明。

靜電紡絲：21 號針頭出樣，推進(jìn)速度0.5（0.3，0.4）mm/s ，接收距離20（23，26）cm，正電壓22（25，28）kv，負(fù)電壓-1kv，室溫紡絲6-8 h（依據(jù)推進(jìn)速度而定），樣品烘干備用。

1.4 測試與表征

利用SEM電鏡觀察樣品表面結(jié)構(gòu)形態(tài)。

制備矩形樣本，精確測量其長、寬、厚，計算其體積，每個樣品測量3 次，結(jié)果取平均值。用分析天平稱其質(zhì)量，精確到10-4g，利用測得的體積和質(zhì)量計算出樣本的表觀密度（ρ）。用計算得到的ρ 和PLGA 的實(shí)際密度ρ0（ρ0=1.22g/cm3）。則孔隙率（ε）為：

圖1 不同配比的PLGA/PLA 納米纖維材料的SEM 照片

將纖維膜剪成條狀，用雙面膠固定于載玻片上，使用座滴法測量纖維膜接觸角，液滴為甘油，液滴體積為3μL，每種纖維膜測量5 次取平均值。

將PLGA/PLA 共混納米纖維膜于恒溫恒濕條件(溫度23℃，相對濕度70%) 下放置1d 后，裁成尺寸為10mm×50mm 的試樣，用數(shù)字式織物厚度儀測定試樣的厚度。采用LLY-06 型電子強(qiáng)力儀測定試樣的力學(xué)性能。夾持長度為30mm, 拉伸速率為250mm/min。用下列公式計算：

納米纖維膜的斷裂強(qiáng)度和伸長率：

斷裂強(qiáng)度=斷裂強(qiáng)力/（膜厚度×膜寬度）

伸長率=絕對伸長/夾持長度×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 掃描電鏡測試結(jié)果

2.1.1 表1 為不同配比樣品微納米纖維直徑測試結(jié)果。

表1 樣品微納米纖維直徑

圖1 為PLGA/PLA 微納米纖維材料的表面SEM照片。

由圖1 中對比得出，PLGA/PLA 的復(fù)合比例不同，納米纖維的微觀形貌差異較大。d 圖中的纖維直徑約在1.1μm-3.5μm之間，纖維中的串珠狀較少，連續(xù)性和均勻性較好，根據(jù)纖維直徑大小、連續(xù)性和均勻性進(jìn)行綜合評價，確定PLGA 與PLA 最佳復(fù)合配比為8：2。對比圖a 到圖e，紡絲纖維的直徑呈現(xiàn)變粗現(xiàn)象，這可能是由于紡絲液中PLGA 含量增加，粘度增加的原因；其次從SEM圖中還可以看出，紡絲纖維連續(xù)性及均勻性較差的原因可能是由于紡絲時間過長，溶劑揮發(fā)，使得紡絲液濃度升高，從而粘度增大所致。

2.1.2 不同靜電紡絲條件的電鏡結(jié)果及分析

表2 不同工藝條件的樣品微納米纖維直徑

對圖2 進(jìn)行分析得出，樣品6 與樣品9 的纖維直徑滿足指標(biāo)要求，但樣品9 中串珠很多，所以樣品6 較理想，初步確定較好的工藝條件：電壓28kv，接收距離20cm，推進(jìn)速度0.3mm/s，紡絲液濃度8%。其次在不同工藝條件前提下，纖維呈現(xiàn)了不同的微觀形貌；實(shí)驗(yàn)得到的紡絲纖維連續(xù)性及均勻性差的原因可能與電場強(qiáng)度（電壓差/接收距離）、推進(jìn)速度及紡絲液濃度有關(guān)。

圖2 不同紡絲條件下的納米纖維材料的形貌照片

2.2 不同配比樣品膜孔隙率和接觸角測試結(jié)果：

表3 樣品的孔隙率和接觸角結(jié)果

從表3 中可以看出，隨著PLGA 含量的增加，共混膜的孔隙率呈增加的趨勢；當(dāng)共混納米纖維膜的孔隙率在80%～90%時，利于細(xì)胞的黏附和生長，促進(jìn)新生組織向材料內(nèi)部生長，也利于營養(yǎng)成分的運(yùn)輸和代謝產(chǎn)物的排出。其次納米纖維膜的接觸角越小，表明材料的親水性越好，越有利于細(xì)胞在納米膜表面進(jìn)行吸附和生長。綜合孔隙率和接觸角兩方面因素，確定PLGA/PLA 最佳配比為8：2。

2.3 不同紡絲條件下膜孔隙率和接觸角測試結(jié)果：

表4 不同紡絲條件下樣品的孔隙率和接觸角測試結(jié)果

從表4 中可以看出，不同工藝條件下樣品的接觸角均在110°以上，滿足指標(biāo)要求，需通過其他性能測試，進(jìn)一步確定最佳工藝參數(shù)。

2.4 樣品膜截面寬度厚度和拉伸強(qiáng)度測試結(jié)果：

從表5 中分析得出純PLA 紡絲纖維的拉伸強(qiáng)度較小，易脆，幾乎無拉伸形變，斷裂伸長率為0；隨著PLGA 含量的增加，共混納米纖維膜的結(jié)晶度有所減小，膜的剛性減小，斷裂伸長率有增大趨勢；綜合以上測試指標(biāo)，確定PLGA/PLA 的最佳復(fù)合配比為8：2，斷裂伸長率達(dá)到88.9%。

2.5 不同紡絲條件下樣品膜截面寬度厚度和拉伸強(qiáng)度測試結(jié)果：

表5 樣品膜的寬度、厚度檢測結(jié)果

表6 樣品膜的寬度、厚度檢測結(jié)果

從表6 中分析可得，除樣品5 和9 外，斷裂伸長率基本滿足指標(biāo)要求，但拉伸強(qiáng)度均在1MPa 以下，不滿足指標(biāo)要求，需繼續(xù)優(yōu)化工藝；綜合以上測試指標(biāo)，紡絲液濃度應(yīng)該在大于8%的條件下，需要繼續(xù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，使得紡絲膜滿足各項(xiàng)指標(biāo)要求。

3 結(jié)論

3.1 在紡絲條件一定的情況下，PLGA 和PLA 按照8：2 的比例共混進(jìn)行紡絲，得到的微納米纖維粗細(xì)度、連續(xù)性和均勻性最好，孔隙率最高，接觸角最小，親水性佳，斷裂伸長率大。

3.2 紡絲液按照PLGA 和PLA 配比為8：2 時，靜電紡絲工藝條件為：電壓28kv，接收距離20cm，推進(jìn)速度0.3mm/s 時，得到的樣品纖維直徑，接觸角和斷裂伸長率能滿足指標(biāo)要求，但抗拉伸強(qiáng)度不能滿足指標(biāo)要求。以上實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可為進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)方案奠定基礎(chǔ)，使得最終紡絲膜能滿足與疝氣補(bǔ)片復(fù)合的各項(xiàng)指標(biāo)要求。