CN105664238A - 一种两性离子水凝胶敷料的制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种两性离子水凝胶敷料的制备方法和应用。将两性离子单体、交联剂、引发剂、氯化钠和蒸馏水按上述组分含量范围混合均匀。使用载玻片准备模板，将聚四氟乙烯垫片夹在两个载玻片之间形成空隙，将纱布裁剪到合适大小，夹在载玻片之间。然后将混合均匀的反应溶液滴加到模板空隙中，经过交联反应，即可得到两性离子水凝胶修饰的纱布敷料。同理，制备两性离子水凝胶创可贴；经过交联反应，即可得到两性离子水凝胶修饰的创可贴敷料。本发明的水凝胶敷料含水量高，使伤口处于湿润的环境，同时吸水能力强，能随时吸收分泌的体液，使伤口部位没有过量积液；具有良好的生物相容性，不会引起皮肤过敏红肿等问题，能够促进伤口的快速愈合。

Description

一种两性离子水凝胶敷料的制备方法和应用

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种超亲水两性离子水凝胶敷料的制备方法及其在烧伤、烫伤、切伤、挫伤等伤口愈合原料药方面的应用。

背景技术

皮肤损伤是日常生活中最常见的身体损伤之一。据不完全统计，每年因烧伤、烫伤、车祸、外科手术等原因受伤，或因伤口得不到有效处理而感染致死的病人可达到数百万人。因此，对于伤口处理方法和伤口敷料的研究一直备受关注。传统的伤口处理方法是利用纱布这种常用的干性伤口敷料，来保持伤口干燥，促进结痂，此种愈合方法称之为干性愈合。但是研究发现，干性愈合存在着诸多缺陷：1)容易使伤口脱水，形成干痂，阻碍上皮细胞的移行；2)干性敷料还会与伤口的新生肉芽组织粘连，在更换敷料时导致再次损伤，从而降低了伤口愈合的速度；3)组织液渗漏速度快，需频繁更换敷料，从而无法使伤口周围保持稳定的湿度，以致细胞的增殖速度减慢，延长了愈合时间；4)创面与外界无阻隔性屏障，不能有效的防止细菌侵入。

1958年，Odland博士首次通过实验发现，保留完整的水疱而不刺破，其皮肤愈合的速度比刺破的水疱更快。1962年，英国的动物学家Winter通过猪体实验研究发现，由聚乙烯薄膜覆盖的伤口其上皮形成速率是暴露伤口的2倍。1963年，Hinman在人体表皮上进行了相同的实验，得到了同样的结果。1972年，Rovee等人的实验证实了在干净且没有结痂的湿润伤口中，其上皮细胞移行增生的速度更快，从而能加速伤口的愈合。从此，伤口湿性愈合理论开始逐渐被人们接受。

伤口湿性愈合理论是指创面在密闭性或半密闭性敷料的作用下，可以保持适度湿润的环境和适宜的温度，以促进伤口的愈合。湿性愈合的原理在于：1)有利于坏死组织及纤维蛋白的溶解；2)降低创面的氧张力，从而促进毛细血管的再生，同时有利于上皮细胞和胶原纤维的生成；3)阻止结痂的形成，避免更换敷料时再次对新生的肉芽组织造成机械性损伤；4)发挥了渗液的重要作用，伤口的渗出液中含有丰富的营养和各种免疫细胞；5)促进各种生长因子的释放，如血小板衍生生长因子、转化生长因子、表皮生长因子、成纤维细胞生长因子以及白介素-1等；6)加强了白细胞的功能，并能有效地防止细菌入侵，降低感染机会。

因此，随着对湿性愈合理论研究的深入和医疗科技的发展，人们对伤口敷料的要求不再仅仅局限于覆盖和保护伤口，更希望它能促进伤口愈合。许多新型的湿性敷料应运而生，比如水胶体敷料、藻酸盐敷料、泡沫敷料、薄膜敷料等，但是，目前没有一种敷料能达到理想敷料的要求：1)透气、透湿，使伤口处于湿润但没有积液的环境；2)质地柔软，与伤口贴合良好而又不粘连伤口；3)能够形成屏障阻止细菌入侵，防止感染；4)具有良好的生物相容性，能够促进伤口的快速愈合。例如，水胶体敷料的机械性能太差，容易碎裂；藻酸盐敷料和创面的贴合性不好，且容易粘连伤口；泡沫状敷料很容易使组织长入泡沫孔径而带来再次创伤，并且会在创面上遗留残屑；薄膜敷料的水蒸汽透过率太低，透气性差。

发明内容

本发明针对现有敷料材料的不足，首次利用一种聚甜菜碱类，具体包括聚羧基甜菜碱类(pCB)和聚磺基甜菜碱类(pSB)等两性离子聚合物材料作为湿性水凝胶敷料。它是通过化学键或物理作用力交联而成的网状高分子聚合材料，由于这类高分子在同一单体单元上同时带有正负电荷，可以通过离子溶剂化作用与水分子结合，能够束缚大量的水分子而使水分子保留在凝胶网络结构中，因此本发明的材料能够维持很好的湿性环境，同时还能够保持一定的三维网络形状以确保良好的机械性能。另一方面，在本发明的材料表面形成的水合层，具有很强的抗非特异性蛋白吸附的性能和生物相容性，因此能够有效地抵抗异体排斥和细菌贴附，同时还可以避免与伤口发生粘连。本发明利用的聚甜菜碱类两性离子水凝胶敷料吸水溶胀率高，保水性好，能够持久的为伤口部位提供湿润的愈合环境；质地柔软，机械性能较好；具有突出的抗非特异性蛋白吸附的性能，不粘连伤口，易揭除，避免造成伤口肉芽组织的二次损伤；更重要的是，实验结果显示，两性离子水凝胶敷料能够加快伤口的愈合速度；因此本发明的两性离子水凝胶材料在各个方面都符合理想敷料的基本要求。

本发明的目的在于将超亲水的两性离子水凝胶和伤口敷料相结合，得到一种既能防止伤口粘连又能显著加快伤口愈合速度的敷料。

本发明的第一目的是提供一种超亲水两性离子水凝胶敷料。

本发明的第二目的是提供上述敷料的制备方法。

本发明的第三目的是提供上述敷料在促进切伤、挫伤等急性伤口和烧烫伤、溃疡等慢性伤口愈合方面的应用的原料药。

技术方案：本发明公开了一种超亲水两性离子水凝胶敷料的制备方法，该种材料的特征在于，包含以下组分和质量百分含量如下：

本发明的超亲水两性离子水凝胶敷料的制备方法如下：

上述两性离子单体、交联剂、引发剂、氯化钠和蒸馏水为100(wt％)，引发剂可以为光引发剂或热引发剂。

本发明中所用的两性离子单体材料通常是正负电荷处于同一单体上的盐类聚合物，如甜菜碱类聚合物，包括羧酸盐甜菜碱、磺酸盐甜菜碱和磷酸盐甜菜碱聚合物等。

本发明中所用的交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、双丙烯酸羟乙酯、双丙烯酸羟丙酯、N-羟甲基丙烯酰胺、乙二醇双丙烯酸酯、聚乙二醇双丙烯酸酯、聚乙二醇二缩水甘油醚、一缩二乙醇双丙烯酸酯、丙三醇二丙烯酸酯或丙烯酸烯丙基酯中的一种或几种组合物。

本发明中所用的光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、二苯甲酮、苯甲酰甲酸甲酯、2-异丙基硫杂蒽酮、苯偶姻异丙醚中的一种或几种组合物。

本发明中所用的热引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、N,N,N’,N’-四甲基乙二胺、双氧水、亚硫酸氢钠、亚铁盐中的一种或几种组合物。

本发明将两性离子水凝胶用于敷料的制备，制备了甜菜碱类两性离子水凝胶纱布和创可贴，具体方法如下：

将两性离子单体、交联剂、引发剂、氯化钠和蒸馏水按上述组分含量范围混合均匀。使用载玻片准备模板，将聚四氟乙烯垫片夹在两个载玻片之间形成空隙，将纱布裁剪到合适大小，夹在载玻片之间。然后将混合均匀的反应溶液滴加到模板空隙中，经过交联反应，即可得到两性离子水凝胶修饰的纱布敷料。同理，制备两性离子水凝胶创可贴时，将创可贴平摊在桌面上，露出中间的纤维棉垫，用移液枪吸取混合好的反应溶液，逐滴滴加到棉垫上，直至棉垫全部被水凝胶浸湿而不外溢。经过交联反应，即可得到两性离子水凝胶修饰的创可贴敷料。

本发明的应用如下：

本发明的两性离子水凝胶敷料单独作用于伤口，在不添加其他药物、细胞或活性因子的条件下，因其独特的超亲水性和抗吸附能力，能维持伤口愈合所需的湿润环境，能避免因敷料粘连伤口而带来的二次损伤，因此能够促进伤口的快速愈合和皮肤功能的有效修复。

本发明的两性离子水凝胶敷料中可加入水溶性的抗菌药物，可以选择无机抗菌药、有机抗菌药或天然抗菌药，比如无机抗菌药可以选择纳米银或银离子，有机药物可以选择季铵盐类的药物，天然抗菌药物可以选择壳聚糖、甲壳素及其衍生物等。

本发明的两性离子水凝胶敷料中可以加入云南白药、地塞米松等用来消炎的药物，使水凝胶的消炎效果更加突出，结合水凝胶的吸水性、保水性、透气性、柔软性能够使药物较长时间的停留在伤口部位，达到缓释的目标，同时还能够克服传统的止痛贴等敷料粘性大，透气性差，容易引起皮肤过敏等缺陷。

本发明的两性离子水凝胶敷料具有突出的抗蛋白吸附特性和良好的生物相容性，可以添加活性细胞因子或生长因子，比如表皮细胞生长因子(EGF)、血小板衍生生长因子(PDGF)、血小板活化因子(PAF)、转化生长因子β(TGFβ)、成纤维细胞生长因子(FGF)、角质细胞生长因子(KGF)、纤维接连蛋白(FN)、透明质酸及生长调节素等，特别是一些蛋白或多肽类的药物，由于本发明的两性离子水凝胶能够抗非特异性蛋白的吸附，因此能够保持药物的持久活性，有助于创伤部位的皮肤新生。

本发明的两性离子水凝胶可以用于制备及改良传统的干性敷料如创可贴、纱布等，修饰有两性离子水凝胶的创可贴、纱布敷料既能和伤口牢固贴合，又可以有效防止伤口粘连，将两性离子水凝胶的优良特性和创可贴、纱布等常用敷料的便携性、可用性结合在一起，为创面提供一个洁净、湿润的愈合环境，促进伤口快速愈合。

本发明的两性离子水凝胶敷料可采用多种交联方法，比如物理交联可采用钙离子交联的方法，化学交联可采用热力交联、紫外交联等。采用紫外交联的方法，交联成型的时间短，紫外交联的同时起到了杀菌的作用，得到的产品纯净无菌，避免了材料本身带有细菌容易引起伤口感染的可能，敷料作用于伤口后有利于保持伤口的洁净和促进伤口愈合。

本发明的积极进步效果在于：1)含水量高，使伤口处于湿润的环境，同时吸水能力强，能随时吸收分泌的体液，使伤口部位没有过量积液；2)两性离子水凝胶具有水凝胶的优点，质地柔软，与伤口有良好的贴合度而又不粘连伤口；3)具有良好的生物相容性，不会引起皮肤过敏红肿等问题，能够促进伤口的快速愈合。

附图说明

图1：pCB和pSB两性离子水凝胶的外观图；

图2：水凝胶含水量的测定图；

图3：小鼠的伤口愈合效果图；

图4：两性离子水凝胶修饰的纱布、创可贴。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的技术方案作进一步的说明：

一：水凝胶敷料的制备

实施例1：制备含有抗菌药物的两性离子聚羧酸甜菜碱(pCB)水凝胶敷料

聚羧酸甜菜碱结构式如下所示：

组分百分含量如下：

在棕色玻璃瓶中加入1M的NaCl溶液1ml，加入羧酸甜菜碱丙烯酰胺单体692mg，冰浴并超声30min左右，直至完全溶解，然后加入交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺0.1％，冰浴并超声，使交联剂也完全溶解，最后加入光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮0.25％，然后加入抗菌药物季铵盐20mg，搅拌均匀，形成均一的混合溶液。紫外光交联20min，得到成型的水凝胶。如附图1所示，得到的两性离子水凝胶质地透明，柔韧性好。最后用配好的PBS缓冲液浸泡成型的两性离子pCB水凝胶，每天更换新的PBS缓冲液1～2次，如此连续5天，将未反应的单体等小分子充分去除干净后即可用于动物实验。

实施例2：制备含消炎药物的两性离子聚磺基甜菜碱(pSB)水凝胶敷料

聚磺基甜菜碱结构式如下所示：

组分百分含量如下：

在棕色玻璃瓶中加入0.5M的NaCl溶液1ml，加入磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯单体138mg，冰浴并超声30min左右，直至完全溶解，然后加入交联剂双丙烯酸羟乙酯0.002％、双丙烯酸羟丙酯0.004％、N-羟甲基丙烯酰胺0.004％，冰浴并超声，使交联剂也完全溶解，最后加入光引发剂二苯甲酮0.004％、苯甲酰甲酸甲酯0.006％，搅拌均匀，然后加入消炎药物地塞米松粉末20mg，形成均一的混合溶液。紫外光交联20min，得到成型的水凝胶。最后用配好的PBS缓冲液浸泡成型的两性离子pSB水凝胶，每天更换新的PBS缓冲液1～2次，如此连续5天，将未反应的单体等小分子充分去除干净后即可用于动物实验。

实施例3：制备含生长因子的两性离子2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸甜菜碱水凝胶敷料

磷酸基甜菜碱结构式如下所示：

组分百分含量如下：

在棕色玻璃瓶中加入2.5M的NaCl溶液1ml，加入2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱单体2768mg，冰浴并超声30min左右，直至完全溶解，然后加入交联剂乙二醇双丙烯酸酯0.05％、聚乙二醇双丙烯酸酯0.1％、聚乙二醇二缩水甘油醚0.1％，冰浴并超声，使交联剂也完全溶解，最后加入光引发剂2-异丙基硫杂蒽酮0.25％、苯偶姻异丙醚0.25％，然后加入适量表皮生长因子(EGF)搅拌均匀，形成均一的混合溶液。紫外光交联20min，得到成型的水凝胶。最后用配好的PBS缓冲液浸泡成型的两性离子pPB水凝胶，每天更换新的PBS缓冲液1～2次，如此连续5天，将未反应的单体等小分子充分去除干净后即可用于动物实验。

实施例4：制备两性离子水凝胶修饰的纱布

聚羧酸甜菜碱结构式如下所示：

组分百分含量如下：

在棕色玻璃瓶中加入1M的NaCl溶液1ml，加入羧酸甜菜碱丙烯酰胺单体1000mg，冰浴并超声30min左右，直至完全溶解，然后加入交联剂丙三醇二丙烯酸酯0.05％，丙烯酸烯丙基酯0.05％，冰浴并超声，使交联剂也完全溶解，最后加入热引发剂过硫酸钾0.03％、亚硫酸氢钠0.03％、亚铁盐0.04％，搅拌均匀，形成均一的混合溶液。将纱布裁剪到合适大小，平摊在桌面上的载玻片上，用移液枪吸取配制好的混合溶液，逐滴滴加到纱布上，直至棉垫全部被水凝胶浸湿而不外溢。将混合溶液水浴加热到85℃，5分钟后停止加热，静置2小时，得到两性离子水凝胶修饰的纱布，如附图4的a)所示，纱布被均匀地包埋在两性离子水凝胶中。

实施例5：制备两性离子水凝胶修饰的创可贴

聚羧酸甜菜碱结构式如下所示：

组分百分含量如下：

在棕色玻璃瓶中加入1M的NaCl溶液1ml，加入羧酸甜菜碱丙烯酰胺单体692mg，冰浴并超声30min左右，直至完全溶解，然后加入交联剂一缩二乙醇双丙烯酸酯0.1％，冰浴并超声，使交联剂也完全溶解，最后加入热引发剂过硫酸铵0.05％、N,N,N’,N’-四甲基乙二胺0.05％、双氧水0.05％搅拌均匀，形成均一的混合溶液。将创可贴平摊在桌面上，露出中间的纤维棉垫，用移液枪吸取配制好的混合溶液，逐滴滴加到棉垫上，直至棉垫全部被水凝胶浸湿而不外溢。将混合溶液水浴加热到80℃，5分钟后停止加热，静置2小时，得到成型的两性离子水凝胶修饰的创可贴，如附图4的b)所示，创可贴表面修饰有一层两性离子水凝胶。

二：对于伤口敷料含水量的测定

将水凝胶在PBS缓冲液中浸泡5天之后，用打孔器打孔，获得若干直径5mm的圆形水凝胶片，放在洁净的玻璃瓶中称重，然后真空干燥，保持50℃，30个大气压，干燥3天。脱水干燥后的水凝胶分别称重,每个样品测3组。

记水凝胶的湿重为m_w，干重为m_d，则水凝胶的含水量＝(m_w－m_d)/m_w。

将以上数据结果绘制成柱状图，如附图2所示：

表一不同的伤口敷料含水量的测定

含水量的测定结果显示，同一种水凝胶随着交联度的增加，含水量稍有下降，但总体来看，水凝胶材料的含水量和交联度关系不大，含水量的大小和材料种类和物理特性紧密相关。市场上现有的商品敷料的含水量最低，为7.63％。在交联度0.5％-1％的范围内，非两性离子的聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶(HEMA)的含水量稳定在40％左右；而本发明中的两性离子聚羧酸甜菜碱丙烯酰胺水凝胶(CBAA)和聚磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯(SBAA)的含水量保持在90％左右，说明两性离子聚甜菜碱类水凝胶的保水性明显要优于现有的商品敷料和其他非两性离子的水凝胶。

三：建立动物模型

烫伤小鼠模型：将体重20-24g的小鼠麻醉，背部用脱毛膏脱毛，用酒精棉球消毒，用生理盐水擦净后擦干，将铝棒在100℃的沸水中水浴5min，然后在小鼠背部放置5s，形成一个直径约8mm的烫伤区域。

按照现行的临床实践经验，采取在烧伤48h之后，切除烫伤皮肤的方法。用直径5mm的生物取样器，在烫伤伤口中心部位切除烫伤的皮肤，形成一个直径5mm的圆形开放性伤口，然后敷上相应的敷料。其中，对照组1是敷料，是美国康维德公司生产的一种敷料，是第一个使用水胶体技术的敷料，也是目前临床上处理褥疮等慢性伤口的首选敷料。对照组2是pHEMA水凝胶敷料，pHEMA是一种非两性离子的水凝胶材料。实验组1是两性离子pCB水凝胶敷料。

烧伤小鼠模型：将体重20-24g的小鼠麻醉，背部用脱毛膏脱毛，用酒精棉球消毒，用生理盐水擦净后擦干，用棉棒蘸取浓度为2mol/L的NaOH溶液，均匀涂布在背部直径1cm的圆形区域内，涂抹60s后，擦干皮肤表面残留的NaOH溶液，3-5分钟后用清水冲洗创面，烧伤创面造模完成。

切伤小鼠模型：将手术刀片夹于载波片之间，使其刀刃露出载玻片2mm，将体重20-24g的小鼠麻醉，背部用脱毛膏脱毛，用酒精棉球消毒，用生理盐水擦净后擦干。将准备好的手术刀片消毒后轻压于大鼠背部，慢慢滑动1cm，取走手术刀片，完成造模。四：愈合效果

小鼠愈合结果如附图3所示，小鼠烧伤7天时，伤口开始逐渐缩小，C组的两性离子聚羧酸甜菜碱丙烯酰胺(pCBAA)水凝胶敷料，D组的两性离子聚磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯(pSBMA)水凝胶敷料伤口面积和AB两组对照组相比，伤口愈合速度快，在相同的时间点测得的伤口面积小。从第七天开始，A组使用Duoderm和B组使用HEMA水凝胶敷料的小鼠烧伤创面也开始逐渐愈合，但愈合速度明显慢于使用两性离子水凝胶的两个实验组。到第14天时，C组、D组的小鼠烧伤创面已经愈合完全，创面被新生的上皮组织覆盖，相比之下，A组和B组的创面还未完全闭合，伤口中心呈现淡红色，新生的上皮组织较薄。

使用两性离子水凝胶敷料的小鼠和使用敷料的小鼠相比，伤口愈合时间提前了7天，将愈合进程缩短了三分之一，并且伤口周围的毛发生长更快，新生皮肤的瘢痕组织明显少于对照组，说明两性离子水凝胶敷料能显著加快伤口愈合速度。

上述实例只为了说明本发明的技术构思和方案，并不能以此限制本发明的保护范围，凡是根据本发明的精神实质所作的等效变化或可用变形，都应该视为本发明的保护内容。

Claims (9)

1.一种两性离子水凝胶敷料，其特征在于，组份和质量百分含量如下：

2.如权利要求1所述的敷料，其特征是两性离子单体材料是正负电荷处于同一单体上的盐类聚合物。

3.如权利要求2所述的敷料，其特征是盐类聚合物为甜菜碱类聚合物。

4.如权利要求2所述的敷料，其特征是甜菜碱类聚合物为羧酸盐甜菜碱、磺酸盐甜菜碱或磷酸盐甜菜碱聚合物。

5.如权利要求1所述的敷料，其特征是交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、双丙烯酸羟乙酯、双丙烯酸羟丙酯、N-羟甲基丙烯酰胺、乙二醇双丙烯酸酯、聚乙二醇双丙烯酸酯、聚乙二醇二缩水甘油醚、一缩二乙醇双丙烯酸酯、丙三醇二丙烯酸酯或丙烯酸烯丙基酯中的一种或几种组合物。

6.如权利要求1所述的敷料，其特征是引发剂可以为光引发剂或热引发剂。

7.如权利要求1所述的敷料，其特征是光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、二苯甲酮、苯甲酰甲酸甲酯、2-异丙基硫杂蒽酮、苯偶姻异丙醚中的一种或几种组合物。

8.如权利要求1所述的敷料，其特征是热引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、N,N,N’,N’-四甲基乙二胺、双氧水、亚硫酸氢钠、亚铁盐中的一种或几种组合物。

9.超亲水两性离子水凝胶敷料应用于皮肤伤口的愈合原料。