CN104667338B - 一种纳米纤维抗菌敷料原位制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米纤维抗菌敷料原位制备方法，属于医用敷料领域。该方法利用手持式静电纺丝设备在伤口创面表面直接电纺含载银纳米颗粒的纳米纤维抗菌敷料。电纺所用的高分子材料为水溶或可降解的生物相容性材料，溶剂为医用溶剂，直接喷覆于伤口表面安全有效；所用载银纳米颗粒为表面吸附负载有银纳米颗粒或银离子的纳米颗粒，这种掺杂方式在保留了银纳米颗粒和银离子的抗菌作用的同时，有效克服了银纳米颗粒氧化团聚的问题。本发明的制备方法操作简单方便，不受操作场地的影响，可应用于各种场合的急性创伤急救治疗，且所得敷料抗菌性稳定，不需额外固定，可适用于各种形状、深度、大小的不同部位的伤口创面。

Description

一种纳米纤维抗菌敷料原位制备方法

技术领域

本发明属于医用敷料领域，具体涉及一种快速原位制备纳米纤维抗菌敷料的方法。

背景技术

随着交通运输业、建筑业、现代工业的高速发展，各种事故造成的创伤日趋增多，其中以急性创伤最为常见。急性创伤主要存在感染率高、伤口愈合慢、伤情复杂易受环境影响等问题，对伤口处理不当极易造成感染，影响伤口的恢复，给伤员的身体健康造成威胁，严重的甚至可能危及生命。传统医用敷料例如纱布、绷带、脱脂棉等具有以下缺点：1)敷料覆盖于伤口表面，仅能起到有限的保护屏障作用，避免外界的部分感染源(尘埃、微生物等)与伤口接触引起感染。且受材料自身结构限制，传统敷料的孔隙较大，外界环境微生物容易通过孔隙与创面接触，其防护作用十分有限；2)不具备止血抗菌效果；3)材料孔隙大，通透性太高，容易使创面脱水，不具备保湿功能；4)用量大，在浸湿等条件下需频繁更换，敷料易粘着创面，更换时会造成二次损伤，极易造成二次损伤和感染，给伤员造成痛苦。

为了促进急性伤口快速愈合，新型多功能伤口敷料受到人们的广泛关注和报道。例如：中国专利“一种银离子水凝胶敷料的制备方法”(CN201310655235.X)中报道通过高能射线辐射亲水性高分子聚合物水溶液制备水凝胶材料，再将其浸于银盐水溶液中负载银离子，得到银离子水凝胶敷料。采用该方法制备的载银离子水凝胶敷料克服了传统敷料的部分缺点，能够为创面愈合提供湿润环境且具有一定抗菌效果，但这种敷料仍然存在机械性能较差，不易固定，无法起到保护支撑作用，而且负载的具有抗菌作用的银离子仅浸润在敷料表面，负载量十分有限，无法达到理想的抗菌效果，影响治疗效果的缺陷；中国专利“多功能泡沫敷料”(CN201320775031.5)中报道的泡沫类敷料虽然具有良好的吸收性和透气性，使用轻便，但同样存在材料本身无粘性，需要额外技术手段辅助固定，使用不方便的缺点，不能满足实际应用的需要。

随着纳米材料技术的发展，纳米纤维敷料已成为医用敷料领域的最新研究热点，与传统敷料相比，纳米纤维敷料具有以下特点:(1)纳米纤维三维网状支架与天然细胞外基质形态类似，可提供类似的细胞生长微环境，更加有利于创面愈合生长；(2)纳米纤维敷料具有高比表面积和高孔隙率的特性，其药物装载率高且释放可控，极大扩展了医用敷料的多功能化应用范围；(3)由天然可降解材料制备的纳米纤维敷料可以促进伤口愈合并能被人体自然降解吸收，具有良好的生物相容性和舒适性。

静电纺丝技术是利用电场力作用制备微纳米纤维材料的方法。用静电纺丝法制备的无纺布纤维膜在生物医学领域具有很好的应用潜力，许多生物相容可降解的合成或天然高分子材料已经被静电纺丝用于伤口敷料领域。例如具有独特的生物相容性、可降解性以及良好的机械性能聚乳酸(PLA)、聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)、聚氨酯(PU)等合成高分子化合物被广泛研究报道。

然而，现有的纳米纤维敷料，尤其是静电纺丝技术制备纳米纤维敷料在实际应用中，一般是预先将纳米纤维膜制备好贮存起来，使用时再将敷料转移贴合到伤口部位。而大部分纳米纤维敷料为可降解材料或负载有特殊的功能性成分，其对贮藏条件的要求比较严格，且不宜常时间贮藏，这种敷料在使用时同样存在不易固定，不易与表面不平整的创面完全贴合的技术缺陷。这种贮藏和使用过程中的缺陷，限制了这类材料在较恶劣条件下和突发状况下的应用。目前的技术手段，对于战场、交通事故中产生的突发的急性伤口治疗缺乏有效、快速和便捷的救治方法，这都制约了纳米纤维敷料在急救医疗方面的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术缺陷，提供一种快速原位制备纳米纤维抗菌敷料的方法，这种敷料具有很好的止血、抗菌、透气性能，能够促进伤口愈合，使用方便快捷，不需额外固定，可以完全贴合各种不平整的创面，给创面提供完整保护，且适用于各种突发的急性伤口的现场急救治疗。

为了解决上述问题，本发明提供了一种纳米纤维抗菌敷料原位制备方法，包括以下步骤：

步骤1：用溶剂将生物相容性高分子材料完全溶解，制得高分子溶液，所述溶剂为医用溶剂，所述生物相容性高分子材料为一种或多种可降解材料或水溶性材料；

步骤2：将掺杂颗粒完全分散到医用溶剂中后加入到步骤1制备的高分子溶液中，加入的量使溶液中加入的颗粒的质量百分含量为1-5％，搅拌至完全均匀得纺丝前驱液，所述掺杂颗粒以吸附性材料的纳米颗粒为载体，载体纳米颗粒负载有纳米银颗粒或银离子构成掺杂颗粒；

步骤3：将步骤2中配制好的纺丝前驱液加入到手持式静电纺丝装置中，开启设备开关，加电压至有纤维均匀喷出，将喷头口与接收伤口间隔一段距离，静电纺丝原位制备纳米纤维抗菌敷料。

进一步的，步骤1中所述的生物相容性高分子材料为聚乳酸(PLA)、聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)、聚氨酯(PU)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的一种或多种，所述溶剂为蒸馏水、无水乙醇、丙酮中的一种或其组合；

进一步的，步骤2中所述的掺杂颗粒为载银活性炭纳米颗粒、载银沸石颗粒或载银硅胶颗粒中的一种或多种，所述掺杂颗粒负载有纳米银或银离子。

进一步的，所述的纳米纤维抗菌敷料原位制备方法，包括以下步骤：

步骤1：用溶剂将生物相容性高分子材料完全溶解，制得高分子溶液，所述的溶剂为蒸馏水、无水乙醇或丙酮中的一种或其组合，所述的生物相容性高分子材料为聚乳酸(PLA)、聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)、聚氨酯(PU)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的一种或多种；

步骤2：将载银活性炭纳米颗粒完全分散到步骤1相同的溶剂中后加入到步骤1制备的高分子溶液中，加入的量使溶液中载银活性炭纳米颗粒的质量百分含量为1-5％，搅拌至完全均匀得纺丝前驱液，所述载银活性炭纳米颗粒为负载有银纳米颗粒的活性炭纳米颗粒；

步骤3：将步骤2中配制好的纺丝前驱液加入到手持式静电纺丝装置中，在静电压8-15千伏，喷丝口直径为0.3-1.0毫米，距接收伤口距离6-10厘米的条件下静电纺丝原位制备纳米纤维抗菌敷料。

该制备方法采用手持式静电纺丝装置，便于携带、使用方便，采用现制现用的方法，直接在伤口创面表面原位电纺纳米纤维敷料，免除了贴敷和固定敷料的步骤，使用时不受创面位置、面积、形状和深度的限制，不受敷料贮藏条件的限制，不受使用环境的限制，可用于各种突发的急性伤口的急救治疗。采用这种制备方法制得的敷料不仅具有纳米纤维敷料共有的优点，还具有可以完全贴合创面，不受伤口表面形状和深度的限制，在空间上给创面提供全方位的保护，不需额外固定的优点。

除了采用便携设备原位电纺包覆伤口这个特点，本发明的另一个特点是在纺丝液中含有负载有纳米银颗粒或银离子的掺杂颗粒，使得纤维敷料具备抗菌杀菌功能。目前临床上使用的抗菌剂主要分为无机抗菌剂、有机抗菌剂、天然抗菌剂和高分子抗菌剂等四类。其中有机抗菌剂耐热性较差、易分解，而天然和高分子抗菌剂耐热性差且加工困难，目前应用最为广泛的是耐热性好、抗菌谱广、有效期长的无机抗菌剂。银具有良好的抗菌功能和安全稳定性，以纳米技术形式制成的纳米银颗粒具有传统抗菌剂无法比拟的广谱抗菌、强效杀菌、安全性高、无耐药性等优势，在抗菌医药领域有着广泛的应用。然而，单独使用纳米银颗粒经常会因为氧化而导致颗粒团聚，造成抗菌活性丧失。本发明中用于起抗菌作用的是载银掺杂颗粒。这种掺杂颗粒以活性炭颗粒、沸石颗粒等吸附性强的纳米颗粒为载体，在吸附性强的纳米颗粒表面吸附负载银纳米颗粒构成复合纳米颗粒，用这种载银纳米颗粒作为掺杂颗粒，在配制静电纺丝前驱液的过程中可有效避免纳米银颗粒在使用中易氧化团聚的缺陷，减小掺杂难度，提高掺杂量，且制得的纳米纤维敷料具有纳米银的抗菌作用。除此之外，用吸附性强的纳米颗粒作为载体吸附银离子，也可以达到相似的作用效果，通过本方法制得抗菌敷料。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种纳米纤维抗菌敷料原位制备方法使用手持式静电纺丝快速直接在伤口创面上电纺纳米纤维抗菌敷料。应用该方法制备伤口敷料，可以使敷料直接包覆伤口，无需额外固定，使用方法，不受突发急救场所环境以及伤口创面形状、面积、深度的限制，且制得的敷料具有稳定的抗菌效果，使用安全方便，是用于急性伤口急救治疗的理想敷料。具体的说：

1)本发明采用快速原位电纺的方法直接包覆伤口，无需额外固定敷料，且制得的敷料不受创面形状、面积、深度的限制，可以完全贴合伤口，给伤口全面保护。通过便携式手持静电纺丝装置将掺杂抗菌颗粒的生物相容性、可降解性生物高分子溶液原位快速制备成纳米纤维敷料，敷料直接沉积包覆在伤口上，避免了传统敷料贮藏和使用过程中的缺陷，简单易行，使用方便，不受伤口面积、深度、形状、部位的限制。

2)携带方便，应用范围广。在发挥纳米纤维敷料优势的基础上，本发明结合手持式静电纺丝装置，携带方便，操作灵活的特点，采用现制现用的方法，不受敷料贮藏条件的限制，不受使用环境的限制，可用于各种突发的急性伤口的急救治疗，在战场、交通事故及突发的急性创伤救治方面有着良好的应用前景。

3)本发明的方法制得的敷料具有很好的止血、抗菌、透气性能。本发明的制备方法制得的纳米纤维抗菌敷料具有纳米纤维敷料共有的促进伤口愈合和透气性好的优点。同时在制备过程中加入了负载有具备抗菌作用的纳米银或银离子的掺杂颗粒，使制得的敷料具备比较安全、稳定的杀菌消炎效果，制得的纳米纤维抗菌敷料可完全包覆伤口，为血小板聚集止血提供良好的条件，且敷料材料本身具备可降解性或水溶性，可被伤口直接溶解吸收，避免了更换敷料造成的二次伤害。

4)本发明选用活性炭颗粒、沸石颗粒等吸附性强的纳米颗粒作为纳米银颗粒载体，由此制得的负载有纳米银颗粒的掺杂颗粒复合到医用敷料中制成抗菌敷料，具有纳米银复合敷料的抗菌性，同时克服了纳米银颗粒在使用中易氧化团聚的缺陷。

5)本发明的制备方法在制备过程中所选电纺高分子材料为生物相容性材料，所选溶剂也为医用溶剂，所配得的纺丝前驱液生物安全性高，可与伤口创面直接接触，适宜直接喷覆。

附图说明

图1：本发明制备的PVP纳米纤维抗菌敷料扫描电镜SEM图片

图2：本发明制备的PCL纳米纤维抗菌敷料扫描电镜SEM图片

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过实施方式对本方案进行阐述。在实施例1和实施例2中采用了一种便携式手持静电纺丝装置(中国专利号：CN201210229010.3)，这种便携式手持静电纺丝装置包含带有以12伏方形电池供电的小型直流高压逆变器的手持装置，以及带喷头的纺丝溶液容器两部分。在纺丝条件参数适当时，将纺丝前驱液加入到纺丝液容器中，用手握住装置，使得纺丝喷头距离收集极(急性创伤表面)约6-10厘米处，可以按任意方向指向收集极，打开电源开关，轻压注射器推杆即可在伤口表面电纺制备一层透气性良好的无序均匀微纳米纤维薄膜。

实施例1：

步骤1：称取1.3克聚乙烯吡咯烷酮粉末(PVP，分子量130万)，全部溶解在8.7克无水乙醇中，室温下磁力搅拌2小时至完全溶解，得到溶质质量分数为13wt％的均匀PVP纺丝前驱液；

步骤2：将载银活性炭纳米颗粒完全分散后加入到步骤1制备的纺丝前驱液中，加入的量使溶液中载银活性炭纳米颗粒的质量百分含量为5％，搅拌2小时，使其完全溶解，再静置0.5小时后制得均匀稳定的纺丝前驱液；

步骤3：将步骤2中配制好的纺丝前驱液加入到手持静电纺丝装置的纺丝液容器中，用手握住装置，打开电源开关，轻压注射器推杆，在纺丝电压10千伏，喷头口径为0.7毫米，距接收伤口距离10厘米的条件下静电纺丝，直接在伤口创面表面制备纳米纤维抗菌敷料，得到的PVP纳米纤维直径约为200纳米，其形貌在扫描电镜下如图1所示。

LB平板法进行纳米纤维抗菌活性测试，选用革兰氏阴性菌大肠杆菌和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌作为测试菌落，配制溶度为20毫克/毫升的PVP纳米纤维的无菌水溶液，将直径为6毫米无菌滤纸浸泡在PVP纳米纤维水溶液中30分钟后放置在涂有菌液的固体培养基表面上，在37℃恒温培养箱中培养24小时后观察抑菌圈大小反映抑菌情况。观察到采用本发明方法制备的PVP纳米纤维抗菌敷料对大肠杆菌的抑菌圈是11.8毫米，对金黄色葡萄球菌的抑菌圈是12.6毫米。

实施例2：

步骤1：称取2.0克聚己内酯(PCL，分子量为45000)，全部溶解在8.0克医用丙酮中，室温下磁力搅拌2小时至完全溶解，得到溶质质量分数为20wt％的均匀PCL纺丝前驱液；

步骤2：将载银活性炭纳米颗粒完全分散后加入到步骤1制备的纺丝前驱液中，加入的量使溶液中载银活性炭纳米颗粒的质量百分含量为5％，搅拌2小时，使其充分溶解，再静置0.5小时后获得均匀稳定的PCL纺丝前驱液；

步骤3：将步骤2中配制好的纺丝前驱液加入到手持静电纺丝装置的纺丝液容器中，用手握住装置，打开电源开关，轻压注射器推杆，在纺丝电压8千伏，喷头口径为0.7毫米，距接收伤口距离8厘米的条件下静电纺丝，直接在伤口创面表面制备纳米纤维抗菌敷料，得到的PCL纳米纤维直径约为500纳米，其形貌在扫描电镜下如图2所示。

LB平板法进行纳米纤维抗菌活性测试，选用革兰氏阴性菌大肠杆菌和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌作为测试菌落，配制溶度为20毫克/毫升的PCL纳米纤维的无菌水溶液，将直径为6毫米无菌滤纸浸泡在PCL纳米纤维水溶液中30分钟后放置在涂有菌液的固体培养基表面上，在37℃恒温培养箱中培养24小时后观察抑菌圈大小反映抑菌情况。观察到采用本发明方法制备的PCL纳米纤维抗菌敷料对大肠杆菌的抑菌圈是12.5毫米，对金黄色葡萄球菌的抑菌圈是13.4毫米。

本实施例采用便携式手持静电纺丝装置，在伤口表面原位电纺制备纳米纤维抗菌敷料，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等(例如，从材料组分来看，除了实施例中提到的PVP和PCL，还可以是PLGA、PLA、PU等多功能合成高分子化合物；掺杂的抗菌成分除了银活性炭纳米颗粒，还可以是银沸石颗粒、银硅胶等多种无机纳米抗菌剂)，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种纳米纤维抗菌敷料原位制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：用溶剂将生物相容性高分子材料完全溶解，制得高分子溶液，所述溶剂为医用溶剂，所述生物相容性高分子材料为一种或多种可降解材料或水溶性材料；

步骤2：将掺杂颗粒完全分散到医用溶剂中后加入到步骤1制备的高分子溶液中，加入的量使溶液中加入的颗粒的质量百分含量为1-5％，搅拌至完全均匀得纺丝前驱液，所述掺杂颗粒为载银活性炭纳米颗粒、载银沸石颗粒或载银硅胶颗粒中的一种或多种，所述掺杂颗粒负载有纳米银颗粒；

步骤3：将步骤2中配制好的纺丝前驱液加入到手持式静电纺丝装置中，开启设备开关，加电压至有纤维均匀喷出，将喷头口与接收伤口间隔一段距离，静电纺丝原位制备纳米纤维抗菌敷料。

2.如权利要求1所述的一种纳米纤维抗菌敷料原位制备方法，其特征在于，步骤1中所述的生物相容性高分子材料为聚乳酸、聚乳酸-乙醇酸共聚物、聚己内酯、聚氨酯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种，所述溶剂为蒸馏水、无水乙醇、丙酮中的一种或其组合。

3.如权利要求1所述的一种纳米纤维抗菌敷料原位制备方法，其特征在于，所述的纳米纤维抗菌敷料原位制备方法，包括以下步骤：

步骤1：用溶剂将生物相容性高分子材料完全溶解，制得高分子溶液，所述的溶剂为蒸馏水、无水乙醇或丙酮中的一种或其组合，所述的生物相容性高分子材料为聚乳酸(PLA)、聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)、聚氨酯(PU)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的一种或多种；

步骤2：将载银活性炭纳米颗粒完全分散到步骤1相同的溶剂中后加入到步骤1制备的高分子溶液中，加入的量使溶液中载银活性炭纳米颗粒的质量百分含量为1-5％，搅拌至完全均匀得纺丝前驱液，所述载银活性炭纳米颗粒为负载有银纳米颗粒的活性炭纳米颗粒；

步骤3：将步骤2中配制好的纺丝前驱液加入到手持式静电纺丝装置中，在静电压8-15千伏，喷丝口直径为0.3-1.0毫米，距接收伤口距离6-10厘米的条件下静电纺丝原位制备纳米纤维抗菌敷料。

4.如权利要求3所述的一种纳米纤维抗菌敷料原位制备方法，其特征在于，所述的纳米纤维抗菌敷料原位制备方法，包括以下步骤：

步骤1：称取1.3克分子量130万的聚乙烯吡咯烷酮粉末，全部溶解在8.7克无水乙醇中，室温下磁力搅拌2小时至完全溶解，得到溶质质量分数为13wt％的均匀聚乙烯吡咯烷酮纺丝前驱液；

步骤2：将载银活性炭纳米颗粒完全分散后加入到步骤1制备的纺丝前驱液中，加入的量使溶液中载银活性炭纳米颗粒的质量百分含量为5％，搅拌2小时，使其完全溶解，再静置0.5小时后制得均匀稳定的纺丝前驱液；

步骤3：将步骤2中配制好的纺丝前驱液加入到手持静电纺丝装置的纺丝液容器中，在纺丝电压10千伏，喷头口径为0.7毫米，距接收伤口距离10厘米的条件下静电纺丝，直接在伤口创面表面制备纳米纤维抗菌敷料。

5.如权利要求3所述的一种纳米纤维抗菌敷料原位制备方法，其特征在于，所述的纳米纤维抗菌敷料原位制备方法，包括以下步骤：

步骤1：称取2.0克分子量为45000的聚己内酯，全部溶解在8.0克医用丙酮中，室温下磁力搅拌2小时至完全溶解，得到溶质质量分数为20％的均匀聚己内酯纺丝前驱液；

步骤2：将载银活性炭纳米颗粒完全分散后加入到步骤1制备的纺丝前驱液中，加入的量使溶液中载银活性炭纳米颗粒的质量百分含量为5％，搅拌2小时，使其充分溶解，再静置0.5小时后获得均匀稳定的纺丝前驱液；

步骤3：将步骤2中配制好的纺丝前驱液加入到手持静电纺丝装置的纺丝液容器中，在纺丝电压8千伏，喷头口径为0.7毫米，距接收伤口距离8厘米的条件下静电纺丝，直接在伤口创面表面制备纳米纤维抗菌敷料。