CN114146232B - 一种抗菌异构多孔膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抗菌异构多孔膜，其由包括疏松多孔层与抗菌致密层复合而成，所述疏松多孔层与抗菌致密层之间以胶原蛋白浆液粘结。该多孔膜具有一定抑菌性，且多孔膜具有合适的孔径，既可允许特定的成分穿过膜，又能有效阻止自体细胞的穿透。同时，多孔膜具有良好的弹性及抗拉性能。在口腔外科手术后的伤口愈合过程中能有效地起到抑菌、屏障的作用，保护病缺损组织修复所需要的空间。本发明还提供了所述抗菌异构多孔膜的制备方法。

Description

一种抗菌异构多孔膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及口腔医用材料技术领域，具体涉及一种抗菌异构多孔膜，以及该多孔膜的制备方法。

背景技术

因牙周炎、龋齿等口腔疾病造成的牙缺失目前已成为常见口腔疾病。调查显示，超过一半的人口存在牙缺失的问题。随着科学的不断发展，牙种植技术已成为牙缺失修复的常用手段，但临床上由于缺牙后的生理性骨吸收以及外伤性缺牙时的骨组织缺损，常有一些牙槽嵴过低、过窄或局部有缺陷的病例。有40%～80%的患者都存在骨量不足的问题，若不治疗，在种植过程中常发生侧方穿孔，导致种植失败。随着引导性再生技术在临床上的应用，上述问题得以解决。骨组织和牙周组织再生中屏障膜的使用是引导骨再生和引导组织再生概念中的核心部分。

中国专利CN112717205A公开了一种利用动物源生物膜的口腔修复膜的制备，以为猪小肠直脱脂、脱蛋白、脱细胞等处理后冻干形成胶原蛋白口腔修复膜材料。但是该膜不能选择性将有利的成分通过膜，起到屏障的作用较差，且抑菌性差。中国专利CN105688288A公开了胶原基复合口腔修复膜的制备，该方法采用氧化羧甲基壳聚糖对胶原进行交联改性使得膜具有一定的抑菌性，但该膜的弹性及机械性能差。理想的口腔修复膜应具备以下特性：

1、在口腔外科手术后的伤口愈合过程中，咀嚼、吞咽、舌头运动、说话、牙齿运动等可能会发生内、外复杂的机械力，从而对牙周组织再生中屏障膜产生压力。因此生物屏障膜需要良好的弹性及机械性能。

2、生物膜应具有合适的孔径，允许特定的成分可穿透膜，例如营养物质、酶和生物大分子。同时，可有效的阻止如纤维化细胞、上皮细胞、成骨细胞的穿透。

3、口腔内有很多菌落，在伤口愈合过程中，容易造成创口污染和口腔生物附着从而引起创口感染及新生组织减少。因此，生物膜应具有一定的抗菌性。

综上所述，需要提供一种抗菌异构多孔膜，能够有效的抗菌，生物膜孔径适当，并具有良好的弹性和机械性能，能够有效的保护口腔缺损组织再生所需要的空间。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种抗菌异构多孔膜。

本发明的第二目的是提供所述抗菌异构多孔膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明涉及一种抗菌异构多孔膜，所述多孔膜包括疏松多孔层与抗菌致密层，所述疏松多孔层与抗菌致密层之间以胶原蛋白浆液粘结。

优选地，所述胶原蛋白浆液由I型胶原蛋白和弹性蛋白混合制备得到，所述疏松多孔层由所述胶原蛋白浆液和交联剂反应制备得到，所述抗菌致密层由所述胶原蛋白浆液和抗菌交联剂反应制备得到。

本发明还涉及所述抗菌异构多孔膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：

（1）制备胶原蛋白浆液：将I型胶原蛋白与弹性蛋白混合后加入酸性溶液，搅拌混合后得到胶原蛋白浆液。将所述胶原蛋白浆液分成3份，用于制备疏松多孔层、抗菌致密层和粘结使用。

优选地，所述I型胶原蛋白与弹性蛋白的质量比为(70~90):(10~30)。

优选地，所述酸性溶液为乙酸或磷酸的水溶液，质量浓度为0.02~0.10 wt%。

优选地，所述I型胶原蛋白和弹性蛋白的混合物与酸性溶液的用量比为(0.2~2g):(50~200mL)。

优选地，所述搅拌反应为在200~3000 rpm转速下机械搅拌1~5 h。

（2）制备疏松多孔层：向所述胶原蛋白浆液中加入交联剂，搅拌条件下进行紫外交联，将反应后的混合液倒入模具中进行冷冻干燥，得到疏松多孔层。

优选地，所述交联剂为EDC/NHS交联剂或京尼平。

优选地，所述交联剂与所述胶原蛋白浆液的用量比为(0.0001~0.001g):(100~200mL)。

优选地，所述紫外交联采用的紫外光波长为280~300 nm。

优选地，所述冷冻干燥的温度为-70~-50℃，时间为20~30h。

优选地，模具深度为0.40~0.75mm。

（3）制备抗菌层：向所述胶原蛋白浆液中加入抗菌交联剂，搅拌条件下进行交联，将反应后的混合液倒入模具中进行冷冻干燥，得到抗菌层。

优选地，所述抗菌交联剂为聚六亚甲基单胍盐（PHMG）或氧化度为70~90%的双醛壳聚糖。

优选地，所述抗菌交联剂与所述胶原蛋白浆液的用量比为(0.0001~0.001g):(200~300mL)。

优选地，所述交联在室温下进行，以200 rpm搅拌反应4~6 h。

（4）对抗菌层进行压缩：将所述抗菌层放置在自动压膜机中进行压缩，得到抗菌致密层。

优选地，所述压缩过程中，压强为0.20~0.70 MPa，压缩时间为5~30 min，压缩后得到的抗菌致密层的厚度为0.10~0.25 mm。

（5）制备抗菌异构多孔膜：在所述疏松多孔层上均匀涂抹一层胶原蛋白浆液后，将抗菌致密层置于其上，冷冻干燥后得到所述抗菌异构多孔膜。

优选地，所述冷冻干燥的温度为-70~-50℃，时间为6~10h。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种抗菌异构多孔膜，其由包括疏松多孔层与抗菌致密层复合而成，所述疏松多孔层与抗菌致密层之间以胶原蛋白浆液粘结。该多孔膜具有抗菌性，且具有合适的孔径，既能允许特定的成分可穿透膜，又能有效阻止自体细胞的穿透。同时，多孔膜具有良好的弹性及机械性能。在口腔外科手术后的伤口愈合过程中能有效地起到抑菌、屏障的作用，保护病缺损组织修复所需要的空间。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明实施例涉及一种抗菌异构多孔膜，其包括疏松多孔层与抗菌致密层，疏松多孔层与抗菌致密层之间以胶原蛋白浆液粘结。

进一步地，胶原蛋白浆液由I型胶原蛋白和弹性蛋白混合制备得到，疏松多孔层由胶原蛋白浆液和交联剂反应制备得到，抗菌致密层由胶原蛋白浆液和抗菌交联剂反应制备得到。

本发明实施例还涉及该抗菌异构多孔膜的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）制备胶原蛋白浆液：将I型胶原蛋白与弹性蛋白混合后加入酸性溶液，搅拌混合后得到胶原蛋白浆液。将胶原蛋白浆液分成3份，用于制备疏松多孔层、抗菌致密层和粘结使用。

在本发明的一个实施例中，I型胶原蛋白与弹性蛋白的质量比为(70~90):(10~30)。其中弹性蛋白组织结构能够有效改善多孔膜的弹性及力学性能，如拉伸强度和弹性模量。

在本发明的一个实施例中，酸性溶液为乙酸或磷酸的水溶液，质量浓度为0.02~0.10wt%。加入酸性溶液的作用是使I型胶原蛋白与弹性蛋白溶解形成凝胶，得到均匀的浆液。

在本发明的一个实施例中，I型胶原蛋白和弹性蛋白的混合物与酸性溶液的用量比为(0.2~2g):(50~200mL)。

在本发明的一个实施例中，搅拌反应为在200~3000 rpm转速下机械搅拌1~5 h。

（2）制备疏松多孔层：向胶原蛋白浆液中加入交联剂，搅拌条件下进行紫外交联，将反应后的混合液倒入模具中进行冷冻干燥，得到疏松多孔层。

在本发明的一个实施例中，交联剂为EDC/NHS交联剂或京尼平。其中，EDC是1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，NHS是N-羟基琥珀酰亚胺。通常EDC和NHS要共同使用。

在本发明的一个实施例中，交联剂与胶原蛋白浆液的用量比为(0.0001~0.001g):(100~200mL)。

在本发明的一个实施例中，紫外交联采用的紫外光波长为280~300 nm。

在本发明的一个实施例中，冷冻干燥的温度为-70~-50℃，时间为20~30h。

在本发明的一个实施例中，模具形状可根据需求进行设定。模具深度，即反应后混合液的注入深度为0.4~0.75mm。

（3）制备抗菌层：向胶原蛋白浆液中加入抗菌交联剂，搅拌条件下进行交联，将反应后的混合液倒入模具中进行冷冻干燥，得到抗菌层。

在本发明的一个实施例中，抗菌交联剂为聚六亚甲基单胍盐（PHMG）或氧化度为70~90%的双醛壳聚糖。这两种物质具有较好的抗菌性，其中氧化度为70~90%的双醛壳聚糖且具有高粘度，其粘度>400 mPa.s。

在本发明的一个实施例中，抗菌交联剂与胶原蛋白浆液的用量比为(0.0001~0.001g):(200~300mL)。

在本发明的一个实施例中，交联在室温下进行，以200 rpm搅拌反应4~6 h。

（4）对抗菌层进行压缩：将抗菌层放置在自动压膜机中进行压缩，得到抗菌致密层。

在本发明的一个实施例中，压缩过程中，压强为0.20~0.70 MPa，压缩时间为5~30min，压缩后得到的抗菌致密层的厚度为0.10~0.25 mm，抗菌致密层具有较好的致密性和透过性。

（5）制备抗菌异构多孔膜：在疏松多孔层上均匀的涂抹一层胶原蛋白浆液后，其中涂浆液应均匀，无气泡、异物。将抗菌致密层置于其上，冷冻干燥后得到抗菌异构多孔膜。

在本发明的一个实施例中，冷冻干燥的温度为-70~-50℃，时间为6~10h。

实施例和对比例中的弹性蛋白、I型胶原蛋白为申请人自制，是从动物（牛、猪）组织（皮肤、肌腱、骨骼等）分离提取制备的干粉。

实施例1

该抗菌异构多孔膜通过以下方法制备得到：

（1）制备胶原蛋白浆液：将1.6g的90%的I型胶原蛋白和10%的弹性蛋白混合物置于120 mL，0.08wt%的乙酸水溶液中，在20℃，800 rpm转速下机械搅拌3h，得到胶原蛋白浆液。将上述制备得到的胶原蛋白浆液分成3份，用于制备疏松多孔层、抗菌致密层和粘结使用。

（2）制备疏松多孔层：将0.0005g的EDC/NHS（摩尔比为2:1）作为交联剂加入150 mL胶原蛋白浆液中，室温在波长为280nm紫外光的照射条件下以100 rpm搅拌反应6h，将反应后的混合液倒入模具中进行冷冻干燥，模具深度为0.5mm，得到具有疏松多孔层。将上述制备得到的疏松多孔层用纯化水洗涤3次，置于4℃环境中备用。

（3）制备抗菌层：将0.0005g的聚六亚甲基单胍盐（PHMG）作为抗菌交联剂，加入至150 mL胶原蛋白浆液中，室温下以200 rpm搅拌反应5h，将反应后的混合液倒入模具中进行冷冻干燥，得到抗菌层。

（4）对抗菌层进行压缩：将所述抗菌层放置在自动压膜机中进行压缩，压强为0.50MPa，压缩时间为20 min，压缩后得到的抗菌致密层的厚度为0.15 mm，得到抗菌致密层。将抗菌致密层用纯化水洗涤3次，置于4℃环境中备用。

（5）制备抗菌异构多孔膜：在疏松多孔层表面均匀的涂抹一层胶原蛋白浆液后，将抗菌致密层置于其上，-60℃下冷冻干燥8h，得到抗菌异构多孔膜。

改变实施例2和3，以及对比例1~3中的反应条件，具体设置如下。

实施例2

步骤（1）中，1.6g蛋白混合物含有80%的I型胶原蛋白和20%的弹性蛋白，其它步骤同实施例1。

实施例3

步骤（1）中，1.6g蛋白混合物含有70%的I型胶原蛋白和30%的弹性蛋白，其它步骤同实施例1。

对比例1

步骤（1）中，1.6g蛋白混合物仅含有I型胶原蛋白，未加入弹性蛋白，其它步骤同实施例1。

对比例2

步骤（1）中，1.6g蛋白混合物含有60%的I型胶原蛋白和40%的弹性蛋白，其它步骤同实施例1。

对比例3

未进行步骤（4），即没有对步骤（3）制备得到的抗菌层进行压缩，直接将其用于步骤（5）中制备抗菌异构多孔膜，其它步骤同实施例1。

对上述实施例和对比例制备得到的抗菌异构多孔膜进行性能测试，具体测试方法如下，测试结果见表1。

1）孔隙尺寸：用扫描电子显微镜测定样品切开截面的孔隙尺寸，随机选取不少于10个孔隙，测量其短轴长度，其平均值即为孔隙尺寸。

2）孔隙率：使用ImageJ软件，统计样品的扫描电镜图中孔隙面积占整个面积的比例，即为孔隙率。

3）拉伸强度和断裂伸长率按照GB/T528-2009中试样规定的方法进行测试。

4）可消化性按照YY/T 1511-2017中6.8节规定的方法进行测试。

表1

由表1可知，其中实施例1~3及对比例1~2的孔隙率呈现增加的趋势，而孔径呈现减小的趋势，说明弹性蛋白可以增强多孔膜的力学支撑。而对比例3的抗菌层未经过压缩，制备的多孔膜孔径远远大于其它实例的孔径，该孔径不具备选择透过性。

拉伸强度与断裂伸长率可反映产品的抗拉性能。实施例1~3拉伸强度呈现先增加后趋向于平衡，断裂伸长率呈现先增加后减少的趋势。说明随着弹性蛋白量的增加，弹性将增加而逐渐趋于平衡。

可消化性随着弹性蛋白及交联剂的加入有很大的改善，说明这两种物质能够有效的提高消化时长。

对实施例1的体外抗菌效果进行研究，单独对抗菌致密层和疏松多孔层进行抗菌测试，发现与疏松多孔层相比，抗菌致密层对牙龈卟啉单胞菌、中间普氏菌均表现出优异的抗菌效果，可有效预防种植术后早期感染。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种抗菌异构多孔膜，其特征在于，所述多孔膜包括疏松多孔层与抗菌致密层，所述疏松多孔层与抗菌致密层之间以胶原蛋白浆液粘结；

所述胶原蛋白浆液由I型胶原蛋白和弹性蛋白混合制备得到，所述疏松多孔层由所述胶原蛋白浆液和交联剂反应制备得到，所述抗菌致密层由所述胶原蛋白浆液和抗菌交联剂反应制备得到；

所述抗菌异构多孔膜的制备方法包括以下步骤：

（1）制备胶原蛋白浆液：将I型胶原蛋白与弹性蛋白混合后加入酸性溶液，搅拌混合后得到胶原蛋白浆液，将所述胶原蛋白浆液分成3份，用于制备疏松多孔层、抗菌致密层和粘结使用；

（2）制备疏松多孔层：向所述胶原蛋白浆液中加入交联剂，搅拌条件下进行紫外交联，将反应后的混合液倒入模具中进行冷冻干燥，得到疏松多孔层；

（3）制备抗菌层：向所述胶原蛋白浆液中加入抗菌交联剂，搅拌条件下进行交联，将反应后的混合液倒入模具中进行冷冻干燥，得到抗菌层；

（4）对抗菌层进行压缩：将所述抗菌层放置在胶原机中进行压缩，得到抗菌致密层；

（5）制备抗菌异构多孔膜：在所述疏松多孔层上均匀的涂抹一层胶原蛋白浆液后，将抗菌致密层置于其上，冷冻干燥后得到所述抗菌异构多孔膜；

步骤（1）中，所述I型胶原蛋白与弹性蛋白的质量比为(70~90):(10~30)；

步骤（3）中，所述抗菌交联剂为聚六亚甲基单胍盐或氧化度为70~90%的双醛壳聚糖。

2.根据权利要求1所述的抗菌异构多孔膜，其特征在于，步骤（1）中，所述酸性溶液为乙酸或磷酸的水溶液，质量浓度为0.02~0.10wt%；

和/或，所述I型胶原蛋白和弹性蛋白的混合物与酸性溶液的用量比为(0.2~2g):(50~200mL)；

和/或，所述搅拌反应为在200~3000 rpm转速下机械搅拌1~5 h。

3.根据权利要求1所述的抗菌异构多孔膜，其特征在于，步骤（2）中，所述交联剂为EDC/NHS交联剂或京尼平；

和/或，所述交联剂与所述胶原蛋白浆液的用量比为(0.0001~0.001g):(100~200mL)；

和/或，所述紫外交联采用的紫外光波长为280~300 nm；

和/或，所述冷冻干燥的温度为-70~-50℃，时间为20~30h。

4.根据权利要求1所述的抗菌异构多孔膜，其特征在于，步骤（3）中，所述抗菌交联剂与所述胶原蛋白浆液的用量比为(0.0001~0.001g):(200~300mL)；

和/或，所述交联在室温下进行，以200 rpm搅拌反应4~6 h。

5.根据权利要求1所述的抗菌异构多孔膜，其特征在于，步骤（4）中，所述压缩过程中的压强为0.20~0.70 MPa，压缩时间为5~30 min。

6.根据权利要求1所述的抗菌异构多孔膜，其特征在于，步骤（4）中，所述抗菌致密层的厚度为0.10~0.25 mm。

7.根据权利要求1所述的抗菌异构多孔膜，其特征在于，步骤（5）中，所述冷冻干燥的温度为-70~-50℃，时间为6~10h。