CN109602941B

CN109602941B - 一种高氧气透过率水凝胶敷料及其制备方法

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Publication number: CN109602941B
Application number: CN201811420837.6A
Authority: CN
Inventors: 汤钧; 丁一; 黄婷婷; 尧袁青
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2018-11-27
Filing date: 2018-11-27
Publication date: 2021-07-13
Anticipated expiration: 2038-11-27
Also published as: CN109602941A

Abstract

一种高氧气透过率水凝胶敷料及其制备方法，属于医用敷料技术领域。本发明通过在凝胶网络中引入高氧气透过率、高机械性能的含硅氧烷乙烯基单体(其在凝胶网络中充当交联剂和增容剂)，同时调节其与水凝胶单体的配比，最后在紫外光下引发单体聚合形成凝胶，由此来解决现有水凝胶敷料低氧气透过率、机械性能差、透光率低等问题。实验结果表明，敷料内部为多孔网络结构，溶胀率达到54.6％，氧气透过率达到442.12OTR(mL/m².day)，断裂伸长率达到的400.1％，拉伸应力达到了1.2704Mpa，且与小鼠胚胎成纤维细胞具有良好的生物相容性。

Description

一种高氧气透过率水凝胶敷料及其制备方法

技术领域

本发明属于医用敷料技术领域，具体涉及一种高氧气透过率水凝胶敷料及其制备方法。

背景技术

随着医疗条件的改善，患者健康意识的增强，传统的创伤敷料因其易与创面粘连、更换时容易二次伤害、无法阻挡细菌等诸多缺点，越来越多地在实际应用中被新型医用敷料取代。伴随着对伤口愈合机理研究的不断深入，人们发现湿润的伤口环境可以促进创面边缘细胞的迁移，加速伤口的愈合。因此，更加符合“湿性愈合”理论的湿性敷料迅速发展。水凝胶敷料作为目前研究和应用最为广泛的湿性敷料，具有能够促进伤口愈合、减轻患者疼痛、改善创面微环境、抑制细菌生长、不黏连伤口等诸多优点，被认为是十分有前景的一种新型医用敷料。

水凝胶是一种含有大量水分的亲水性三维网络高分子溶胀体，具有良好的吸水性(从自身干重的10％到几千倍的吸水量)，但是由于其交联结构往往是由超分子相互作用或者单一的共价键形成，因而其机械性能通常较差，该缺点限制了此类材料的应用。

另一方面，大量的临床研究指出，当组织氧分压(pO2)低于某一水平时，慢性不愈合伤口的发生风险会迅速增加。当氧气消耗超过供应时即会出现组织缺氧(Hypoxia)。同时，血液灌注不良通常被认为与氧气供应下降而导致伤口缺氧有关，因此氧气对于伤口的愈合至关重要。但是，水凝胶材料本身氧气溶解和传递能力十分有限，不能满足伤口愈合过程对氧气的需求。

针对水凝胶敷料氧气透过率低，机械性能差等问题，本发明设计制备了一种具有高氧气透过率、高机械性能、高透光率的水凝胶敷料。首先选取高氧气透过率、高生物相容性、高机械强度的聚硅氧烷为核心组分对其进行端基功能化，以此为大分子交联剂，在紫外光引发下引发其与一种高氧气透过率单体(Tris)、一种亲水性单体(HEMA)的自由基聚合，制备得到一种具有高氧气透过率、高机械强度、高透光率的水凝胶敷料材料。这在国内外还没有见到相关报道，该方法具有良好的应用前景。

发明内容

为克服原有水凝胶敷料的技术缺陷，满足其改进需求，本发明提供了一种新型高氧气透过率水凝胶敷料及其制备方法。其目的在于，通过在凝胶网络中引入高氧气透过率、高机械性能的含硅氧烷乙烯基单体(其在凝胶网络中充当交联剂和增容剂)，同时调节其与水凝胶单体的配比，最后在紫外光下引发单体聚合形成凝胶，由此来解决现有水凝胶敷料低氧气透过率，机械性能差，透光率低等问题。

为实现以上目的，本发明提供了一种高氧气透过率水凝胶敷料，按质量和100％计算，其各组分及其质量百分比如下：

一种高氧气透过率水凝胶敷料的制备方法，其步骤如下：

1)取羟基封端聚二甲基硅氧烷加入100mL支口瓶中，50～70℃水浴下机械搅拌(转速200～400rmp)，真空干燥2～4h；

2)平衡支口瓶气压至常压25～35min，用一次性注射器称取双键封端剂，在常压下注入步骤1)的支口瓶中，用100μL的微量进样器吸取催化剂滴入支口瓶中，常温搅拌18～20h，用正丙醇将支口瓶中的产物溶出来，用5μm滤膜抽滤，旋蒸除去溶剂，得到聚硅氧烷大单体交联剂；

3)按质量和100％计算，取步骤2)制备的27.5％～41.8％的聚硅氧烷大单体交联剂、16.8％～22.9％亲水性单体、15.9％～22.6％含硅氧烷乙烯基单体、1.0％～2.5％光引发剂，溶解在17.5％～25.0％稀释剂中，磁力搅拌10～20分钟，超声消泡得到聚合溶液；

4)用滴管吸取步骤3)得到的聚合溶液滴入聚四氟乙烯模具中，滴满后在模具上盖上玻璃板，整体置于紫外光下，聚合30～60min；掀开玻璃板，从模具中取出聚合好的凝胶用乙醇冲洗10～20min后，置于生理盐水中，得到本发明所述的完整透明的高氧气透过率水凝胶敷料。

本发明所述的羟基封端聚二甲基硅氧烷为Tech-2120、KF-6001(Mn＝2000)、KF-6002(Mn＝3000)等端羟烷基改性的有机硅化合物中的任意一种。

所述的双键封端剂为甲基丙烯酸异氰基乙酯(IEM)或异氰酸酯丙烯酸乙酯中的一种，其用量与羟基封端聚二甲基硅氧烷的摩尔比为1：2。

所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡或1,4-丁二醇中的一种，其用量为羟基封端聚二甲基硅氧烷质量的1％～1.5％。

所述的亲水性单体为甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、N，N-二甲基甲基丙烯酰胺(DMMA)、N，N-二甲基丙烯酰胺(DMA)、N-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP)中的任意一种。

所述含硅氧烷乙烯基单体为甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧烷基)硅烷(Tris)、N-[三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基丙基]-(甲基)丙烯酰胺、N-[三(二甲基丙基甲硅烷氧基)-甲硅烷基丙基]-(甲基)丙烯酰胺、N-[三(二甲基苯基甲硅烷氧基)甲硅烷基丙基]-(甲基)丙烯酰胺中的任意一种。

所述的光引发剂为二乙氧基苯丙酮、Darocur 1173、Darocur 2959中的任意一种。

所述稀释剂为甲醇、异丙醇、正丙醇中的任意一种。

附图说明

图1为本发明所实施例2制备的高氧气透过率水凝胶敷料的实物照片；

图2为本发明实施例1中制备的聚硅氧烷大单体交联剂的红外谱图；

图3为本发明实施例2中制备的高氧气透过率水凝胶敷料的FE-SEM照片；

图4为本发明实施例2中制备的高氧气透过率水凝胶敷料在37℃下的溶胀率曲线；

图5为本发明实施例2中制备的高氧气透过率水凝胶敷料在37℃下的氧气透过率测试实验报告。

图6为本发明实施例2中制备的高氧气透过率水凝胶敷料的应力应变曲线；

图7本发明实施例3中测得的细胞增殖情况。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

一种聚硅氧烷大单体交联剂的制备制备方法，它包括以下步骤：

7.5g KF-6001加入100mL支口瓶中，插入机械搅拌，旋塞涂上真空酯，支口接上真空线，55℃水浴，真空300rmp干燥2h。平衡气压至常压30±5min，用差量法称量1.165g IEM，用注射器注入反应器中，用100μL的微量进样器吸取二月桂酸二丁基锡催化剂100μL滴入反应器中，常温搅拌16h。用35mL正丙醇将反应瓶中的产物溶出来，转移至产物瓶中，5μm滤膜抽滤，旋蒸除去溶剂后得到聚硅氧烷大单体交联剂。

实施例2

一种高氧气透过率水凝胶敷料的制备方法，它包括以下步骤：

量取37.5g的实施例1中的聚硅氧烷大单体交联剂，17.8g的甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，20.6g的甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧烷基)硅烷(Tris)，1.0g的Darocur1173，溶解于质量百分比23.1g的正丙醇中，磁力搅拌20分钟，超声消泡10分钟得到聚合溶液备用。用移液枪吸取5mL聚合溶液滴入具有5*5*0.2cm内槽的聚四氟乙烯模具中，滴满后在模具上盖上一个6*6*0.2cm的玻璃板，整体置于紫外光下，聚合40min。掀开玻璃板，从模具中脱下聚合好的固态凝胶用乙醇冲洗15min后，置于生理盐水中，得到完整透明的本发明所述的高氧气透过率水凝胶敷料。

实施例3

对实施例2中材料进行生物相容性评价，所用细胞为小鼠胚胎成纤维细胞(3T3)，制备细胞悬浮液，接种于放有实施例2中敷料材料的24孔板中；对照组为无实施例2中敷料材料下接种细胞于96孔板。每孔接10000个细胞。置于37℃，5％二氧化碳条件培养箱下培养，每24h换一次新鲜10％胎牛血清培养基，并进行一次CCK-8细胞增殖检测。检测450nm波长下的OD值，OD值越高，说明细胞数量越多。

对本发明所合成的聚硅氧烷大单体交联剂和高氧气透过率水凝胶敷料进行了详细的性能表征，具体表征方式如下：

红外光谱分析

采用红外光谱(Spectrum FTIR 8400S spectrometer,Shimadzu)对制备的大单体交联剂进行了表征。将制备好的大单体滴加到压好的溴化钾片上，烘干后进行测试。

形貌分析

采用FE-SEM(Hitachi FE-SEM S-4800instrument)观察冻干后的凝胶的形貌。

溶胀性能测试：

将冷冻干燥过的凝胶切成小块，准确称量其质量Wq，将切好的小块与37℃下，于500mL的生理盐水中浸泡，每隔一段时间取出，并擦干表面水分，称量其重量直至不变，记该质量为Ws，则溶胀率(swelling rate，SR)可由如下公式计算：

氧气透过率：

氧气透过率测量采用符合薄膜材料氧气透过率国家标准(GB/T 19789-2005)的广州标际Y310氧气透过率测定仪，测量我们在实施例2中制备的凝胶材料。

机械性能测试：

将制备的高氧气透过率水凝胶薄膜样品切成标准样条(长×宽×厚-14mm×lOmm×1mm)，将样品置于万能材料拉力试验机平板的中心，使其保持白然垂直，然后用夹具夹紧，以恒定速率(20mm/min)缓慢施加载荷，直到样条断裂，测量最大拉伸应力强度和断裂伸长率，并以此计算出相应的应力与应变数据。

实验结果分析：

图2为实施例1得到的聚硅氧烷大单体交联剂的红外分析：图中2930处为-CH3的伸缩振动峰。1658处的酰胺键吸收峰表明异氰酸确实和KF-6001上的羟基成功反应。同时1600左右的峰来自于IEM上的双键。综上IEM成功将KF-6001封端。

图3的FE-SEM照片可以明显的观察到实施例2制备的高氧气透过率水凝胶敷料内部的多孔网络结构。

图4为实施例2制备的高氧气透过率水凝胶敷料在37℃下的溶胀曲线，可以看出90分钟后，达到溶胀平衡，其溶胀率为54.6％。

图5为实施例2制备的高氧气透过率水凝胶敷料的氧气透过率实验报告，从图中可以看出材料的氧气透过率达到了442.12OTR(mL/m².day)。

图6为实施例2制备的高氧气透过率水凝胶敷料的应力应变曲线，从图中可以看出材料的断裂伸长率达到的400.1％，拉伸应力达到了1.2704Mpa。机械性能相比于传统水凝胶实现了明显的提升。

图7实施例3中测得的细胞增殖情况，OD值越高说明细胞数量越多，前三天的细胞增殖状况良好，说明实施例2中制备的凝胶敷料与小鼠胚胎成纤维细胞具有良好的生物相容性。

Claims

1.一种高氧气透过率水凝胶敷料的制备方法，其步骤如下：

1）取羟基封端聚二甲基硅氧烷加入100mL支口瓶中，50~70℃水浴下机械搅拌，真空干燥2~4 h；其中，机械搅拌的转速为200~400 rmp；

2）平衡支口瓶气压至常压25~35min，用一次性注射器称取双键封端剂，在常压下注入步骤1）的支口瓶中，用100μL的微量进样器吸取催化剂滴入支口瓶中，常温搅拌18~20 h，用正丙醇将支口瓶中的产物溶出来，用5μm滤膜抽滤，旋蒸除去溶剂，得到聚硅氧烷大单体交联剂；

3）按质量和100%计算，取步骤2）制备的27.5%~41.8%的聚硅氧烷大单体交联剂、16.8%~22.9%亲水性单体、15.9%~22.6%含硅氧烷乙烯基单体、1.0%~2.5%光引发剂，溶解在17.5%~25.0%稀释剂中，磁力搅拌10~20分钟，超声消泡得到聚合溶液；

4）用滴管吸取步骤3）得到的聚合溶液滴入聚四氟乙烯模具中，滴满后在模具上盖上玻璃板，整体置于紫外光下，聚合30~60min；掀开玻璃板，从模具中取出聚合好的凝胶用乙醇冲洗10~20 min后，置于生理盐水中，得到高氧气透过率水凝胶敷料；

其中，羟基封端聚二甲基硅氧烷为Tech-2120、Mn=2000的KF-6001或Mn=3000的KF-6002中的任意一种；亲水性单体为甲基丙烯酸羟乙酯、N，N-二甲基甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基-2-吡咯烷酮中的任意一种；含硅氧烷乙烯基单体为甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧烷基)硅烷、N-[三（三甲基甲硅烷氧基）甲硅烷基丙基]-（甲基）丙烯酰胺、N-[三（二甲基丙基甲硅烷氧基）-甲硅烷基丙基]-（甲基）丙烯酰胺、N-[三（二甲基苯基甲硅烷氧基）甲硅烷基丙基]-（甲基）丙烯酰胺中的任意一种；稀释剂为甲醇、异丙醇、正丙醇中的任意一种。

2.如权利要求1所述的一种高氧气透过率水凝胶敷料的制备方法，其特征在于：双键封端剂为甲基丙烯酸异氰基乙酯或异氰酸酯丙烯酸乙酯中的一种，其用量与羟基封端聚二甲基硅氧烷的摩尔比为1：2。

3.如权利要求1所述的一种高氧气透过率水凝胶敷料的制备方法，其特征在于：催化剂为二月桂酸二丁基锡或1,4-丁二醇中的一种，其用量为羟基封端聚二甲基硅氧烷质量的1%~1.5%。

4. 如权利要求1所述的一种高氧气透过率水凝胶敷料的制备方法，其特征在于：光引发剂为二乙氧基苯丙酮、Darocur 1173、Darocur 2959中的任意一种。

5.一种高氧气透过率水凝胶敷料，其特征在于：是由权利要求1~4任何一项所述的方法制备得到。