CN102417734A

CN102417734A - 一种氧化海藻酸钠/明胶可降解水凝胶及其制备方法

Info

Publication number: CN102417734A
Application number: CN201110371866XA
Authority: CN
Inventors: 杨庆; 张铎; 郯志清; 沈新元
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2031-11-21
Also published as: CN102417734B

Abstract

本发明涉及一种氧化海藻酸钠/明胶可降解水凝胶及其制备方法，该水凝胶为采用人体可吸收纤维与氧化海藻酸钠、明胶共混制成的复合水凝胶材料，以氧化海藻酸钠和明胶为基体，人体可吸收纤维分散在基体中；其制备方法，包括：(1)用氧化剂对海藻酸钠进行氧化处理得到氧化海藻酸钠，并配制氧化海藻酸钠溶液；(2)将人体可吸收纤维、明胶溶液和上述氧化海藻酸钠溶液进行共混并脱泡，静置后，用CaCl₂溶液交联，得到水凝胶；再经切削加工，最后消毒包装，即得。本发明的可降解水凝胶与人体相容性好，降解速率高，具有止血功能并加快伤口愈合；本发明的可降解水凝胶的制备方法流程较短、操作简单、成本低、对环境友好、经济效益高。

Description

一种氧化海藻酸钠/明胶可降解水凝胶及其制备方法

技术领域

本发明属于可降解水凝胶及其制备领域，特别是涉及一种氧化海藻酸钠/明胶可降解水凝胶及其制备方法。

背景技术

在医用敷料制备中，材料的可降解性和兼容性一直是研究的两大方向。随着科技的发展，对于内脏手术材料的要求越来越高，材料的止血性能逐渐成为被考虑的一大重要课题，如何更好地解决这两个问题已经引起越来越多材料界以及医学界研究者的关注。到目前为止，实用性最强、影响力最大、应用时间最长、目前仍占最大市场份额的是传统的纱布类敷料。这类敷料一般由棉花、软麻布和亚麻布加工而成，这类传统敷料的缺点是无法保持创面湿润从而导致创面愈合延迟、敷料纤维易造成异物反应从而影响愈合、换药时易损伤新生组织、病原体易通过被浸透的敷料、换药工作量大等等【王家驹等.水凝胶复合型创伤敷料及其辐射合成方法(00107403)】。

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，广泛应用于各类溃疡伤口、外伤引起的伤口、烧烫伤伤口以及化学品蚀伤伤口，已成为传统纱布、乳胶状等创面处理敷料的替代品。水凝胶是在具有交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团而形成能遇水膨胀的交联聚合物。这是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。它的优点是阻隔细菌、生物相容性极好、可以使伤口保持一个潮湿的环境，以及拆卸时不与伤口粘连从而保护新生组织。

在组织工程中，水凝胶具有很多种不同的用途，它可以作为组织缺损部位的填充物、活性分子的释放载体以及诱导细胞生长的三维支撑物，其中用作填充物支架是水凝胶最简单的一种应用。此外水凝胶还可用于粘附阻止剂和生物胶；当生物活性分子从凝胶中释放出来时，可以促进血管再生以及分泌细胞的包覆等；此外水凝胶支架可以将细胞植入体内，甚至可以对几乎所有的组织进行工程化(包括软骨、骨、平滑肌等)。

现有的凝胶敷料虽然克服了阻隔细菌、伤口舒适度等问题，但是在加强材料的强度方面还存有几个主要问题。第一、往往要加入纤维织物做为加强层【褚省吾.一种中空醋酸纤维抗菌型水凝胶敷料及其制备(200510040001)】，因此使材料不透明无法观察到创面情况；第二、其交联方法往往用辐射法，这种方法需要高价格、高要求的生产仪器，成本贵；第三、化学交联方法，比如说聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)、聚乙二醇等。这种方法需要引入小分子引发剂或者其他交联剂，通常这些小分子物质都具有一定的毒性，对细胞产生一定的影响，而组织工程材料需要材料的无毒性和无致敏性；第四、为了增加材料的强度，通常使用不可降解材料，这种材料具有较高的强度和保水率，但是移入体内会产生排异反应，在使用上仍然具有一定的局限性。

目前，可用于外科手术和创伤救治的医用天然高分子材料有多种，一般将其分为胶原类材料、明胶类材料、纤维素类材料、白蛋白衍生物类材料、多糖类材料、无机类材料以及纤维蛋白类材料。而目前常用的可吸收材料有纤维蛋白胶、明胶海绵、氧化纤维素、微纤维胶原、壳聚糖及藻酸钙纤维等。

采用共混方法将氧化海藻酸钠与明胶共混并添加可降解纤维以增强其强度，目前国内外在水凝胶制备方面未见有类似的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种氧化海藻酸钠/明胶的可降解水凝胶及其制备方法，该水凝胶具有良好的机械性能以及生物相容性，通过改变纤维的类型以及对原料的氧化改性工艺可以调节水凝胶的降解周期，该水凝胶的制备方法简单，适合于工业化生产。

本发明的一种氧化海藻酸钠/明胶可降解水凝胶，该水凝胶为采用人体可吸收纤维与氧化海藻酸钠、明胶共混制成的复合水凝胶材料，以氧化海藻酸钠和明胶为基体，人体可吸收纤维分散在基体中；其中人体可吸收纤维占水凝胶的重量比为1～10％。

所述的人体可吸收纤维为聚乳酸(PLA)纤维、聚乙醇酸(PGA)纤维、聚乙交酯-丙交酯(PGLA)纤维、聚对二氧环己酮(PDS)纤维、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)纤维中的一种或几种混合而成；其初生纤维为复丝或单丝；拉伸后的单丝纤维直径范围为0.01～0.30mm。

所述的人体可吸收纤维为短纤维，其长度范围为2～5mm。

所述的人体可纤维分散在水凝胶中起着增强增韧的作用，而氧化海藻酸钠与明胶起着水凝胶基体的作用。

本发明的一种氧化海藻酸钠/明胶可降解水凝胶的制备方法，包括：

(1)用氧化剂对海藻酸钠进行氧化处理得到氧化海藻酸钠，并配制质量浓度为1-3％的氧化海藻酸钠溶液；

(2)将人体可吸收纤维、质量浓度为2％-3％的明胶溶液和上述氧化海藻酸钠溶液按照质量比2-4∶5-7∶0.5-3.5进行共混并脱泡，静置后，用CaCl₂溶液交联，得到水凝胶；再经切削加工，最后消毒包装，即得；其中人体可吸收纤维占水凝胶的重量比为1～10％。

步骤(1)中所述的氧化剂为高锰酸钾(KMnO₄)或者为高碘酸钠(NaIO₄)；氧化剂的用量为海藻酸钠重量的0.1％～0.5％；氧化处理时，体系的PH值为3-4，氧化时间为10～30分钟。

步骤(2)中所述的人体可吸收纤维为长度范围2～5mm的短纤维，其制备方法为将人体可吸收高分子材料烘干后在螺杆挤压机中熔融纺制成初生纤维，经拉伸后得到拉伸纤维，然后切断成短纤维。

上述人体可吸收高分子材料为聚乳酸、聚乙醇酸、聚乙交酯-丙交酯、聚对二氧环己酮、聚丁二酸丁二醇酯中的一种或几种。

步骤(2)中所述共混的共混温度为40～60℃，共混时间为30～40分钟。

步骤(2)中所述静置时的温度为4～10℃，静置时间为10～20h。

步骤(2)中所使用的CaCl₂溶液的质量浓度为5％～10％。

本发明的人体可吸收纤维增强的氧化海藻酸钠/明胶水凝胶具有良好的机械性能以及生物相容性，避免了由于排异作用而导致的肌体组织反应。通过改变纤维的类型和对原料的氧化改性可以调节水凝胶的降解周期。

本发明的可降解水凝胶采用的材料为人体可吸收生物材料，具有优异的可吸收性。明胶作为蛋白质可以在人体中迅速降解并被吸收，而经过氧化处理的海藻酸钠，其降解速率较原料有了明显的提高，与人体相容性好，在体内停留一定时间后降解为对人体无害的小分子物质，通过新陈代谢排除体外，避免了使用传统组织敷料使用过程中由于排异作用而导致的肌体组织反应。

本水凝胶具有止血功能并加快伤口愈合，这是因为海藻酸钠是一种具有消炎杀毒、止血功效的天然高分子物质，同时明胶作为一种天然蛋白质具有一定的促进伤口愈合的功能。

本发明的水凝胶弹性和强度较为理想，制备过程涉及三种交联机理，同时无需引入小分子的引发剂和有毒性的交联剂，做到完全的生物兼容性，而且人体可吸收纤维可以增强水凝胶的强度。

有益效果

(1)本发明的可降解水凝胶与人体相容性好，降解速率高，具有止血功能并加快伤口愈合。

(2)本发明的可降解水凝胶的制备方法流程较短、操作简单、成本低、对环境友好、经济效益高。

附图说明

图1、用人体可吸收纤维增强的氧化海藻酸钠/明胶可降解水凝胶的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

(1)取PLA切片若干，在100℃真空状态下干燥8小时；然后通过螺杆挤压机熔融挤压成形得到PLA初生复丝纤维；经拉伸后得到PLA拉伸纤维，其单丝直径为0.05mm，复丝根数为12根；将纤维切成平均长度为4mm长的短纤维。

(2)用天平称量海藻酸钠并用蒸馏水配置质量分数为2％的溶液；加入高锰酸钾溶液，使高锰酸钾在溶液中的浓度达到5×10^-4mol/L；用盐酸调节溶液PH值为3；在室温暗室中搅拌10min充分氧化；加入占溶液质量分数为0.3％的NaCl，并用乙醇提取氧化海藻酸钠。

(3)用天平称量明胶加入到蒸馏水中，充分溶胀45min后在60℃温水浴中搅拌至完全溶解，配置为质量分数为2％的溶液；用天平称量氧化海藻酸钠并用蒸馏水配置质量分数为2％的溶液。

(4)将氧化海藻酸钠溶液、质量浓度为2％的明胶溶液以及PLA短纤维以2.7∶6.3∶1的重量比例充分共混并脱泡，于4℃低温中静置24h；加入质量分数为10％的CaCl₂溶液充分交联30min。

(5)根据需要将水凝胶切割为不同的形状，并通过消毒包装后便得到可以应用于临床的可降解水凝胶。

实施例2

(1)取PGLA切片若干，在90℃真空状态下干燥15小时；然后通过螺杆挤压机熔融挤压成形得到PGLA初生单纤维；经拉伸后得到PGLA拉伸单纤维，单纤维直径为0.1mm，将单纤维切成平均长度为3mm长的短纤维。

(4)将氧化海藻酸钠溶液、质量浓度为2.3％的明胶溶液以及PGLA短纤维以2.9∶6.6∶0.5的重量比例充分共混并脱泡，于4℃低温中静置24h；加入质量分数为10％的CaCl₂溶液充分交联40min。

实施例3

(1)取PBS切片若干，在80℃真空状态下干燥10小时；然后通过螺杆挤压机熔融挤压成形得到PBS初生单纤维；经拉伸后得到PBS拉伸单纤维，单纤维直径为0.05mm；将单纤维切成平均长度为4mm长的短纤维。

(4)将氧化海藻酸钠溶液、质量浓度为2.6％的明胶溶液以及PGLA短纤维以3.8∶5.7∶0.5的重量比例充分共混并脱泡，于4℃低温中静置24h；加入质量分数为10％的CaCl₂溶液充分交联60min。

实施例4

(1)取PGA切片若干，在90℃真空状态下干燥8小时；然后通过螺杆挤压机熔融挤压成形得到PGA初生复丝纤维；经拉伸后得到PGA拉伸纤维，其单丝直径为0.05mm；将纤维切成平均长度为3mm长的短纤维。

(4)将氧化海藻酸钠溶液、质量浓度为3％的明胶溶液以及PLA短纤维以3∶6∶1的重量比例充分共混并脱泡，于4℃低温中静置24h；加入质量分数为10％的CaCl₂溶液充分交联30min。

Claims

1.一种氧化海藻酸钠/明胶可降解水凝胶，该水凝胶为采用人体可吸收纤维与氧化海藻酸钠、明胶共混制成的复合水凝胶材料，以氧化海藻酸钠和明胶为基体，人体可吸收纤维分散在基体中；其中人体可吸收纤维占水凝胶的重量比为1～10％。

2.根据权利要求1所述的一种氧化海藻酸钠/明胶可降解水凝胶，其特征在于：所述的人体可吸收纤维为聚乳酸纤维、聚乙醇酸纤维、聚乙交酯-丙交酯纤维、聚对二氧环己酮纤维、聚丁二酸丁二醇酯纤维中的一种或几种混合而成；其初生纤维为复丝或单丝；拉伸后的单丝纤维直径范围为0.01～0.30mm。

3.根据权利要求1所述的一种氧化海藻酸钠/明胶可降解水凝胶，其特征在于：所述的人体可吸收纤维为短纤维，其长度范围为2～5mm。

4.一种氧化海藻酸钠/明胶可降解水凝胶的制备方法，包括：

5.根据权利要求4所述的一种氧化海藻酸钠/明胶可降解水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的氧化剂为高锰酸钾或者为高碘酸钠；氧化剂的用量为海藻酸钠重量的0.1％～0.5％；氧化处理时，体系的PH值为3-4，氧化时间为10～30分钟。

6.根据权利要求4所述的一种氧化海藻酸钠/明胶可降解水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的人体可吸收纤维为长度范围2～5mm的短纤维，其制备方法为将人体可吸收高分子材料烘干后在螺杆挤压机中熔融纺制成初生纤维，经拉伸后得到拉伸纤维，然后切断成短纤维。

7.根据权利要求6所述的一种氧化海藻酸钠/明胶可降解水凝胶的制备方法，其特征在于：所述的人体可吸收高分子材料为聚乳酸、聚乙醇酸、聚乙交酯-丙交酯、聚对二氧环己酮、聚丁二酸丁二醇酯中的一种或几种。

8.根据权利要求4所述的一种氧化海藻酸钠/明胶可降解水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述共混的共混温度为40～60℃，共混时间为30～40分钟。

9.根据权利要求4所述的一种氧化海藻酸钠/明胶可降解水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述静置时的温度为4～10℃，静置时间为10～20h。

10.根据权利要求4所述的一种氧化海藻酸钠/明胶可降解水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所使用的CaCl₂溶液的质量浓度为5％～10％。