CN105944134A - 一种静电纺高壳聚糖含量的抗菌伤口敷料的制备方法 - Google Patents

一种静电纺高壳聚糖含量的抗菌伤口敷料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种静电纺高壳聚糖含量的抗菌伤口敷料的制备方法，首先配置用于溶解壳聚糖的混合溶剂；然后将壳聚糖和超高分子量聚氧化乙烯加入到所述混合溶剂中，加热并搅拌；再将混合溶液超声震荡，并进一步加热，制得纺丝溶液；最后利用所制得的纺丝溶液，采用静电纺丝的方法，制备得抗菌伤口敷料。混合溶剂由纳米银溶液、二甲亚砜、醋酸和表面活性剂配制而成。本发明提供的方法操作简便、可重复性好，所制备的抗菌伤口敷料具有纳米纤维结构，可以诱导细胞的增殖、粘附、铺展和转移，具有良好的抗菌作用和生物相容性，仿生的人工皮肤具有与天然皮肤相似的结构，可以很好的治愈糖尿病引起的感染，在糖尿病溃疡性伤口的治疗中有巨大的应用潜力。

Description

一种静电纺高壳聚糖含量的抗菌伤口敷料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种静电纺高壳聚糖含量的抗菌伤口敷料的制备方法，属于组织工程和生物制造技术领域。
背景技术
糖尿病感染是长期且很难治愈的并发症，由于临床上糖尿病患者皮肤易受损，损伤后愈合迟缓，愈后创面反复发作，致使创面呈现炎症修复过度障碍，肉芽形成不良导致组织脆弱和上皮化迟滞等病理表现。同时，长期的慢性创面感染持续存在，尤其合并绿脓假单胞菌感染，局部肉芽老化，包膜纤维化致创面不易愈合。一般认为，神经病变、缺血和创伤是形成糖尿病创面难愈的致病三要素。目前基础研究和临床实践证实，神经、血管、免疫、代谢等糖尿病内源性改变和感染、创伤、压力等外源性因素共同导致了糖尿病创面难愈的发生，各种致病因素之间的彼此关联和相互作用，构成了糖尿病创面复杂的病理生理事件。糖尿病溃疡易并发感染，其感染范围往往可由表浅的皮肤溃疡扩展到广泛的坏疽。大多数感染是多种细菌并存的感染。糖尿病患者因机体营养物质代谢障碍，皮肤易受压力损伤，形成压力性溃疡，且愈后迟缓，易反复发作。异常细胞和细胞因子/趋化因子是阻碍糖尿病伤口修复的主要原因。因此，制备一种新型且有效治愈糖尿病患者感染的敷料显得尤为重要。一般来说，理想的敷料应能够提供伤口愈合所需要的湿润的环境，避免二次感染，能移走渗出液和促进组织再生。然而目前为止，没有一种敷料可以很好的治愈糖尿病引起的感染。在过去的十年中，伤口敷料有巨大的需求，但很少可以满足促进伤口愈合和保护伤口的作用。新的且有效的治愈长期感染和烧伤的敷料仍然在探索中。天然材料因其具有高的吸水性和无毒性受到越来越多的关注和研究，此外，还可以将活性因子加入到材料当中。天然材料一般来自微生物、动物和植物中的蛋白质或者多糖。
静电纺是一种在高压电场的作用下将聚合物制备成纳米纤维的技术，由于它的多功能性和高效性，静电纺已广泛应用于制备各种功能纳米纤维。电纺纳米纤维膜具有许多显著的特性，如较大的比表面积、纳米尺寸的孔径、灵活的物理/化学改性等。因其特有的性质和功能已被应用于医药、生物技术、过滤、膜技术、功能纺织品、传感器、能源等领域。
然而单纯的壳聚糖溶液很难进行静电纺丝。有研究认为导致壳聚糖溶液进行静电纺丝非常困难的原因可能是壳聚糖作为阳离子聚合物，在施加了高压静电以后，主链上离子之间会发生排斥，该排斥力会阻碍纤维的形成。许多研究者通过将壳聚糖与各种材料共混以后进行静电纺丝，然而一旦壳聚糖含量高于60％，就很难得到纤维形貌良好的连续壳聚糖纳米纤维。
有鉴于此，本发明旨在通过制备出一种静电纺高壳聚糖含量的含银抗菌伤口敷料，最终的目标是可以提供一个理想的结构去替代天然的细胞质基质。因纳米纤维膜具有的较大的比表面积和微孔结构，可以诱导纤维细胞粘附到真皮层，并产生一些重要的细胞外基质成分，如胶原蛋白和细胞因子等，从而修复受损组织。并应用于糖尿病溃疡性伤口的治疗。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何制备一种可以很好的治愈糖尿病引起的感染的抗菌伤口敷料。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种静电纺高壳聚糖含量的抗菌伤口敷料的制备方法，其特征在于，该方法由以下4个步骤组成：
步骤1：配制用于溶解壳聚糖的混合溶剂；
步骤2：将壳聚糖和超高分子量聚氧化乙烯加入到所述混合溶剂中，加热并搅拌；
步骤3：将步骤2所得混合溶液超声震荡，并进一步加热，制得纺丝溶液；
步骤4：利用步骤3所制得的纺丝溶液，采用静电纺丝的方法，制备得抗菌伤口敷料。
优选地，所述步骤1中，混合溶剂由纳米银溶液、二甲亚砜、醋酸和表面活性剂配制而成。
更优选地，所述表面活性剂为Triton X-100TM。
更优选地，所述纳米银溶液、二甲亚砜、醋酸和表面活性剂配制的比例为(290-295)∶(35-40)∶(8-9)∶(1-1.2)。
进一步地，所述纳米银溶液的制备方法为：
步骤A、蒸馏水用NaOH调节pH至11.5-12，作为溶剂；
步骤B、在步骤A所得溶剂中加入羧甲基壳聚糖，配制质量百分比浓度为0.1％-0.5％的羧甲基壳聚糖溶液；
步骤C、在加热搅拌的同时，向羧甲基壳聚糖溶液中逐滴加入AgNO3至溶液颜色变黄；
步骤D、继续加热搅拌，即制得纳米银溶液。
更进一步地，所述步骤C中，加热温度为50～70℃，搅拌转速为600～700rpm。
更进一步地，所述步骤B中，量取10ml羧甲基壳聚糖溶液于透明玻璃瓶；所述步骤C中，向透明玻璃瓶内的羧甲基壳聚糖溶液中加入的AgNO3为1.5～1.7M。
更进一步地，所述步骤D中，继续加热搅拌1～3h后取出，避光保存备用。
优选地，所述步骤1中，混合溶剂由去离子水、二甲亚砜、醋酸和表面活性剂配制而成。
更优选地，所述去离子水、二甲亚砜、醋酸和表面活性剂配制的比例为(290-295)∶(35-40)∶(8-9)∶(1-1.2)。
优选地，所述步骤2中，壳聚糖和超高分子量聚氧化乙烯的总浓度为3％～5％。
优选地，所述步骤2中，纺丝溶液中壳聚糖和超高分子量聚氧化乙烯的比例可以自主设定。
优选地，所述步骤3中，进一步加热是在50度以上烘箱中加热15分钟。
优选地，所述步骤4中，纺丝电压为10～15kV，针头与接收板之间的距离为12～15cm，推进泵的推进速度为0.10～0.15mm/h，纺丝环境温度为35～40℃。
优选地，所述步骤4中，抗菌伤口敷料需经过戊二醛蒸汽交联24小时。
优选地，所得抗菌伤口敷料的尺寸可根据所需修复伤口的大小而定。
本发明通过引入超高分子量聚氧化乙烯，制备得到壳聚糖含量非常高(最高可达95％)的静电纺含银纳米纤维，纤维具有良好的形貌，作为抗菌伤口敷料，可以提供一个理想的结构替代天然的细胞质基质。因纳米纤维膜具有较大的比表面积和微孔结构，可以诱导纤维细胞粘附到真皮层，并产生一些重要的细胞外基质成分，如胶原蛋白和细胞因子等，从而修复受损组织。同样，具有抗菌特性的壳聚糖和纳米银协同作用，可以有效地抑制大肠杆菌的生长。
本发明提供的方法操作简便、可重复性好，所制备的含银壳聚糖抗菌伤口敷料具有纳米纤维结构，可以诱导细胞的增殖、粘附、铺展和转移，具有良好的抗菌作用和生物相容性，仿生的人工皮肤具有与天然皮肤相似的结构，可以很好的治愈糖尿病引起的感染，在糖尿病溃疡性伤口的治疗中有巨大的应用潜力。
附图说明
图1为实施例1所制备的纳米银溶液的透射电镜图(a)及其粒径分布图(b)；
图2为实施例1中壳聚糖/聚氧化乙烯质量比为80/20含银纳米纤维SEM图；
图3为实施例1中壳聚糖/聚氧化乙烯质量比为80/20的含银纳米纤维对于大肠杆菌的抑菌圈图片；
图4为实施例2中壳聚糖/聚氧化乙烯质量比为80/20的不含银纳米纤维SEM图；
图5为实施例2中壳聚糖/聚氧化乙烯质量比为80/20的不含银纳米纤维对于大肠杆菌的抑菌圈图片；
图6为实施例3中壳聚糖/低分子量聚氧化乙烯质量比为80/20的不含银纳米纤维SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
首先制备纳米银溶液，纳米银溶液的制备方法为：
A、蒸馏水用NaOH调节pH至11.5；
B、配制质量百分比浓度为0.2％的羧甲基壳聚糖溶液，量取10ml溶液于透明玻璃瓶；
C、设置温度70℃，搅拌转速700rpm，逐滴加入1.7M AgNO3至溶液颜色变黄；
D、加热搅拌1h后取出，避光保存备用。
所制备的纳米银溶液的透射电镜图如图1(a)所示，所制备的纳米银溶液的的粒径分布如图1(b)所示。
静电纺高壳聚糖含量的抗菌伤口敷料的制备方法如下：
(1)将纳米银溶液，二甲亚砜，醋酸，表面活性剂按照290∶35∶8∶1比例配成混合溶剂待用；
(2)分别称取0.48g的壳聚糖和0.12g的超高分子量聚氧化乙烯，加入到上述混合溶剂中，将溶液放置在可加热的磁力搅拌器上搅拌过夜；
(3)第二天将溶液超声震荡，然后放在50度以上烘箱中加热15分钟左右；
(4)设置静电纺丝参数分别为纺丝电压为15kV，针头与接收板之间的距离为15cm，推进泵的推进速度为0.15mm/h，纺丝环境温度为40℃。
根据所需敷料的大小制作接收装置，并进行静电纺丝。可以得到纤维形貌良好的壳聚糖含银敷料。经过戊二醛蒸汽交联24小时，得到静电纺高壳聚糖含量的含银抗菌伤口敷料。图2为该敷料的扫描电镜图片，可以观察到光滑连续的纳米纤维结构。对该种含银敷料进行抗菌实验，如图3所示，由图3可见，含银抗菌敷料对大肠杆菌有很好的抗菌效果。
实施例2
(1)将去离子水，二甲亚砜，醋酸，表面活性剂按照290∶35∶8∶1比例配成混合溶剂待用；
(2)分别称取0.42g的壳聚糖和0.18g的超高分子量聚氧化乙烯，加入到上述混合溶剂中，将溶液放置在可加热的磁力搅拌器上搅拌过夜；
(3)第二天将溶液超声震荡，然后放在50度以上烘箱中加热15分钟左右；
(4)设置静电纺丝参数分别为纺丝电压为15kV，针头与接收板之间的距离为15cm，推进泵的推进速度为0.15mm/h，纺丝环境温度为40℃。
根据所需敷料的大小制作接收装置，并进行静电纺丝。可以得到纤维形貌良好的不含有纳米银的壳聚糖敷料。图4为该敷料的扫描电镜图片，同样可以观察到光滑连续的纳米纤维结构。对该种不含银敷料进行抗菌实验，如图5所示，由图5可见，其对于大肠杆菌的抗菌效果不如含银敷料好。
实施例3
(1)将去离子水，二甲亚砜，醋酸，表面活性剂按照290∶35∶8∶1比例配成混合溶剂待用；
(2)分别称取0.30g的壳聚糖和0.30g的低分子量聚氧化乙烯，加入到上述混合溶剂中，将溶液放置在可加热的磁力搅拌器上搅拌过夜；
(3)第二天将溶液超声震荡，然后放在50度以上烘箱中加热15分钟左右；
(4)设置静电纺丝参数分别为纺丝电压为15kV，针头与接收板之间的距离为15cm，推进泵的推进速度为0.15mm/h，纺丝环境温度为40℃。
根据所需敷料的大小制作接收装置，并进行静电纺丝。图6为该敷料的扫描电镜图片，可以观察到非常多的串珠结构，纺丝过程中滴液非常严重，难以形成连续的纳米纤维结构。
可见不能采用低分子量聚氧化乙烯，必须采用超高分子量聚氧化乙烯。
实施例4
首先制备纳米银溶液，纳米银溶液的制备方法为：
A、蒸馏水用NaOH调节pH至12；
B、配制质量百分比浓度为0.5％的羧甲基壳聚糖溶液，量取10ml溶液于透明玻璃瓶；
C、设置温度50℃，搅拌转速600rpm，逐滴加入1.5M AgNO3至溶液颜色变黄；
D、加热搅拌3h后取出，避光保存备用。
可以得到如实施例1所示的纳米银溶液，透射电镜结果显示其具有与实施例1中的纳米银相同的粒径大小及其分布。
静电纺高壳聚糖含量的抗菌伤口敷料的制备方法如下：
(1)将纳米银溶液，二甲亚砜，醋酸，表面活性剂按照295∶40∶9∶1.2比例配成混合溶剂待用；
(2)分别称取0.50g的壳聚糖和0.10g的超高分子量聚氧化乙烯，加入到上述混合溶剂中，将溶液放置在可加热的磁力搅拌器上搅拌过夜；
(3)第二天将溶液超声震荡，然后放在50度以上烘箱中加热15分钟左右；
(4)设置静电纺丝参数分别为纺丝电压为10kV，针头与接收板之间的距离为10cm，推进泵的推进速度为0.10mm/h，纺丝环境温度为35℃。
根据所需敷料的大小制作接收装置，并进行静电纺丝。可以得到纤维形貌良好的壳聚糖含银敷料。经过戊二醛蒸汽交联24小时，得到静电纺高壳聚糖含量的含银抗菌伤口敷料。该敷料的扫描电镜图片可以观察到如实施例1所示的光滑连续的纳米纤维结构。对该种含银敷料进行抗菌实验，对大肠杆菌也显示出很好的抗菌效果。
实施例5
首先制备纳米银溶液，纳米银溶液的制备方法为：
A、蒸馏水用NaOH调节pH至11.7；
B、配制质量百分比浓度为0.1％的羧甲基壳聚糖溶液，量取10ml溶液于透明玻璃瓶；
C、设置温度60℃，搅拌转速650rpm，逐滴加入1.6M AgNO3至溶液颜色变黄；
D、加热搅拌2h后取出，避光保存备用。
可以得到如实施例1所示的纳米银溶液，透射电镜结果显示其具有与实施例1中的纳米银相同的粒径大小及其分布。
静电纺高壳聚糖含量的抗菌伤口敷料的制备方法如下：
(1)将纳米银溶液，二甲亚砜，醋酸，表面活性剂按照292∶37∶8.5∶1.1比例配成混合溶剂待用；
(2)分别称取0.52g的壳聚糖和0.08g的超高分子量聚氧化乙烯，加入到上述混合溶剂中，将溶液放置在可加热的磁力搅拌器上搅拌过夜；
(3)第二天将溶液超声震荡，然后放在50度以上烘箱中加热15分钟左右；
(4)设置静电纺丝参数分别为纺丝电压为12kV，针头与接收板之间的距离为13cm，推进泵的推进速度为0.12mm/h，纺丝环境温度为37℃。
根据所需敷料的大小制作接收装置，并进行静电纺丝。可以得到纤维形貌良好的壳聚糖含银敷料。经过戊二醛蒸汽交联24小时，得到静电纺高壳聚糖含量的含银抗菌伤口敷料。该敷料的扫描电镜图片可以观察到如实施例1所示的光滑连续的纳米纤维结构。对该种含银敷料进行抗菌实验，对大肠杆菌也显示出很好的抗菌效果。

Claims (10)

1.一种静电纺高壳聚糖含量的抗菌伤口敷料的制备方法，其特征在于：该方法由以下4个步骤组成：
步骤1：配置用于溶解壳聚糖的混合溶剂；
步骤2：将壳聚糖和超高分子量聚氧化乙烯加入到所述混合溶剂中，加热并搅拌；
步骤3：将步骤2所得混合溶液超声震荡，并进一步加热，制得纺丝溶液；
步骤4：利用步骤3所制得的纺丝溶液，采用静电纺丝的方法，制备得抗菌伤口敷料。
2.如权利要求1所述的一种静电纺高壳聚糖含量的抗菌伤口敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，混合溶剂由纳米银溶液、二甲亚砜、醋酸和表面活性剂配制而成。
3.如权利要求2所述的一种静电纺高壳聚糖含量的抗菌伤口敷料的制备方法，其特征在于：所述纳米银溶液、二甲亚砜、醋酸和表面活性剂配制的比例为(290-295)∶(35-40)∶(8-9)∶(1-1.2)。
4.如权利要求2或3所述的一种静电纺高壳聚糖含量的抗菌伤口敷料的制备方法，其特征在于，所述纳米银溶液的制备方法为：
步骤A、蒸馏水用NaOH调节pH至11.5-12，作为溶剂；
步骤B、在步骤A所得溶剂中加入羧甲基壳聚糖，配制质量百分比浓度为0.1％-0.5％的羧甲基壳聚糖溶液；
步骤C、在加热搅拌的同时，向羧甲基壳聚糖溶液中逐滴加入AgNO3至溶液颜色变黄；
步骤D、继续加热搅拌，即制得纳米银溶液。
5.如权利要求4所述的一种静电纺高壳聚糖含量的抗菌伤口敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤C中，加热温度为50～70℃，搅拌转速为600～700rpm；所述步骤D中，继续加热搅拌时间为1～3h。
6.如权利要求1所述的一种静电纺高壳聚糖含量的抗菌伤口敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，混合溶剂由去离子水、二甲亚砜、醋酸和表面活性剂配制而成。
7.如权利要求6所述的一种静电纺高壳聚糖含量的抗菌伤口敷料的制备方法，其特征在于：所述去离子水、二甲亚砜、醋酸和表面活性剂配制的比例为(290-295)∶(35-40)∶(8-9)∶(1-1.2)。
8.如权利要求1所述的一种静电纺高壳聚糖含量的抗菌伤口敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，壳聚糖和超高分子量聚氧化乙烯的总浓度为3％～5％。
9.如权利要求1所述的一种静电纺高壳聚糖含量的抗菌伤口敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤4中，纺丝电压为10～15kV，针头与接收板之间的距离为12～15cm，推进泵的推进速度为0.10～0.15mm/h，纺丝环境温度为35～40℃。
10.如权利要求1所述的一种静电纺高壳聚糖含量的抗菌伤口敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤4中，抗菌伤口敷料需经过戊二醛蒸汽交联。
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