四川大学郭刚教授团队在制备载药聚乳酸立构复合纳米纤维方面取得新进展

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聚乳酸(Poly(lactic acid), PLA)作为一种生物基绿色塑料，具有良好的生物相容性，在生物医药领域被用于制备药物递送系统、组织工程支架或可吸收手术缝线等。然而，聚乳酸本身具有脆性大、热型变温度低、热稳定性较差的不足，这些短板，使得聚乳酸基材料无法适应多方面的需要。聚乳酸的立构复合晶 (Stereocomplex crystalline, SC)，为聚乳酸左旋与右旋对映体分子链之间由于氢键作用形成的特殊晶体，相比于聚乳酸同质晶体(homo-crystalline, HC)，立构复合晶具有更好的热稳定性与机械性能。在体系中引入立构复合晶，往往能够使体系的热稳定性与机械强度大大提高，从而弥补聚乳酸脆性大、热力学性能较差的短板。然而，聚乳酸分子形成立构复合晶体时，往往需要较高的处理温度(170~210 oC)和较长的处理时间(数小时至数十小时)，这很容易造成聚乳酸材料的热降解，且由于同质结晶的竞争抑制，所得产物中立构复合晶体的含量往往较低。

针对上述问题，四川大学生物治疗国家重点实验室郭刚教授团队采用静电纺丝法，首先制备含有左旋与右旋聚乳酸对映体的纳米纤维(PLA/PDLA-CTS)；由于体系中存在以右旋聚乳酸为侧链、壳聚糖为骨架的支化分子，此支化作用可减少HC的形成，促使纳米纤维在低温(65 ℃)短时(1小时)的温和处理条件下，形成SC，结晶度可达47.0 % (图1B)。相较于PLA/PDLA-CTS，此种立构复合晶纳米纤维(SC-PLA/PDLA-CTS)拉伸强度提高了6~7倍，模量从50.0MPa提升至270.7MPa (图1C)；同时，纤维的热稳定性也得到明显改善，热形变现象消失，热降解速率减缓(图1A)，这将使得聚乳酸纳米纤维可用于高温环境。

图1. SC-PLA/PDLA-CTS的制备与表征。(A) PLA纳米纤维与PLA/PDLA-CTS热处理前后扫描电镜图；(B) 不同热处理时间PLA/PDLA-CTS纳米纤维X射线衍射图谱(a)与SC形成示意图(b)；(C) 纳米纤维拉伸强度(a)与杨氏模量(b)；(D) PLA纳米纤维与PLA/PDLA-CTS差示扫描量热(DSC)图谱，(a, b)为热处理后纤维DSC曲线，(a’, b’)为热处理前纤维DSC图谱。

由于处理条件变得十分温和，一些对温度敏感的小分子活性成分，能够被引入体系。该研究将具有抑菌活性的天然多酚绿原酸(Chlorogenic acid, CA)引入纳米纤维，得到具有抑菌作用的载药SC纳米纤维；在显著提高了聚乳酸纳米纤维的热稳定性、机械强度的同时 (图2A)，使得体系具有良好的抑菌性能。绿原酸快速释放，纳米纤维所在液体环境中的病原菌得到有效抑制 (图2B)；另一方面，纳米纤维薄膜还可作为滤膜，有效滤除菌液中的菌体 (图2C)。上述多重抑菌作用，使得该体系能够用做滤膜、食品包装、隔离防护材料等，尤其适用于一些对热稳定性与机械强度要求较高、常规聚乳酸材料无法满足需要的场合，为聚乳酸基材料的制备与改性提供了新思路。

图2. 载药SC-PLA/PDLA-CTS的机械性能(A)及抑菌作用(B,C)。(A) 不同载药量SC-PLA/PDLA-CTS [PLA/PDLA-CTS(10), PLA/PDLA-CTS(20), PLA/PDLA-CTS(30)]的拉伸强度(a)与杨氏模量(b)；(B) 不同载药量SC-PLA/PDLA-CTS的释放曲线 (a) [i. 游离绿原酸; ii. PLA/PDLA-CTS(10); iii. PLA/PDLA-CTS(20); iv. PLA/PDLA-CTS(30)]与在细菌培养液中的抑菌效率(b)；(C) SC-PLA/PDLA-CTS的过滤除菌作用。

相关研究成果已发表于知名材料学杂志ACS Applied materials and Interfaces (Mei, L. et al. Strengthened and Thermally Resistant Poly(lactic acid)- Based Composite Nanofibers Prepared via Easy Stereocomplexation with Antibacterial Effects. 2018, Nov 20. DOI: 10.1021/acsami.8b14841.)。郭刚教授和周良学教授为本文共同通讯作者，2017级博士研究生梅兰为第一作者。课题组近年专注于静电纺丝纳米纤维的制备，以及其在药物递送(Nanoscale 2011, 3(9), 3825-3832; Expert Opin. Drug Del. 2016, 13(5), 741-753)及组织工程方面的应用(Polym. Chem. - UK 2017, 8(10), 1664 - 1671; Int. J. Nanomedicine 2014, 9, 1991 – 2003; RSC Adv. 2015, 5(53), 42943 - 42954)。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021%2Facsami.8b14841

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