PLGA/PLA 微纳米纤维的制备及性能测定

王富利 刘 坤 杨 锋 王幸幸 张永祥

（1、河南驼人医疗器械集团有限公司，河南 新乡453400 2、河南省医用高分子材料技术与应用重点实验室，河南 新乡453400)

疝是体内组织或器官突破体膜进入另外的组织，是一种常见病和多发病，包括腹股沟疝、股疝、脐疝和腹壁切口疝等，在全球范围内有较高的发病率[1]。疝修复补片从材料层面可划分为可吸收补片与不可吸收补片两大类。不可吸收补片主要有聚酯补片、聚丙烯补片、膨化聚四氟乙烯补片，其特征是在体内不能被降解吸收，并发症较多，容易发生粘连等现象[2-4]。可吸收疝修复补片又分为天然材料和人工合成两类。目前可吸收人工合成补片用于商用的有TIGR Matrix 外科补片，它是由聚乙醇酸(PLGA)和聚乳酸(PLA)纤维编织而成。聚乳酸- 羟基乙酸共聚物（PLGA）和聚乳酸（PLA）是两种可降解的有机高分子聚合物，具有良好的生物相容性、无毒、良好的成囊和成膜性能[5]，被广泛用于制药、医用工程材料和现代化工业领域[6]。在美国PLGA 和PLA 通过了FDA 认证，被正式作为药用辅料收录进美国药典[7]；针对以上问题，本研究尝试采用可在体内降解的PLGA、PLA 为原料，通过静电纺丝技术对共混材料进行改性研究，旨在获得一种具有一定的机械强度、防粘连和细胞相容性好，同时具有一定降解性能的生物医用膜，使其达到可以与聚丙烯补片复合的要求。

1 实验部分

1.1 材料与试剂

PLA (分子量200000，济南岱罡生物材料有限公司)；PLGA(LA∶GA=75：25，分子量200000，济南岱罡生物材料有限公司)；四氮唑盐；二甲基亚砜；氯仿；丙酮；无水乙醇。

1.2 主要仪器及设备

静电纺丝机；扫描电子显微镜；拉力机；接触角测定仪；水浴恒温震荡仪；真空干燥箱；电子天平；磁力恒温搅拌器。

1.3 试样的制备

将PLGA 和PLA 以一定的共混比例(9：1，8：2，7：3，6：4，5：5)溶解于氯仿和丙酮(体积比为2：1)的混合溶剂中，配制质量分数为10%的纺丝液，以电压22kV，距离20cm，流速5mm/s，喷丝口管径0.9mm 静电纺丝的工艺参数进行纺丝。

纺丝膜制备：按照PLA/PLGA=（2：8,溶质总质量为2g）分别称取PLA（分子量20 万）及PLGA（分子量20 万）溶于氯仿20ml，混合搅拌至溶液均一透明。

静电纺丝：21 号针头出样，推进速度0.5（0.3，0.4）mm/s ，接收距离20（23，26）cm，正电压22（25，28）kv，负电压-1kv，室温纺丝6-8 h（依据推进速度而定），样品烘干备用。

1.4 测试与表征

利用SEM电镜观察样品表面结构形态。

制备矩形样本，精确测量其长、宽、厚，计算其体积，每个样品测量3 次，结果取平均值。用分析天平称其质量，精确到10-4g，利用测得的体积和质量计算出样本的表观密度（ρ）。用计算得到的ρ 和PLGA 的实际密度ρ0（ρ0=1.22g/cm3）。则孔隙率（ε）为：

图1 不同配比的PLGA/PLA 纳米纤维材料的SEM 照片

将纤维膜剪成条状，用双面胶固定于载玻片上，使用座滴法测量纤维膜接触角，液滴为甘油，液滴体积为3μL，每种纤维膜测量5 次取平均值。

将PLGA/PLA 共混纳米纤维膜于恒温恒湿条件(温度23℃，相对湿度70%) 下放置1d 后，裁成尺寸为10mm×50mm 的试样，用数字式织物厚度仪测定试样的厚度。采用LLY-06 型电子强力仪测定试样的力学性能。夹持长度为30mm, 拉伸速率为250mm/min。用下列公式计算：

纳米纤维膜的断裂强度和伸长率：

断裂强度=断裂强力/（膜厚度×膜宽度）

伸长率=绝对伸长/夹持长度×100%

2 结果与分析

2.1 扫描电镜测试结果

2.1.1 表1 为不同配比样品微纳米纤维直径测试结果。

表1 样品微纳米纤维直径

图1 为PLGA/PLA 微纳米纤维材料的表面SEM照片。

由图1 中对比得出，PLGA/PLA 的复合比例不同，纳米纤维的微观形貌差异较大。d 图中的纤维直径约在1.1μm-3.5μm之间，纤维中的串珠状较少，连续性和均匀性较好，根据纤维直径大小、连续性和均匀性进行综合评价，确定PLGA 与PLA 最佳复合配比为8：2。对比图a 到图e，纺丝纤维的直径呈现变粗现象，这可能是由于纺丝液中PLGA 含量增加，粘度增加的原因；其次从SEM图中还可以看出，纺丝纤维连续性及均匀性较差的原因可能是由于纺丝时间过长，溶剂挥发，使得纺丝液浓度升高，从而粘度增大所致。

2.1.2 不同静电纺丝条件的电镜结果及分析

表2 不同工艺条件的样品微纳米纤维直径

对图2 进行分析得出，样品6 与样品9 的纤维直径满足指标要求，但样品9 中串珠很多，所以样品6 较理想，初步确定较好的工艺条件：电压28kv，接收距离20cm，推进速度0.3mm/s，纺丝液浓度8%。其次在不同工艺条件前提下，纤维呈现了不同的微观形貌；实验得到的纺丝纤维连续性及均匀性差的原因可能与电场强度（电压差/接收距离）、推进速度及纺丝液浓度有关。

图2 不同纺丝条件下的纳米纤维材料的形貌照片

2.2 不同配比样品膜孔隙率和接触角测试结果：

表3 样品的孔隙率和接触角结果

从表3 中可以看出，随着PLGA 含量的增加，共混膜的孔隙率呈增加的趋势；当共混纳米纤维膜的孔隙率在80%～90%时，利于细胞的黏附和生长，促进新生组织向材料内部生长，也利于营养成分的运输和代谢产物的排出。其次纳米纤维膜的接触角越小，表明材料的亲水性越好，越有利于细胞在纳米膜表面进行吸附和生长。综合孔隙率和接触角两方面因素，确定PLGA/PLA 最佳配比为8：2。

2.3 不同纺丝条件下膜孔隙率和接触角测试结果：

表4 不同纺丝条件下样品的孔隙率和接触角测试结果

从表4 中可以看出，不同工艺条件下样品的接触角均在110°以上，满足指标要求，需通过其他性能测试，进一步确定最佳工艺参数。

2.4 样品膜截面宽度厚度和拉伸强度测试结果：

从表5 中分析得出纯PLA 纺丝纤维的拉伸强度较小，易脆，几乎无拉伸形变，断裂伸长率为0；随着PLGA 含量的增加，共混纳米纤维膜的结晶度有所减小，膜的刚性减小，断裂伸长率有增大趋势；综合以上测试指标，确定PLGA/PLA 的最佳复合配比为8：2，断裂伸长率达到88.9%。

2.5 不同纺丝条件下样品膜截面宽度厚度和拉伸强度测试结果：

表5 样品膜的宽度、厚度检测结果

表6 样品膜的宽度、厚度检测结果

从表6 中分析可得，除样品5 和9 外，断裂伸长率基本满足指标要求，但拉伸强度均在1MPa 以下，不满足指标要求，需继续优化工艺；综合以上测试指标，纺丝液浓度应该在大于8%的条件下，需要继续优化实验方案，使得纺丝膜满足各项指标要求。

3 结论

3.1 在纺丝条件一定的情况下，PLGA 和PLA 按照8：2 的比例共混进行纺丝，得到的微纳米纤维粗细度、连续性和均匀性最好，孔隙率最高，接触角最小，亲水性佳，断裂伸长率大。

3.2 纺丝液按照PLGA 和PLA 配比为8：2 时，静电纺丝工艺条件为：电压28kv，接收距离20cm，推进速度0.3mm/s 时，得到的样品纤维直径，接触角和断裂伸长率能满足指标要求，但抗拉伸强度不能满足指标要求。以上实验内容可为进一步实验方案奠定基础，使得最终纺丝膜能满足与疝气补片复合的各项指标要求。