本发明涉及医用纤维领域，具体涉及一种壳寡糖医用海洋纤维及其制备方法。
背景技术：
壳聚糖最早多来源于虾蟹壳等海洋动物的甲壳提取的甲壳素制成，并由此得名。壳聚糖是甲壳素经过脱乙酰作用得到的多糖类聚合物。然而常规壳聚糖难于在溶剂中溶解，因此工业化加工困难。现有壳聚糖复合纤维纺丝多采用高压静电纺丝的工艺实施，从而绕开壳聚糖溶解难的弊端。但是电纺工艺却常常具有生产成本高效率低，控制参数复杂，以及产品一致性差的先天缺陷。壳寡糖又称低聚壳聚糖，是壳聚糖经生物酶降解得到的一种寡糖，又是自然界中少有的带正电荷的阳离子碱性氨基低聚糖。其具有调节肠道免疫等高生物活性的优点而受到广泛关注，然而其低聚态难于单独呈丝，必须与其他纤维复合使用。海藻酸钠是从藻类海洋植物中提取的多糖类聚合物，作为与壳聚糖具有相反电荷结构的多糖，其由β-d-甘露糖醛酸和α-l-古罗糖醛酸组成，为阴离子酸性多糖。因此常规复合方法难于将两者纺制成丝。
技术实现要素：
针对上述现有技术存在的现有壳聚糖类复合纤维纺丝难的问题，本发明的目的在于提供一种壳寡糖医用海洋纤维及其制备方法，本发明海洋纤维采用湿法纺丝工艺，不仅原料天然易得，制备方法稳定合理，且具有良好的生物相容性和抑菌性能。
一种壳寡糖医用海洋纤维，纤维由内外双层结构组成，内层组分为金属离子交联海藻酸纤维，外层组分为壳寡糖-海藻酸金属络合物，纤维中壳聚糖与海藻酸以重量计比例不低于2:100。
优选的，原料包括海藻酸盐、壳寡糖和二价金属盐，海藻酸盐1wt％水溶液黏度为(1.05-1.15)pa·s，壳寡糖聚合度为2-15，二价金属盐优选包括氯化钙、氯化镁、氯化锌、氯化钡和氯化压铁中的至少一种。
现有壳聚糖在溶液中因与海藻酸及其盐能够发生聚离子酰胺反应，因此纺丝成丝大多短，可控度较低。尤其在壳聚糖为纤维基体的壳聚糖-海藻酸纤维中，常常因为壳聚糖的酸溶性而导致海藻酸难于附着到壳聚糖纤维流上并与之反应，并且难于真正发挥壳聚糖的生物相容及抗菌活性。
因此，本发明还提供一种上述壳寡糖医用海洋纤维的制备方法，其中，制备工艺包括如下步骤：
1)将1重量份的海藻酸盐溶于20-200重量份的溶剂，配置成纺丝母液；
2)将2-7重量份的二价金属盐溶于100重量份的溶剂，配置成凝固浴溶液；
3)将1重量份的壳寡糖溶于20-200重量份的溶剂，配置成复合浴溶液；
4)将纺丝母液真空脱泡后，通过湿法纺丝方法进行纺丝，喷丝板出丝浸入凝固浴溶液凝固，并同时进行牵引初拉伸；
5)将初拉伸纤维浸入复合浴溶液进行复合反应，复合浴温度30-50℃，并同时进行牵引二次拉伸，二次拉伸与初拉伸速率关系为(4-6):(1-3)。
优选的，凝固浴中的初拉伸时间为(1.0-1.3)min，复合浴中的二次拉伸时间(3-5)min。更优选的，纤维初拉伸拉伸比为(1.2-1.6)，二次拉伸拉伸比为(1.8-2.2)。
优选的，复合浴溶液溶剂为水。
优选的，纺丝母液和凝固浴溶液的溶剂为水。
进一步，在步骤4)中，将纤维与凝固浴溶液凝固后浸入漂洗浴漂洗，漂洗浴为水、无水乙醇或乙醇水溶液，漂洗浴中的初拉伸牵引速率与凝固浴中相同。
优选的，将二次拉伸后的纤维浸入无水乙醇中，漂洗定型。
优选的，所述壳寡糖是壳聚糖通过化学降解法、超声降解法、光热降解法或酶降解法获得，更优选采用酶降解法获得。
本发明所带来的综合效果包括：
本发明纤维以均源自海洋生物提取的海藻酸盐及壳寡糖双多糖为主要原料，采用低分子量的壳寡糖与水溶剂作为复合改性系统，反应相容性高，并且经双比拉伸充分暴露海藻酸盐纤维中被二价金属离子螯合的反应官能团，促进纤维在成纤增强的过程中与水溶液中的壳寡糖发生聚离子络合反应，具有优异的抑菌性能，并且生物相容性突出，能够适用于手术缝合线、伤口敷料、绷带等多种医疗领域。
具体实施方式
本发明的以下实施例仅用来说明实现本发明的具体实施方式，这些实施方式不能理解为是对本发明的限制。其它的任何在未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均视为等效的置换方式，落在本发明的保护范围之内。
海藻酸与壳聚糖的阴阳聚离子反应是影响两者复合的主要因素之一。单纯预混两种聚糖纺丝液或者以其中一种多糖作母体另一种多糖作凝固浴凝固时，由于湿法纺丝对溶液的高均一性要求，两者通常在相遇过程中即刻发生反应，而使纺丝液浑浊或使凝固浴中纺丝头的喷丝板堵塞，无法获得连续纤维。
在本发明中，我们通过将复合反应过程延后至拉伸阶段，在不影响正常喷丝的同时又增强了纤维基体的强度。然后，通过将初凝的海藻纤维经双比二次拉伸保证了海藻纤维母体在具有一定强度后进行复合反应，并在牵引作用下充分暴露经金属离子螯合后的反应官能团，使纤维母体中羧基与壳寡糖的胺基发生聚离子反应生成酰胺基并继续与金属离子络合。复合反应以水为基础溶剂，避免了海藻纤维母体在复合反应过程中过度降解而失去强度。
实施例1
一种壳寡糖医用海洋纤维，纤维由内外双层结构组成，内层组分为金属离子交联海藻酸纤维，外层组分为壳寡糖-海藻酸金属络合物，纤维中壳聚糖与海藻酸以重量计比例为3:100。
本实施例所采用原料包括海藻酸钠、壳寡糖和氯化钙，海藻酸钠1wt％水溶液黏度为1.10pa·s，壳寡糖聚合度所含重复单元数目的平均值计为13，所述壳寡糖是壳聚糖通过酶降解法获得，二价金属盐为氯化钙。
现有壳聚糖在溶液中因与海藻酸及其盐能够发生聚离子酰胺反应，因此纺丝成丝大多短，可控度较低。尤其在壳聚糖为纤维基体的壳聚糖-海藻酸纤维中，常常因为壳聚糖的酸溶性而导致海藻酸难于附着到壳聚糖纤维流上并与之反应，并且难于真正发挥壳聚糖的生物相容及抗菌活性。
因此，本实施例还提供一种上述壳寡糖医用海洋纤维的制备方法，其中，制备工艺包括如下步骤：
1)将1kg的海藻酸钠溶于33kg水中，配置成海藻酸钠溶液的纺丝母液；
2)将5kg氯化钙溶于100kg水中，配置成凝固浴溶液；
3)将100g的壳寡糖溶于5kg水中，配置成复合浴溶液；
4)将纺丝母液真空脱泡后，通过湿法纺丝方法进行纺丝，喷丝板出丝浸入凝固浴溶液凝固，并同时进行牵引初拉伸；
将纤维与凝固浴溶液凝固后浸入漂洗浴漂洗，漂洗浴为v/v50％乙醇水溶液，漂洗浴中的初拉伸牵引速率与凝固浴中相同。
5)将初拉伸纤维浸入复合浴溶液进行复合反应，复合浴温度50℃，并同时进行牵引二次拉伸，二次拉伸与初拉伸速率关系为5:2。
凝固浴中的初拉伸时间为1min，复合浴中的二次拉伸时间5min。纤维初拉伸拉伸比为1.2，二次拉伸拉伸比为2.0。
最后，将二次拉伸后的纤维浸入无水乙醇中，漂洗定型。
实施例2
一种壳寡糖医用海洋纤维，纤维由内外双层结构组成，内层组分为金属离子交联海藻酸纤维，外层组分为壳寡糖-海藻酸金属络合物，纤维中壳聚糖与海藻酸以重量计比例为2:100。
本实施例所采用原料包括海藻酸钠、壳寡糖和氯化钙，海藻酸钠1wt％水溶液黏度为1.05pa·s，壳寡糖聚合度所含重复单元数目的平均值计为15，所述壳寡糖是壳聚糖通过酶降解法获得，二价金属盐为氯化锌。
现有壳聚糖在溶液中因与海藻酸及其盐能够发生聚离子酰胺反应，因此纺丝成丝大多短，可控度较低。尤其在壳聚糖为纤维基体的壳聚糖-海藻酸纤维中，常常因为壳聚糖的酸溶性而导致海藻酸难于附着到壳聚糖纤维流上并与之反应，并且难于真正发挥壳聚糖的生物相容及抗菌活性。
因此，本实施例还提供一种上述壳寡糖医用海洋纤维的制备方法，其中，制备工艺包括如下步骤：
1)将1kg的海藻酸钠溶于200kg水中，配置成海藻酸钠溶液的纺丝母液；
2)将7kg氯化锌溶于100kg水中，配置成凝固浴溶液；
3)将100g的壳寡糖溶于2kg水中，配置成复合浴溶液；
4)将纺丝母液真空脱泡后，通过湿法纺丝方法进行纺丝，喷丝板出丝浸入凝固浴溶液凝固，并同时进行牵引初拉伸；
将纤维与凝固浴溶液凝固后浸入漂洗浴漂洗，漂洗浴为污水乙醇，漂洗浴中的初拉伸牵引速率与凝固浴中相同。
5)将初拉伸纤维浸入复合浴溶液进行复合反应，复合浴温度40℃，并同时进行牵引二次拉伸，二次拉伸与初拉伸速率关系为3:1。更高的复合温度有助于缩合生成酰胺，但过高也容易引起海藻纤维蛋盒结构的解聚。
凝固浴中的初拉伸时间为1min，复合浴中的二次拉伸时间5min。纤维初拉伸拉伸比为1.2，二次拉伸拉伸比为2.0。
最后，将二次拉伸后的纤维浸入无水乙醇中，漂洗定型。
实施例3
一种壳寡糖医用海洋纤维，纤维由内外双层结构组成，内层组分为金属离子交联海藻酸纤维，外层组分为壳寡糖-海藻酸金属络合物，纤维中壳聚糖与海藻酸以重量计比例为2.5:100。
本实施例所采用原料包括海藻酸钠、壳寡糖和氯化钙，海藻酸钠1wt％水溶液黏度为1.15pa·s，壳寡糖聚合度所含重复单元数目的平均值计为3，所述壳寡糖是壳聚糖通过酶降解法获得，二价金属盐为氯化钡。
现有壳聚糖在溶液中因与海藻酸及其盐能够发生聚离子酰胺反应，因此纺丝成丝大多短，可控度较低。尤其在壳聚糖为纤维基体的壳聚糖-海藻酸纤维中，常常因为壳聚糖的酸溶性而导致海藻酸难于附着到壳聚糖纤维流上并与之反应，并且难于真正发挥壳聚糖的生物相容及抗菌活性。
因此，本实施例还提供一种上述壳寡糖医用海洋纤维的制备方法，其中，制备工艺包括如下步骤：
1)将1kg的海藻酸钠溶于100kg水中，配置成海藻酸钠溶液的纺丝母液；
2)将2kg氯化钡溶于100kg水中，配置成凝固浴溶液；
3)将100g的壳寡糖溶于10kg水中，配置成复合浴溶液；
4)将纺丝母液真空脱泡后，通过湿法纺丝方法进行纺丝，喷丝板出丝浸入凝固浴溶液凝固，并同时进行牵引初拉伸；
将纤维与凝固浴溶液凝固后浸入漂洗浴漂洗，漂洗浴为水，漂洗浴中的初拉伸牵引速率与凝固浴中相同。
5)将初拉伸纤维浸入复合浴溶液进行复合反应，复合浴温度50℃，并同时进行牵引二次拉伸，二次拉伸与初拉伸速率关系为2:1。
凝固浴中的初拉伸时间为1.3min，复合浴中的二次拉伸时间3min。纤维初拉伸拉伸比为1.6，二次拉伸拉伸比为2.2。
最后，将二次拉伸后的纤维浸入无水乙醇中，漂洗定型。
抗菌验证实验
将实施例1和2所得壳寡糖医用海洋纤维采用琼脂稀释法举例测定抗菌活性：
将实施例1所得海藻酸-壳寡糖金属络合海洋纤维裁剪粉碎后加入培养基，采用琼脂稀释法测定其对革兰氏阴性菌抗菌活性，所得结果如表1所示。
本发明所采用琼脂稀释法可采用本领域常规抗菌检测方法进行实施，并不对样品抗菌性能产生实质性影响。
表1琼脂稀释法测定壳寡糖医用海洋纤维对革兰氏阴性菌的抗菌活性
将实施例2所得海藻酸-壳寡糖金属络合海洋纤维裁剪粉碎后加入培养基，采用琼脂稀释法测定其对革兰氏阳性菌及白色念珠菌抗菌活性，所得结果如表2所示。
表2琼脂稀释法测定壳寡糖医用海洋纤维对革兰氏阳性菌及白色念珠菌的抗菌活性
通过对多种临床分离及采购的病原菌株的抗菌实验得出，本发明所得纤维具有显著的抗菌作用，抑菌杀菌效果好。对革兰氏阳性菌和白色念珠菌具有显著的抗菌效果。尤其难得的是，对壳聚糖作用较弱的对革兰氏阴性菌也有较好的抑菌和杀菌疗效。
虽然本发明已作了详细描述，但对本领域技术人员来说，在本发明精神和范围内的修改将是显而易见的。此外，应当理解的是，本发明记载的各方面、不同具体实施方式的各部分、和列举的各种特征可被组合或全部或部分互换。在上述的各个具体实施方式中，那些参考另一个具体实施方式的实施方式可适当地与其它实施方式组合，这是将由本领域技术人员所能理解的。此外，本领域技术人员将会理解，前面的描述仅是示例的方式，并不旨在限制本发明。