CN102319448A - 一种用于制备医用创伤敷料的抗菌水凝胶材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制备医用创伤敷料的抗菌水凝胶材料及其制备方法，属于医用创伤敷料及其制备领域。该抗菌水凝胶材料包括季铵化壳聚糖和丝素蛋白，两种组分的质量比为1∶5～1∶20，在中性条件下形成混合均匀的水凝胶。其中用于制备季铵化壳聚糖的壳聚糖的分子量在0.5～100万之间，其脱乙酰度为85％以上，季铵化取代度为10.4％～36.2％。本发明的水凝胶具有高的抗菌抗炎性能及促凝血功能，渗液吸收能力适中，可提供湿性环境加速伤口愈合，同时调节成纤维细胞的分泌作用，达到美观修复创面的效果。其制备过程简单，形态多样、方便实用。

Description

一种用于制备医用创伤敷料的抗菌水凝胶材料及其制备方法

技术领域

本发明属医用创伤敷料及其制备领域，特别涉及一种用于制备医用创伤敷料的抗菌水凝胶材料及其制备方法。

背景技术

创伤愈合是一个动态的过程，分为炎症反应期、肉芽组织增生期、癫痕形成期，所以对创伤敷料的要求也会随着痊愈过程有所变化。传统的医用创伤敷料一般用纱布或无纺布和棉花配合药物制成，可以保护伤口免受机械性损伤，防止伤口感染。其优点是：有一定的吸收性能，制作简单，价格便宜，可以重复实用。缺点是：抗菌、消炎和吸收渗液的性能差，无法保持创面湿润导致创面愈合延迟，敷料纤维造成异物从而影响愈合，换药时易损伤新生组织，换药工作量大。随着科学的发展，人们对敷料有了新的要求，敷料不只是覆盖创面，而且要具有良好的抗菌，抗炎作用，能促进创面愈合，同时，由于材料学和工艺学的进步，使敷料在实用性和功能性上有了突破性的进展。

医用高分子水凝胶创伤敷料是近年来发展起来的一种新型敷料产品，能广泛的用于各类溃疡以及创伤伤口，已逐步成为传统敷料的替代品。然而，目前的水凝胶创伤敷料仍存在诸多不足。

美国专利申请U.S.Pat.No.3,4291,025公开了一种用于烧烫伤以及皮肤破损处的琼脂凝胶敷料，其原料包含琼脂、二甘醇和水，专利称该敷料需要加热后涂抹于伤口，待溶液冷却至凝胶化温度以下形成凝胶保护创口，因此该产品使用比较复杂，温度变化对伤口造成刺激，且黏附性较差；中国专利200710043427.X公开了一种通过聚乙烯醇和水溶性聚合物溶液经过脱泡处理后，采用循环冷冻融化法制得水凝胶，专利称该水凝胶敷料具有优异的强度和韧性，同时有高透明性和优异的吸收伤口渗出液的能力，但其在促组织再生、抗菌性能等方便存在不足；中国专利200710037471.X公开了一种含有水溶性聚合物和甲壳素衍生物的水凝胶敷料，通过辐照、循环冷冻融化等工序进行制备，专利称该水凝胶具有抗菌、消炎、止血和促进伤口愈合等功能，但其制备过程复杂，且壳聚糖不能溶解在在中性溶液中，导致混合不均；中国专利200820055198.3公开了一种含甲壳素的创可贴，天然甲壳素因具有一定的抗菌消炎功能，能提高敷料的医疗性能，但作用单一，且未经化学改性的甲壳素吸收伤口渗液能力低。

综上，传统敷料和上述水凝胶创伤敷料均存在着各种方面的不足，或生物相容性差，或抗菌性差，或吸收伤口渗液能力差，或在促进细胞生长创口愈合方面存在不足，或溶解性不足。

发明内容

本发明的目的旨在解决上述问题而提供一种具有高抗菌性、促凝血、促愈、抑制异常癫痕产生的水凝胶敷料及制备方法，从而满足创面如糖尿病足及慢性创面对敷料的多种物理和生理的需求，同时满足人类对美观的需求。

为解决本发明提出的技术问题，本发明提供的技术方案是：

本发明的第一个方面，提供一种用于制备医用创伤敷料的抗菌水凝胶材料，该材料组分包括：季铵化壳聚糖(2-Hydroxypropyl Trimethyl ammonium Chitosan Chloride，HTCC)和丝素(Silk Fibroin，SF蛋白)，其质量比为1∶5～1∶20，在中性条件下形成混合均匀的水凝胶，冻干后形态为白色透明偏淡黄的海绵状；其中，用于制备季铵化壳聚糖的壳聚糖的分子量在0.5～100万之间，其脱乙酰度为85％以上，季铵化取代度为10.4％-36.2％。

其中所述的季铵化壳聚糖用下述的方法制备，包括：

1)将分子量在0.5～100万之间，脱乙酰度大于85％的壳聚糖粉研磨成粒径在10-100μm的超细颗粒；

2)称取步骤1)的壳聚糖超细颗粒加入玻璃反应容器中，再加入其壳聚糖质量10倍量的纯水，在10～30℃室温下充分搅拌，使两者混合均匀；

3)在步骤2)混合均匀溶液中加入缩水甘油基三甲基氯化铵，按壳聚糖与缩水甘油基三甲基氯化铵质量比为1∶0.5～1∶1.5于85℃水相反应6h，获得取代度为10.4％～36.2％季铵化壳聚糖。

所述的水凝胶材料制备的医用创伤敷料的敷料形态为透明膜状、海绵状或粉末状。

本发明提供的医用创伤敷料的敷料厚度为0.5-5mm，常温下敷料平衡水质量含量为35％-65％，常温下敷料水汽透过率为2165-2350g.m^-2.24h^-1。所述的常温也叫一般温度(20～25℃)。

本发明的第二个方面，提供一种医用创伤敷料的制备方法，包括：

1)、将分子量在0.5～100万之间，脱乙酰度大于85％的壳聚糖粉研磨成粒径在10～100μm的超细颗粒；

2)、称取步骤1)的壳聚糖超细颗粒加入玻璃反应容器中，再加入其壳聚糖质量10倍量的纯水，在10～30℃室温下充分搅拌(如用电动搅拌器以400r/min的速度搅拌20min)，使两者混合均匀；

3)、在步骤2)混合均匀溶液中加入缩水甘油基三甲基氯化铵，按壳聚糖与缩水甘油基三甲基氯化铵质量比为1∶0.5～1∶1.5于85℃水相反应6h获得取代度为10.4％～36.2％季铵化壳聚糖；

4)、步骤3)所得产物经过4倍于反应溶液体积的-10℃冷丙酮冰水浴和30℃乙醇萃取乙醇萃取，过滤收集产物；

5)、将步骤4)所得产物溶于纯水，置于截留分子量为3500的透析袋中纯水透析5天，冻干并60℃烘干至恒重保存，；

6)、把剪碎的蚕茧浸没于质量分数为0.5％的碳酸钠煮沸30min进行脱胶处理，重复三遍，将所得丝素纤维捞出，纯水洗净，40℃干燥24h，然后将干燥的丝素纤维溶于现配钙醇溶剂中，钙醇溶剂为摩尔比CaCl₂∶HAc∶H₂O＝1∶2∶8溶液，通过截留分子量为3500的透析袋中纯水透析5天和Mw＝20000聚乙二醇浓缩24h，将浓缩的丝素溶液冷冻干燥得到丝素蛋白(丝素纤维)，冷藏保存，在需要使用前配成0.5g/ml的丝素溶液；

7)、取步骤5)的季铵化壳聚糖和步骤6)的丝素溶液，按照季铵化壳聚糖和丝素蛋白质量比为1∶5～1∶20，搅拌均匀形成混合溶液，真空脱泡，得抗菌水凝胶材料；

8)、将步骤7)所得的抗菌水凝胶冷冻干燥，形成海绵状敷料；

9)、将步骤8)所得敷料进行切割，加背衬、粘胶，封装后环氧乙烷消毒即制得成品医用创伤敷料。

本发明中所述的纯水为去离子水或蒸馏水。

本发明的用于制备医用创伤敷料的抗菌水凝胶材料，可以应用于皮肤创伤、组织工程学及临床医学领域。

本发明在医用水凝胶创伤敷料中引入季铵化壳聚糖，使其相比现有产品具有更强的抗菌抗炎作用，同时也解决了壳聚糖不能在中性溶液中形成水凝胶导致混合不均的问题。此外，丝素的加入使得本发明产品具有物理性促凝血功效，而且丝素有利于成纤维细胞着壁，在癫痕形成期可以通过调节成纤维细胞的分泌，有效地抑制癫痕异常，从而达到美观修复创面的作用。

本发明产品具有良好的吸收渗液的能力，为伤口提供湿性愈合的环境，同时产品可以降解后被组织吸收，加速伤口愈合；该制备方法操作简单，成本低，对环境友好。

附图说明：

图1为N-(2-羟丙基三甲基)壳聚糖(HTCC)的制备化学反应式

图2为壳聚糖(a)、HTCC-1(b)、HTCC-2(c)和HTCC-3(d)红外图谱

具体实施方式

实施例1

将壳聚糖研磨成10-100μm的粉末状。称取3g壳聚糖粉末加入150mL圆底烧瓶中，再加入30mL水，在室温下用电动搅拌器以400r/min的速度搅拌20min，使两者充分混合，得壳聚糖的悬浮液，在该悬浮液中加入缩水甘油基三甲基氯化铵，缩水甘油基三甲基氯化铵与壳聚糖质量比为0.5∶1，于85℃反应6h。将反应产物倒入30℃体积浓度95％的酒精溶液中，边倾倒边用电动搅拌器搅拌，让产物从酒精中析出，过滤收集产物。将产物溶于纯水，用纯水透析(MWCO＝3500)5天，冻干并烘干至恒重保存。所得季铵化壳聚糖样品标示为HTCC-1。所得结果见表1。

把剪碎的蚕茧浸没于质量分数为0.5％的碳酸钠煮沸30min进行脱胶处理，重复三遍，将所得丝素纤维捞出，纯水洗净，40℃干燥24h，然后将干燥的丝素纤维溶于现配钙醇溶剂中，钙醇溶剂为摩尔比CaCl₂∶HAc∶H₂O＝1∶2∶8溶液，通过截留分子量为3500的透析袋中纯水透析5天和Mw＝20000聚乙二醇浓缩24h，将浓缩的丝素溶液冷冻干燥得到丝素纤维，冷藏保存，在需要使用前配成0.5g/ml的丝素溶液。

将样品HTCC-1与SF溶液按质量比1∶20混合，冷冻干燥后得到敷料样品，记为H1/S-0.05。

实施例2

将壳聚糖研磨成10-100μm超细的粉末状。称取3g壳聚糖粉末加入150mL圆底烧瓶中，再加入30mL水，在室温下用电动搅拌器以400r/min的速度搅拌20min，使两者充分混合，得壳聚糖的悬浮液，在该悬浮液中加入缩水甘油基三甲基氯化铵，缩水甘油基三甲基氯化铵与壳聚糖质量比为1∶1，于85℃反应6h。将反应产物倒入30℃体积浓度95％的酒精溶液中，边倾倒边用电动搅拌器搅拌，让产物从酒精中析出，过滤收集产物。将产物溶于纯水，用纯水透析(MWCO＝3500)5天，冻干并烘干至恒重保存。所得季铵化壳聚糖样品标示为HTCC-2。所得结果见表1。

丝素溶液(SF溶液)制备与实施例1相同。

将样品HTCC-2与SF溶液按质量比1∶20混合，冷冻干燥后得到敷料样品，记为H2/S-0.05。

实施例3

将壳聚糖研磨成10-100μm超细的粉末状。称取3g壳聚糖粉末加入150mL圆底烧瓶中，再加入30mL水，在室温下用电动搅拌器以400r/min的速度搅拌20min，使两者充分混合，得壳聚糖的悬浮液，在该悬浮液中加入缩水甘油基三甲基氯化铵，缩水甘油基三甲基氯化铵与壳聚糖质量比为1.5∶1，于85℃反应6h。将反应产物倒入30℃体积浓度95％的酒精溶液中，边倾倒边用电动搅拌器搅拌，让产物从酒精中析出，过滤收集产物。将产物溶于纯水，用纯水透析(MWCO＝3500)5天，冻干并烘干至恒重保存。所得季铵化壳聚糖样品标示为HTCC-3。所得结果见表1。

丝素溶液(SF溶液)制备与实施例1相同。

将样品HTCC-3与SF溶液按质量比1∶20混合，冷冻干燥后得到敷料样品，记为H3/S-0.05。

表1为壳聚糖的脱乙酰度以及HTCC-1、HTCC-2和HTCC-3的取代度测定(元素分析)

实施例4

将壳聚糖研磨成10-100μm超细的粉末状。称取3g壳聚糖粉末加入150mL圆底烧瓶中，再加入30mL水，在室温下用电动搅拌器以400r/min的速度搅拌20min，使两者充分混合，得壳聚糖的悬浮液，在该悬浮液中加入缩水甘油基三甲基氯化铵，缩水甘油基三甲基氯化铵与壳聚糖质量比为1∶1，于85℃反应6h。将反应产物倒入30℃体积浓度95％的酒精溶液中，边倾倒边用电动搅拌器搅拌，让产物从酒精中析出，过滤收集产物。将产物溶于纯水，用纯水透析(MWCO＝3500)5天，冻干并烘干至恒重保存。所得季铵化壳聚糖样品标示为HTCC-2。

丝素溶液(SF溶液)制备与实施例1相同。

将样品HTCC-2与SF溶液按质量比1∶10混合，冷冻干燥后得到敷料样品，记为H2/S-0.1。

实施例5

将壳聚糖研磨成10-100μm超细的粉末状。称取3g壳聚糖粉末加入150mL圆底烧瓶中，再加入30mL水，在室温下用电动搅拌器以400r/min的速度搅拌20min，使两者充分混合，得壳聚糖的悬浮液，在该悬浮液中加入缩水甘油基三甲基氯化铵，缩水甘油基三甲基氯化铵与壳聚糖质量比为1∶1，于85℃反应6h。将反应产物倒入30℃体积浓度95％的酒精溶液中，边倾倒边用电动搅拌器搅拌，让产物从酒精中析出，过滤收集产物。将产物溶于纯水，用纯水透析(MWCO＝3500)5天，冻干并烘干至恒重保存。所得季铵化壳聚糖样品标示为HTCC-2。

丝素溶液(SF溶液)制备与实施例1相同。

将样品HTCC-2与SF溶液按质量比1∶5混合，冷冻干燥后得到敷料样品，记为H2/S-0.2。

实施例6

将上述实施例制备得到的抗菌水凝胶材料进行抗菌性能试验：

1.实验分为4组，实施例1、2、3制备的3种材料3组，壳聚糖丝素(质量比1∶20)水凝胶1组；

2.实验分为4组，实施例2、4、5制备的3种材料3组，壳聚糖丝素(质量比1∶20)水凝胶1组；

抗菌和杀菌性能采用光谱法测定，其具体步骤是：将10mm*10mm的样品侵入10mL吸光值为0.25的含金黄色葡萄球菌(S.aureus)培养液中于37℃连续培养24h；将10mm*10mm的样品侵入10mL吸光值为0.25的含大肠杆菌培养液中于37℃连续培养24h，在6h、12h、18h和24h分别测样品吸光值的平均值。所得结果见表2和表3。

表2

表3

试验结果表明：表2和3都说明本发明的敷料具有较好的抑菌性能，而且抑菌性能强弱与HTCC季铵取代度和HTCC在敷料中的比重成正比。表3说明HTCC含量为10wt％的敷料已具有很好的抗菌能力。

实施例7

将上述实施例制备得到抗菌水凝胶材料进行细胞增值试验：

1.实验分为5组，实施例1、2、3制备的3种材料3组，壳聚糖混合丝素(质量比1∶20)1组，阴性对照组1组加入普通培养基。

2.实验分为5组，实施例2、4、5制备的3种材料3组，壳聚糖混合丝素(质量比1∶20)1组，阴性对照组加入普通培养基。

将上述受试材料分别平铺在24孔培养板的板孔内，L929细胞以5×10⁴/mL细胞密度接种入24孔培养板，平行3孔，在37℃、5％CO₂的培养箱中培养，于培养后第1，3，5天分别取一组，测定其吸光度值(0D₅₇₀)，观察细胞在材料上的生长增殖情况。所得结果见附表4和表5。

表4

表5

试验结果表明：敷料具有良好的细胞相容性，改性壳聚糖具有正电性，有利于细胞亲近黏附，同时丝素蛋白也为成纤维细胞提供了良好的着壁环境。但是，从表4可以看出：高季铵取代度的辅料对于细胞增值有一定的抑制；从表5可以看出：辅料中季铵化壳聚糖含量过多也不利于细胞增殖；从表4和5中都可以得出结论：细胞在敷料环境中培养的初期，会有微弱的毒性，可能是由于细胞遇到异物或材料在处理过程中带入的一些影响因素导致的结果；之后细胞逐渐适应了材料的环境，开始发生增殖，5天的试验组与阴性对照组细胞增殖无明显差异。说明材料具有良好的细胞亲和性且具有促进细胞增殖的作用。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种用于制备医用创伤敷料的抗菌水凝胶材料，其特征在于：该材料包括季铵化壳聚糖和丝素蛋白，两种组分的质量比为1∶5～1∶20，在中性条件下形成混合均匀的水凝胶，其中，用于制备季铵化壳聚糖的壳聚糖的分子量在0.5～100万之间，其脱乙酰度为85％以上，季铵化取代度为10.4％～36.2％。

2.根据权利要求1所述的用于制备医用创伤敷料的抗菌水凝胶材料，其特征在于：所述的抗菌水凝胶材料制备的医用创伤敷料的敷料形态为海绵状。

3.根据权利要求2所述的用于制备医用创伤敷料的抗菌水凝胶材料，其特征在于：所述的医用创伤敷料的敷料厚度为0.5～5mm，常温下敷料平衡水质量含量为35％～65％，常温下敷料水汽透过率为2165～2350g.m^-2.24h^-1。

4.根据权利要求1所述的用于制备医用创伤敷料的抗菌水凝胶材料，其特征在于：所述的季铵化壳聚糖用下述的方法制备，包括：

1)将分子量在0.5～100万之间，脱乙酰度大于85％的壳聚糖粉研磨成粒径在10-100μm的超细颗粒；

2)称取步骤1)的壳聚糖超细颗粒加入玻璃反应容器中，再加入其壳聚糖质量10倍量的纯水，在10～30℃室温下充分搅拌，使两者混合均匀；

3)在步骤2)混合均匀溶液中加入缩水甘油基三甲基氯化铵，按壳聚糖与缩水甘油基三甲基氯化铵质量比为1∶0.5～1∶1.5于85℃水相反应6h，获得取代度为10.4％～36.2％季铵化壳聚糖。

5.一种制备医用创伤敷料的方法，其特征在于包括：

1)、将分子量在0.5～100万之间，脱乙酰度大于85％的壳聚糖粉研磨成粒径在10～100μm的超细颗粒；

2)、称取步骤1)的壳聚糖超细颗粒加入玻璃反应容器中，再加入其壳聚糖质量10倍量的纯水，在10～30℃室温下充分搅拌，使两者混合均匀；

3)、在步骤2)混合均匀溶液中加入缩水甘油基三甲基氯化铵，按壳聚糖与缩水甘油基三甲基氯化铵质量比为1∶0.5～1∶1.5于85℃水相反应6h获得取代度为10.4％～36.2％季铵化壳聚糖；

4)、步骤3)所得产物经过4倍于反应溶液体积的-10℃冷丙酮冰水浴和30℃乙醇萃取，过滤收集产物；

5)、将步骤4)所得产物溶于纯水，置于截留分子量为3500的透析袋中纯水透析5天，冻干并60℃烘干至恒重保存；

6)、把剪碎的蚕茧浸没于质量分数为0.5％的碳酸钠煮沸30min进行脱胶处理，重复三遍，将所得丝素纤维捞出，纯水洗净，40℃干燥24h，然后将干燥的丝素纤维溶于现配钙醇溶剂中，钙醇溶剂为摩尔比CaCl₂∶HAc∶H₂O＝1∶2∶8溶液，通过截留分子量为3500的透析袋中纯水透析5天和Mw＝20000聚乙二醇浓缩24h，将浓缩的丝素溶液冷冻干燥得到丝素蛋白，在需要使用前配成0.5g/m l的丝素溶液；

7)、取步骤5)的季铵化壳聚糖和步骤6)的丝素溶液，按照季铵化壳聚糖和丝素蛋白质量比为1∶5～1∶20，搅拌均匀形成混合溶液，真空脱泡，得抗菌水凝胶材料；

8)、将步骤7)所得的抗菌水凝胶冷冻干燥，形成海绵状敷料；

9)、将步骤8)所得敷料进行切割，加背衬、粘胶，封装后环氧乙烷消毒即制得成品医用创伤敷料。

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