CN103251974A - 一种基于超临界流体技术的载药伤口敷料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于超临界流体技术的载药伤口敷料制备方法。将壳聚糖醋酸水溶液与纤维素硫酸钠水溶液混合搅拌，冷冻干燥形成复合材料伤口敷料，将复合材料伤口敷料包裹于滤纸中置于超临界流体载药系统的高压釜内，高压釜中预先放入药物，且药物与复合材料伤口敷料不直接接触，通入超临界二氧化碳并与复合材料伤口敷料充分作用，由于超临界二氧化碳对药物的溶解，将药物浸渍到复合材料伤口敷料中，泄压后形成载药伤口敷料。本发明具有操作条件温和、操作工艺简单、过程稳定，无有机溶剂残留，可应用于烧烫伤及深度创伤的治疗中。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于超临界流体技术的载药伤口敷料制备方法。
背景技术
在急性创伤以及烧烫伤等伤口的临床治疗中，及时选择合适的伤口敷料进行伤口表面的处理是十分必要的。传统的伤口敷料如棉纱等，对伤口没有促进愈合的作用，渗液管理能力有限，并且易与新生组织黏连，从而造成二次创伤。近年来，生物相容性聚合物在临床医疗方面的应用越来越广泛，以生物相容性聚合物作为基质，负载抑菌药物作为伤口敷料有众多好处，例如载药伤口敷料具有抑菌性，可防止细菌感染；聚合物具有一定吸湿性，可及时清除伤口表面渗出液；具有可控的水蒸气渗透速率和氧气渗透速率等，可控制伤口的微环境（Clinics in Dermatology, 2007, 25:33-38）。在具有生物相容性的聚合物中，壳聚糖及其衍生物表现出了良好的性能，例如原料简单易得，材料本身具有一定抑菌性能，亲水性好，有止血作用并能促进组织愈合等（Biotechnology Advances, 2011, 29:322-337）。纤维素类聚合物由于其良好的机械性能和成纤维性，在敷料方面同样有着广泛的应用。最近，壳聚糖与纤维素类聚合物复合材料在伤口敷料方面展示出了良好的应用前景（Journal of Applied Polymer Science, 2013, 128:2789-2796）。
为了达到更好的抑菌效果，伤口敷料负载药物是应用较广泛的策略。目前伤口敷料负载药物的方法主要为液体溶液浸渍法（Journal of Controlled Release, 2006, 112:167-174）。这种方法虽然操作简单，但存在着一些缺点和不足，如有机溶剂用量大、产品中残余的有机溶剂含量超标，需要后续产品纯化过程等，极易造成蛋白类药物的变性失活。随着生活水平的日益提高，人们对临床疗效和安全性的要求越来越高，这种方法显然已经难以满足社会的需求。
随着超临界流体技术研究的不断深入，利用超临界流体技术制造、加工聚合物被认为是替代传统聚合物加工技术的有效途径之一。以超临界流体技术为基础的聚合物加工技术大致上可分为4类：（1）超临界流体作为溶剂；（2）超临界流体作为抗溶剂；（3）超临界流体作为辅助分散相；（4）超临界流体作为反应介质。这些基于超临界流体技术的过程由于有机溶剂使用量小甚至不使用有机溶剂，溶剂残留量低，具有环境友好、操作条件温和、过程稳定和可控性好等诸多优点，受到人们的极大关注，在医药领域的应用越来越广泛，是一种很有潜力的绿色工程技术。
超临界流体技术制备负载药物的伤口敷料过程中，超临界二氧化碳作为溶剂，其对药物有溶解作用。溶解了药物的超临界二氧化碳与复合材料伤口敷料在高压釜内充分接触达到浸渍平衡，由于超临界二氧化碳具有较强的扩散性，药物随超临界二氧化碳进入到复合材料伤口敷料中，随着泄压过程中压力的下降，二氧化碳对药物的溶解作用减弱，药物保留在复合材料伤口敷料中，最终得到负载药物的复合材料伤口敷料。与液体溶液浸渍法相比，超临界溶液浸渍法（Supercritical Solution Impregnation, SSI）过程效率更高，超临界二氧化碳对聚合物的溶胀作用加速了浸渍过程，而且二氧化碳与药物分子形成混合物，二元混合物的扩散系数大大提高，二氧化碳进入聚合物基质的同时，将溶解于其中的药物分子传递进入到聚合物基质，从而进一步提高了浸渍效率。SSI过程中的二氧化碳温度和压力均会影响药物在复合材料伤口敷料的负载，可以通过调节过程操作条件达到不同的药物负载量。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于超临界流体技术的载药伤口敷料制备方法。
基于超临界流体技术的载药伤口敷料制备方法包括如下步骤：
1）将壳聚糖溶解于醋酸水溶液中形成质量体积比1～5%的壳聚糖溶液，将壳聚糖溶液与质量体积比为1～5%的纤维素硫酸钠水溶液混合形成壳聚糖与纤维素硫酸钠质量比为1:2～2:1的聚电解质溶液，取聚电解质溶液，搅拌1～5min，冷冻干燥后，得到复合材料伤口敷料；
2）将复合材料伤口敷料包裹于滤纸中置于超临界流体载药系统的高压釜内，高压釜中预先放入药物；
3）向高压釜内通入二氧化碳，在温度为40～70℃、压力为8～30MPa、搅拌速度60～200rpm和平衡时间大于2h的条件下二氧化碳达到超临界状态，药物溶解于超临界二氧化碳中，溶解有药物的超临界二氧化碳和复合材料伤口敷料充分接触达到药物在复合材料伤口敷料中的浸渍平衡，最后将高压釜泄压，药物负载于复合材料伤口敷料中得到载药复合材料伤口敷料；
所述超临界流体载药系统包括CO2钢瓶、冷却器、流量计、高压泵、恒温预热器、高压釜、机械搅拌器、可控电加热夹套、压力表和泄压阀；CO2钢瓶与冷却器、流量计、高压泵、恒温预热器、高压釜、泄压阀顺次相连，高压釜周围设有可控电加热夹套，高压釜内设有机械搅拌器，高压釜上部与压力表相连。
所述的壳聚糖能用壳聚糖衍生物代替。所述的壳聚糖衍生物为壳聚糖盐酸盐、羧甲基壳聚糖或羟丙基壳聚糖。所述的药物为地塞米松、布洛芬或磺胺嘧啶银。
本发明采用了多种生物大分子聚合物制备复合材料伤口敷料，并利用超临界二氧化碳对药物的溶解作用进行药物负载，以解决现有伤口敷料抑菌性能不足和吸湿性能差的缺点，同时避免了载药过程中的有机溶剂残留、药物流失、药物失活，成品质量难以保证等问题。本发明具有溶剂残留低、操作工艺简单、操作条件温和，药物损失少甚至不损失、药物活性保持完整，产品抑菌性能和吸湿性能良好等优点。
附图说明
图1为超临界流体伤口敷料载药系统结构示意图；
图2为实施例1中所制得的载药复合材料伤口敷料表面的电子扫描显微镜照片；
图3为实施例1中所制得的载药复合材料伤口敷料截面的电子扫描显微镜照片。
具体实施方式
基于超临界流体技术的载药伤口敷料制备方法包括如下步骤：
1）将壳聚糖溶解于醋酸水溶液中形成质量体积比1～5%的壳聚糖溶液，将壳聚糖溶液与质量体积比为1～5%的纤维素硫酸钠水溶液混合形成壳聚糖与纤维素硫酸钠质量比为1:2～2:1的聚电解质溶液，取聚电解质溶液，搅拌1～5min，冷冻干燥后，得到复合材料伤口敷料；
2）将复合材料伤口敷料包裹于滤纸中置于超临界流体载药系统的高压釜内，高压釜中预先放入药物，且药物与复合材料伤口敷料不直接接触；
3）向高压釜内通入二氧化碳，在温度为40～70℃、压力为8～30MPa、搅拌速度60～200rpm和平衡时间大于2h的条件下二氧化碳达到超临界状态，由于超临界二氧化碳对药物的溶解作用，药物溶解于超临界二氧化碳中，溶解有药物的超临界二氧化碳和复合材料伤口敷料充分接触达到药物在复合材料伤口敷料中的浸渍平衡，最后将高压釜泄压，药物负载于复合材料伤口敷料中得到载药复合材料伤口敷料；
所述超临界流体载药系统包括CO2钢瓶1、冷却器2、流量计3、高压泵4、恒温预热器5、高压釜6、机械搅拌器7、可控电加热夹套8、压力表9和泄压阀10；CO2钢瓶1与冷却器2、流量计3、高压泵4、恒温预热器5、高压釜6、泄压阀10顺次相连，高压釜6周围设有可控电加热夹套8，高压釜6内设有机械搅拌器7，高压釜6上部与压力表9相连（见图1）。
所述的壳聚糖能用壳聚糖衍生物代替。所述的壳聚糖衍生物为壳聚糖盐酸盐、羧甲基壳聚糖或羟丙基壳聚糖。所述的药物为地塞米松、布洛芬或磺胺嘧啶银。
实施例1：负载布洛芬的壳聚糖/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料的制备
首先将壳聚糖（122mpa.s，脱乙酰度90%）溶解于醋酸水溶液中形成质量体积比1%的壳聚糖溶液，将壳聚糖溶液与质量体积比为1%的纤维素硫酸钠（取代度0.2）水溶液混合形成壳聚糖与纤维素硫酸钠质量比为1:1的聚电解质溶液，将聚电解质溶液使用搅拌器下搅拌1min，所得聚电解质溶液经过冷冻干燥，得到壳聚糖/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料。将制备的复合材料伤口敷料包裹于滤纸中置于高压釜内，高压釜中预先放入2g布洛芬，布洛芬与复合材料伤口敷料不直接接触。用冷却槽将二氧化碳钢瓶流出的气体二氧化碳冷却成液体，高压泵压力设定为8MPa，二氧化碳由高压泵输送至高压釜，高压釜加热夹套设定温度40℃，二氧化碳在高压釜中达到超临界状态，启动搅拌器，转速设定为60rpm，系统平衡2h。浸渍结束后，关闭搅拌器，关闭二氧化碳钢瓶、冷却槽、高压泵和加热夹套，缓慢泄压，打开高压釜取出滤纸内的复合材料伤口敷料，进行分析，得到负载布洛芬的壳聚糖/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料。复合材料伤口敷料载药量为0.48mg/cm2。载药复合材料伤口敷料的表面和截面形貌分别如图2和图3所示。
为了分析制备的伤口敷料的抑菌性能，分别在两个培养皿中均匀涂布0.25ml的105-106cfu/ml的金黄色葡萄球菌和0.25ml的105-106cfu/ml的绿脓杆菌，将负载布洛芬的壳聚糖/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料裁剪成直径10mm的圆片放入培养皿中，同时取空白10mm滤纸圆片作为对照，在37℃下培养24h观察细菌周围抑菌圈大小。为了分析制备的伤口敷料的吸湿性能，取500mg制备的伤口敷料浸没于500ml的pH为7.4的PBS缓冲液中，取出后用滤纸拭去表面多余水分，计算得吸水率。制得的载药复合材料伤口敷料的抑菌圈数据和吸水率数据见表1。
表1
实施例2：负载布洛芬的壳聚糖/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料的制备
首先将壳聚糖（186mpa.s，脱乙酰度95%）溶解于醋酸水溶液中形成质量体积比3%的壳聚糖溶液，将壳聚糖溶液与质量体积比为5%的纤维素硫酸钠（取代度0.2）水溶液混合形成壳聚糖与纤维素硫酸钠质量比为1:2的聚电解质溶液，将聚电解质溶液使用搅拌器搅拌5min，所得聚电解质溶液经过冷冻干燥，得到壳聚糖/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料。将制备的复合材料伤口敷料包裹于滤纸中置于高压釜内，高压釜中预先放入2g布洛芬，布洛芬与复合材料伤口敷料不直接接触。用冷却槽将二氧化碳钢瓶流出的气体二氧化碳冷却成液体，高压泵压力设定为30MPa，二氧化碳由高压泵输送至高压釜，高压釜加热夹套设定温度40℃，二氧化碳在高压釜中达到超临界状态，启动搅拌器，转速设定为200rpm，系统平衡4h。浸渍结束后，关闭搅拌器，关闭二氧化碳钢瓶、冷却槽、高压泵和加热夹套，缓慢泄压，打开高压釜取出滤纸内的复合材料伤口敷料，进行分析，得到负载布洛芬的壳聚糖/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料。复合材料伤口敷料载药量为0.62mg/cm2。
按照实施例1中抑菌圈和吸水率测定方法得出负载布洛芬的壳聚糖/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料对金黄色葡萄球菌抑菌圈为16.6mm，对绿脓杆菌抑菌圈为15.8mm，吸水率为735.9%。
实施例3：负载地塞米松的壳聚糖盐酸盐/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料的制备
首先将壳聚糖盐酸盐（105mpa.s，脱乙酰度85%）溶解于醋酸水溶液中形成质量体积比5%的壳聚糖盐酸盐溶液，将壳聚糖盐酸盐溶液与质量体积比为2%的纤维素硫酸钠（取代度0.2）水溶液混合形成壳聚糖盐酸盐与纤维素硫酸钠质量比为2:1的聚电解质溶液，将聚电解质溶液使用搅拌器搅拌3min，所得聚电解质溶液经过冷冻干燥，得到壳聚糖盐酸盐/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料。将制备的复合材料伤口敷料包裹于滤纸中置于高压釜内，高压釜中预先放入2g地塞米松，地塞米松与复合材料伤口敷料不直接接触。用冷却槽将二氧化碳钢瓶流出的气体二氧化碳冷却成液体，高压泵压力设定为8MPa，二氧化碳由高压泵输送至高压釜，高压釜加热夹套设定温度70℃，二氧化碳在高压釜中达到超临界状态，启动搅拌器，转速设定为100rpm，系统平衡6h。浸渍结束后，关闭搅拌器，关闭二氧化碳钢瓶、冷却槽、高压泵和加热夹套，缓慢泄压，打开高压釜取出滤纸内的复合材料伤口敷料，进行分析，得到负载地塞米松的壳聚糖盐酸盐/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料。复合材料伤口敷料载药量为0.38mg/cm2。
按照实施例1中抑菌圈和吸水率测定方法得出负载地塞米松的壳聚糖盐酸盐/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料对金黄色葡萄球菌抑菌圈为14.5mm，对绿脓杆菌抑菌圈为13.3mm，吸水率为926.7%。
实施例4：负载磺胺嘧啶银的羧甲基壳聚糖/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料的制备
首先将羧甲基壳聚糖（136mpa.s，脱乙酰度90%）溶解于醋酸水溶液中形成质量体积比4%的羧甲基壳聚糖溶液，将羧甲基壳聚糖溶液与质量体积比为2%的纤维素硫酸钠（取代度0.2）水溶液混合形成羧甲基壳聚糖与纤维素硫酸钠质量比为2:1的聚电解质溶液，将聚电解质溶液使用搅拌器搅拌4min，所得聚电解质溶液经过冷冻干燥，得到羧甲基壳聚糖/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料。将制备的复合材料伤口敷料包裹于滤纸中置于高压釜内，高压釜中预先放入2g磺胺嘧啶银，磺胺嘧啶银与复合材料伤口敷料不直接接触。用冷却槽将二氧化碳钢瓶流出的气体二氧化碳冷却成液体，高压泵压力设定为30MPa，二氧化碳由高压泵输送至高压釜，高压釜加热夹套设定温度60℃，二氧化碳在高压釜中达到超临界状态，启动搅拌器，转速设定为150rpm，系统平衡2h。浸渍结束后，关闭搅拌器，关闭二氧化碳钢瓶、冷却槽、高压泵和加热夹套，缓慢泄压，打开高压釜取出滤纸内的复合材料伤口敷料，进行分析，得到负载磺胺嘧啶银的羧甲基壳聚糖/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料。复合材料伤口敷料载药量为0.42mg/cm2。
按照实施例1中抑菌圈和吸水率测定方法得出负载磺胺嘧啶银的羧甲基壳聚糖/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料对金黄色葡萄球菌抑菌圈为17.8mm，对绿脓杆菌抑菌圈为17.0mm，吸水率为926.7%。
实施例5：负载地塞米松的壳聚糖/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料的制备
首先将壳聚糖（122mpa.s，脱乙酰度90%）溶解于醋酸水溶液中形成质量体积比2%的壳聚糖溶液，将壳聚糖溶液与质量体积比为4%的纤维素硫酸钠（取代度0.6）水溶液混合形成壳聚糖与纤维素硫酸钠质量比为1:1的聚电解质溶液，将聚电解质溶液使用搅拌器搅拌2min，所得聚电解质溶液经过冷冻干燥，得到壳聚糖/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料。将制备的复合材料伤口敷料包裹于滤纸中置于高压釜内，高压釜中预先放入2g地塞米松，地塞米松与复合材料伤口敷料不直接接触。用冷却槽将二氧化碳钢瓶流出的气体二氧化碳冷却成液体，高压泵压力设定为8MPa，二氧化碳由高压泵输送至高压釜，高压釜加热夹套设定温度70℃，二氧化碳在高压釜中达到超临界状态，启动搅拌器，转速设定为60rpm，系统平衡2h。浸渍结束后，关闭搅拌器，关闭二氧化碳钢瓶、冷却槽、高压泵和加热夹套，缓慢泄压，打开高压釜取出滤纸内的复合材料伤口敷料，进行分析，得到负载地塞米松的壳聚糖/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料。复合材料伤口敷料载药量为0.40mg/cm2。
按照实施例1中抑菌圈和吸水率测定方法得出负载地塞米松的壳聚糖/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料对金黄色葡萄球菌抑菌圈为15.3mm，对绿脓杆菌抑菌圈为14.7mm，吸水率为531.2%。
实施例6：负载磺胺嘧啶银的羟丙基壳聚糖/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料的制备
首先将羟丙基壳聚糖（186mpa.s，脱乙酰度95%）溶解于醋酸水溶液中形成质量体积比5%的壳聚糖溶液，将羟丙基壳聚糖溶液与质量体积比为5%的纤维素硫酸钠（取代度0.4）水溶液混合形成羟丙基壳聚糖与纤维素硫酸钠质量比为2:1的聚电解质溶液，将聚电解质溶液使用搅拌器搅拌1min，所得聚电解质溶液经过冷冻干燥，得到羟丙基壳聚糖/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料。将制备的复合材料伤口敷料包裹于滤纸中置于高压釜内，高压釜中预先放入2g磺胺嘧啶银，磺胺嘧啶银与复合材料伤口敷料不直接接触。用冷却槽将二氧化碳钢瓶流出的气体二氧化碳冷却成液体，高压泵压力设定为20MPa，二氧化碳由高压泵输送至高压釜，高压釜加热夹套设定温度50℃，二氧化碳在高压釜中达到超临界状态，启动搅拌器，转速设定为200rpm，系统平衡8h。浸渍结束后，关闭搅拌器，关闭二氧化碳钢瓶、冷却槽、高压泵和加热夹套，缓慢泄压，打开高压釜取出滤纸内的复合材料伤口敷料，进行分析，得到负载磺胺嘧啶银的羟丙基壳聚糖/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料。复合材料伤口敷料载药量为0.39mg/cm2。
按照实施例1中抑菌圈和吸水率测定方法得出负载磺胺嘧啶银的羟丙基壳聚糖/纤维素硫酸钠复合材料伤口敷料对金黄色葡萄球菌抑菌圈为16.5mm，对绿脓杆菌抑菌圈为15.8mm，吸水率为926.7%。
Claims (4)
1.一种基于超临界流体技术的载药伤口敷料制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）将壳聚糖溶解于醋酸水溶液中形成质量体积比1～5%的壳聚糖溶液，将壳聚糖溶液与质量体积比为1～5%的纤维素硫酸钠水溶液混合形成壳聚糖与纤维素硫酸钠质量比为1:2～2:1的聚电解质溶液，取聚电解质溶液，搅拌1～5min，冷冻干燥后，得到复合材料伤口敷料；
2）将复合材料伤口敷料包裹于滤纸中置于超临界流体载药系统的高压釜内，高压釜中预先放入药物；
3）向高压釜内通入二氧化碳，在温度为40～70℃、压力为8～30MPa、搅拌速度60～200rpm和平衡时间大于2h的条件下二氧化碳达到超临界状态，药物溶解于超临界二氧化碳中，溶解有药物的超临界二氧化碳和复合材料伤口敷料充分接触达到药物在复合材料伤口敷料中的浸渍平衡，最后将高压釜泄压，药物负载于复合材料伤口敷料中得到载药复合材料伤口敷料；
所述超临界流体载药系统包括CO2钢瓶（1）、冷却器（2）、流量计（3）、高压泵（4）、恒温预热器（5）、高压釜（6）、机械搅拌器（7）、可控电加热夹套（8）、压力表（9）和泄压阀（10）；CO2钢瓶（1）与冷却器（2）、流量计（3）、高压泵（4）、恒温预热器（5）、高压釜（6）、泄压阀（10）顺次相连，高压釜（6）周围设有可控电加热夹套（8），高压釜（6）内设有机械搅拌器（7），高压釜（6）上部与压力表（9）相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于超临界流体技术的载药伤口敷料制备方法，其特征在于所述的壳聚糖能用壳聚糖衍生物代替。
3.根据权利要求2所述的一种基于超临界流体技术的载药伤口敷料制备方法，其特征在于所述的壳聚糖衍生物为壳聚糖盐酸盐、羧甲基壳聚糖或羟丙基壳聚糖。
4.根据权利要求1所述的一种基于超临界流体技术的载药伤口敷料制备方
法，其特征在于所述的药物为地塞米松、布洛芬或磺胺嘧啶银。
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