一种高强度纳米纤维膜伤口敷料的制备方法
技术领域
本发明涉及到的是一种基于静电纺丝技术的医用电纺纤维膜材料的制备技术，属于静电纺丝纤维材料用于药物释放领域。具体是一种高强度的GO@ICG/PCM/CA/PCL纳米纤维膜，结合材料特有的光热效应，用于治疗皮肤创伤的伤口敷料。
背景技术
皮肤创伤是典型的创伤性缺陷，它涉及不同类型细胞的多种细胞反应，包括免疫细胞和可修复细胞。这种创伤的愈合通常经历四个连续的阶段：止血、炎症、迁移/增殖和成熟/重塑。小创伤可以通过机体自身的修复过程愈合，而大面积或全层的创伤，如大面积烧伤或糖尿病患者的慢性创伤的愈合则需要支架材料的帮助，促进可修复细胞的迁移和浸润。在伤口愈合过程中还需要考虑其他一些过程或问题，包括抗感染和抗炎症、减少瘢痕形成、糖尿病患者伤口愈合和预防皮肤癌。然而，传统的给药方法有很多缺点和不足。释放时间不理想，可能对人体有毒副作用。
在过去的二十年里，高比表面积和独特的纳米结构使得静电纺丝，在生物医药方面显示出了广泛应用，纤维间的松散结合有利于组织的生长和细胞的迁移。通过工程结构和属性，包括直径、孔隙度、对齐、叠加、模式、表面官能团、力学性能和生物降解性，使用单轴排列的纳米纤维操纵药物合并到纳米纤维中进行控制释放。此外，温和的工艺条件使静电纺丝技术在保持包封药物和生物活性分子的生物活性和分子结构完整性方面具有明显的优势。纳米纤维在一定程度上可以减少药物的体外释放。将电纺技术与刺激响应材料相结合，可以有效地控制或管理纳米膜的药物释放。由于载药效率高、比表面积大、过程简单、可进行大规模生产以及成本低等优势，纳米纤维作为伤口愈合的敷料已得到广泛的研究。此外，在载体和支架材料的制备过程中，将纤维与刺激响应材料相结合可以控制药物和药物的释放，包括生长因子的时空释放。因此，开发一种对药物可控释放的新型药物释放系统对于提高肿瘤抑制效果以及促进癌症治疗有着显著的实际意义。而光刺激可以实现空间和时间上控制药物的释放，在药物传递领域有特殊的意义。
静电纺丝工艺简单，生物基聚合物性能独特，是一种集功能和优点于一体的高效合成方法。并且，所制备的纳米纤维膜在结构上与细胞外基质(ECM)的结构相似，生物基聚合物的应用可以显著提高电纺支架材料的生物相容性，从而使电纺材料在伤口敷料方面有广泛的应用。通过选择不同的聚合物基质，可以调节药物和生物活性分子在纳米纤维中的释放。而聚己内酯(PCL)与醋酸纤维素(CA)作为生物基础电纺材料，不仅具有良好的可纺性，易于电纺，而且它们还可以显著提高纳米纤维的生物相容性和降解性，是理想的聚合物基质，可以调节药物在纳米纤维中的释放。因此，用于静电纺丝的生物基聚合物受到了人们的关注，越来越受到生物医学领域的重视。
但由于单个纤维的重叠、分离等原因，制备出的纤维膜的力学性能较差，限制了其在伤口敷料中的实际应用。因此电纺制备出的纳米纤维膜在应用于实际之前，需要进一步的改性，以提高其力学性能和适用范围。添加氧化石墨烯(GO)作为改性材料，不仅提高力学性能，而且可以作为光敏剂，联合光敏剂吲哚菁绿(ICG)，在光刺激时可以快速升温，级联反应促进相转变材料(PCM)发生相转变，实现药物控释的效果，在协同治疗中具有潜力。
综上所述，本文通过膜改性所制备的GO@ICG/PCM/CA/PCL纳米纤维膜，是伤口敷料的理想材料，具有温度响应性的生物基电放复合膜。
发明内容
发明目的：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种GO@ICG/PCM/CA/PCL 纳米纤维膜，有效提高敷料的强度和生物相容性，并具备药物缓释控释的疗效。
为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种伤口敷料GO@ICG/PCM/CA/PCL纤维膜制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备氧化石墨烯。将100mL浓硫酸在冰浴条件下搅拌，在搅拌过程中分别加入5g天然石墨与2.5g硝酸钾，保持一段时间的搅拌使得硫酸将其浸润。继续在冰浴条件下向体系中加入15g高锰酸钾。去除冰浴，将反应体系转换为油浴条件，保持 35℃，反应0.5h后缓慢加入100mL去离子水，于90℃反应15min后分别加入100mL水双氧水(分解过量的高锰酸钾)，溶液呈现为亮黄色。过滤产物后对其进行洗涤，用100 mL盐酸水溶液(1∶10v/v)洗涤后，利用去离子水通过抽滤清除残余酸。加入500mL去离子水进行超声并离心。随后将产物于烧杯中搅拌至均匀分散。10000rpm离心20min 后倒去上清液，然后用500mL去离子水将产物均匀分散，4000rpm离心30min，保留上层液体，重复两次得到干净的氧化石墨烯(GO)，将其收集留用，然后透析所制备氧化石墨烯。
步骤二：近红外响应载药电纺纳米纤维膜的制备。将上述制备的氧化石墨烯加入到六氟异丙醇中(0.6％，wt./v)，超声后利用磁力搅拌器快速搅拌，重复上述超声和搅拌过程3次使得完全分散。将30mgICG溶解于10mL六氟异丙醇中。将0.5gPCL和1gCA 加入8.4g六氟异丙醇中，常温下搅拌12h充分溶解后分别加入1mL氧化石墨烯分散液和ICG溶液，将抗癌药物DOX加入到体系中，保持搅拌4h，并超声30min，最后电纺丝得到纤维膜。
所述步骤中，氧化石墨烯为1mg/mL的溶液，ICG为3mg/mL的溶液。
所述超声最佳时间2小时。
所述磁力搅拌时间最适为30分钟。
上述方法制备得到的用于油水混合物分离的超疏水超亲油纳米纤维膜也在本发明的保护范围中。
有益效果：
与现有技术相比，本发明实现了在不影响纳米纤维膜其他性能的前提下，得到了温度响应性载药高强度静电纺丝纤维膜材料，并且具有很高力学强度的力学强度。本发明的具有以下优势：
1)由于纳米电纺纤维膜具有较高的比表面积，多孔特性，具有较好的透气性能，增强人体组织与材料的相容性，促进了药物在整个纤维支架中的良好分布；
2)生物可相容电纺纤维膜能较好被人体组织的伤口粘附，且有较好的生物相容性；
3)通过氧化石墨烯改性纳米纤维膜，制备的纤维膜具有较好力学强度，可很好地承受压力。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/ 或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是GO@ICG/PCM/CA/PCL纳米纤维扫描电镜图(SEM)显微图像；
图2是力学性能对比图；
图3是接触角测试图；
图4是随时间变化纤维膜光热成像图；
图5是药物的温度响应释放曲线图；
图6是药物的近红外响应释放图；
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。
实施例1
采用日本Hitachi S-4800型场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)，对制备的纤维膜的表面形貌进行观察，测试之前，先对样品进行喷金处理，以增强其表面的导电性，加速电压为5kV，观察得到的GO@ICG/PCM/CA/PCL纳米纤维膜的表面形态，证实了本发明制备的膜材料具有芯壳结构。本次利用光学图像轮廓测定法可以直观看出复合薄膜的表面结构。
实施例2
利用深圳三思电子万能试验机在室温下对PU、PCL和含有不同含量PCM的PU-PCL纤维膜的拉伸应力和应变进行测试。将纤维膜样品裁剪成25mm×5mm的矩形，螺旋测微器测测定样品的平均厚度(三次)，测试最大力500N，拉伸速率为2mm/min。根据 5％应变下的应力-应变曲线的线性区域，计算纤维膜的杨氏模量。与纯CA/PCL纤维膜相比，吲哚菁绿(ICG)相变材料(PCM)十四醇的添加，对于纤维膜的力学性能影响较小，而氧化石墨烯的添加，较大地提升了CA/PCL复合纤维的力学强度。纤维膜 GO@ICG/PCM/CA/PCL的拉伸强度由纤维膜CA/PCL的20MPa增强到了50MPa，力学强度提高了250％，从断裂伸长率来看，氧化石墨烯一定程度上增强了复合纤维的韧性，断裂伸长率由6％提高到12％。
实施例3
纤维膜的亲疏水性即表润湿性可通过纤维膜与去离子水的接触大小来衡量。采用接触角测量仪器(JC2000D1)，中国上海中辰公司，对不同浓度的GSH溶液和ZIF-8浸泡的纳米复合纤维膜表面的润湿性进行测试。将膜平铺在测试台上，摄像机对准平台处，确保能够捕捉到完整画面，将进样针注满去离子水，每次推出2微升去离子水，使液滴停留在膜表面，采用“三点定圆”原理，人工确定液滴与膜表面切点和液滴最高点，测量仪自动生成接触角角度即可确定GO@ICG/PCM/CA/PCL膜表面的润湿性。图三可以更直观的看出纤维膜GO@ICG/PCM/CA/PCL极佳的亲水性，当液滴滴到纤维上时，几乎瞬间就可以被纤维膜吸收。这是由于CA本身是具有良好水溶性的聚合物，且GO也具有亲水性，因此复合纤维膜的亲水性相较于PCL纤维大大提高。纤维膜亲水性的增强可以更好地加快其在生物体内的降解速率，提高了材料的应用潜力。
实施例4
ICG吸收近红外后，不仅可以产生活性氧，部分能量还可以以热量的形式散失，此外，氧化石墨烯GO也可以吸收近红外波段的光进而转化为热量，因此非常适合用于光热治疗法中。当生物体内组织的环境达到41.5℃时，即可产生细胞毒性，当温度达43℃时，可对细胞造成杀伤作用。GO和ICG可吸收近红外激光转化为热量，进而触发纤维膜中相变材料发生相变(由固相转为液相)，加速纤维的药物释放速率。通过药物体外释放实验验证复合纤维膜GO@ICG/PCM/CA/PCL的近红外响应性。
在图4中，纤维膜中模型药物DOX的紫外吸收光谱在红外的照射下并不会发生变化，排除了纤维膜以及近红外激光对于药物的紫外光谱的影响。在图5中，纤维膜 GO@ICG/PCM/CA/PCL的光热转换性能较为稳定，在0.8W/cm2的近红外照射下，纤维膜快速升温至约50℃，撤去激光照射，纤维膜便快速降温恢复至室温，重复三次，可见纤维膜的升温降温曲线相似，三次循环，纤维膜的光热性能较为稳定。
本发明提供了一种具有灵敏的近红外响应性GO@PCM/CA/PCL纤维膜，可在808 nm近红外激光的触发下，快速释放药物，而撤去激光时，药物的释放速率则十分缓慢，这一智能药物释放体系具有较好的应用前景。
