李俊起，王憲朋，劉陽，朱愛臣，王傳棟，王勤，馬麗霞，董浩

(山東省藥學科學院 山東省醫(yī)用高分子材料重點實驗室，濟南 250101)

1 引 言

聚乳酸及其共聚物具有較高的力學強度及良好的生物相容性，以聚乳酸為原材料制備的植入器械已廣泛應用于臨床，主要包括外科植入[1]、組織再生[2]、傷口敷料[3]以及載藥緩控釋等方面。但因其疏水性較強，細胞相容性較差等缺陷，易于引發(fā)無菌炎癥等，限制了其在臨床中的應用。

靜電紡絲成本低廉、工藝簡單、可控性強，通過調整工藝參數可以制備出直徑在微米以下的纖維絲，纖維絲搭接而成的三維結構具有高比表面積，且多孔結構通透，這種三維結構與細胞外基質類似，可以為細胞在這種結構中的粘附、增殖提供良好環(huán)境，促進機體修復[4-7]。

透明質酸是一種天然多糖，具有優(yōu)良的保水性、組織相容性和非免疫原性[8-11]，而單一透明質酸制品在生物體內降解時間短，臨床應用中存在一定局限性。本研究通過靜電紡絲法制備得到聚乳酸納米纖維膜，采用等離子體表面處理技術將透明質酸與納米纖維膜進行復合。通過調整紡絲電壓、紡絲液濃度、等離子體處理時間等參數，得到具有不同力學性能和親水性的復合膜，以期改善單一疏水性材料或親水性材料在外科植入領域應用受限的現狀。

2 實驗材料及方法

2.1 實驗材料

聚乳酸，重均分子量為10萬，自制；六氟異丙醇，分析純，濟南朗化化工有限公司；透明質酸，重均分子量10～20萬，華熙福瑞達生物醫(yī)藥有限公司；純化水。

2.2 納米纖維膜的制備

將一定質量的聚乳酸溶于六氟異丙醇中，攪拌溶解得到聚乳酸溶液；使用型號為1206(北京富友馬科技有限公司)的靜電紡絲機紡絲；接收輥與噴頭之間的距離設定為25 cm，接收輥轉速設定為2000 r/min，紡絲溫度設定為40 ℃，給料裝置推進速度為0.5 mL/h。

2.3 復合膜的制備

將得到的纖維膜固定于基板上，使用CIF的CPC-B等離子體清洗機對纖維膜進行表面處理，射頻功率設定為100 W。處理一定時間后，將透明質酸水溶液均勻涂覆于纖維膜表面，常溫下干燥24 h后，40℃真空烘箱干燥過夜，得到復合膜。

2.4 復合膜的性能表征

2.4.1纖維膜形態(tài)結構觀察 將樣品表面真空鍍金后，采用日本電子公司的JSM-6610LV掃描電子顯微鏡觀察纖維膜的表面形貌；隨機測量視野內20根纖維絲的直徑，取平均值。

2.4.2力學性能的測定 將纖維膜裁切為長4 cm的條狀樣品，采用日本島津AGS-H型電子萬能試驗機測試纖維膜的力學性能；室溫下，以10 mm/min的速度拉伸直至纖維膜斷裂；軟件自動記錄測試樣品的拉伸強度和伸長率，每組樣品測試3次，取平均值。

2.4.3靜態(tài)接觸角的測量 將制備的樣品置于37℃條件下干燥過夜，使用上海軒準儀器有限公司的XG-CAMC31型接觸角儀測試樣品表面的靜態(tài)接觸角，每個樣品測試5個點，取5次的平均值。

3 結果與討論

3.1 紡絲電壓對纖維膜的影響

靜電紡絲過程即紡絲液的靜電力克服其表面張力的過程。紡絲電壓是靜電紡絲過程中至關重要的一個參數，適當的電壓可以維持泰勒錐的穩(wěn)定，得到直徑分布均勻、強度較高的纖維絲[12]。紡絲液為聚乳酸溶液且質量分數為6%時，選取15、20、25 kv作為紡絲電壓，考察其對纖維膜性能的影響，見圖1，表1。

圖1紡絲液質量分數為6%時，不同電壓下的纖維膜SEM照片(a).15kv；(b).20kv；(c).25kv

Fig1SEMphotosoffibersonthesurfaceatdifferentvoltagewhenspinningsolutionmassfractionis6% (a).15kv；(b).20kv；(c).25kv

由圖1可以看出，當紡絲電壓設定為15 kv時，得到排列規(guī)整、直徑均一的纖維絲。當紡絲電壓達到20 kv時，出現纖維絲粗細不均現象，所得纖維絲中存在少量串珠；隨著紡絲電壓逐漸增大到25 kv時，得到的纖維絲直徑明顯變小，纖維絲出現較多的串珠。此現象產生的原因可能是，當電壓選取恰當的時候，噴頭處出來的纖維絲能夠得到充分拉伸，纖維絲的直徑分布較為均一、排列有序，所得纖維膜的形貌得到改善。而紡絲電壓超出適當范圍后，因紡絲液被過度拉伸，所得纖維絲的直徑變?。欢藭r泰勒錐亦處于不穩(wěn)定狀態(tài)，使得纖維絲中的串珠增多[13]。

表1 紡絲液質量分數為6%時，不同紡絲電壓對纖維膜性能的影響

不同紡絲電壓條件下得到的纖維絲直徑有較大差異，從而對纖維膜的拉伸強度和伸長率產生影響。通過表1可以看出，隨著紡絲電壓的增大，纖維膜的拉伸強度和伸長率均呈減小趨勢。這種現象的原因可能是，當紡絲電壓在適當范圍內時，得到的纖維絲直徑相對均一、排列有序、形貌規(guī)整，在外界拉力作用下，可以將這種拉伸力較好的分散開，測得纖維膜的拉伸強度和伸長率較高；而一旦紡絲電壓超過適當范圍，因為纖維絲中串珠的存在，使得拉伸過程中外界拉力在單根纖維絲上的分布不均勻，容易出現應力集中，所測得的拉伸強度和伸長率較低。紡絲電壓在15～20 kv之間，所得纖維膜的外觀及力學性能較好。

3.2 紡絲液質量分數對纖維膜的影響

紡絲液質量分數影響纖維絲的形貌和直徑，并最終對纖維膜的力學性能產生影響。當選取15 kv為紡絲電壓、紡絲液質量分數分別為6%、7%和8%時，所得纖維絲的形貌均較好，見表2。

表2 當紡絲電壓為15 kv時，紡絲液質量分數對纖維膜性能的影響

由表2可知，隨紡絲液質量分數的提高，所得纖維絲的直徑逐漸增大。紡絲液質量分數為6%時，紡絲過程連續(xù)，表明溶液中的聚合物之間已有足夠的分子鏈纏結；隨著紡絲液質量分數的增大，單根纖維絲之間起分散作用的庫侖力不能抵消在電場中起拉伸作用的靜電力的增加，由噴頭噴出后到達接收輥的電荷載體質量較大，使得纖維絲直徑變大，纖維膜的力學性能也得到提高。

3.3 等離子體處理時間對復合膜親水性能的影響

采用常壓等離子輝光放電處理聚乳酸纖維膜，以提高其表面極性，通過固定功率和氣源，考察了不同等離子體處理時間對復合膜親水性能的影響，見圖2。

由圖2可見，未經處理的纖維膜的水靜態(tài)接觸角為124.96°，隨著等離子體處理時間的延長，纖維膜與透明質酸復合后所得的復合膜表面的水靜態(tài)接觸角下降為62.4°，親水性有了較大改善。當處理的時間為10 min時，因生熱嚴重，溫度升高，使得纖維膜發(fā)生收縮。因此，當射頻功率設定為100 W時，最佳的處理時間為8 min。

圖2等離子體處理不同時間后，復合膜表面接觸角水滴圖型

(a).0min；(b).2min；(c).5min；(d).8min

Fig2Dropletpatternofcontactangleforcompositemembranessurfaceafterplasmatreatmentatdifferenttime

(a).0min;(b).2min;(c).5min;(d).8min

由圖3可見，透明質酸溶液在未經等離子體處理的纖維膜表面的鋪展效果差，涂覆后分布不均，顯微鏡放大照片顯示，透明質酸鈉溶液呈孤島狀分散于纖維絲之間；纖維膜經等離子體處理后，其表面的透明質酸溶液均勻鋪展，與纖維絲緊密結合。這是因為纖維膜表面經等離子體處理后，引入了羧基、羥基等含氧極性基團，使其表面親水性得到改善，進而使得透明質酸水溶液在纖維膜表面較好的鋪展。隨著等離子體處理時間的延長，纖維膜表面親水性逐漸提高，透明質酸水溶液在纖維膜表面鋪展越均勻，最終測得的復合膜的接觸角越小。通過透明質酸與聚乳酸材料的均勻復合，以期在植入體內初期減輕異物炎癥反應，提高復合膜的生物相容性。

4 結論

本研究以疏水性聚乳酸為原材料，通過靜電紡絲工藝得到纖維膜，采用等離子體處理技術對纖維膜進行處理，然后與親水性透明質酸復合，制備得到聚乳酸-透明質酸復合膜。研究了靜電紡絲電壓、紡絲液濃度對纖維膜性能的影響，考察了等離子體處理時間對復合膜性能的影響。結果表明，紡絲電壓對纖維絲直徑有較大影響，最佳的紡絲電壓為15～20 kv之間。當紡絲電壓超過此范圍時，纖維絲中出現串珠，進而影響纖維膜的力學性能。纖維絲直徑隨著紡絲液質量分數增加而增大，所得纖維膜的拉伸強度提高，伸長率下降。紡絲液質量分數為6%、7%和8%時，均能得到形貌均勻的纖維膜。隨著等離子體處理時間的延長，所得復合膜的親水性逐漸改善，當射頻功率設定為100 W時，最佳的處理時間為8 min。

(a)未經等離體子處理液滴照片 (b)等離子體處理后液滴照片

(c)未經等離子體處理液滴涂覆照片 (d)等離子體處理后液滴涂覆照片

(e)未經等離子體處理液滴涂覆后顯微鏡照片，放大100倍 (f)等離子體處理后液滴涂覆后顯微鏡照片，放大100倍

本研究所得的聚乳酸與透明質酸緊密結合的復合膜，并未在本質上改變透明質酸的水溶性及降解速度快等問題，在后續(xù)的研究中，應結合臨床需要，采用化學交聯等方法對透明質酸進一步改性。