CN104592531A - 一种无菌壳聚糖水凝胶及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无菌壳聚糖水凝胶，包括：羧甲基壳聚糖、羟乙基纤维素、甘油、乳酸和水，各组分的重量份数为：羧甲基壳聚糖1-5%；羟乙基纤维丝0.8-3%；甘油2-11%；乳酸0.6-2%；水余量。制备工艺为：a、将一定配比的羧甲基壳聚糖、羟乙基纤维素、甘油加入水中，充分搅拌，呈匀浆状；b、继而高速搅拌，边搅拌边加入乳酸，使呈半透明稠浆状；c、3-30秒后，稠浆自发变为凝胶状，将其灌入铝、铝塑或塑料软管中，装袋、装盒、装箱，辐照灭菌制得本发明所述的无菌壳聚糖水凝胶。本发明采用羟乙基纤维素和甘油等小分子材料，使水凝胶在灭菌过程中凝胶不发生降解。
Description
技术领域
本发明属于医用材料领域，具体涉及一种无菌壳聚糖及其制备工艺。
背景技术
水凝胶是以水为分散介质，由高分子聚合物通过非共价键的物理结合或共价交联结合而交联成的网络。交联分为物理交联与化学交联两种方式。
壳聚糖水凝胶的物理交联必须满足两个条件：(1)在热分子网络中，跨链的作用强度足够形成半永久性连接点；(2)壳聚糖网络能够充分地吸收和驻留水分子。物理交联的方法有：离子负荷体、高分子电解质复合物、物理混合物和热可逆凝胶。
离子复合体：壳聚糖带有阳离子氨基酸基团，可以和带阴离子的小分子形成混合的离子带电复合体。带电基团的相互作用可以改变水凝胶的特性，主要取决于阴离子的电荷密度、带阴离子材料的体积、壳聚糖的浓度及其脱乙酰度。小分子和壳聚糖的总电荷密度直接受到环境酸碱度和各材料的酸碱解离常数影响。解离常数6.3左右时，壳聚糖几乎不带电，这限制了其形成离子复合体的能力，降低了其在生理条件的利用。这也说明，可以通过改变某一材料的特性，如酸碱敏感性，而改变整个水凝胶复合的特性。
高分子电解质复合物：高分子电解质聚合物形成静电与壳聚糖相互作用，其结合力度远强于其他水凝胶中普通材料之间的黏附结合，非常直接并且可逆，在安全方面的隐患相对较小。壳聚糖基高分子电解质复合物的成分主要是水溶性的阴离子大分子，如DNA、阴离子多糖、阴离子大分子（如海藻酸钠）、聚糖（硫酸软骨素、透明质酸、羧甲基纤维素、果胶、硫酸葡聚糖、黄原胶等）、蛋白质（如明胶、白蛋白、丝素蛋白、角蛋白、胶原）和阴离子合成聚合物（如聚丙烯酸）。这些化合物的稳定性依赖于电荷密度、溶剂、离子强度、pH值和温度等。选择复合物的阴离子分子材料主要依赖于其在生理条件所能带的电荷。
物理混合物：除了多聚物特异的物理作用外，壳聚糖还可以和其他水溶性非离子聚合物（如聚乙烯醇等）形成水凝胶。
热可逆凝胶：热可逆水凝胶系统中聚合物链是通过范德华力或氢键交联而不是通过共价键。其优点是，温度的变化（从4～100℃）会产生溶胶—凝胶相变，即在温度较高时形成凝胶，温度较低时形成溶胶。如Pluronics和Tetronics是最常用的热可逆水凝胶。
壳聚糖水凝胶的化学交联：强度较大的壳聚糖水凝胶可以通过共价键交联制备成不可逆的网络，交联的壳聚糖网络可以利用现有氨基、羟基和交联剂形成连接。化学交联方法有：小分子交联剂、聚合物—聚合物交联、光交联和酶法交联。
小分子交联剂：许多双或多官能团小分子被用于壳聚糖聚合物的交联，如戊二醛、二缩水甘油醚、二异氰酸酯、丙烯酸酯等。这些水凝胶的机械性能相对于物理性水凝胶来说得到了很大的提高，但很多交联剂的生物相容性及在体内的活动并不太清楚，甚至有高生物毒性。京尼平(genipin)，是栀子苷经β—葡萄糖苷酶水解后生成的环烯醚萜类化合物，与壳聚糖混合成的水凝胶，毒性远低于戊二醛和其他常用化学交联剂。
聚合物—聚合物交联：为了尽量减少使用交联剂分子，聚合物自身所带的官能团得到了关注，这可用于制备共价键结合的水凝胶。壳聚糖和透明质酸通过原位聚合物一聚合物连接可制备成具有生物降解性的水凝胶。N-琥珀酰壳聚糖醛和透明质酸混合后会形成Schiff碱，在生理酸碱度条件下可形成水凝胶。类似的方法也适用于其他水凝胶制备系统，如纤维素和海藻酸钠混合系统。
光交联：聚合物自身所带的光敏感的官能团在水凝胶制备中也有良好的潜能。将这些活性官能团加入壳聚糖后，聚合物经紫外光照射而发生交联，如壳聚糖—聚丙二醇水凝胶就是通过紫外光交联。此外，辐射交联法常用γ射线、高能离子束进行交联，这些技术优点非常突出，如易于形成、速度快、安全、低成本等。
酶法交联：尽管光敏聚合物材料的发展具有不可限量的前途，但仍有其局限。一种较为温和的原位凝胶制备方法是用酶催化交联反应。如有人用辣根过氧化物酶和过氧化氢酶交联反应制备凝胶。
壳聚糖水凝胶的制备方法虽然很多，但用于创面的可涂抹的水凝胶却不适用于化学预交联系统，因为化学预先交联体系的分子关系相对固定，不利于涂展，物理混合系统中高密度的阴离子如高密度的羧基化合物亦不利于抗菌作用的体现，因为壳聚糖抗菌作用是通过其氨基阳离子体现的，高密度阴离子将屏蔽壳聚糖阳离子的作用，因而用于涂抹创面的适宜的凝胶形成方案实际较为困难，一些专利(如CN102949583A )制备的凝胶，其壳聚糖只作为非主体部分，因此不是真正意义的壳聚糖水凝胶，很多文献及专利采用卡波姆作为赋形剂，经实测其抗菌性能受到很大影响，本发明采用壳聚糖与非离子化合物混合制备水凝胶，在使用凝胶剂型的同时保留了其抗菌性能，虽然有专利亦（如CN101284145A）采用壳聚糖与纤维素衍生物制备壳聚糖水凝胶，但是医用产品通常要求无菌，而这两种物质在灭菌尤其是辐射灭菌时会产生降解，本发明在材料和工艺进行了特别的考虑，如采用小分子的纤维素衍生物，制得的产品能耐受灭菌要求。多数凝胶成形方案需要脱泡，本发明的另一个有益之处是采用搅拌后凝胶成形技术，因此不需要脱泡工艺。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的问题提供一种无菌壳聚糖水凝胶。
本发明的另一目的是提供一种无菌壳聚糖水凝胶的制备工艺。
为实现以上目的，本发明的技术方案为：
一种无菌壳聚糖水凝胶，包括：羧甲基壳聚糖、羟乙基纤维素、甘油、乳酸和水，各组分的重量份数为：
羧甲基壳聚糖1-5%；
羟乙基纤维丝0.8-3%；
甘油 2-11%；
乳酸 0.6-2%；
水 余量。
各组分的优选重量份数为：
羧甲基壳聚糖2.8-3.2%；
羟乙基纤维丝1.3-1.7%；
甘油 3.3-9.0%；
乳酸 1.2-1.3%；
水 余量。
所述羧甲基壳聚糖为o-低取代羧甲基壳聚糖，脱乙酰度80-97%。
所述羧甲基壳聚糖的取代度为0.3-0.5，分子量为1000-100000。
所述羧甲基壳聚糖和乳酸的重量份数比为2.5:1。
一种无菌壳聚糖水凝胶制备工艺，a、将一定配比的羧甲基壳聚糖、羟乙基纤维素、甘油加入水中，充分搅拌，呈匀浆状；b、继而高速搅拌，边搅拌边加入乳酸，使呈半透明稠浆状；c、3-30秒后，稠浆自发变为凝胶状，将其灌入铝、铝塑或塑料软管中，装袋、装盒、装箱，辐照灭菌制得本发明所述的无菌壳聚糖水凝胶。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用羟乙基纤维素和甘油等小分子材料，使水凝胶在灭菌过程中凝胶不发生降解。
2、本发明采用羧甲基壳聚糖和乳酸以2.5:1的比例，提高了羧甲基壳聚糖的溶解度，并且提高了羧甲基壳聚糖的治愈效果。
3、本发明的制备工艺为搅拌后直接形成水凝胶，无需脱泡工艺，并且制备的水凝胶无泡质量高，与现有技术相比，操作简单并且产品质量高。
具体实施方式
以下进一步说明本发明的实施方式。
实施例1
取O-低取代羧甲基壳聚糖（脱乙酰度90%，取代度0.4，分子量86000）1.2kg，羟乙基纤维素（2%溶解粘度200mpa.s）0.6kg、甘油1.5kg、水36.0kg,轩置于搅拌罐中，开启搅拌机，转速30rpm，搅拌30分钟，至罐内混合物呈现匀浆状，继续搅拌，转速调至60rpm，边搅拌边加入88%L-乳酸0.5kg，至罐内出现黄色半透明稠浆状，提升搅拌头，抽出搅拌子，倾出料，物料经20分钟呈现凝胶状，将其在灌装机中灌入铝制软管中，装袋、装盒、装箱，辐照灭菌即得。
实施例2
取O-低取代羧甲基壳聚糖（脱乙酰度90%，取代度0.4，分子量86000）1.2kg，羟乙基纤维素（2%溶解粘度200mpa.s）0.6kg、甘油3.6kg、水33.9kg,轩置于搅拌罐中，开启搅拌机，转速30rpm，搅拌30分钟，至罐内混合物呈现匀浆状，继续搅拌，转速调至60rpm，边搅拌边加入88%L-乳酸0.5kg，至罐内出现黄色半透明稠浆状，提升搅拌头，抽出搅拌子，倾出料，物料经20分钟呈现凝胶状，将其在灌装机中灌入铝制软管中，装袋、装盒、装箱，辐照灭菌即得。
实施例3
取O-低取代羧甲基壳聚糖（脱乙酰度90%，取代度0.4，分子量13000）1.3kg，羟乙基纤维素（2%溶解粘度200mpa.s）0.6kg、甘油1.5kg、水35.9kg,轩置于搅拌罐中，开启搅拌机，转速30rpm，搅拌30分钟，至罐内混合物呈现匀浆状，继续搅拌，转速调至60rpm，边搅拌边加入88%L-乳酸0.5kg，至罐内出现黄色半透明稠浆状，提升搅拌头，抽出搅拌子，倾出料，物料经20分钟呈现凝胶状，将其在灌装机中灌入铝制软管中，装袋、装盒、装箱，辐照灭菌即得。
实施例4
取O-低取代羧甲基壳聚糖（脱乙酰度95%，取代度0.4，分子量86000）1.2kg，羟乙基纤维素（2%溶解粘度200mpa.s）0.6kg、甘油1.5kg、水36.0kg,轩置于搅拌罐中，开启搅拌机，转速30rpm，搅拌30分钟，至罐内混合物呈现匀浆状，继续搅拌，转速调至60rpm，边搅拌边加入88%L-乳酸0.5kg，至罐内出现黄色半透明稠浆状，提升搅拌头，抽出搅拌子，倾出料，物料经20分钟呈现凝胶状，将其在灌装机中灌入铝制软管中，装袋、装盒、装箱，辐照灭菌即得。
实施例5
取O-低取代羧甲基壳聚糖（脱乙酰度82%，取代度0.4，分子量86000）1.2kg，羟乙基纤维素（2%溶解粘度200mpa.s）0.6kg、甘油1.5kg、水36.0kg,轩置于搅拌罐中，开启搅拌机，转速30rpm，搅拌30分钟，至罐内混合物呈现匀浆状，继续搅拌，转速调至60rpm，边搅拌边加入88%L-乳酸0.5kg，至罐内出现黄色半透明稠浆状，提升搅拌头，抽出搅拌子，倾出料，物料经20分钟呈现凝胶状，将其在灌装机中灌入铝制软管中，装袋、装盒、装箱，辐照灭菌即得。
实施例6
取O-低取代羧甲基壳聚糖（脱乙酰度90%，取代度0.4，分子量86000）1.2kg，羟乙基纤维素（2%溶解粘度800mpa.s）0.6kg、甘油1.5kg、水36.0kg,轩置于搅拌罐中，开启搅拌机，转速30rpm，搅拌30分钟，至罐内混合物呈现匀浆状，继续搅拌，转速调至60rpm，边搅拌边加入88%L-乳酸0.5kg，至罐内出现黄色半透明稠浆状，提升搅拌头，抽出搅拌子，倾出料，物料经20分钟呈现凝胶状，将其在灌装机中灌入铝制软管中，装袋、装盒、装箱，辐照灭菌即得。
将上述实施例1-6制得的无菌壳聚糖水凝胶进行抗菌实验。
试验如下：
1试验目的：通过杀菌试验验证壳聚糖水凝胶的杀菌效果。
试验原理：壳聚糖具有良好的杀菌性能，试验通过利用壳聚糖水凝胶的试样片分别对细菌和真菌进行杀菌试验，判断其杀菌性能。
试验准备：
3.1 试验用具
恒温培养箱、中和剂、营养琼脂培养基、胰蛋白胨大豆琼脂培养基与沙堡琼脂培养基
3.2 接种菌的复苏
将金黄色葡萄球菌（ATCC 6538）、大肠杆菌（ATCC 11229）和白色念珠菌（ATCC 10231）从固体斜面培养基中挑选单菌落，接种到液体培养基中培养复壮形成菌悬液。
试验片制作
用实施例1-6制备的壳聚糖水凝胶的产品均匀浸泡无菌试样片（2.0cm×3.0cm）备用。
阴性片制作
相同材质的无菌样片（2.0cm×3.0cm）备用。
试验方法：
4.1 染菌
将菌悬液取100μL滴于壳聚糖水凝胶试验样片和阴性对照试验片上，回收菌数为1×104～9×104cfu/片。均匀涂布，开始计时，作用5、10、20和30min。
中和
用无菌镊分别将样片投入含5mL相应中和剂的试管内，充分混匀，分别吸取0.5mL置于两个平皿，用凉至40～45℃的营养琼脂培养基（细菌）和沙氏琼脂培养基（真菌）15mL作倾注，转动平皿，使其充分均匀，琼脂凝固后翻转平板，35℃±2℃培养48h（细菌）和72h（真菌），作活菌菌落计数。
结果判定
试验重复3次，按式（C1）计算杀菌率：
X3＝(A-B)/A×100%．．．（C1）
式中：X3―真菌率，％；
A―阴性对照样品平均菌落数；
B―壳聚糖水凝胶试样品平均菌落数。
试验结果：
5.1 金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌在20min的杀菌率达到90%。
试验结论：
6.1 壳聚糖水凝胶产品具有良好的杀菌效果。
以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其描述较为具体和详细，其目的在于使本领域的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，因此不能仅以此来限定本发明的专利范围，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，即凡依据本发明实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种无菌壳聚糖水凝胶，包括：羧甲基壳聚糖、羟乙基纤维素、甘油、乳酸和水，各组分的重量份数为：
羧甲基壳聚糖1-5%；
羟乙基纤维丝0.8-3%；
甘油 2-11%；
乳酸 0.6-2%；
水 余量。
2.根据权利要求1所述的无菌壳聚糖水凝胶，各组分的重量份数为：
羧甲基壳聚糖2.8-3.2%；
羟乙基纤维丝1.3-1.7%；
甘油 3.3-9.0%；
乳酸 1.2-1.3%；
水 余量。
3.根据权利要求1所述的无菌壳聚糖水凝胶，所述羧甲基壳聚糖为o-低取代羧甲基壳聚糖，脱乙酰度80-97%。
4.根据权利要求3所述的无菌壳聚糖水凝胶，所述羧甲基壳聚糖的取代度为0.3-0.5，分子量为1000-100000。
5.根据权利要求1所述的无菌壳聚糖水凝胶，所述羧甲基壳聚糖和乳酸的重量份数比为2.5:1。
6.一种无菌壳聚糖水凝胶制备工艺，a、将权利要求1-5任一项所述配比的羧甲基壳聚糖、羟乙基纤维素、甘油加入水中，充分搅拌，呈匀浆状；b、继而高速搅拌，边搅拌边加入乳酸，使呈半透明稠浆状；c、3-30秒后，稠浆自发变为凝胶状，将其灌入铝、铝塑或塑料软管中，装袋、装盒、装箱，辐照灭菌即得权利要求1-5任一项所述的无菌壳聚糖水凝胶。
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