CN105107008B - 一种羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴 - Google Patents
一种羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于医用材料生产技术领域，具体公开了一种羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴，其制作步骤为将医用无纺布浸泡在氧化海藻酸钠（OSA）水溶液（交联剂）中，浸泡后取出；在羟丁基壳聚糖（HBCS）水溶液中滴加纳米银（n‑Ag）胶体溶液并搅拌，将混合液均匀涂布在处理好的无纺布上，常温下交联形成水凝胶，而后转移到带压敏胶的PU膜医用胶带上，隔离纸覆盖水凝胶，得到了HBCS/OSA/n‑Ag复合水凝胶敷料贴，密封后γ‑射线灭菌。本发明技术方案具有成本低、工艺简单等优点，鉴于HBCS具备良好的生物相容性，OSA对人体无毒，n‑Ag具有良好的抑菌性能，制备所得的水凝胶可应用于伤口敷料、止血材料等。本发明具有吸湿性，抗菌性能显著，细胞毒性低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及医用材料生产技术领域，特别涉及一种适用于烧烫伤创面护理的创伤修复水凝胶敷料贴，本敷料贴可作为伤口敷料，可促进组织愈合，抗菌性能显著，细胞毒性低，具有良好的生物相容性。
背景技术
传统的创伤敷料是由天然植物纤维或动物毛类物质构成，如纱布、棉垫、羊毛、各类油纱布。这类敷料只是暂时性的覆盖材料，都需在一定的时间内加以更换。然而，这些伤口敷料在更换时容易发生与伤口相互粘黏的情况，因此在撕除敷料的同时有可能一并撕开新生的上皮细胞或已逐渐愈合的伤口，导致使用者疼痛难耐，且相当不利于伤口之自然复原。
相较于传统的伤口敷料，水凝胶敷料能提供较佳的透气、透湿、阻隔细菌侵入以及控制和吸收渗出液等特性，使得伤口处于良好细胞生长愈合环境。此外，水凝胶敷料能紧密贴附于伤口处，且在更换敷料时不会粘黏伤口造成二次伤害，因此水凝胶敷料被广泛地应用于医用领域中。
水凝胶类敷料具有独特三维网状结构，能有效地将水分锁定在其中，使这类敷料覆盖在创面上时，能缓慢释放水分，保持创面的微湿环境，促进创面愈合。
壳聚糖(chitosan)是由自然界广泛存在的几丁质(chitin)经过脱乙酰作用得到的，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖，自1859年，法国人Rouget首先得到壳聚糖后，这种天然高分子的生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等优良性能被各行各业广泛关注，在医药、食品、化工、化妆品、水处理、金属提取及回收、生化和生物医学工程等诸多领域的应用研究取得了重大进展。
海藻酸是一类由褐藻提取的多糖，是β-D-甘露糖醛酸(M单元)和α-L-古洛糖醛酸(G单元)的无规嵌段共聚物。由于海藻酸钠(sodium alginate)的生物相容性、低毒性和相对低廉的价格，被广泛地应用于药物释放体系和组织工程领域。
羟丁基壳聚糖(HBCS)是壳聚糖经1,2-环氧丁烷醚化改性后的水溶性衍生物，羟丁基的引入大大改善了壳聚糖的水溶性；海藻酸钠经高碘酸钠氧化制得的氧化海藻酸钠(OSA)具有双醛基结构，可作为交联剂，两者经共混又可使得氨基与醛基发生希夫碱反应形成化学交联。
纳米银作为无机抗菌材料，由于其原子排列表现介于固体和分子之间的“介态”，表现出量子效应、小尺寸效应和极大的比表面积。具有其他载银无机抗菌材料无法比拟的抗菌活性，可以有效地杀灭细菌、真菌、支原体等致病微生物。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴，制作这种水凝胶敷料贴所需要的原料都是天然高分子材料，具有很高的生物安全性，制备工艺简单，对设备的依赖程度低，易于批量生产，制作过程中不添加任何有毒有害物质，其中的水凝胶敷料能快速吸收创面渗液，具有良好的舒适性，防水阻菌性。
此种水凝胶敷料的特点是具有较强的抗菌性能和较低的细胞毒性，水凝胶敷料贴敷在伤口上时可以阻绝外界细菌的入侵，也对伤口上存在的细菌有着较强的杀菌抑菌效果，促进创面愈合；水凝胶敷料对动物细胞无毒副作用，具有良好的生物相容性。
壳聚糖作为带正电电荷多糖，杀菌效果好，生物降解慢，炎症反应明显。海藻酸钠降解慢，柔韧度不足。结合上述原料各自的特点，本发明通过合理的比例，在氨基与醛基的发生化学交联作用，整合上述原料的优点，通过调整羟丁基壳聚糖、氧化海藻酸钠和纳米银三者不同比例，满足较强的抗菌性能和较低的细胞毒性。
为了实现上述发明目的，本发明采取了如下技术措施：
一种羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴，其制备方法的步骤如下：
(1)、将医用无纺布完全浸泡在10ml 18-25wt％氧化海藻酸钠水溶液中，负载交联剂，泡10min后取出置于培养皿中，并将未负载上的氧化海藻酸钠水溶液转移至培养皿中，全部滴加在医用无纺布上；
医用无纺布规格优选为60g/m2，尺寸优选为3cm×3cm。
(2)、在10ml 16-30wt％羟丁基壳聚糖水溶液中滴加2-8ml 50μg/ml纳米银胶体溶液并均匀搅拌，得混合溶液A；
(3)、将混合溶液A均匀涂布在经步骤1处理好的医用无纺布上，静置5-10分钟，水凝胶交联完成，与医用无纺布层结合成一个整体。将这一整体转移到带压敏胶的医用胶带上，所述的医用胶带为防水透气的PU膜医用胶带，将未结合水凝胶的医用无纺布层与医用胶带的压敏胶粘合在一起，然后，为了防止水凝胶被污染，将隔离纸(离型纸)覆盖在水凝胶上，得到了羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴，将其密封在包装袋中后，γ-射线灭菌。
本发明的敷料贴在制备水凝胶的过程中就直接将载体医用无纺布加入，使交联后的水凝胶与医用无纺布层结合成一个整体，比起将制备好的水凝胶溶液涂布于医用无纺布上交联成水凝胶，其优势在于：其一是将医用无纺布浸泡在交联剂中增大了交联剂的反应面积，提高了交联效率；其二是将交联剂固定在无纺布上，可形成第一层网络结构，而后与后加入的羟丁基壳聚糖形成互穿式的第二层网络，使得水凝胶的结构更稳定，从而更好地发挥其医用效能。
优选的，羟丁基壳聚糖采取如下方法制备：称取1g壳聚糖(脱乙酰度不低于90％)粉末分散于10ml 50wt％的NaOH溶液中进行碱化处理，N2保护，室温搅拌24h，过滤，挤出多余碱液。加入20ml 95wt％异丙醇水溶液搅拌24h，至碱化壳聚糖在异丙醇体系中完全分散开。量取5ml 1,2-环氧丁烷滴加入反应容器内，室温反应1h，升温至50℃后继续反应6h。反应完毕，冷却至室温，向反应液中滴加10wt％HCl溶液调节体系pH至中性。待混合液变为澄清透明，滤去不溶物，乙醇沉淀过夜，离心(12000rpm，10min)，沉淀常规干燥。(参考文献：中国海洋大学，2011，硕士论文，李晶晶，P25)。
优选的，氧化海藻酸钠采取如下方法制备：取2g海藻酸钠配成质量分数为4％的水溶液，加入1g高碘酸钠避光氧化8h后加入1ml乙二醇终止氧化反应30min，加入1g NaCl充分混合后加入30ml乙醇使其沉淀析出，旋蒸，用去离子水溶解产物，用渗析袋(规格为14000道尔顿)截留下分子量大于14000的氧化海藻酸钠，每6h换一次去离子水，渗析24h后，再用乙醇将沉淀析出，抽滤，冷冻干燥即得。
使用渗析袋后得到的氧化海藻酸钠分子量较大，产物粘度更大，加快交联速率。
优选的，纳米银胶体溶液采用如下方法制备：磁力搅拌下，在180ml硝酸银溶液(0.0157g硝酸银溶于180ml去离子水，即0.01g银)中加入1g海藻酸钠，形成稳定胶体溶液后，逐滴加入20ml柠檬酸三钠溶液(质量分数3％)，得到浓度为50μg/ml浅黄色纳米银胶体溶液。
采用上述方式制备的具有抗菌性和细胞安全性的水凝胶敷料贴，所使用的医用胶带自带自粘功能，且水凝胶层以无纺布为介质可以与医用胶带粘附在一起，使得水凝胶敷料不会轻易解体。
采用上述方法制备的具有抗菌性和细胞安全性的水凝胶敷料贴，其水凝胶层是与创面直接接触的，而水凝胶的原料都是天然高分子经化学改性制得的，安全性已得到证实，且水凝胶的主要原料氧化海藻酸钠充当交联剂，不需要另外加入对人体有危害的交联剂或其他辅助材料。
采用上述方法制备的医用创伤敷料的制备工艺简单，不需特殊或昂贵的设备即可实现规模化的生产和成型。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
制备所得的羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴的安全性大幅度提高，对动物细胞的毒副作用很小，能够阻绝外界的细菌入侵伤口，且自身有较强的杀菌抑菌效果。
附图说明
图1为实施例4中测试的羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴的扫描电镜图。
具体实施方式
下面，申请人将结合实施例和附图对本发明的产品及其制备过程、作用原理进行详细描述。本领域技术人员应该理解，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的权利要求范围。
主要材料与试剂：
羟丁基壳聚糖为申请人自制：称取1g壳聚糖(脱乙酰度不低于90％)粉末分散于10ml 50wt％的NaOH溶液中进行碱化处理，N2保护，室温搅拌24h，过滤，挤出多余碱液。加入20ml 95wt％异丙醇水溶液搅拌24h，至碱化壳聚糖在异丙醇体系中完全分散开。量取5ml1,2-环氧丁烷滴加入反应容器内，室温反应1h，升温至50℃后继续反应6h。反应完毕，冷却至室温，向反应液中滴加10wt％HCl溶液调节体系pH至中性。待混合液变为澄清透明，滤去不溶物，乙醇沉淀过夜，离心(12000rpm，10min)，沉淀常规干燥。(参考文献：中国海洋大学，2011，硕士论文，李晶晶，P25)。
氧化海藻酸钠为申请人自制：取2g海藻酸钠配成质量分数为4％的水溶液，加入1g高碘酸钠避光氧化8h后加入1ml乙二醇终止氧化反应30min，加入1g NaCl充分混合后加入30ml乙醇使其沉淀析出，旋蒸，用去离子水溶解产物，用渗析袋(规格为14000道尔顿)截留下分子量大于14000的氧化海藻酸钠，每6h换一次去离子水，渗析24h后，再用乙醇将沉淀析出，抽滤，冷冻干燥即得。
使用渗析袋后得到的氧化海藻酸钠分子量较大，产物粘度更大，加快交联速率。
纳米银胶体溶液为申请人自制：磁力搅拌下，在180ml硝酸银溶液(0.0157g硝酸银溶于180ml去离子水，即0.01g银)中加入1g海藻酸钠，形成稳定胶体溶液后，逐滴加入20ml柠檬酸三钠溶液(质量分数3％)，得到浓度为50μg/ml浅黄色纳米银胶体溶液。
本纳米银胶体溶液由硝酸银被柠檬酸三钠还原制得，同时加入了海藻酸钠作为稳定分散剂，使纳米银颗粒悬浮不沉积，增大了纳米银颗粒的比表面积，使其抗菌活性增强。
实施例1：一种羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴，其制备方法的步骤如下：
1、将规格为60g/m2的医用无纺布(3cm×3cm)完全浸泡在10ml 25wt％氧化海藻酸钠水溶液中，负载交联剂，泡10min后取出置于培养皿中，并将未负载上的氧化海藻酸钠水溶液转移至培养皿中，全部滴加在医用无纺布上；
2、在10ml 16wt％羟丁基壳聚糖水溶液中滴加2ml 50μg/ml纳米银胶体溶液并均匀搅拌，得混合溶液A；
3、将混合溶液A均匀涂布在经步骤1处理好的医用无纺布上，静置5-10分钟，水凝胶交联完成，与医用无纺布层结合成一个整体。将这一整体转移到带压敏胶的医用胶带上，所述的医用胶带为防水透气的PU膜医用胶带，将未结合水凝胶的医用无纺布层与医用胶带的压敏胶粘合在一起，然后，为了防止水凝胶被污染，将隔离纸(离型纸)覆盖在水凝胶上，得到了羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴，将其密封在包装袋中后，γ-射线灭菌。
实施例2：一种羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴，其制备方法的步骤如下：
1、将规格为60g/m2的医用无纺布(3cm×3cm)完全浸泡在10ml 18wt％氧化海藻酸钠水溶液中，负载交联剂，泡10min后取出置于培养皿中，并将未负载上的氧化海藻酸钠水溶液转移至培养皿中，全部滴加在医用无纺布上；
2、在10ml 24wt％羟丁基壳聚糖水溶液中滴加4ml 50μg/ml纳米银胶体溶液并均匀搅拌，得混合溶液A；
3、将混合溶液A均匀涂布在经步骤1处理好的医用无纺布上，静置5-10分钟，水凝胶交联完成，与医用无纺布层结合成一个整体。将这一整体转移到带压敏胶的医用胶带上，所述的医用胶带为防水透气的PU膜医用胶带，将未结合水凝胶的医用无纺布层与压敏胶粘合在一起，然后，为防止水凝胶被污染，将隔离纸(离型纸)覆盖在水凝胶上，即得到羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴，将其密封在包装袋中后，γ-射线灭菌。
实施例3：一种羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴，其制备方法的步骤如下：
1、将规格为60g/m2的医用无纺布(3cm×3cm)完全浸泡在10ml 25wt％氧化海藻酸钠水溶液中，负载交联剂，泡10min后取出置于培养皿中，并将未负载上的氧化海藻酸钠水溶液转移至培养皿中，全部滴加在医用无纺布上；
2、在10ml 30wt％羟丁基壳聚糖水溶液中滴加8ml 50μg/ml纳米银胶体溶液并均匀搅拌，得混合溶液A；
3、将混合溶液A均匀涂布在经步骤1处理好的医用无纺布上，静置5-10分钟，水凝胶交联完成，与医用无纺布层结合成一个整体。将这一整体转移到带压敏胶的医用胶带上，所述的医用胶带为防水透气的PU膜医用胶带，将未结合水凝胶的医用无纺布层与压敏胶粘合在一起，然后，为防止水凝胶被污染，将隔离纸(离型纸)覆盖在水凝胶上，即得到羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴，将其密封在包装袋中后，γ-射线灭菌。
实施例4：羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴的性能测试-扫描电镜测试
将实施例2所制得的羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴上刮下一部分水凝胶样品经真空冷冻干燥后，喷金，置于SEM下，观察水凝胶的表面形貌。
从SEM图(见说明书附图图1)中可以看出，该水凝胶材料具有独特三维网状结构，能有效地将水分锁定在其中，使这类敷料覆盖在创面上时，能缓慢释放水分，保持创面的微湿环境，促进创面愈合。
实施例5：羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴的性能测试-抗菌测试
按照实施例2的方法制备敷料贴，仅调整50μg/ml纳米银胶体溶液的用量，将4ml分别调整为2ml、6ml、8ml、10ml，一共制作五个不同纳米银含量的水凝胶敷料贴。
将大肠杆菌和金黄色葡萄球菌活化后，将菌种接至斜面上，37℃培养12h，用无菌水洗涤斜面上的菌液，测OD值，以确保每次接种的菌种量相当，取菌种量相当的菌液涂布在培养基平板上，用镊子将直径0.6cm的滤纸片放在平板中，将五种不同纳米银含量的水凝胶敷料贴，用牛津杯取成相同厚度的小圆柱体水凝胶，放置在滤纸片上，每个梯度做3个平行，37℃恒温培养箱中培养12h,测量抑菌圈的直径。
表1 不同纳米银含量的水凝胶敷料的抗菌性能比较
| 2ml | 4ml | 6ml | 8ml | 10ml | |
| 大肠杆菌 | 0.9cm | 1.0cm | 1.2cm | 1.1cm | 0.9cm |
| 金黄色葡萄球菌 | 0.8cm | 0.8cm | 0.8cm | 0.9cm | 0.7cm |
从表1中可以看出，这五种水凝胶敷料均具有抗菌活性。水凝胶敷料抗大肠杆菌的性能整体上优于抗金黄色葡萄球菌的性能。抗大肠杆菌效果最显著的纳米银含量为11.54μg/ml纳米银(6ml)，而抗金黄色葡萄球菌效果最好的纳米银含量为14.29μg/ml纳米银(8ml)。
实施例6：羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴的性能测试-细胞毒性测试
采用MTT比色法测定实施例5中的5种水凝胶敷料贴的细胞毒性。测定细胞毒性所选用的细胞为小鼠成纤维细胞(L929)。
表2 不同体积纳米银的水凝胶敷料对小鼠成纤维细胞(L929)的细胞毒性
从表2中可以看出，在水凝胶敷料中纳米银浓度低于14.29μg/ml时，其对小鼠成纤维细胞(L929)的细胞毒性较低，细胞的相对生长率达80％以上，评级为0-1级，说明水凝胶敷料贴可用作生物医用材料。
实施例7：羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴的临床应用
1.一般资料
采用本发明的水凝胶敷料贴对30例烧烫伤患者进行临床观察治疗，其中男性15例，女性15例；年龄最大的56岁，最小的5岁，平均年龄29岁；面积0.02％-0.25％，平均面积为0.12％，均无休克症状，烧烫伤度数为Ⅰ度，浅Ⅱ度，以Ⅰ度为主；部位从头面、躯干及四肢，各部位均有，以肢体部位为最多。
2.治疗方法
30例患者均采用本发明的水凝胶贴(实施例1制得的水凝胶敷料贴1、实施例2制得的水凝胶敷料贴2、实施例3制得的水凝胶贴3，各10例)治疗，撕去离型纸，将水凝胶面覆盖创面。伤后4天内，每天于8:00、14:00、20:00时更换水凝胶贴，共3次；烫伤4天后每天于8:00、20:00时更换水凝胶贴，共2次，直至创面愈合。
3.创面观察
用药1-3天后创面痂皮均相继脱落，组织液不再渗出，脱落后创面呈灰白色，2-5天后创面转为鲜红色，红肿消失。用药后患者均感觉创面处凉爽，疼痛消失，又由于PU膜的防水性不影响正常洗手洗澡，治疗期间无任何不适。用药过程中未发现创面感染，创面平均5天愈合，愈合后不留残余创面。
上述临床实验验结果表明，本发明制备的水凝胶敷料贴具有良好的防水阻菌性和吸湿性，对烧烫伤创面愈合能起到有效的促进作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴，其制备方法的步骤如下：
（1）、将医用无纺布完全浸泡在10 ml 18-25wt% 氧化海藻酸钠水溶液中，负载交联剂，泡10min后取出置于培养皿中，并将未负载上的氧化海藻酸钠水溶液转移至培养皿中，全部滴加在医用无纺布上；
医用无纺布规格为60 g/m2，尺寸为3cm×3cm；
（2）、在10 ml 16-30wt%羟丁基壳聚糖水溶液中滴加2-8ml 50μg /ml纳米银胶体溶液并均匀搅拌，得混合溶液A；
（3）、将混合溶液A均匀涂布在经步骤（1）处理好的医用无纺布上，静置5-10分钟，水凝胶交联完成，与医用无纺布层结合成一个整体；将这一整体转移到带压敏胶的医用胶带上，所述的医用胶带为防水透气的PU膜医用胶带，将未结合水凝胶的医用无纺布层与医用胶带的压敏胶粘合在一起，然后，将隔离纸覆盖在水凝胶上，得到羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴；
氧化海藻酸钠采取如下方法制备：取2g海藻酸钠配成质量分数为4%的水溶液，加入1g高碘酸钠避光氧化8h后加入1 ml乙二醇终止氧化反应30min，加入1g NaCl充分混合后加入30 ml乙醇使其沉淀析出，旋蒸，用去离子水溶解产物，用渗析袋截留下分子量大于14000的氧化海藻酸钠，每6h换一次去离子水，渗析24h后，再用乙醇将沉淀析出，抽滤，冷冻干燥即得；
所述羟丁基壳聚糖采取如下方法制备：称取1g脱乙酰度不低于90%的壳聚糖粉末分散于10ml 50wt%的NaOH溶液中进行碱化处理，N2保护，室温搅拌24h，过滤，挤出多余碱液，加入20ml 95wt%异丙醇水溶液搅拌24h，至碱化壳聚糖在异丙醇体系中完全分散开；量取5ml1,2-环氧丁烷滴加入反应容器内，室温反应1h，升温至50℃后继续反应6h，反应完毕，冷却至室温，向反应液中滴加10wt% HCl溶液调节体系pH至中性，待混合液变为澄清透明，滤去不溶物，乙醇沉淀过夜，离心，沉淀常规干燥。
2.根据权利要求1所述的羟丁基壳聚糖/氧化海藻酸钠/纳米银复合水凝胶敷料贴，其特征在于：
纳米银胶体溶液采用如下方法制备：磁力搅拌下，在180ml硝酸银溶液中加入1g海藻酸钠，形成稳定胶体溶液后，逐滴加入20ml质量分数3%的柠檬酸三钠溶液，得到浓度为50μg /ml浅黄色纳米银胶体溶液；
所述180ml硝酸银溶液为0.0157g硝酸银溶于180ml去离子水而得。
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