静电纺温敏缓释纳米纤维膜的制备和表征文献综述

 2023-01-03 08:01

【文献综述】

1. 静电纺丝技术

静电纺丝技术(electrospinning)在国内一般简称为电纺,其是一种利用聚合物流体在强电场作用下,通过金属喷嘴进行喷射拉伸而获得直径为数十纳米到数微米的纳米级纤维的纺丝技术。通过静电纺丝技术得到的纳米级纤维具有直径小、表面积大、孔隙率高、精细程度一致等特点,在医药领域诸如伤口敷料、控制释放体系等方面有着巨大的应用前景。

电纺丝过程,是将适当浓度的聚合物溶液置于储液管中,放入电场并将从高压静电场发生器导出的阳极插入储液管中。在未加电场时,对于垂直放置的储液管,管中的溶液由于重力的作用而缓慢流动到针头上;对于平行放置的储液管,通过微量注射泵给注射器活塞施加一个稳定的推力,管中的聚合物溶液在活塞的推动下以固定的速率被挤到针头上,聚合物溶液液滴在其重力、自身粘度和表面张力的共同作用下悬挂于金属喷丝头喷嘴;在加上强电场后,液滴表面会产生电荷,在电荷的作用下,液滴会受到一种与表面张力方向相反的力。在电场不够强时,液滴受表面张力的作用仍将在喷嘴处保持平衡状态。当外加电场的电压增大时,暂时处于平衡状态的球状液滴就会拉伸扭曲成一个顶角为 49.3 ℃锥体,该带电锥体称为 Taylor 锥。继续提高外加电压,当电压超过某一临界值时,电场作用于液滴的力克服表面张力,使得喷嘴处的溶液形成一股带电的喷射流喷出。在电场的作用下,当喷射流被拉伸到一定程度时,会发生非稳定弯曲(bending instability)的现象,从而产生进一步的分裂和拉伸,此时,由于喷射流的比表面积迅速增大而使溶剂迅速挥发,最终在靶表面上被收集并固化形成无纺布状的纳米级纤维膜。

静电纺丝法的许多工艺参数相互密切联系, 决定了纤维的直径大小和纤维的均匀性等性质。 影响静电纺丝过程的因素主要有两个方面, 一是溶液的性质, 包括溶液粘度, 表面张力等;二是电纺设备参数, 如外加电压, 收集装置之间的距离等。除此之外还有温度、湿度等一些环境参数的影响。

2. 温敏水凝胶

温敏性水凝胶是一种能随环境温度的变化发生可逆性的膨胀-收缩的水凝胶。通常都是通过较弱的相互作用而形成的,如分子间的氢键、pi;-pi;作用、范德华力以及疏水作用等。温度的改变会影响或破坏这些作用,从而使凝胶状态发生改变。以聚 N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)为代表的温敏性高分子,其结构中含有一定比例的亲水基团和疏水基团,环境温度变化可影响这些基团的亲疏水程度及分子链间的氢键作用,导致聚合物分子构象发生变化。PNIPAm 分子在水溶液中具有低临界溶解温度(LCST),当外界温度高于 LCST 时,PNIPAm 分子会发生 random coil 到 condensed globule 的转变,此时分子表现出强烈的疏水性,絮凝成胶束并从水溶液中析出,当温度低于 LCST时,PNIPAm 分子中亲水基团占主导作用,分子发生从condensed globule 到random coil 的可逆相转变,分子链伸展并溶解在水溶液中。通常低于LCST时呈液体状,高于LCST时呈胶凝状。当其亲水基团与疏水基团的比例合适时,便可在水溶液中发生凝胶转变。随着温度的升高,水对聚合物的溶解能力降低,聚合物之间的相互作用便成为主导作用,从而形成凝胶。

由于温敏凝胶材料能随环境温度改变而发生一定的相变,具有最低临界溶解温度(LCST),能够在人体内产生控释、缓释、靶向、降低毒性等特点;可实现注射植入和长期释药,广泛应用于眼部给药、鼻部给药、直肠给药以及注射给药,在药学领域中发挥着重要的作用,成为近年来的研究热点。

目前,研究较为广泛的温敏凝胶是丙烯酰胺类。其释药模式主要有:利用凝胶网络的快速收缩而释放药物的挤压式、皮壳结构正反开-关控释模式、压力作用释放模式、定时定量释放及循环释药模式、利用溶质的浓度差提高释放度的微泵作用释放模式、体外释药模式等。温敏凝胶不仅可直接作为药物载体,以增加药物的溶解性、保护药物的活性、促进药物吸收、提高药物的溶解度和稳性,还可与其他剂型联用,如将其与脂质体、磁性纳米、磁热疗、微球等结合起来。掌握这些作用机制和释药模式,可为温敏凝胶在化学药、生物制剂、中药制剂缓控释等领域的研究应用打下坚实的基础。

3. 静电纺温敏缓释纳米纤维膜的制备原理与意义

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