专利摘要

本发明提供一种交联多糖纤维及其制备方法，属于高分子纤维领域。该方法先使用高碘酸钠氧化多糖，得到二醛多糖，然后将二醛多糖与聚氧化乙烯、表面活性剂和共溶剂共同配制混合水溶液进行静电纺丝，得到电纺纤维；再将电纺纤维置于己二酸二酰肼溶液中进行交联，得到交联多糖纤维。本制备方法适用于多种多糖，具有广泛的适用性。本发明还提供上述制备方法得到的交联多糖纤维。本发明交联多糖纤维具有良好的耐水性能，可调的力学和降解性能以及良好的生物相容性，能够满足许多生物医学应用的要求。

说明书

技术领域

本发明属于高分子纤维领域，具体地涉及一种交联多糖纤维及其制备方法。

背景技术

天然多糖具有良好的生物相容性、生物降解性和丰富的生物活性，其纳米纤维材料在组成上和结构上类似天然细胞外基质，在生物医学领域应用前景广阔。

由于多数多糖具有良好的水溶性，未经交联的多糖纤维一旦面临水相环境会立即溶胀或溶解，导致材料失去纤维结构，在许多条件下无法应用。因此，交联多糖纤维具有更为广泛的应用前景(Zhang Y.et al.Journal ofMaterials Science:Materials inMedicine 2005,16,933-946)。目前交联多糖纤维的方法可以分为两大类：

(1)离子交联。利用多价阳离子对多糖的糖醛酸单元进行交联。这种方法仅适用于阴离子型多糖，例如海藻酸盐、果胶等(Andersen T.et al.CarbohydratePolymers 2014,99,249–256；Munarin F.et al.InternationalJournal of BiologicalMacromolecules 2012,51,681–689)。

(2)化学交联。利用多官能团交联剂与多糖分子链上的羟基、羧基、氨基等官能团反应，实现交联。适用性较广的交联剂是与羟基官能团反应的戊二醛、表氯醇、多异氰酸酯，但它们都具有较高的毒性(Cui S.et al.Carbohydrate Polymers,2016,157,766–774；陶永娴，全国安全科学技术学术交流大会论文摘要集，2002，北京，239–242；Bartley,B.L.et al.In:Proceedings ofthe 101stAnnual Meeting of the American Association for Cancer Research；2010Apr 17–21；Washington,DC.Philadelphia(PA):AACR；CancerRes 2010,70(8Suppl),Abstract nr 1695)。己二酸二酰肼和京尼平毒性较低，但仅适用于交联含有羧基或氨基的离子型多糖(Molinos,M.et al.Biomacromolecules 2012,13,517–527；Sung,H.W.et al.Journal ofBiomaterials Science-PolymerEdition 1999,10,63–78)。

由此可以看出，含有羧基或氨基的离子型多糖便于通过离子或者化学交联得到耐水的纤维，因此目前报道的交联多糖纤维主要包括壳聚糖、海藻酸盐等少数离子型多糖。而许多多糖不含羧基和氨基，无法进行离子、己二酸二酰肼或京尼平交联，其羟基可以使用戊二醛、表氯醇、多异氰酸酯进行交联，但这些交联剂可能引起生物毒性。因此，仍然缺乏适用性广且安全有效的交联多糖纤维的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种交联多糖纤维及其制备方法，该方法适用性广，且得到的交联多糖纤维具有优异的机械性能、耐水性能和生物相容性。

本发明首先提供一种交联多糖纤维的制备方法，该方法包括：

步骤一：将多糖水溶液与高碘酸钠水溶液混合，避光搅拌，得到二醛多糖；

步骤二：将步骤一得到的二醛多糖与聚氧化乙烯、表面活性剂、共溶剂共同配制混合水溶液，然后进行静电纺丝，得到电纺纤维；

步骤三：将步骤二得到的电纺纤维浸泡到己二酸二酰肼溶液中反应，得到交联多糖纤维。

优选的是，所述的多糖包括果胶、海藻酸盐、透明质酸、结冷胶、黄原胶、魔芋葡甘聚糖、淀粉、葡聚糖、木聚糖或纤维素。

优选的是，所述的搅拌速度为50～800rpm，搅拌时间为3～72小时。

优选的是，所述的高碘酸钠与多糖中单糖单元的摩尔比为(5～80):100。

优选的是，所述的二醛多糖和聚氧化乙烯的质量比为70:30～96:4。

优选的是，所述的表面活性剂为曲拉通X-100、吐温80、吐温20或泊洛沙姆127，在混合溶液中的质量百分含量为0.5％～3％。

优选的是，所述的静电纺丝是在5～30kV的高压电场下进行纺丝。

优选的是，所述的己二酸二酰肼溶液是将己二酸二酰肼溶于乙醇/水混合溶剂中配制得到的。

优选的是，所述的步骤三的反应温度为室温，反应时间为2～48小时。

本发明还提供上述制备方法得到的交联多糖纤维。

本发明的有益效果

本发明首先提供一种交联多糖纤维的制备方法，该方法先将多糖用高碘酸钠氧化，将多糖分子链中部分的邻二羟基转化为二醛，得到二醛多糖；然后将二醛多糖和聚氧化乙烯、表面活性剂、共溶剂共同配制混合水溶液，进行静电纺丝，得到电纺纤维；然后将电纺纤维浸泡于己二酸二酰肼的乙醇/水混合溶剂溶液中，使二醛多糖的醛基与己二酸二酰肼分子两端的氨基发生Schiffbase反应，实现交联，再对其进行洗涤干燥，得到交联多糖纤维。本发明的制备方法简单、易于实现。由于许多多糖都含有邻二羟基，本发明的制备方法适用性十分广泛。

本发明还提供上述制备方法得到的交联多糖纤维，该交联多糖纤维能够耐受水相环境。通过调控氧化的程度，能够调控交联多糖纤维的力学与降解性能。由于使用低毒的己二酸二酰肼交联剂，得到的交联多糖纤维具有良好的生物相容性。再考虑多糖丰富的生物活性，本发明提供的交联多糖纤维具有广阔的生物医学应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1得到的氧化度为40％的交联果胶纤维的扫描电镜照片；

图2为本发明实施例1和实施例2得到的氧化度为40％和20％的交联果胶纤维的应力-应变曲线；

图3为本发明实施例1得到的氧化度为40％的交联果胶纤维的细胞存活率；

图4为本发明实施例1和实施例2得到的氧化度为40％和20％的交联果胶纤维的降解性能；

图5为本发明实施例3和实施例4得到的氧化度为20％的交联玉米淀粉纤维和氧化度为20％的交联魔芋葡甘聚糖纤维的扫描电子显微镜照片。

具体实施方式

本发明提供一种交联多糖纤维的制备方法，该方法包括：

本发明首先提供一种交联多糖纤维的制备方法，该方法包括：

步骤一：将多糖水溶液与高碘酸钠水溶液混合，避光搅拌，得到二醛多糖；

步骤二：将步骤一得到的二醛多糖与聚氧化乙烯、表面活性剂、共溶剂共同配制混合水溶液，然后进行静电纺丝，得到电纺纤维；

步骤三：将步骤二得到的电纺纤维浸泡到己二酸二酰肼溶液中反应，得到交联多糖纤维。

按照本发明，先分别配制多糖水溶液和高碘酸钠水溶液，然后将两者混合，在避光搅拌条件下反应，将混合物转移到透析袋用大量水透析除去未反应的高碘酸钠，冷冻干燥，得到二醛多糖；本发明先用高碘酸钠对多糖进行氧化，所述的多糖需含有位置相邻的二个羟基基团，优选为果胶、海藻酸盐、透明质酸、结冷胶、黄原胶、魔芋葡甘聚糖、淀粉、葡聚糖、木聚糖或纤维素，所述的高碘酸钠与多糖中的单糖单元的摩尔比优选为(5～80):100，更优选为(20～40):100，搅拌速度优选为50～800rpm，反应温度优选为室温，反应时间优选为3～72小时。多糖水溶液的浓度优选为0.05～5％；高碘酸钠水溶液的浓度优选为10％。

按照本发明，将上述得到的二醛多糖和聚氧化乙烯、表面活性剂、共溶剂共同配制混合水溶液，所述的混合水溶液中高分子(二醛多糖和聚氧化乙烯)的质量百分比浓度优选为2％～10％，所述的聚氧化乙烯的粘均分子量优选为50万～1000万，所述的二醛多糖和聚氧化乙烯的质量比优选为70:30～96：4，更优选为80:20；所述的表面活性剂优选为曲拉通X-100、吐温80、吐温20或泊洛沙姆127，所述的表面活性剂的质量百分比浓度优选为0.5％～3％，更优选为0.5％～2％；所述的共溶剂优选为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、丙三醇或丙二醇，加入的质量百分比浓度优选为2％～10％，更优选为5％～10％。

按照本发明，将上述混合水溶液进行静电纺丝，所述的静电纺丝优选在5～30kV的高压电场下进行，更优选电压为7～15kV，然后在距离喷丝头5～20cm处收集纤维，更优选喷丝头与收集器的距离为10～15cm，得到电纺纤维。

按照本发明，将上述得到的电纺纤维浸泡到己二酸二酰肼溶液中反应，然后使用大量水进行洗涤，再干燥，得到交联多糖纤维。所述的己二酸二酰肼溶液是将己二酸二酰肼溶于乙醇/水混合溶剂中配制得到的，所述的乙醇/水混合溶剂中乙醇和水的体积比优选为50：50～90:10，所述的反应温度优选为室温，反应时间优选为2～48小时。所述的己二酸二酰肼溶液中己二酸二酰肼浓度优选为50mmol/L，电纺纤维的质量(mg)：己二酸二酰肼溶液的体积(mL)为1:1。

按照本发明，将上述交联纤维进行洗涤，得到交联多糖纤维，所述的洗涤方法优选为本领域常用的洗涤方法，没有特殊限制，优选为：将交联纳米纤维在去离子水中浸泡，每隔10分钟去除旧的水溶液，加入新鲜的水，总共更换12次，冷冻干燥或用乙醇和三氯甲烷依次洗脱后常温干燥，得到干燥的不溶于水的交联多糖纤维。

本发明还提供上述制备方法得到的交联多糖纤维。

下面采用具体的实施例进一步说明本发明，但本发明并不限于此。

实施例1：氧化度为40％的交联果胶纤维

1)高碘酸钠氧化果胶：首先配制5％的果胶水溶液，然后将其与10％的高碘酸钠水溶液混合，使高碘酸钠与果胶中半乳糖醛酸单元的摩尔比为40:100，再补充适量去离子水，将果胶浓度调整为2％，常温下避光搅拌反应16小时。将混合溶液转移到截留分子量为3500的透析袋中，用大量去离子水透析5遍，每遍4小时。然后用冷冻干燥机冻干氧化果胶水溶液，得到氧化度为40％的二醛果胶；

2)静电纺丝：首先分别配制15％的氧化度为40％的二醛果胶水溶液和5％的聚氧化乙烯(分子量为500万)水溶液，然后按照二醛果胶与聚氧化乙烯的质量比为80:20将氧化果胶水溶液和聚氧化乙烯水溶液混合，并加入质量百分比浓度为1％的曲拉通X-100和质量百分比浓度为5％的二甲基亚砜，将混合液在室温下搅拌12小时后静置过夜，得到无气泡的均匀混合溶液，将上述混合溶液置于8kV的高压电场下纺丝，在距离喷丝头15cm处收集纤维，得到电纺纤维；

3)己二酸二酰肼交联：将10mg上述电纺纤维置于10mL浓度为50mmol/L的己二酸二酰肼的乙醇/水(体积比80:20)的混合溶剂溶液中，100rpm振荡，室温下反应8小时，然后去除交联液，用去离子水浸泡洗涤交联纳米纤维12遍，以去除聚氧化乙烯、表面活性剂、共溶剂、以及多余的交联剂，依次用乙醇和三氯甲烷脱水，常温干燥，得到氧化度为40％的交联果胶纤维。

称取10mg实施例1制备得到的氧化度为40％的交联果胶纤维置于10mL模拟体液中，于37℃恒温培养箱中培养，14天后取出纤维样品，用水洗涤，再冷冻干燥，使用扫描电子显微镜观察纤维的形貌，如图1所示，a为交联果胶纤维，b为在模拟人体体液(SBF)中浸泡14天以后的交联果胶纤维，结果显示，交联果胶纤维在SBF中培养14天以后均仍能保持良好的纤维形貌，证明其具有良好的耐水性能。

剪取长25mm宽6mm厚0.015mm的实施例1制备得到的氧化度为40％的交联果胶纤维，用SBF润湿，以力学试验机的夹头固定(标距10mm)，以1mm/min的速度拉伸，监测应力-应变曲线，结果如图2中的曲线a所示，经计算得到，其杨氏模量为9.6MPa。

称取20mg实施例1制备得到的氧化度为40％的交联果胶纤维，置于2mL DMEM细胞培养液中，于37℃恒温培养箱中过夜培养。取浸出液，稀释成不同浓度，加入到每孔种植3000个L929成纤维细胞的细胞培养板中，继续培养24小时。MTT检测法检测细胞存活率，如图3所示，结果显示，在所有浸出液浓度测得的细胞存活率均在90％左右及以上，表明纤维具有良好的细胞相容性。

称取10mg交联之后的纤维，置于10mL SBF中，37℃恒温培养，每间隔一周取出样品，用去离子水清洗6遍，依次用乙醇和三氯甲烷脱水，常温干燥，称重。然后重新投出10mL SBF中培养。如图4曲线a所示，纤维在4周内降解完全。

实施例2：氧化度为20％的交联果胶纤维

1)高碘酸钠氧化果胶：首先配5％的果胶水溶液，然后将其与10％的高碘酸钠水溶液混合，使高碘酸钠与果胶中半乳糖醛酸单元的摩尔比为20:100，再补充适量去离子水，将果胶浓度调整为2％，常温下避光搅拌反应16小时。将混合溶液转移到截留分子量为3500的透析袋中，用大量去离子水透析5遍，每遍4小时。然后用冷冻干燥机冻干氧化果胶水溶液，得到氧化度为20％的二醛果胶；

2)静电纺丝：首先分别配制13％的氧化度为20％的二醛果胶水溶液和5％的聚氧化乙烯(分子量为500万)水溶液，然后按照二醛果胶与聚氧化乙烯的质量比为80:20将氧化果胶水溶液和聚氧化乙烯水溶液混合，并加入质量百分比浓度为1％的曲拉通X-100和质量百分比浓度为5％的二甲基亚砜，将混合液在室温下搅拌12小时后静置过夜，得到无气泡的均匀混合溶液，将上述混合溶液置于8kV的高压电场下纺丝，在距离喷丝头15cm处收集纤维，得到电纺纤维；

3)己二酸二酰肼交联：将10mg上述电纺纤维置于10mL浓度为50mmol/L的己二酸二酰肼的乙醇/水(体积比80:20)的混合溶剂溶液中，100rpm振荡，室温下反应8小时，然后去除交联液，用去离子水浸泡洗涤交联纳米纤维12遍，以去除聚氧化乙烯、表面活性剂、共溶剂、以及多余的交联剂，依次用乙醇和三氯甲烷脱水，常温干燥，得到氧化度为20％的交联果胶纤维。

将实施例2得到的氧化度为20％的交联果胶纤维进行耐水性、强度、降解和细胞毒性试验。结果显示，它在模拟人体体液中保持14天以上纤维结构不发生变化，无明显的细胞毒性。应力-应变曲线如图2中的b曲线所示，杨氏模量为3.0MPa。降解行为如图4曲线b所示，在3周降解完全。

实施例3：氧化度为20％的交联玉米淀粉纤维

1)高碘酸钠氧化玉米淀粉：首先将玉米淀粉加入适量水中，加热搅拌30分钟，使玉米淀粉溶解，获得5％的玉米淀粉水溶液。然后将玉米淀粉水溶液与10％的高碘酸钠水溶液混合，使高碘酸钠与淀粉中葡萄糖单元的摩尔比为20:100，补充适量去离子水，使玉米淀粉的最终浓度为2％，然后加入1mol/L盐酸水溶液将溶液pH调到4，在常温下避光搅拌反应16小时。然后将混合溶液转移到截留分子量为3500的透析袋中，用大量去离子水透析5遍，每遍4小时，然后用冷冻干燥机冻干，得到氧化度为20％的二醛玉米淀粉；

2)静电纺丝：首先分别配制11％的二醛玉米淀粉水溶液和5％的聚氧化乙烯(分子量为500万)水溶液，然后按照二醛玉米淀粉与聚氧化乙烯的质量比为80:20将二者混合，并加入质量百分比浓度为1％的曲拉通X-100和质量百分比浓度为5％的二甲基亚砜，将混合液在室温下搅拌12小时后静置过夜，得到无气泡的均匀混合溶液，将上述混合溶液置于8kV的高压电场下纺丝，在距离喷丝头15cm处收集纤维，得到电纺纳米纤维；

3)己二酸二酰肼交联：将10mg上述电纺纤维置于10mL浓度为50mmol/L的己二酸二酰肼的乙醇/水(体积比80:20)的混合溶剂溶液中，100rpm振荡，室温下反应8小时，然后去除交联液，用去离子水浸泡洗涤交联纳米纤维12遍，以去除聚氧化乙烯、表面活性剂、共溶剂、以及多余的交联剂，依次用乙醇和三氯甲烷脱水，常温干燥，得到氧化度为20％的交联玉米淀粉纤维。

将实施例3得到的交联玉米淀粉纤维进行形貌、强度、细胞毒性和耐水性试验。纤维形貌如图5a所示，它在SBF模拟人体体液中保持7天以上纤维结构不发生变化，杨氏模量为0.66MPa，无明显的细胞毒性，表明其具有良好的耐水性、一定的机械强度和良好的细胞相容性。

实施例4：氧化度为20％的交联魔芋葡甘聚糖纤维

1)高碘酸钠氧化魔芋葡甘聚糖：首先将魔芋葡甘聚糖加入适量水中，搅拌2天，使魔芋葡甘聚糖完全溶解，获得0.5％的魔芋葡甘聚糖水溶液。然后将魔芋葡甘聚糖水溶液与10％的高碘酸钠水溶液混合，使高碘酸钠与魔芋葡甘聚糖中葡萄糖单元的摩尔比为20:100，加入1mol/L盐酸水溶液将pH调到4，在常温下避光搅拌反应16小时。然后将混合溶液转移到截留分子量为3500的透析袋中，用大量去离子水透析5遍，每遍4小时，然后用冷冻干燥机冻干，得到氧化度为20％的二醛魔芋葡甘聚糖；

2)静电纺丝：首先分别配制4％的二醛魔芋葡甘聚糖水溶液和5％的聚氧化乙烯(分子量为500万)水溶液，然后按照氧化魔芋葡甘聚糖与聚氧化乙烯的质量比为80:20将氧化魔芋葡甘聚糖水溶液和聚氧化乙烯水溶液混合，并加入质量百分比浓度为1％的曲拉通X-100和质量百分比浓度为10％的二甲基亚砜，将混合液在室温下搅拌24小时后静置过夜，得到无气泡的均匀混合溶液，将上述混合溶液置于14kV的高压电场下纺丝，在距离喷丝头15cm处收集纤维，得到电纺纳米纤维；

3)己二酸二酰肼交联：将10mg上述电纺纳米纤维置于10mL浓度为50mmol/L的己二酸二酰肼的乙醇/水(体积比80:20)的混合溶剂溶液中，100rpm振荡，室温下反应8小时，然后去除交联液，用去离子水浸泡洗涤交联纳米纤维12遍，以去除聚氧化乙烯、表面活性剂、共溶剂、以及多余的交联剂，冷冻干燥，得到氧化度为20％的交联魔芋葡甘聚糖纤维。

将实施例4得到的交联魔芋葡甘聚糖纤维进行形貌、强度、细胞毒性和耐水性试验。纤维形貌如图5b所示，它在SBF模拟人体体液中保持3天以上纤维结构不发生变化，杨氏模量为6.42MPa，无细胞毒性，表明其具有较好的耐水性能，较高的机械强度及良好的生物相容性。

一种交联多糖纤维及其制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。