CN105268015B - 一种抗菌性水凝胶复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抗菌性水凝胶复合材料及其制备方法。本发明提供的抗菌性创伤修复材料是由壳聚糖和γ‑聚谷氨酸以1/0.5‑2的质量比通过静电相互作用而形成的水凝胶，并在水凝胶上以PVP为分散剂原位合成负载了纳米银；该创伤修复材料制备方法简单、便捷，实用性强。该复合水凝胶创伤修复材料综合了壳聚糖本身所具有的杀菌、免疫活性，良好的生物相容性和止血活性，和γ‑聚谷氨酸所具有的高吸水性能以及纳米银的广谱抗菌性和不产生耐药性的特点，所得到的复合水凝胶纳米银粒径小，且均匀分布不易团聚，因而具有强抗菌性能，用于创伤敷料能够有效地避免伤口感染，加快伤口愈合。

Description

一种抗菌性水凝胶复合材料及其制备方法

所属技术领域：

本发明涉及一种水凝胶复合材料及其制备方法，具体说是由壳聚糖、γ-聚谷氨酸和纳米银通过原位合成所制备的抗菌性水凝胶复合材料及其制备方法。

背景技术：

理想的生物医用敷料，需要具有良好的生物相容性、止血抗菌、吸收伤口浸出液，保持创面清洁，同时为创伤的修复提供湿润的愈合环境。水凝胶是一种新型生物材料，其在创伤修复方面有着重要的应用价值，创伤修复过程中创伤感染及其引起的并发症是目前临床应用上的一个重要问题。近年来，多采用抗生素来解决这类问题。然而抗生素的广泛使用导致致病原菌产生了耐药性，因此寻找新的广谱抗菌药物来替代抗生素非常必要。

壳聚糖是唯一自然存在的碱性多糖，不仅具有杀菌、免疫活性，良好的生物相容性、生物降解性及高生物活性，还具有诱导红细胞聚集，促进血小板活化以及激活补体系统等优点。而生物来源的γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是一种特殊的聚阴离子电解质，具有良好的水溶性，生物降解性和生物相容性，并且能够与壳聚糖形成具有优良性能的电解质复合物水凝胶体系。含有γ-PGA的水凝胶具有高吸湿性，能为伤口愈合提供湿润的环境，并能快速吸收伤口表面渗出液和血液，促进伤口愈合。纳米银作为一种无机纳米粒子，具有比表面积大，表面反应活性高、表面活性中心多、催化效率高、吸附能力强等性能，特别是具有持续性、持久性和广谱性抗菌特征，并同时具有耐热性好、安全性高和不易产生耐药性等优势。

本发明针对现有创伤敷料存在的吸湿性差、抗菌性不强或存在耐药性等问题，结合以上三种材料的优良性能，制备出一种具有较强抗菌性能的水凝胶创伤敷料。具体设计思路为：在酸性环境下，壳聚糖侧链上的氨基发生质子化成为聚阳离子电解质，使得溶液带正电荷。γ-聚谷氨酸侧链带有羧基，为聚阴离子电解质，通过静电相互作用，可以形成均一的水凝胶。再利用水凝胶的溶胀作用，使得用稳定剂(也叫保护剂或分散剂)PVP(聚乙烯吡咯烷酮)均匀分散好的硝酸银(AgNO₃)中的银离子均匀吸附在水凝胶网状结构中，利用还原剂(NaBH₄)，在水凝胶上原位合成纳米银粒子，即制备出纳米银均匀分布的具有强抗菌性能的水凝胶复合材料，可用作抗菌性创伤敷料，还可用于止血材料、骨组织工程材料或用于抗菌性日用化学品当中。

发明内容

本发明的抗菌性水凝胶复合材料是由壳聚糖和γ-聚谷氨酸以1/0.5-2的质量比在酸性条件下通过静电相互作用而形成的水凝胶，并在水凝胶上以PVP为分散剂原位合成负载了纳米银；其中纳米银的含量为水凝胶干重的0.025％-0.053％。

抗菌性水凝胶复合材料制备方法包括如下步骤：

(1)壳聚糖和γ-聚谷氨酸以1/0.5-2的质量比例加入蒸馏水中，形成质量体积百分浓度为5％(g/ml)的混合液并搅拌混合均匀；然后，在快速搅拌的同时加入占总体积0.7％-1％的冰醋酸，充分搅拌10-15s后混匀，停止搅拌，室温下静置即可形成水凝胶；将水凝胶材料置于蒸馏水中，进行除酸，直至体系的pH不再变化；将除酸后的水凝胶材料置于-20℃冷冻干燥机中冻干至海绵状，即可得到干燥的由壳聚糖、γ-聚谷氨酸形成的水凝胶材料；

(2)配置浓度为2.5-3.5μg/ml AgNO₃溶液，取其并向其中加入PVP，使PVP与AgNO₃的摩尔比为1.5/1，快速搅拌至完全溶解并混合均匀；将上述冷冻干燥的水凝胶材料切成片状，浸泡在该均匀的PVP/AgNO₃溶液中20-60min直至溶胀平衡；其中，AgNO₃用量为壳聚糖/γ-聚谷氨酸水凝胶干重的0.039-0.083％。

(3)将新配置的浓度为2.0-4.0μg/ml的还原剂NaBH₄溶液逐滴加到上述已溶胀平衡的壳聚糖/聚谷氨酸水凝胶的PVP/AgNO₃溶液体系，并快速搅拌，反应10-30min，待反应完全之后，取出浸泡体系中的水凝胶，将其进行冷冻干燥12h，即可得到具有强抗菌性能的含纳米银的壳聚糖/γ-聚谷氨酸水凝胶复合材料；其中，NaBH₄的加量为AgNO₃摩尔量的1.2-3.4倍。

其中，步骤(3)所述的还原剂，可以是NaBH₄，还可以是抗坏血酸或柠檬酸钠。

与现有技术相比，本发明显著的优点在于：该复合水凝胶综合了壳聚糖本身所具有的杀菌、免疫活性，良好的生物相容性和止血活性，和γ-聚谷氨酸所具有的高吸水性能以及纳米银的广谱抗菌性和不产生耐药性的特点，所得到的水凝胶复合材料纳米银粒径小，且均匀分布不易团聚，因而具有强抗菌性能，用于创伤敷料能够有效地避免伤口感染，加快伤口愈合，还可用于止血材料、骨组织工程材料或抗菌性化妆品中。

具体实施方式：

实施例1：

质量体积百分数为2.43％的壳聚糖、2.57％的γ-聚谷氨酸，即壳聚糖0.2434g，γ-PGA0.2566g，于10mL蒸馏水中搅拌混合均匀，搅拌均匀的同时快速加入1％的醋酸溶液，快速搅拌15s混合均匀，停止搅拌后室温静置得到均一的水凝胶，将得到的水凝胶材料放入蒸馏水中，磁力搅拌器轻微搅拌，每6h换一次蒸馏水，至体系pH不再变化；将除酸后的水凝胶材料置于-20℃冷冻干燥12h，至海绵状即可；

配置浓度为2.5μg/ml AgNO₃溶液20ml，并向其中加入0.164mg PVP，快速搅拌至完全溶解并混合均匀。切取1/6质量的冷冻干燥的水凝胶材料浸泡在该均匀的溶液中35min直至溶胀平衡；

将新配置的浓度为2.75μg/ml的NaBH₄溶液20ml逐滴加入含溶胀平衡的水凝胶的AgNO₃溶液体系，并快速搅拌，反应20分钟，待反应完全之后，取出浸泡的水凝胶，将其冷冻12h，冷冻干燥之后，进行抗菌试验，证明得到抗菌性水凝胶复合材料。

实施例2：

质量体积百分数为2.53％的壳聚糖、2.53％的γ-聚谷氨酸，即壳聚糖0.2533g，γ-PGA0.2533g，于10mL蒸馏水中搅拌混合均匀，搅拌均匀的同时快速加入0.8％的醋酸溶液，快速搅拌13s混合均匀，停止搅拌后室温静置得到均一的水凝胶，将得到的水凝胶材料放入蒸馏水中，磁力搅拌器轻微搅拌，每6h换一次蒸馏水，至体系pH不再变化；将除酸后的水凝胶材料置于-20℃冷冻干燥12h，至海绵状即可；

配置浓度为3.5μg/ml AgNO₃溶液20ml，并向其中加入0.25mg PVP，快速搅拌至完全溶解并混合均匀。取质量为1/4的上述冷冻干燥的水凝胶材料浸泡在该均匀的溶液中40min直至溶胀平衡；

将新配置的浓度为3.00μg/ml的NaBH₄溶液20ml逐滴加入含溶胀平衡的水凝胶的AgNO₃溶液体系，并快速搅拌，反应23分钟，待反应完全之后，取出浸泡体系中的水凝胶，将其冷冻12h，冷冻干燥之后，进行抗菌试验，证明得到抗菌性水凝胶复合材料。

实施例3：

质量体积百分数为1.01％的壳聚糖、2.02％的γ-聚谷氨酸，即壳聚糖0.1013g，γ-PGA0.2026g，于6mL蒸馏水中搅拌混合均匀，搅拌均匀的同时快速加入1％的醋酸溶液，快速搅拌10s混合均匀，停止搅拌后室温静置得到均一的水凝胶，将得到的水凝胶材料放入蒸馏水中，磁力搅拌器轻微搅拌，每6h换一次蒸馏水，至体系pH不再变化；将除酸后的水凝胶材料置于-20℃冷冻干燥12h，至海绵状即可；

配置浓度为3.5μg/ml AgNO₃溶液20ml，并向其中加入0.25mg PVP，快速搅拌至完全溶解并混合均匀，取质量为1/3的上述冷冻干燥的水凝胶材料浸泡在该均匀的溶液中40min直至溶胀平衡；

将新配置的浓度为3.00μg/ml的NaBH₄溶液20ml逐滴加入含溶胀平衡的水凝胶的AgNO₃溶液体系，并快速搅拌，反应20分钟，待反应完全之后，取出浸泡体系中的水凝胶，将其冷冻12h，冷冻干燥之后，进行抗菌试验，证明得到抗菌性水凝胶复合材料。

实施例4：

质量体积百分数为2.02％的壳聚糖、1.01％的γ-聚谷氨酸，即壳聚糖0.2024g，γ-PGA0.1012g，于6mL蒸馏水中搅拌混合均匀，搅拌均匀的同时快速加入0.8％的醋酸溶液，快速搅拌13s混合均匀，停止搅拌后室温静置得到均一的水凝胶，将得到的水凝胶材料放入蒸馏水中，磁力搅拌器轻微搅拌，每6h换一次蒸馏水，至体系pH不再变化；将除酸后的水凝胶材料置于-20℃冷冻干燥12h，至海绵状即可；

配置浓度为3.5μg/ml AgNO₃溶液20ml，并向其中加入0.25mg PVP，快速搅拌至完全溶解并混合均匀。取质量为1/2的上述冷冻干燥的水凝胶材料浸泡在该均匀的溶液中40min直至溶胀平衡；

将新配置的浓度为3.00μg/ml的NaBH₄溶液20ml逐滴加入含溶胀平衡的水凝胶的AgNO₃溶液体系，并快速搅拌，反应30分钟，待反应完全之后，取出浸泡体系中的水凝胶，将其冷冻12h，冷冻干燥之后，进行抗菌试验，证明得到抗菌性水凝胶复合材料。

本发明所用壳聚糖为M_w：6×10⁵；脱乙酰化度：≥90％；粘度：400MPa·s；γ-聚谷氨酸M_w：4.4×10⁵；所用聚乙烯吡咯烷酮PVP的分子量为M_w＝630000。

Claims (2)

1.一种用于创伤敷料的抗菌性水凝胶复合材料的制备方法，所述材料是由壳聚糖和γ-聚谷氨酸以1/0.5-2的质量比在酸性条件下通过静电相互作用而形成的水凝胶，并在水凝胶上以PVP为分散剂原位合成负载了纳米银；其中纳米银的含量为水凝胶干重的0.025％-0.053％；

其特征在于制备方法包括如下步骤：

(1)壳聚糖和γ-聚谷氨酸以1/0.5-2的质量比例加入蒸馏水中，形成质量体积百分浓度为5％(g/ml)的混合液并搅拌混合均匀；然后，在快速搅拌的同时加入占总体积0.7％-1％的冰醋酸，充分搅拌10-15s后混匀，停止搅拌，室温下静置即可形成水凝胶；将水凝胶材料置于蒸馏水中，进行除酸，直至体系的pH不再变化；将除酸后的水凝胶材料置于-20℃冷冻干燥机中冻干至海绵状，即可得到干燥的由壳聚糖、γ-聚谷氨酸形成的水凝胶材料；

(2)配置浓度为2.5-3.5μg/ml AgNO₃溶液，取其并向其中加入PVP，使PVP与AgNO₃的摩尔比为1.5/1，快速搅拌至完全溶解并混合均匀；将上述冷冻干燥的水凝胶材料切成片状，浸泡在该均匀的PVP/AgNO₃溶液中20-60min直至溶胀平衡；其中，AgNO₃用量为壳聚糖/γ-聚谷氨酸水凝胶干重的0.039-0.083％；

(3)将新配置的浓度为2.0-4.0μg/ml的还原剂NaBH₄溶液逐滴加到上述已溶胀平衡的壳聚糖/聚谷氨酸水凝胶的PVP/AgNO₃溶液体系，并快速搅拌，反应10-30min，待反应完全之后，取出浸泡体系中的水凝胶，将其进行冷冻干燥12h，即可得到具有强抗菌性能的含纳米银的壳聚糖/γ-聚谷氨酸水凝胶复合材料；其中，NaBH₄的加量为AgNO₃摩尔量的1.2-3.4倍。

2.根据权利要求1所述的用于创伤敷料的抗菌性水凝胶复合材料的制备方法，其中，步骤(3)所述的还原剂，可以是NaBH₄，还可以是抗坏血酸或柠檬酸钠。