CN103536954A - 一种交联海藻酸-细菌纤维素海绵及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物医用材料领域，特别公开了一种交联海藻酸-细菌纤维素海绵及其制备方法。该交联海藻酸-细菌纤维素海绵，以海藻酸基生物材料和细菌纤维素为原料，其特征在于：所述海藻酸基生物材料和细菌纤维素复合后经交联、冻干制得海绵产品，其中，海藻酸基生物材料占海绵产品的质量分数为80-95%，细菌纤维素占海绵产品的质量分数为5-20%。本发明所用材料的来源丰富、成本低廉且加工可控，生产工艺简单，制备的交联海藻酸－细菌纤维素海绵具有良好的机械性能、液体吸收性能、保水性能和透气性，适用于大量渗出或出血创面的止血愈合。

Description

一种交联海藻酸-细菌纤维素海绵及其制备方法

（一）        技术领域

    本发明涉及生物医用材料领域，特别涉及一种交联海藻酸-细菌纤维素海绵及其制备方法。

（二）        背景技术

随着社会机械化程度的飞速提高和老龄化问题的日趋严峻，由创伤、疾病等原因导致的伤口护理需求缺口日益突出，伤口护理产品的临床需求更为多样化、高端化。已有多种伤口敷料产品应用于临床，如海藻酸基敷料、壳聚糖基敷料、纤维素基敷料以及其他复合型敷料等，其产品剂型也涵盖了海绵、粉末、凝胶、喷雾、溶液等多种形态以满足不同临床需求。

对于渗出较多或出血量大的创面，传统敷料的吸水和透湿等性能尚有待改善，因而其应用受到限制。开发新型先进敷料产品正成为国内外普遍关注的研究热点。

海藻酸基敷料用于临床伤口护理已有30多年历史，可为伤口提供“湿性愈创”微环境从而促进伤口愈合，已成为临床主要止血材料之一。海藻酸敷料与创面接触时，可通过离子间交换在伤口表面形成一层网状凝胶，从而保持伤口的湿性愈合环境，促进伤口愈合且对皮肤或黏膜组织无刺激作用。海藻酸基材料用于创伤敷料有海绵、粉末、凝胶、喷雾、纤维、无纺布等多种形式，适用于大部分外科手术创口、慢性或难愈性溃疡以及急性创伤等创面的止血和愈合。由于具有出色的生物安全性能和机械性能、渗出液吸收性能、凝胶阻塞性能以及携带/使用方便等优点，海藻酸基生物材料已成为伤口护理的主要产品广泛应用于多个临床科室。

细菌纤维素是由微生物发酵而得的天然高分子聚合物，化学结构与常见的植物纤维素相同，但其三维网络结构更为精细，机械性能、持水能力以及透气透水等性能均更为优异，而且通过改变发酵条件可有效改善其最终结构或分子链长度，极其适合规模化生产。已有大量研究证实，细菌纤维素具有良好的生物相容性和生物可降解性，其天然的纳米网络结果使其具有优异的吸水性能，可快速、持续有效的吸收血液及伤口渗出液，并可有效保湿、透气，保持伤口的湿润环境。随着菌株的不断优化和发酵工艺的不断改善，细菌纤维素的生产成本已逐渐降低，近几年已作为极具潜力的生物医用材料成为美容保健、人工皮肤、生物补片以及组织工程支架等领域的研究热点。

相关专利检索发现，中国专利 CN103041438A中公开了一种治疗糖尿病足溃疡的湿性抗菌水凝胶敷料，将细菌纤维素水凝胶与含有纳米银的海藻酸钙水凝胶复合制备水凝胶膜，操作简便、成本低，具有杀菌、保湿、渗透液吸收以及加速伤口愈合等性能，适用于糖尿病足溃疡、下肢静脉溃疡、压疮、供皮区伤口等创伤愈合，但水凝胶类敷料的机械性能和吸水性能不能满足大量渗出或出血创面的需要。此外，专利CN103143058A、CN103007335A、CN102352051A、CN103083136A、CN102888027A、CN103044693A、CN103120803A等专利也公开了将细菌纤维素与壳聚糖、胶原蛋白、聚乙烯醇等材料复合制备水凝胶、膜剂或多孔支架，用于创面愈合或组织工程材料具有较好作用。

（三）        发明内容

    本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种生产工艺简单、产品性能好的交联海藻酸-细菌纤维素海绵及其制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种交联海藻酸-细菌纤维素海绵，以海藻酸基生物材料和细菌纤维素为原料，其特征在于：所述海藻酸基生物材料和细菌纤维素复合后经交联、冻干制得海绵产品，其中，海藻酸基生物材料占海绵产品的质量分数为80-95%，细菌纤维素占海绵产品的质量分数为5-20%。

本发明将海藻酸与细菌纤维素复合，经进一步交联、冷冻干燥制备一种新型海绵用于渗出较多或出血量大的创面的护理，可大大增强其液体吸收和保湿性能，材料的机械性能也得以增强或提升，为临床操作提供便利。

本发明所述的交联海藻酸-细菌纤维素海绵的制备方法，包括如下步骤：

（1）将市售的细菌纤维素经清水多次冲洗，去除表面杂物后，置于1-10%（w/v）的NaOH溶液中煮沸1-10小时，每1-2小时换液1次，然后用去离子水反复水洗至中性，真空干燥；

（2）将处理后的细菌纤维素研磨或剪碎成不大于10mm的纤条体；

（3）将海藻酸基生物材料溶于注射用水或生理盐水中，室温条件下充分溶解，配制成质量浓度为2.0-6.0%的溶液，负压脱气泡；

（4）将细菌纤维素纤条体浸没到海藻酸基生物材料溶液中，负压条件下保持30min-6h，得到复合溶液；

（5）将复合溶液与交联剂溶液混合后，负压条件下反应30min-6h，充分进行交联反应；

（6）将交联后的复合材料低温冻干，得到交联海藻酸-细菌纤维素海绵。

其优选的技术方案为：

步骤（3）中，海藻酸基生物材料为海藻酸与单价金属离子形成的盐，是海藻酸钠、海藻酸钾和海藻酸铵中的一种或多种，其重均分子量为5-20万Da。

步骤（4）中，所述负压条件为100-300KPa。

步骤（5）中，所述交联剂溶液为质量分数为0.5-5%的氯化钙溶液、葡萄糖酸钙溶液或钙离子缓释体系，复合溶液与交联剂溶液的体积比为1-9:1，其负压条件为100-300KPa。

所述钙离子缓释体系为硫酸钙/葡萄糖酸内酯体系、碳酸钙/葡萄糖酸内酯/体系、磷酸二钙/葡萄糖酸内酯体系和柠檬酸钙/葡萄糖酸内酯体系中的一种或多种。

步骤（6）中，所述海绵分装后，辐照灭菌，即为可用于渗出较多或出血量大的创面护理的无菌交联海藻酸-细菌纤维素海绵制品。

本发明中，将细菌纤维素与海藻酸基生物材料复合，制备的材料为海绵形态，且经过交联、冻干工艺再次大大提高了其机械性能和三维多孔结构，将细菌纤维素和海藻酸基材料优良的机械性能、湿性愈创功能以及凝胶阻塞性能等有机结合起来，大大提升了复合材料的吸水、持水和保湿、透气性，并显著提高了湿态强度和柔韧性，避免了传统海藻酸敷料液体吸收能力不足等缺陷，更适用于大量渗出或出血创面的止血愈合，其良好的湿态强度也为临床操作提供了便利。

本发明由于引进了细菌纤维素，不仅显著增强了海绵的湿态机械性能，而且大大提高了该海绵制品对血液、渗出液的吸收性和持水性，减少了渗出液潴留对创面的刺激，克服了目前常用海藻酸基敷料湿态强度不够、液体吸收能力受限等缺点。通过对复合材料进行交联，使得海藻酸基生物材料和细菌纤维素更有效的实现结构复合，进一步增强其弹性模量、柔韧性和机械强度，并提高其对液体的吸收性和保有性，尤其适用于临床于渗出较多或出血量大的创面护理。

本发明中，工艺不涉及有机试剂或有机化学反应，反应体系温和，条件可控，不存在毒性交联剂或助剂等残留问题，所用材料、试剂等均具有良好的生物安全性，大大降低了临床应用的安全性风险；此外，本发明工艺简单可控，大幅度降低了制备过程中风险管理的难度，具有良好的产品转化可行性。整个工艺简单有效、科学合理，不仅大大降低了质量监控难度，而且大幅度减少了成果转化的成本，因此具有很好的生产可行性。

本发明所采用细菌纤维素为微生物发酵所得的天然生物材料，海藻酸基生物材料则取材于丰富的海藻资源，二者均来源丰富，取材简单，成本低廉，大大降低了产品的制造成本。此外，通过向发酵培养基中添加不同活性成份或因子，还可获得有特定性质或活性的细菌纤维素材料，从而为本发明提供多样化的原材料。

本发明所用材料的来源丰富、成本低廉且加工可控，生产工艺简单，制备的交联海藻酸－细菌纤维素海绵具有良好的机械性能、液体吸收性能、保水性能和透气性，适用于大量渗出或出血创面的止血愈合。

（四）        具体实施方式

下面采用具体的实施例用于详细阐述本发明一种交联海藻酸-细菌纤维素海绵的制备过程。

实施例1

一种交联海藻酸-细菌纤维素海绵的制备步骤如下：

（1）将市售的细菌纤维素经清水少量多次冲洗，去除表面杂物；4％（w/v）的NaOH溶液煮沸4小时，每1小时换液1次。去离子水反复水洗至中性，真空干燥；

（2）将上述处理后的细菌纤维素研磨或剪碎成不大于10mm的纤条体；

（3）将海藻酸钠（重均分子量为15万Da）溶于注射用水中，室温条件下充分溶解，配制成浓度为4.0％的溶液，负压脱气泡；

（4）将步骤（2）所得的细菌纤维素纤条体浸没到海藻酸钠溶液中，细菌纤维素约占复合物质量百分数的5.0%；负压100kpa条件下保持6h，使得海藻酸钠充分渗透到细菌纤维素网格中；

（5）将上述复合材料与4.0％氯化钙溶液混合，复合材料与氯化钙溶液的体积比为4：1，负压100kpa条件下充分反应30min，使得交联反应充分；

（6）将交联后的复合材料低温冻干，得交联海藻酸-细菌纤维素海绵；

（7）将所得海绵分装后，辐照灭菌，即为可用于渗出较多或出血量大的创面护理的无菌交联海藻酸-细菌纤维素海绵制品。

实施例2

一种交联海藻酸-细菌纤维素海绵的制备步骤如下：

（1）将市售的细菌纤维素经清水少量多次冲洗，去除表面杂物；5％（w/v）的NaOH溶液煮沸4小时，每2小时换液1次。去离子水反复水洗至中性，真空干燥；

（2）同实施例1；

（3）同实施例1；

（4）将步骤（2）所得的细菌纤维素纤条体浸没到海藻酸钠溶液中，细菌纤维素约占复合物质量百分数的10.0%；负压200kpa条件下保持3h，使得海藻酸钠充分渗透到细菌纤维素网格中；

（5）将上述复合材料与3.0％氯化钙溶液混合，复合材料与氯化钙溶液的体积比为3：1，负压200kpa条件下充分反应60min，使得交联反应充分；

（6）同实施例1；

（7）同实施例1。

实施例3

本发明一种交联海藻酸-细菌纤维素海绵的制备步骤如下：

（1）将市售的细菌纤维素经清水少量多次冲洗，去除表面杂物。4％（w/v）的NaOH溶液煮沸4小时，每2小时换液1次；去离子水反复水洗至中性，真空干燥；

（2）同实施例1；

（3）将海藻酸钠（重均分子量为10万Da）溶于生理盐水中，室温条件下充分溶解，配制成浓度为5.0％的溶液，负压脱气泡；

（4）将步骤（2）所得的细菌纤维素纤条体浸没到海藻酸钠溶液中，细菌纤维素约占复合物质量百分数的15.0%；负压300kpa条件下保持4h，使得海藻酸钠充分渗透到细菌纤维素网格中；

（5）将上述复合材料与5.0％氯化钙溶液混合，复合材料与氯化钙溶液的体积比为2：1，负压300kpa条件下充分反应2h，使得交联反应充分；

（6）同实施例1；

（7）同实施例1。

实施例4

本发明一种交联海藻酸-细菌纤维素海绵的制备步骤如下：

（1）同实施例1；

（2）同实施例1；

（3）同实施例1；

（4）同实施例2；

（5）将上述复合材料与4.0％硫酸钙/葡萄糖酸内酯溶液混合，复合材料与硫酸钙/葡萄糖酸内酯溶液的体积比为4：1，负压300kpa条件下充分反应6h，使得交联反应充分；

（6）同实施例1；

（7）同实施例1。

实施例5

本发明一种交联海藻酸-细菌纤维素海绵的制备步骤如下：

（1）同实施例3；

（2）同实施例1；

（3）同实施例3；；

（4）同实施例3；；

（5）将上述复合材料与5.0％碳酸钙/葡萄糖酸内酯溶液混合，复合材料与碳酸钙/葡萄糖酸内酯溶液的体积比为2：1，负压300kpa条件下充分反应4h，使得交联反应充分；

（6）同实施例1；

（7）同实施例1。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的研究人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例，但是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种交联海藻酸-细菌纤维素海绵，以海藻酸基生物材料和细菌纤维素为原料，其特征在于：所述海藻酸基生物材料和细菌纤维素复合后经交联、冻干制得海绵产品，其中，海藻酸基生物材料占海绵产品的质量分数为80-95%，细菌纤维素占海绵产品的质量分数为5-20%。

2.根据权利要求1所述的交联海藻酸-细菌纤维素海绵的制备方法，其特征为，包括如下步骤：

（1）将市售的细菌纤维素经清水多次冲洗，去除表面杂物后，置于1-10%（w/v）的NaOH溶液中煮沸1-10小时，每1-2小时换液1次，然后用去离子水反复水洗至中性，真空干燥；

（2）将处理后的细菌纤维素研磨或剪碎成不大于10mm的纤条体；

（3）将海藻酸基生物材料溶于注射用水或生理盐水中，室温条件下充分溶解，配制成质量浓度为2.0-6.0%的溶液，负压脱气泡；

（4）将细菌纤维素纤条体浸没到海藻酸基生物材料溶液中，负压条件下保持30min-6h，得到复合溶液；

（5）将复合溶液与交联剂溶液混合后，负压条件下反应30min-6h，充分进行交联反应；

（6）将交联后的复合材料低温冻干，得到交联海藻酸-细菌纤维素海绵。

3.根据权利要求2所述的交联海藻酸-细菌纤维素海绵的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，海藻酸基生物材料为海藻酸与单价金属离子形成的盐，是海藻酸钠、海藻酸钾和海藻酸铵中的一种或多种，其重均分子量为5-20万Da。

4.根据权利要求2所述的交联海藻酸-细菌纤维素海绵的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述负压条件为100-300KPa。

5.根据权利要求2所述的交联海藻酸-细菌纤维素海绵的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，所述交联剂溶液为质量分数为0.5-5%的氯化钙溶液、葡萄糖酸钙溶液或钙离子缓释体系，复合溶液与交联剂溶液的体积比为1-9:1，其负压条件为100-300KPa。

6.根据权利要求2所述的交联海藻酸-细菌纤维素海绵的制备方法，其特征在于：步骤（6）中，所述海绵分装后，辐照灭菌，即为可用于渗出较多或出血量大的创面护理的无菌交联海藻酸-细菌纤维素海绵制品。

7.根据权利要求5所述的交联海藻酸-细菌纤维素海绵的制备方法，其特征在于：所述钙离子缓释体系为硫酸钙/葡萄糖酸内酯体系、碳酸钙/葡萄糖酸内酯/体系、磷酸二钙/葡萄糖酸内酯体系和柠檬酸钙/葡萄糖酸内酯体系中的一种或多种。