专利摘要

本发明涉及利用冻干法制备复合聚电解质纤维膜的方法。将聚阴离子和聚阳离子分别溶解在溶剂中，配制成重量百分比为0.001～1wt％的溶液，然后将溶液充分搅拌，将聚阴离子和聚阳离子溶液按体积比1～9∶9～1的比例以不同的方法混合，得到复合聚电解质溶液。最后将复合聚电解质溶液转移到液氮冷冻装置中，使溶液在液氮环境中冻结，在温度为-10～-80℃、真空度为1～600Pa的条件下，然后用冷冻干燥机进行冻干处理12～48h，得到复合聚电解质纤维膜。本发明中所制备的纳米纤维具有pH值可调节带电性的特性，即在碱性条件下，透明质酸电离而带有负电荷，酸性条件下，壳聚糖质子化而带有正电荷。这种pH条件下，具有电荷的转变在生物工程和生物医用材料领域存在较高的应用价值。

说明书

技术领域

本发明属于生物高分子复合纳米纤维材料的制备领域，涉及天然产物基复合聚电解质纤维膜的制备方法。

背景技术

真空冷冻干燥技术，是利用冰晶升华原理，使预先冻结的物料中的水分不经过冰的融化直接以冰态升华为水蒸气而除去，从而获得干燥制品的技术。由化学热力学中的相平衡理论可知：在一定的压力和温度下，水的三种形态之间达到一定的相平衡，据此得到水的相图(图1)。三相点显示了水的气、液、固三相共存的压力和温度条件。图中OA线为固相与气相的分界线，称作升华线；OB线为液相与气相的分界线，称作汽化线；OC线为固相与液相的分界线，称作融化线；O点为三相点。根据压力减小，沸点下降的基本物理学原理，只要压力P位于三相点之下(图示P＜646.5Pa，T＜0℃)，物料中的水分可以从固相冰不经液相而直接升华为水汽。

真空冷冻干燥工艺的操作过程包括预冻结、升华干燥、解析干燥三个阶段，预冻结：将溶液中的自由水固化，赋予产品干燥后与干燥前有相同的形态，防止抽空干燥时起泡、浓缩、收缩和溶质移动等不可逆变化发生，减少因温度下降引起的物质可溶性降低和生命特性的变化。升华干燥：将冻结后的产品置于密闭的真空容器中加热，其冰晶就会升华成水蒸气逸出而使产品脱水干燥，当全部冰晶去除时，升华干燥就完成了，此时可除去水分90％左右。解析干燥：将升华阶段未能干燥的结合水蒸发出物料。生物组织中的一部分结合水难以通过冻干法除去，需要通过解析阶段将温度升高到30～35℃进一步除去。

真空冷冻干燥具有下列优点：

(1)冷冻干燥在高真空度下进行，氧气极少，易氧化物质得到保护，并且因缺氧而灭菌或抑制某些细菌的活力；(2)冷冻干燥是在低压下进行的，被干燥的物料不致氧化变质；(3)冷冻干燥在低温下进行，物料中易挥发的热敏性成分不致变性或失去活力；(4)干燥后的物质疏松多孔，呈海绵状，加水后溶解迅速而完全，几乎立即恢复原来的性状。因此，冷冻干燥目前在医药工业，食品工业，科研部门等得到广泛的应用。

海藻酸钠(Sodium Algenate，SA)是存在于褐藻类中的天然高分子，是从褐藻或细菌中提取出的天然聚阴离子多糖，由古洛糖醛酸与其立体异构体甘露糖醛酸两种结构单元构成。海藻酸钠具备良好的生物相容性，无亚急性/慢性毒性或致癌性反应，可作为食用的食品添加剂，也可作为支架材料用于医学用途。透明质酸(Hyaluronic acid，HA)又名玻尿酸，是存在于生物组织中细胞外基质中的一种酸性粘多糖，由β-D-N-乙酰氨基葡萄糖和β-D-葡萄糖磺酸为结构单元的以β-1，4-糖苷链连成的一种链状高分子，是一种带有负电荷的聚电解质。由于其良好的生物相容性和生物可降解等特性而广泛地应用于组织工程等领域。壳聚糖(Chitosan，CS)是甲壳素经脱乙酰基处理后的产物，是自然界中存在的天然碱性多糖，它是一种聚阳离子天然高分子。壳聚糖不仅具有无毒无害、良好的生物相容性、生物可降解性等优点，还具有抗癌性、抗菌性、止血性、增强人体免疫能力等诸多优异生理性能，广泛地应用于组织工程、药物载体材料以及伤口敷料等方面。肝素(Heparin)是一种由葡萄糖胺，L-艾杜糖醛苷、N-乙酰葡萄糖胺和D-葡萄糖醛酸交替组成的黏多糖硫酸脂，有强酸性，并高度带负电荷。同时，肝素作为一种抗凝剂，在体内外都有抗凝血作用。临床上主要用于血栓栓塞性疾病、心肌梗死、心血管手术、心脏导管检查、体外循环、血液透析等。随着药理学及临床医学的进展，肝素的应用不断扩大。γ-聚谷氨酸(poly-γ-glutamic acid，γ-PGA)是自然界中微生物发酵产生的水溶性多聚氨基酸，是一种特殊的阴离子自然聚合物，其结构为谷氨酸单元通过α-氨基和γ-羧基形成肽键的高分子聚合物。γ-PGA是组成纳豆粘性胶体的主要成份，具有促进矿物质吸收的作用。γ-PGA特殊的分子结构，使其具有极强的保湿能力，添加γ-PGA于化妆品或保养品中，能有效地增加皮肤的保湿能力，促进皮肤健康。ε-聚赖氨酸(ε-PL)具有高分子的特性，分子链中存在大量伯氨基，在溶液中氨基质子化，带有大量正电荷成为阳离子聚合物。作为一种天然微生物代谢产品，其成本低，环境友好，在体内可以分解为赖氨酸而被完全消化吸收，没有任何毒副作用。复合聚电解质(polyelectrolyte complexes(PECs))是将两种带有相反电荷的聚合物混合，通过正负电荷间的静电力作用发生分子间的自组装而形成的一种复合材料。这种分子间的自组装在药物负载运输、基因工程等方面有潜在的应用价值。可溶性聚电解质复合物的形成必须满足下列条件：1)组成复合聚电解质的两组份聚电解质其中某一组分必须含有弱的电离基团；2)组成复合聚电解质的两组份聚电解质之间存在较大的分子量的差异；3)长链的组分过量；4)存在可起到屏蔽作用的小分子。如果一个或多个条件不能满足，聚电解质则发生聚集并且沉淀，从而不能获得均一溶液。

复合聚电解质纤维膜具有pH可调节带电性的特性，在酸性条件下聚阳离子的氨基质子化而使纤维膜带正电，在碱性条件下，聚阴离子上的羰基电离，而使纤维膜带负电荷，这种可pH调节带电性的特性在生物工程、过滤、絮凝剂等方面存在潜在的应用价值；同时，制备的复合聚电解质纤维膜在生物医用材料等方面具有良好的应用前景。至今为止，有关冻干法制备聚电解质纤维膜的研究报道尚鲜见报道。

发明内容

本发明的目的之一提供了一种制备复合聚电解质纤维膜的方法。

本发明的目的之二提供了多种复合聚电解质的方法。

本发明所提供的制备复合聚电解质纤维膜的方法，包括以下步骤：

(1)聚电解质溶液的配制：将聚阴离子和聚阳离子分别溶解在各自的溶剂中，分别配制成重量百分比为0.001～1wt％的溶液，然后将溶液充分搅拌，以致完全溶解，即得到聚阴离子和聚阳离子溶液。

所述的聚阴离子为：透明质酸(HA)(M_W＝5000～2 000 000g/mol)海藻酸钠(SA)(粘均分子量为2×10⁶)、肝素(Heparin)(M_W＝1200～40 000g/mol)、γ-聚谷氨酸(γ-PGA)(M_W＝100 000～10 000 000g/mol)；聚阳离子为：壳聚糖(CS)(M_W＝3000～200 000g/mol)、ε-聚赖氨酸(ε-PL)(M_W＝5000～100 000g/mol)。

(2)将聚阴离子和聚阳离子溶液按体积比1～9∶9～1的比例以不同的方法混合，得到复合聚电解质溶液。

所述的不同的方法为：方法1.将聚阴离子或聚阳离子溶液缓慢倒入聚阳离子或聚阴离子溶液中；方法2.将聚阴离子和聚阳离子溶液中间有可移动隔板的容器中，抽走隔板，让两种溶液扩散1～120min；方法3.将步骤(1)中配制的聚阴离子或聚阳离子溶液转移到液氮冷冻装置中，开启冷冻装置，使所配制的聚阴离子或聚阳离子溶液在液氮环境中急速冻结，然后将冻结的聚阴离子或聚阳离子溶液转移到冷冻干燥机中，在温度为-10～-80℃、真空度为1～600Pa的条件下，进行冻干处理12～48h，得到聚阴离子或聚阳离子纤维膜。将制备的聚阴离子或聚阳离子纤维膜放入聚阳离子或聚阴离子溶液中，得到复合聚电解质溶液；方法4.将聚阳离子或聚阴离子溶液倒入方法3中制备的聚阴离子或聚阳离子纤维膜上，得到复合聚电解质溶液。

(3)冻干法制备复合聚电解质纤维膜：将步骤(2)中配制的复合聚电解质溶液转移到液氮冷冻装置中，开启冷冻装置，使所配制的复合聚电解质溶液在液氮环境中冻结，然后将冻结的聚电解质复合溶液转移到冷冻干燥机中，在温度为-10～-80℃、真空度为1～600Pa的条件下，进行冻干处理12～48h，得到复合聚电解质纤维膜。

(4)MTT细胞毒性测试：将步骤(3)中得到的复合聚电解质纳米纤维膜的PBS浸洗液分别处理L929细胞24小时、48小时、72小时后，弃上清液，用PBS洗涤2次。酶标仪测定吸光值，测定波长为490nm，并计算其P值。

(5)细胞接种实验：将步骤(3)中得到的复合聚电解质基纳米纤维膜进行细胞接种实验，并对所得到的复合聚电解质基纳米纤维膜进行评估。

本发明复合聚电解质纤维膜在生物工程、过滤、絮凝剂等方面存在潜在的应用价值；同时，制备的复合聚电解质纤维膜在生物医用材料等方面具有良好的应用前景。

附图说明：

图1水的相图

图2是按发明步骤(2)中所提供的带有可移动隔板的容器。

图3是按实施例1所提供的技术方案得到的透明质酸和壳聚糖复合纤维膜的SEM形貌

具体实施方式

实施例1：

(1)将分子量为5000g/mol透明质酸和分子量为3000g/mol的壳聚糖分别溶解在去离子水，配成重量百分比分别为0.001wt％和0.002wt％的溶液，然后将溶液充分搅拌，以致完全溶解，即得到透明质酸和壳聚糖溶液。

(2)将透明质酸和壳聚糖溶液按体积比1∶2的比例混合，其混合方法为：将透明质酸溶液缓慢倒入壳聚糖溶液中，得到复合聚电解质溶液。

(3)将步骤(2)中配制的复合聚电解质溶液转移到液氮冷冻装置中，开启冷冻装置，使所配制的复合聚电解质溶液在液氮环境中冻结，然后将冻结的聚电解质复合溶液转移到冷冻干燥机中，在温度为-80℃、真空度为1Pa的条件下，进行冻干处理48h，得到复合聚电解质纤维膜。

(4)将步骤(3)中得到的透明质酸和壳聚糖纳米纤维膜的PBS浸洗液分别处理L929细胞24小时、48小时、72小时后，弃上清液，用PBS洗涤2次。酶标仪测定吸光值，测定波长为490nm，与空白样相比，其24小时、48小时、72小时的P值均大于0.05，没有显著性差异，表明所得到的纳米纤维膜不存在毒性。

(5)将步骤(3)中得到的透明质酸和壳聚糖纳米纤维膜进行细胞接种实验，具有优异的细胞贴附和增殖特性。

实施例2：

(1)将分子量为2 000 000g/mol透明质酸和分子量为5000g/mol的ε-聚赖氨酸分别溶解在去离子水，配成重量百分比分别为0.001wt％和1wt％的溶液，然后将溶液充分搅拌，以致完全溶解，即得到透明质酸和ε-聚赖氨酸溶液。

(2)将透明质酸和ε-聚赖氨酸溶液按体积比3∶1的比例混合，其混合方法为：将ε-聚赖氨酸溶液缓慢倒入透明质酸溶液中，得到复合聚电解质溶液。

(3)将步骤(2)中配制的复合聚电解质溶液转移到液氮冷冻装置中，开启冷冻装置，使所配制的复合聚电解质溶液在液氮环境中冻结，然后将冻结的聚电解质复合溶液转移到冷冻干燥机中，在温度为-10℃、真空度为600Pa的条件下，进行冻干处理48h，得到复合聚电解质纤维膜。

(4)将步骤(3)中得到的透明质酸和ε-聚赖氨酸纳米纤维膜的PBS浸洗液分别处理L929细胞24小时、48小时、72小时后，弃上清液，用PBS洗涤2次。酶标仪测定吸光值，测定波长为490nm，与空白样相比，其24小时、48小时、72小时的P值均大于0.05，没有显著性差异，表明所得到的纳米纤维膜不存在毒性。

(5)将步骤(3)中得到的透明质酸和ε-聚赖氨酸纳米纤维膜进行细胞接种实验，具有优异的细胞贴附和增殖特性。

实施例3：

(1)将粘均分子量为2×10⁶的海藻酸钠和分子量为200 000g/mol的壳聚糖分别溶解在去离子水和2wt％的乙酸溶液中，配成重量百分比分别为0.01wt％和0.001wt％的溶液，然后将溶液充分搅拌，以致完全溶解，即得到海藻酸钠和壳聚糖溶液。

(2)将海藻酸钠和壳聚糖溶液按体积比9∶1的比例混合，其混合方法为：将海藻酸钠溶液和壳聚糖溶液分别倒入如图2所示的容器中，抽走隔板，让两种溶液扩散120min，得到复合聚电解质溶液。

(3)将步骤(2)中配制的复合聚电解质溶液转移到液氮冷冻装置中，开启冷冻装置，使所配制的复合聚电解质溶液在液氮环境中冻结，然后将冻结的聚电解质复合溶液转移到冷冻干燥机中，在温度为-60℃、真空度为200Pa的条件下，进行冻干处理24h，得到复合聚电解质纤维膜。

(4)将步骤(3)中得到的海藻酸钠和壳聚糖纳米纤维膜的PBS浸洗液分别处理L929细胞24小时、48小时、72小时后，弃上清液，用PBS洗涤2次。酶标仪测定吸光值，测定波长为490nm，与空白样相比，其24小时、48小时、72小时的P值均大于0.05，没有显著性差异，表明所得到的纳米纤维膜不存在毒性。

(5)将步骤(3)中得到的海藻酸钠和壳聚糖纳米纤维膜进行细胞接种实验，具有优异的细胞贴附和增殖特性。

实施例4：

(1)将粘均分子量为2×10⁶的海藻酸钠和分子量为100 000g/mol的ε-聚赖氨酸分别溶解在去离子水中，配成重量百分比分别为0.001wt％和0.1wt％的溶液，然后将溶液充分搅拌，以致完全溶解，即得到海藻酸钠和ε-聚赖氨酸溶液。

(2)将海藻酸钠和ε-聚赖氨酸溶液按体积比1∶9的比例混合，其混合方法为：将海藻酸钠溶液和ε-聚赖氨酸溶液分别倒入如图2所示的容器中，抽走隔板，让两种溶液扩散1min，得到复合聚电解质溶液。

(3)将步骤(2)中配制的复合聚电解质溶液转移到液氮冷冻装置中，开启冷冻装置，使所配制的复合聚电解质溶液在液氮环境中冻结，然后将冻结的聚电解质复合溶液转移到冷冻干燥机中，在温度为-40℃、真空度为500Pa的条件下，进行冻干处理12h，得到复合聚电解质纤维膜。

(4)将步骤(3)中得到的海藻酸钠和ε-聚赖氨酸纳米纤维膜的PBS浸洗液分别处理L929细胞24小时、48小时、72小时后，弃上清液，用PBS洗涤2次。酶标仪测定吸光值，测定波长为490nm，与空白样相比，其24小时、48小时、72小时的P值均大于0.05，没有显著性差异，表明所得到的纳米纤维膜不存在毒性。

(5)将步骤(3)中得到的海藻酸钠和ε-聚赖氨酸纳米纤维膜进行细胞接种实验，具有优异的细胞贴附和增殖特性。

实施例5：

(1)将分子量为1200g/mol的肝素和分子量为3000g/mol的壳聚糖分别溶解在去离子水，配成重量百分比分别为1wt％和0.05wt％的溶液，然后将溶液充分搅拌，以致完全溶解，即得到肝素和壳聚糖溶液。

(2)将步骤(1)中配制的肝素溶液转移到液氮冷冻装置中，开启冷冻装置，使所配制的肝素溶液在液氮环境中冻结，然后将冻结的肝素溶液转移到冷冻干燥机中，在温度为-10℃、真空度为1Pa的条件下，进行冻干处理48h，得到肝素纤维膜。将制备的肝素纤维膜放入壳聚糖溶液中，得到复合聚电解质溶液。其中两种溶液的体积比为：2∶8。

(3)将步骤(2)中配制的复合聚电解质溶液转移到液氮冷冻装置中，开启冷冻装置，使所配制的复合聚电解质溶液在液氮环境中冻结，然后将冻结的聚电解质复合溶液转移到冷冻干燥机中，在温度为-40℃、真空度为360Pa的条件下，进行冻干处理36h，得到复合聚电解质纤维膜。

(4)将步骤(3)中得到的肝素和壳聚糖纳米纤维膜的PBS浸洗液分别处理L929细胞24小时、48小时、72小时后，弃上清液，用PBS洗涤2次。酶标仪测定吸光值，测定波长为490nm，与空白样相比，其24小时、48小时、72小时的P值均大于0.05，没有显著性差异，表明所得到的纳米纤维膜不存在毒性。

(5)将步骤(3)中得到的肝素和壳聚糖纳米纤维膜进行细胞接种实验，具有优异的细胞贴附和增殖特性。

实施例6：

(1)将分子量为40 000g/mol的肝素和分子量为50 000g/mol的ε-聚赖氨酸分别溶解在去离子水，配成重量百分比分别为0.05wt％和0.7wt％的溶液，然后将溶液充分搅拌，以致完全溶解，即得到肝素和ε-聚赖氨酸溶液。

(2)将步骤(1)中配制的ε-聚赖氨酸溶液转移到液氮冷冻装置中，开启冷冻装置，使所配制的ε-聚赖氨酸溶液在液氮环境中冻结，然后将冻结的ε-聚赖氨酸溶液转移到冷冻干燥机中，在温度为-10℃、真空度为1Pa的条件下，进行冻干处理48h，得到ε-聚赖氨酸纤维膜。将制备的ε-聚赖氨酸纤维膜放入肝素溶液中，得到复合聚电解质溶液。其中两种溶液的体积比为：6∶4。

(3)将步骤(2)中配制的复合聚电解质溶液转移到液氮冷冻装置中，开启冷冻装置，使所配制的复合聚电解质溶液在液氮环境中冻结，然后将冻结的聚电解质复合溶液转移到冷冻干燥机中，在温度为-35℃、真空度为10Pa的条件下，进行冻干处理24h，得到复合聚电解质纤维膜。

(4)将步骤(3)中得到的肝素和ε-聚赖氨酸纳米纤维膜的PBS浸洗液分别处理L929细胞24小时、48小时、72小时后，弃上清液，用PBS洗涤2次。酶标仪测定吸光值，测定波长为490nm，与空白样相比，其24小时、48小时、72小时的P值均大于0.05，没有显著性差异，表明所得到的纳米纤维膜不存在毒性。

(5)将步骤(3)中得到的肝素和ε-聚赖氨酸纳米纤维膜进行细胞接种实验，具有优异的细胞贴附和增殖特性。

实施例7：

(1)将分子量为100 000g/mol的γ-聚谷氨酸和分子量为10 000g/mol的ε-聚赖氨酸分别溶解在去离子水，配成重量百分比分别为0.01wt％和0.09wt％的溶液，然后将溶液充分搅拌，以致完全溶解，即得到γ-聚谷氨酸和ε-聚赖氨酸溶液。

(2)将步骤(1)中配制的ε-聚赖氨酸溶液转移到液氮冷冻装置中，开启冷冻装置，使所配制的ε-聚赖氨酸溶液在液氮环境中冻结，然后将冻结的ε-聚赖氨酸溶液转移到冷冻干燥机中，在温度为-30℃、真空度为200Pa的条件下，进行冻干处理24h，得到ε-聚赖氨酸纤维膜。将γ-聚谷氨酸溶液倒入制备的ε-聚赖氨酸纤维膜上，得到复合聚电解质溶液。其中两种溶液的体积比为：5∶8。

(3)将步骤(2)中配制的复合聚电解质溶液转移到液氮冷冻装置中，开启冷冻装置，使所配制的复合聚电解质溶液在液氮环境中冻结，然后将冻结的聚电解质复合溶液转移到冷冻干燥机中，在温度为-55℃、真空度为50Pa的条件下，进行冻干处理12h，得到复合聚电解质纤维膜。

(4)将步骤(3)中得到的γ-聚谷氨酸和ε-聚赖氨酸纳米纤维膜的PBS浸洗液分别处理L929细胞24小时、48小时、72小时后，弃上清液，用PBS洗涤2次。酶标仪测定吸光值，测定波长为490nm，与空白样相比，其24小时、48小时、72小时的P值均大于0.05，没有显著性差异，表明所得到的纳米纤维膜不存在毒性。

(5)将步骤(3)中得到的γ-聚谷氨酸和ε-聚赖氨酸纳米纤维膜进行细胞接种实验，具有优异的细胞贴附和增殖特性。

实施例8：

(1)将分子量为10 000 000g/mol的γ-聚谷氨酸和分子量为5 000g/mol的壳聚糖分别溶解在去离子水，配成重量百分比分别为0.001wt％和0.5wt％的溶液，然后将溶液充分搅拌，以致完全溶解，即得到γ-聚谷氨酸和壳聚糖溶液。

(2)将步骤(1)中配制的γ-聚谷氨酸溶液转移到液氮冷冻装置中，开启冷冻装置，使所配制的γ-聚谷氨酸溶液在液氮环境中冻结，然后将冻结的γ-聚谷氨酸溶液转移到冷冻干燥机中，在温度为-65℃、真空度为90Pa的条件下，进行冻干处理24h，得到γ-聚谷氨酸纤维膜。将壳聚糖溶液倒入制备的γ-聚谷氨酸纤维膜上，得到复合聚电解质溶液。其中两种溶液的体积比为：9∶2。

(3)将步骤(2)中配制的复合聚电解质溶液转移到液氮冷冻装置中，开启冷冻装置，使所配制的复合聚电解质溶液在液氮环境中冻结，然后将冻结的聚电解质复合溶液转移到冷冻干燥机中，在温度为-60℃、真空度为400Pa的条件下，进行冻干处理48h，得到复合聚电解质纤维膜。

(4)将步骤(3)中得到的γ-聚谷氨酸和壳聚糖纳米纤维膜的PBS浸洗液分别处理L929细胞24小时、48小时、72小时后，弃上清液，用PBS洗涤2次。酶标仪测定吸光值，测定波长为490nm，与空白样相比，其24小时、48小时、72小时的P值均大于0.05，没有显著性差异，表明所得到的纳米纤维膜不存在毒性。

(5)将步骤(3)中得到的γ-聚谷氨酸和壳聚糖纳米纤维膜进行细胞接种实验，具有优异的细胞贴附和增殖特性。

冻干法制备复合聚电解质纤维膜的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》。