CN112472867A - 一种抗菌医用水凝胶敷料及其制备方法 - Google Patents
一种抗菌医用水凝胶敷料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于生物医药技术领域，具体涉及一种抗菌医用水凝胶敷料及其制备方法，包含以下质量分数的组分：羧甲基壳聚糖10～25％、氧化葡聚糖‑季铵化碱木质素2～15％、抗菌剂0.1～3％、丙二醇5～12％和余量的溶剂。本发明中羧甲基壳聚糖与氧化葡聚糖‑季铵化碱木质素通过静电作用形成交联的水凝胶网络，相比席夫碱或迈克尔加成反应，避免了加入交联剂，生物相容性和生物降解性更高；本发明提供的羧甲基壳聚糖/氧化葡聚糖‑季铵化碱木质素水凝胶相比现有的羧甲基壳聚糖/氧化葡聚糖具备更优异的力学性能，且吸渗率高，能够快速有效地完全吸收渗液，为创面提供良好的愈合环境，显著促进伤口的愈合。
Description
技术领域
本发明属于生物医药技术领域。更具体地，涉及一种抗菌医用水凝胶敷料及其制备方法。
背景技术
医用敷料在创伤修复方面发挥着不可替代的作用，其不仅可以完全清除坏死组织、保护创面，而且还可以加快创面的愈合。对于创面修复而言，医用敷料促进创面的愈合机制多数认为是基于“湿性愈合”理论，大多数研究表明，在湿润、密封的环境中创面能够迅速愈合，另外，在密封条件下，低氧症状较为明显，为细胞因子的生长创建了良好的条件，加快了细胞外基质、血管的增长。在湿润状态下，渗液可加快产生各种酶，增强细胞因子的活性，对创面上的坏死组织、纤维蛋白进行迅速溶解，增强酶的清创作用。同时，低氧环境能够抑制巨噬细胞出现花生四烯酸代谢物，对局部疼痛给与有效改善。因此，合适的敷料应该具备以下几点条件：①可创建湿性愈合条件；②能够清除坏死组织，且将渗出液完全吸收；③抗感染效果突出，且透气性较佳。
水凝胶型敷料可创建无菌、湿润的环境，加快创面愈合，加快上皮细胞再生速度，强化巨噬细胞活性，也可有效预防瘙痒、疼痛，且其吸水性和生物相容性好，但是其存在含水量高、机械强度不高的缺点。
羧甲基壳聚糖同时含有羧基和活性氨基，具有相比壳聚糖更好的抗菌活性和亲水性，且表现出较强的吸水保湿性。利用羧甲基壳聚糖材料制备的医用敷料与皮肤创口具有良好的相容性和透气性，但羧甲基壳聚糖力学性能较差，而其互穿网络结构的力学性能明显增强[1]。
葡聚糖(Dextran)是一种可降解细菌多糖，来源丰富，具有良好的生物相容性，广泛用于药物辅料和生物分离。葡聚糖本身的力学强度较差，但是其长链上含有的羟基极易进行修饰得到具有反应活性的葡聚糖衍生物，并通过不同方式进行交联形成水凝胶网络，提高其强度[2]。
目前有将葡聚糖衍生物与羧甲基壳聚糖通过不同方式进行交联形成水凝胶网络，如基于席夫碱反应的氧化葡聚糖/胺化羧甲基壳聚糖[3]；基于迈克尔加成反应的氧化葡聚糖-巯基化壳聚糖[4]，这些水凝胶网络均具备相比葡聚糖衍生物水凝胶或羧甲基壳聚糖水凝胶更高的搭接-剪切拉伸承载强度、T-剥离拉伸承载强度，比较适合应用于组织工程领域，但是这一类医用敷料本身含水量过高，导致其吸渗能力较差，无法有效地将渗液完全吸收，使其局限于烧伤型创口促愈合，且作为创口敷料，需要敷料具备更高的断裂强度和韧性以保证其结构完整性。
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发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有葡聚糖/羧甲基壳聚糖水凝胶敷料存在的力学强度不够理想，且吸渗效果较差的缺陷，提供了一种抗菌医用水凝胶敷料。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：一种抗菌医用水凝胶敷料，包含以下质量分数的组分：羧甲基壳聚糖10～25％、氧化葡聚糖-季铵化碱木质素2～15％、抗菌剂0.1～3％、丙二醇5～12％和余量的溶剂。
优选地，所述抗菌医用水凝胶敷料包含以下质量分数的组分：羧甲基壳聚糖12～25％、氧化葡聚糖-季铵化碱木质素5～15％、抗菌剂1～3％、丙二醇5～10％和余量的溶剂。
优选地，所述抗菌剂选自聚四亚甲基盐酸胍、聚六亚甲基盐酸胍、聚八亚甲基盐酸胍和聚间苯二甲基盐酸胍中的一种。
优选地，所述氧化葡聚糖-季铵化碱木质素由以下步骤制备得到：
按照一定的质量比称取氧化葡聚糖和季铵化碱木质素于反应器中，加入氧化葡聚糖和季铵化碱木质素总量1～1.5倍量的蒸馏水，调节反应体系pH为8.0～9.2，搅拌至溶解；加入反应体系3～6质量分数％的戊二醛，65～80℃水浴反应2～3.5h；反应完毕，冷却至室温，酸沉离心，沉淀用去离子水洗涤至中性，真空干燥即得。
优选地，所述氧化葡聚糖和季铵化碱木质素的质量为3:1～2。
优选地，所述氧化葡聚糖和季铵化碱木质素的质量为3:2。
优选地，所述制备过程中，调节反应体系pH为9.0；所述戊二醛的加入量为3.5％；所述水浴反应时间为3h，水浴温度为75℃。
优选地，所述氧化葡聚糖是以葡聚糖为原料，采用高碘酸钠作为氧化剂制备得到的；所述氧化葡聚糖的氧化度为70～75％。
优选地，所述溶剂为去离子水。
本发明另一目的在于提供一种制备所述抗菌医用水凝胶敷料的方法，包括以下步骤：
S1、将羧甲基壳聚糖溶解于去离子水中形成质量分数为2～5％的羧甲基壳聚糖水溶液；将氧化葡聚糖-季铵化碱木质素溶解于水中1～3％氧化葡聚糖-季铵化碱木质素溶水溶液；
S2、往所述羧甲基壳聚糖水溶液中加入上述氧化葡聚糖-季铵化碱木质素溶水溶液，充分搅拌，加入丙二醇和抗菌剂，搅拌均匀，室温下静置8～24h，即得。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明中羧甲基壳聚糖与氧化葡聚糖-季铵化碱木质素可通过静电作用形成交联的水凝胶网络，相比席夫碱或迈克尔加成反应，避免了加入交联剂，生物相容性和生物降解性更高。
(2)本发明提供的羧甲基壳聚糖/氧化葡聚糖-季铵化碱木质素水凝胶相比现有的羧甲基壳聚糖/氧化葡聚糖具备更优异的力学性能，且吸渗率高，能够快速有效地完全吸收渗液，同时具有良好的水蒸气透过率，能够为创面提供良好的愈合高湿环境，显著促进伤口的愈合，适用于更多类型创口的修复。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
本发明实施例中涉及的氧化葡聚糖的制备方法为:按照背景技术中现有文献[3]中的1.4.1制备。
本发明实施例中涉及的季铵化碱木质素的制备方法：将3份碱木质素和5份3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵溶液(1wt％)混合后，加入1份20wt％的氢氧化钠溶液，在85℃下反应3.5h，经透析，提纯，旋蒸，冷冻干燥后得到季铵化碱木质素固体粉末。
实施例1、氧化葡聚糖-季铵化碱木质素制备
按照3:2质量比分别称取氧化葡聚糖和季铵化碱木质素于反应器中，加入氧化葡聚糖和季铵化碱木质素总量1倍量的蒸馏水，调节反应体系pH为9.0，搅拌至溶解；加入反应体系3.5wt％的戊二醛，75℃水浴反应3h；反应完毕，冷却至室温，酸沉离心，沉淀用去离子水洗涤至中性，真空干燥即得。
实施例2、氧化葡聚糖-季铵化碱木质素制备
按照3:1质量比分别称取氧化葡聚糖和季铵化碱木质素于反应器中，加入氧化葡聚糖和季铵化碱木质素总量1.2倍量的蒸馏水，调节反应体系pH为9.1，搅拌至溶解；加入反应体系3.5wt％的戊二醛，70℃水浴反应3.5h；反应完毕，冷却至室温，酸沉离心，沉淀用去离子水洗涤至中性，真空干燥即得。
实施例3、氧化葡聚糖-季铵化碱木质素制备
按照3:1.5质量比分别称取氧化葡聚糖和季铵化碱木质素于反应器中，加入氧化葡聚糖和季铵化碱木质素总量1.5倍量的蒸馏水，调节反应体系pH为9.2，搅拌至溶解；加入反应体系5wt％的戊二醛，80℃水浴反应2h；反应完毕，冷却至室温，酸沉离心，沉淀用去离子水洗涤至中性，真空干燥即得。
实施例4～6、抗菌医用水凝胶敷料配方(质量分数)
| 组分 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 |
| 羧甲基壳聚糖 | 24％ | 20％ | 16％ |
| 氧化葡聚糖-季铵化碱木质素 | 12％ | 5％ | 12％ |
| 聚四亚甲基盐酸胍 | 1％ | 1％ | 1％ |
| 丙二醇 | 8％ | 5％ | 10％ |
| 去离子水 | 余量 | 余量 | 余量 |
制备方法：
S1、将羧甲基壳聚糖溶解于去离子水中形成质量分数为3％的羧甲基壳聚糖水溶液；将氧化葡聚糖-季铵化碱木质素溶解于水中2％氧化葡聚糖-季铵化碱木质素溶水溶液；
S2、往所述羧甲基壳聚糖水溶液中加入上述氧化葡聚糖-季铵化碱木质素溶水溶液，充分搅拌，加入丙二醇和聚四亚甲基盐酸胍，搅拌均匀，室温下静置12h，即得。
对比例1、与实施例1的区别在于，采用氧化葡聚糖替代氧化葡聚糖-季铵化碱木质素，其余参数与实施例1相同。
对比例2、背景技术涉及的现有文献3制备的水凝胶。
对比例3、背景技术涉及的现有文献4制备的水凝胶。
试验例一、拉伸性能测试
分别取实施例1～3和对比例1～3得到的水凝胶装于表面皿中，40℃真空干燥24h，制成哑铃形样品，按照GB/T13022标准，使用万能试验机对上述样品进行测试，拉伸速率为50mm/min，每个样品测试三次取平均值。
表1各组样品拉伸性能测试结果
| 样品 | 拉伸强度(MPa) | 断裂伸长率(％) |
| 实施例1 | 19.35 | 30.21 |
| 实施例2 | 17.55 | 28.16 |
| 实施例3 | 17.92 | 29.43 |
| 对比例1 | 10.76 | 12.48 |
| 对比例2 | 12.13 | 16.26 |
| 对比例3 | 14.56 | 14.38 |
由上表可知，本发明实施例1～3相比对比例1～3具备更高的拉伸强度和断裂伸长率。
试验二、吸渗性能测试
取实施例1～3以及对比例1～3水凝胶，将上述各组凝胶剪切成大小为5cm×5cm的试样，将各组试样放置在温度为20℃，湿度为65％的环境下24h，使敷料的回潮率达到平衡后，测定敷料的干重，记为w0。之后将各组样品放置在比样品重40倍的模拟伤口渗出液中(按照标准YY/T0471,1-2004配制，含142mmol钠离子和2.5mmol钙离子)，在培养皿中放置30min后，用镊子夹住样品一角在空中悬挂30S后，测定各组样品的湿重，记为ws，计算单位重量敷料的吸渗率＝(ws-w0)/w0×100％，每组测定10个平行试样，取平均值，测定结果如下表2所示。
表2吸渗试验结果
| 样品 | 吸渗率(％) |
| 实施例1 | 485.37 |
| 实施例2 | 436.19 |
| 实施例3 | 452.06 |
| 对比例1 | 256.43 |
| 对比例2 | 211.36 |
| 对比例3 | 204.50 |
由上表可知，本发明实施例1～3制备的水凝胶吸渗率平均值均可达到400以上，显示其具有良好的吸渗性能。
试验三、水蒸气透过率测试
按照ASTM E96-00-方法测定，具体步骤如下：分别称取实施例1～3以及对比例1～3水凝胶于装有25ml去离子水，直径为35mm锥形瓶中，密封，分别称重，记录初始瓶子、水、试样总重量Wi；将装有水凝胶的小瓶置于恒温恒湿培养箱(温度37℃，相对湿度79％)24h内，以只装有25ml去离子水的样品作为空白对照组，24h后取出，称取瓶子、水、试样总重量Wf，按下式计算水蒸气透过率，结果如下表3所示。
表3水蒸气透过率
| 样品 | 水蒸气透过率(g/m<sup>2</sup>/24h) |
| 实施例1 | 1811.46 |
| 实施例2 | 1795.32 |
| 实施例3 | 1736.47 |
| 对比例1 | 1605.81 |
| 对比例2 | 1548.96 |
| 对比例3 | 1733.42 |
本发明提供的实施例1～3水凝胶水蒸气透过率高于标准值1000g/m2/24h，显示其具有良好的透水、透气功能，能够使创面维持高湿环境。
试验四、抑菌试验
试验细菌选取大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，分别取实施例1～3以及对比例1～3水凝胶，分别剪取直径为8mm的圆形试样，经紫外照射灭菌后，在固体LB培养基上滴入10μl大肠杆菌菌液(106CFU/mL)和金黄色葡萄球菌液(106CFU/mL)，分别用涂布棒均匀涂布后贴上待测样品，正置15min后将培养皿置于37℃培养箱中倒置培养24h后取出，观察培养基上的细菌生长情况并计算抑菌圈直径，测试结果如下表4所示。
表4抑菌试验结果
由上表可知，本发明实施例1～3以及对比例1～3均具备良好的抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的作用，而由于本发明引入了季胺化木质素，其抑菌效果更突出。
试验五、创面愈合试验
1.试验样品：实施例1～3以及对比例1～3制备的医用敷料。
2.试验对象：SD大鼠，220～260g，60只。
3.试验方法：将60只大鼠随机分为6组，分别为实施例1～3以及对比例1～3组，每组10只。剪去各组大鼠背部脊椎一侧白毛，在麻醉状态下，用手术刀切出创面(大小1×1cm2，深度0.2cm)，分别将各组样品覆于创面处，每天早晚使用两次，分别于第1d、7d和14d观察创面愈合情况，采用标准透明方胶片测量创面面积，计算愈合率(％)＝(治疗前创面面积-治疗后创面面积)/治疗前创面面积×100％，结果如下表5所示。
表5愈合试验结果
与实施例1组相同时间点愈合率相比，*P＜0.05。
由上表可知，本发明实施例1～3制备的医用敷料具有快速促进伤口愈合的作用，第14d时创面愈合率均高达98％以上，且愈合率从第7d开始与对比例1～3存在显著差异。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种抗菌医用水凝胶敷料，其特征在于，包含以下质量分数的组分：羧甲基壳聚糖10～25％、氧化葡聚糖-季铵化碱木质素2～15％、抗菌剂0.1～3％、丙二醇5～12％和余量的溶剂。
2.如权利要求1所述抗菌医用水凝胶敷料，其特征在于，包含以下质量分数的组分：羧甲基壳聚糖12～25％、氧化葡聚糖-季铵化碱木质素5～15％、抗菌剂1～3％、丙二醇5～10％和余量的溶剂。
3.如权利要求1所述抗菌医用水凝胶敷料，其特征在于，所述抗菌剂选自聚四亚甲基盐酸胍、聚六亚甲基盐酸胍、聚八亚甲基盐酸胍和聚间苯二甲基盐酸胍中的一种。
4.如权利要求1所述抗菌医用水凝胶敷料，其特征在于，所述氧化葡聚糖-季铵化碱木质素由以下步骤制备得到：
按照一定的质量比称取氧化葡聚糖和季铵化碱木质素于反应器中，加入氧化葡聚糖和季铵化碱木质素总量1～1.5倍量的蒸馏水，调节反应体系pH为8.0～9.2，搅拌至溶解；加入反应体系3～6质量分数％的戊二醛，65～80℃水浴反应2～3.5h；反应完毕，冷却至室温，酸沉离心，沉淀用去离子水洗涤至中性，真空干燥即得。
5.如权利要求4所述抗菌医用水凝胶敷料，其特征在于，所述氧化葡聚糖和季铵化碱木质素的质量为3:1～2。
6.如权利要求5所述抗菌医用水凝胶敷料，其特征在于，所述氧化葡聚糖和季铵化碱木质素的质量为3:2。
7.如权利要求4所述抗菌医用水凝胶敷料，其特征在于，所述制备过程中，调节反应体系pH为9.0；所述戊二醛的加入量为3.5％；所述水浴反应时间为3h，水浴温度为75℃。
8.如权利要求3所述抗菌医用水凝胶敷料，其特征在于，所述氧化葡聚糖是以葡聚糖为原料，采用高碘酸钠作为氧化剂制备得到的；所述氧化葡聚糖的氧化度为70～75％。
9.如权利要求1所述抗菌医用水凝胶敷料，其特征在于，所述溶剂为去离子水。
10.一种制备如权利要求1～9任一所述抗菌医用水凝胶敷料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将羧甲基壳聚糖溶解于去离子水中形成质量分数为2～5％的羧甲基壳聚糖水溶液；将氧化葡聚糖-季铵化碱木质素溶解于水中1～3％氧化葡聚糖-季铵化碱木质素溶水溶液；
S2、往所述羧甲基壳聚糖水溶液中加入上述氧化葡聚糖-季铵化碱木质素溶水溶液，充分搅拌，加入丙二醇和抗菌剂，搅拌均匀，室温下静置8～24h，即得。
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