CN105920659A - 一种创面修复用的抑菌水凝胶敷料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于创面修复的抑菌水凝胶敷料材料及制备方法。本发明提供的抑菌水凝胶敷料材料由ε‑多聚赖氨酸、γ‑多聚谷氨酸、去细胞支架粉末和交联剂组成的固态细粉，可以直接撒在创面或预先吸收一定的水成凝胶贴敷在创面。其组成成分ε‑多聚赖氨酸与γ‑多聚谷氨酸的质量的比为100∶1～1∶10，去细胞支架粉末占ε‑多聚赖氨酸与γ‑多聚谷氨酸的总质量的0.01‑20％，交联剂占水凝胶干粉敷料重量的0.01％～40％。该创面修复材料既有良好的吸湿性，吸水能力达到自身重量的200倍，其自身又具有良好的抑菌能力，无需外加抗生素或含银的抑菌成分，同时又具有良好的机械性能。而且凝胶抑菌敷料材料制备方法简单、重现性好，容易实现大规模生产。

Description

一种创面修复用的抑菌水凝胶敷料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于创面修复的抑菌水凝胶敷料及制备方法，具体是由γ-多聚谷氨酸与ε-多聚赖氨酸复合物经交联后制备的水凝胶型创面修复材料及制备方法。

背景技术

目前应用于临床的止血与创面修复材料主要是明胶海绵和水溶性的纤维素类。水凝胶是一种新型生物材料，其在创伤修复方面有着重要的应用价值。目前临床使用水凝胶敷料主要成分为羧甲基纤维素及其他一些附加成分，如果胶、三仙胶、丙烯乙二醇等。该类敷料能提供创面愈合所需的湿润环境，有利于细胞增殖，上皮移行及肉芽生长，能止痛，更换敷料时不会损伤伤口，并能填充伤口的深部无效腔，伤口自身渗出液中的胶原蛋白降解酶来分解坏死物质，以达到自溶清创的效。该类水凝胶敷料在吸收创面大量渗出物后，胶体的膨胀而导致敷料与伤口分离，使细菌大量繁殖，容易引起创面感染。创伤修复过程中创伤感染及引起的并发症是水凝胶类敷料目前临床应用中面临的一个重要问题。

异构型的ε-多聚赖氨酸，由微生物发酵而来，通常由25-30个赖氨基酸残基组成的聚阳离子聚合多肽，该类聚氨基酸材料具有很好的水溶性，侧链含有大量的氨基，能细胞表面负电荷作用，具有超强的细胞粘附能力。ε-多聚赖氨酸抑菌谱广，在酸性和微酸性环境中对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、酵母菌、霉菌均有一定的抑菌效果，尤其对其他天然防腐剂不易抑制的革兰氏阴性的大肠杆菌、沙门氏菌抑菌效果非常好，是目前天然防腐剂中具有优良防腐性能和巨大商业潜力的微生物类食品防腐剂。中国专利(专利申请号：CN201410571048.8)公开了一种ε-聚赖氨酸-维生素E琥珀酸酯酰胺复合物的制备及用作食品保鲜方面的应用，提高ε-聚赖氨酸的脂溶性，改善对肉类食品的保鲜效果。目前，还未见将ε-多聚赖氨酸用于创面抑菌方面的文献报道。

γ-多聚谷氨酸(γ-PGA)是一种由多种杆菌合成并分泌到细胞外的水溶性高分子量氨基酸聚合物，由D-谷氨酸和L-谷氨酸通过γ-谷氨酰键聚合而成。γ-多聚谷氨酸是亲水的聚合物网络，具有高吸水性、较高的机械强度、降解可控性和生物相容性，是一种制备创伤敷料和组织工程支架的理想材料。但因其强的水溶性，难以形成凝胶，该类材料单独作为创面敷料，吸收创面渗出液后难以形成稳定的凝胶状态，因而影响止血和修复效果。王敬等报道了以γ-多聚谷氨酸为原料，烯丙基溴及溴代正丁烷作酯化剂，制备酯化γ-多聚谷氨酸，继以酯化γ-多聚谷氨酸为单体，偶氮二异丁腈作引发剂，甲基丙烯酸羟乙酯作交联剂，制备γ-多聚谷氨酸水凝胶(中国组织工程研究与临床康复，2008年第12卷第1期)。该凝胶展现出明显的吸收能力，如酯化度为40％的γ-多聚谷氨酸水凝胶吸水率能够达到自身重量的44倍，但该方法制备水凝胶需要复杂的合成工艺，水凝胶性质重现性差。中国专利(公开号为CN105268015A)公开了一种抗菌水凝胶复合材料，其由壳聚糖与γ-聚谷氨酸以一定质量配比混合制备成水凝胶，后将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)负载的纳米银分散在上述水凝胶中制备而成。该专利使用纳米银作为抗菌成分，虽抗菌性能较强，但对创面具有严重的刺激性，生物相容性差，无法降解，对环境造成污染。

去细胞支架是来源于生物体正常组织、脱细胞后的细胞外基质，其主要由结构蛋白和功能蛋白组成，同时还包含的多种生长因子，在组织修复和重建中有重要促进作用。去细胞支架组成的生物支架材料被广泛应用在外科手术重建和组织与器官的再生医学领域如心脏瓣膜、血管、皮肤、神经、肌腱和小肠黏膜下层等。

本发明将具有广谱抑菌作用的阳离子ε-多聚赖氨酸，结合能促进伤口愈合的去细胞支架粉末，与强吸水能力的阴离子γ-多聚谷氨酸先经静电复合制备复合物，继以低浓度的交联剂交联复合物，制备具有一定机械性能的水凝胶，后经洗涤、干燥、粉碎制备得到具有抑菌作用的医用水凝胶粉末敷料，可以直接撒在创面或预先吸收一定的水成凝胶贴敷在创面，促进创面愈合。

发明内容

本发明旨在提供一种无需外加抗生素或银类抑菌成分，可用于创面修复的自身具有抑菌作用的水凝胶敷料。该敷料可以直接撒在创面或预先吸收一定的水成凝胶贴敷在创面。本发明将具有广谱抑菌作用的阳离子ε-多聚赖氨酸，结合能促进伤口愈合的去细胞支架成分，与强吸水能力的阴离子γ-多聚谷氨酸先经静电复合制备复合物，继以低浓度的交联剂交联复合物，制备具有一定机械性能的水凝胶，后经洗涤、干燥、粉碎制备得到具有抑菌作用的医用水凝胶粉末敷料。

本发明可以通过下列技术方案实现：

一种创面修复用的抑菌水凝胶敷料由ε-多聚赖氨酸、γ-多聚谷氨酸、去细胞支架粉末和交联剂组成的固体细粉。

上述的创面修复用的抑菌水凝胶固体细粉敷料，其能过40目药用筛。

上述的ε-多聚赖氨酸与γ-多聚谷氨酸的质量的比为100∶1～1∶10，优选质量的比为100∶1～1∶1；去细胞支架粉末占ε-多聚赖氨酸与γ-多聚谷氨酸的总质量的0.01～20％，优选0.1～15％；交联剂占水凝胶干粉敷料重量的0.01％～30％，优选0.01％～20％。

上述的ε-多聚赖氨酸选自分子量1000～6000Daε-多聚赖氨酸，优选分子量在2000～5000Da的ε-多聚赖氨酸；γ-多聚谷氨酸选自分子量在50万～120万Daγ-多聚谷氨酸，优选分子量在70万～100万Daγ-多聚谷氨酸；去细胞支架粉末来源于猪的内脏组织；交联剂选自多聚甲醛、戊二醛、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)、N，N-二异丙基碳二亚胺(DIC)中的一种或两种以上。

上述的创面修复用的抑菌水凝胶敷料的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

(1)称取ε-多聚赖氨酸与γ-多聚谷氨酸以一定的浓度分别溶于去离子水中，制备两相溶液，等体积混合、搅拌均匀后，将去细胞支架粉末直接分散在复合凝胶中，搅拌均匀制备复合物凝胶；

(2)取适量的交联剂加入(1)制备的复合物凝胶中，室温搅拌反应3h，制备稳定的交联凝胶；

(3)将(2)制备的交联凝胶分散在适量体积的无水乙醇中，搅拌脱水30min，抽滤、洗涤、烘干，制得凝胶团块，粉碎成细粉，制备得到水凝胶敷料粉末。

上述步骤(1)中ε-多聚赖氨酸溶于去离子水中的浓度为0.1～50％(w/v)，优选5～50％(w/v)；γ-多聚谷氨酸溶于去离子水中浓度为0.01～50％(w/v)，优选1～40％(w/v)。

上述步骤(2)中加入交联剂的量为体系的0.01～15％(w/v)，优选0.05～10％(w/v)，将交联剂溶于少量去离子水中再加入体系，由此交联剂在体系中混合更均匀，反应更迅速高效，所制备的凝胶结构紧密、机械强度更优。

上述步骤(3)中加入无水乙醇体积为凝胶体系体积的5～100倍，为节省成本，优选5～60倍。

本发明相比同类水凝胶敷料存在如下优势：1)敷料本身含有天然的抑菌成分ε-多聚赖氨酸，不需要再加入抗生素或银类抑菌成分，有效减小对创面的刺激；2)敷料由天然聚氨基酸类材料与去细胞支架组成，具有很好的生物相容性、生物可降解性，降解产物对创面具有营养作用；3)相比临床使用的敷料，本发明制备的敷料材料具有超强吸水能力。

附图说明

附图1为实施例4中组1制备的凝胶敷料粉末SEM图

附图2为实施例4中组4制备的凝胶敷料粉末SEM图

附图3为实施例4中组10制备的凝胶敷料粉末SEM图

附图4为实施例4中组17制备的凝胶敷料粉末SEM图

附图5实施例4中组1，组4，组10和组17杨氏模量测定结果

具体实施例

实施例1 吸水率测定

将制得的水凝胶固体粉末，称量得W₀值置于盛有去离子水的称量瓶中，充分溶胀，用滤纸吸干表面水分，称量得W_n值。样品吸水率根据下列公式计算：吸水率(％)＝100×(W_n-W₀)/W₀

实施例2 抑菌实验

(1)供试菌悬液的制备取大肠杆菌K88、链球菌菌株接种到LB培养基上，37℃培养24h，用接种环挑单菌到3ml LB液体培养基中，37℃、200r/min震荡培养制备菌悬液。

(2)取100μL菌悬液均匀涂布于LB/SS平板，放置约30min后，直径为7mm的伤口敷料放在平板上，同时抗菌药物浸泡后的药敏试纸放在平板上作为阳性对照，蒸馏水浸泡后的试纸放为阴性对照，37℃培养24h，用游标卡尺量出各抑菌圈的直径，每种样品重复3次取其平均值，观察抑菌圈的大小。本实验中使用0.2g/L林可霉素和0.5g/L的哌拉西林作为阳性对照。

实施例3 去细胞支架粉末的制备

称取猪心脏100g，剪成1-3cm的碎块，至盛有300mL 1％十二烷基硫酸钠的容器中震摇(SDS)脱细胞处理，处理过程中时常更换新鲜SDS处理液，直至心脏碎块变成半透明的网状结构，倾去SDS处理液，继续用300mL蒸馏水冲洗5-8次除去SDS，制得湿润支架，可由下列处理方法制备去细胞支架粉末，(1)经冷冻干燥、粉碎处理制得支架粉末；或(2)湿润支架先分散在0.1M盐酸中，加入支架重量10％的胃蛋白酶消化处理48h，氢氧化钠调节pH至7.4，经冷冻干燥制得支架粉末。

实施例4 抑菌水凝胶敷料的制备

按照表1处方，称取ε-多聚赖氨酸与γ-多聚谷氨酸分别置两个100ml烧杯中，分别加入10ml蒸馏水室温搅拌使其完全溶解，制备两相聚合物溶液；将ε-多聚赖氨酸溶液缓慢加入至不断搅拌的γ-多聚谷氨酸溶液中，制备复合物凝胶；按照表1处方，称取碳二亚胺类交联剂溶于5mL蒸馏水中或直接以固体粉末或加热为蒸汽，缓慢加入或通入上述复合物凝胶中，室温搅拌反应3h，制备稳定的交联凝胶；将上述交联后凝胶分散在如表1所示体积的无水乙醇中，搅拌脱水30min，抽滤、无水乙醇30ml洗涤三次、80℃烘干，制得凝胶团块，粉碎，过40目药用筛，制备得到水凝胶敷料粉末。所制备水凝胶敷料按照实施例1，实施例2进行吸水率实验和抑菌实验，结果总结与表1。

实施例5 抑菌水凝胶敷料表面形态观察

取不同处方制备的抑菌水凝胶固态干燥细粉材料，固定于样品台上，表面喷金后置于扫描电镜下观察。对水凝胶内部结构进行电镜扫描结果显示：不同比例的ε-多聚赖氨酸/γ-多聚谷氨酸，经不同浓度的交联剂交联后，形成的水凝胶材料具有三维、多孔的结构，附图1为实施例3中组1制备的凝胶敷料SEM图，附图2为实施例3中组4制备的凝胶敷料SEM图，附图3为实施例3中组10制备的凝胶敷料SEM图，附图4为实施例3中组17制备的凝胶敷料SEM图。

实施例6 抑菌水凝胶敷料力学性能检测

取不同处方制备的抑菌水凝胶固态干燥细粉材料，在PBS中浸泡24h，测量样品的厚度，将样品置于生物材料动态力学试验机的平台上，按照1mm/min的速率进行压缩测试。通过应力-应变曲线计算样本的断裂强度、断裂伸长及杨氏模量(n＝3)。实施例3中组1，组4，组10和组17杨氏模量测定结果如附图5，均大于2kPa，表明具有很好的机械强度。

Claims (8)

1.一种创面修复用的抑菌水凝胶敷料及制备方法，其特征在于：由γ-多聚谷氨酸、ε-多聚赖氨酸，去细胞支架粉末和交联剂组成的固体细粉。

2.根据权利要求1所述的创面修复用的抑菌水凝胶敷料，其特征在于：所述的固体细粉能过40目药用筛。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的创面修复用的抑菌水凝胶敷料，其特征在于：所述的ε-多聚赖氨酸与γ-多聚谷氨酸的质量的比为100∶1～1∶10，去细胞支架粉末占ε-多聚赖氨酸与γ-多聚谷氨酸的总质量的0.01-20％，交联剂占水凝胶干粉敷料重量的0.01％～40％。

4.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3所述的创面修复用的抑菌水凝胶敷料，其特征在于：所述的ε-多聚赖氨酸选自分子量1000～6000Daε-多聚赖氨酸，γ-多聚谷氨酸选自分子量在50万～120万Daγ-多聚谷氨酸，去细胞支架粉末来源于猪的内脏组织；交联剂选自多聚甲醛、戊二醛、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N，N-二异丙基碳二亚胺。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的创面修复用的抑菌水凝胶敷料的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

(1)称取ε-多聚赖氨酸与γ-多聚谷氨酸以一定的浓度分别溶于去离子水中，制备两相溶液，等体积混合、搅拌均匀后，将去细胞支架粉末直接分散在复合凝胶中，搅拌均匀制备复合物凝胶；

(2)取适量的交联剂加入(1)制备的复合物凝胶中，室温搅拌反应3h，制备稳定的交联凝胶；

(3)将(2)制备的交联凝胶分散在适量体积的无水乙醇中，搅拌脱水30min，抽滤、洗涤、烘干，制得凝胶团块，粉碎成细粉，制备得到水凝胶敷料粉末。

6.根据权利要求5所述的创面修复用的抑菌水凝胶敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中ε-多聚赖氨酸溶于去离子水中的浓度为0.1～50％(w/v)，γ-多聚谷氨酸溶于去离子水中浓度为0.01～50％(w/v)。

7.根据权利要求5所述的创面修复用的抑菌水凝胶敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中加入交联剂的量为体系的0.01～15％(w/v)，加入的方式有：①固体粉末直接加入，②先将交联剂溶于少量去离子水中再加入体系，③将交联剂蒸发成蒸汽通入体系。

8.根据权利要求5所述的创面修复用的抑菌水凝胶敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中加入无水乙醇体积为凝胶体系体积的5～100倍。