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细菌纤维素/聚己内酯微米纤维复合膜(BC/PCL)的制备及表征图谱
发布时间:2021-07-27     作者:axc   分享到:

纤维素(Cellulose)是自然界最丰富的天然生物聚合物,由D-吡喃葡萄糖通过β-1,4糖苷键连接而成。与植物纤维素相比,细菌纤维素(Bacterial Cellulose, BC)不含木质素和半纤维素,是由微生物在培养过程中形成的纳米级超细纤维,其纤维膜具有高的孔隙率、机械强度、弹性模量、结晶度、纯度以及良好的生物相容性等特点,是修复缺损组织良好的替代物。

静电纺丝法是制备连续微纳米纤维的常用方法,通过调控制备工艺可获得纤维直径和纤维膜结构可控的支架材料。在众多合成材料中,聚己内酯(PolycaprolactonePCL)由ε-己内酯开环聚合而成,具有良好的生物相容性、生物可降解性和可塑性。

本研究利用静电纺丝法制备PCL微米纤维,通过微米尺度的PCL纤维膜与纳米尺度的BC纤维原位复合,利用PCL微米纤维作为骨架引导BC超细纳米纤维的形成,形成微纳米结构复合的BC/PCL复合材料,

BC纳米纤维/PCL微米纤维复合膜的制备

PCL固体加入三氯甲烷/甲醇(体积比51)混合溶液中配制成质量分数为10%11%12%的纺丝溶液,室温条件下搅拌过夜,溶液转移至10 mL注射器中,利用注射泵控制纺丝流率为10 mL/h,在电压17 kV,纺丝距离为25 cm条件下进行静电纺丝,并用滚筒接收装置进行接收得到所需样品。为得到BC纳米纤维/PCL微米纤维复合膜,将制备的PCL微米纤维膜紫外灭菌1 h,再置于培养基表面,30 ℃静置培养7 d后,用1% NaOH(W/V)溶液处理,ddH2O清洗及中和后得到复合膜。

静电纺PCL微米纤维形貌

1为不同质量分数PCL静电纺微米纤维扫描电镜照片,通过调节PCL静电纺丝纺丝液溶质量分数和纺丝参数,可制得微米级纤维支架。结果显示,保持纺丝距离为25 cm时,PCL纺丝液质量分数对纤维形貌及直径有一定影响。随着PCL纺丝液质量分数增加,纤维平均直径增加,由质量分数10%时的6.47±1.43 μm增加至7.02±0.55 μm(12%)。本文选择溶质质量分数11%的纺丝液进行静电纺丝,制备BC纳米纤维/PCL微米纤维复合膜(纤维平均直径如1所示)

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通过将静电纺微米纤维膜与BC原位复合,制得BC纳米纤维/PCL微米纤维复合膜,培养7 d后将复合膜经氢氧化钠和去离子水处理。图2为复合膜表面和截面的扫描电镜照片。由图2可见,BC的纳米纤维可渗入微米纤维网络内部。研究表明静电纺膜孔径与纤维直径具有相关性,纤维膜孔径随纤维直径的增加有增加的趋势[9]。本文利用静电纺技术获得PCL微米纤维,在BC/PCL复合材料合成过程中,PCL微米纤维膜置于BC培养基表面,BC纳米纤维至下而上生长,渗透入PCL微米纤维膜内部,向上生长过程中,形成PCL微米纤维与BC纳米纤维紧密结合的复合膜,且实验结果显示微米纤维未影响菌株的生长,对形成的BC的形貌无明显影响,为BC与微米纤维复合提供可行方式。

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BC/PCL复合纤维膜的FTIR光谱分析

红外光谱分析是表征物质中分子结构和化学键的一种分析方法。图3BC膜、静电纺PCL微米纤维膜、BC纳米纤维/PCL微米纤维复合膜的红外光谱图。图3可以看出纯BC膜的特征峰,其中3 396 cm-1OH的吸收峰,2 900 cm-1处的吸收峰对应于—CH2和—CH3基团的CH伸缩振动峰。1 160 cm-11 058 cm-1处的吸收峰对应COC对称伸缩振动和CO键的伸缩振动。PCL的特征峰为1 731 cm-1COO伸缩振动峰和1 240 cm-1处的COC伸缩振动峰。BCPCL纤维复合后,红外光谱出现PCL1 731 cm-11 240 cm-1处的吸收峰,1 633 cm-1处吸收峰较强,为BC膜引起。结果表明复合膜中的BCPCL微米纤维成功复合。

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