CN105963755B - 一种藻酸盐缓释抗菌敷料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种藻酸盐缓释抗菌敷料及其制备方法，由下列重量百分比的成分组成：海藻酸盐50~90%，β‑环糊精5~50%，银离子分散液0.1%~5%；且提供了该藻酸盐缓释抗菌敷料的制备方法，还提供了海藻酸盐的季铵化改性和银离子缓释材料的制备方法，使得缓释出的银离子与敷料结构中的氨基产生协同的抗菌作用，其释放时间可持续90小时以上，从而赋予了藻酸盐敷料广谱抗菌性。同时，藻酸盐材料在改性后分子内更容易产生氢键作用，使得藻酸盐在湿态环境下使用时不易断裂和粘连伤口，其强度更高，可极大地方便患者使用，减少病人痛苦。

Description

一种藻酸盐缓释抗菌敷料及其制备方法
技术领域
本发明涉及医用高分子材料技术领域，特别是涉及一种藻酸盐缓释抗菌敷料及其制备方法。
技术背景
藻酸盐是从海洋生物海藻中提取出来的一种天然高分子材料，是一种类纤维素多糖物质。该物质由于其独特的性能，在创面护理中应用极为广泛。这是因为其在制作过程中被转换成一种钙盐，在与创面渗液接触时，能通过离子间交换，使不溶解性藻酸盐钙变为可溶性藻酸钠，并释放出钙，具有极强的吸收性，能吸收相当与自身重量20倍的液体，这保证了伤口湿性愈合环境，延长换药时间，同时使伤口内的坏死组织自溶，藻酸盐中的钙离子在伤口表面形成一层网状凝胶有助于促进止血，从而缩短创面的愈合时间。但由于藻酸盐材料本身的结构功能的单一性，以及现有常规技术在加工而成的藻酸盐敷料在湿态下表面出强度的不足，使得单纯的藻酸盐敷料很难在创面护理的过程中获得令人非常满意的结果。
伤口，是对皮肤完整性的破坏，随之而来的可能导致免疫系统遭到破坏，因此容易造成各类微生物对伤口的感染。使用敷料对创面伤口进行护理时，预防伤口的感染是很重要的一个方面，而这正是藻酸盐功能性敷料的一大短板，由此限制了其大规模的应用。因此，如何提高抑菌性是解决这一问题的关键。另外，藻酸盐在湿态下使用时容易粘连断裂也是对藻酸盐敷料进行升级需要改进的一个方面。在现有用于抑菌的材料中，壳聚糖、银离子报道最多，其抑菌能力也得到了众多学者的认可，然而壳聚糖在人体中使用存在一定的安全隐患，其在敷料中的应用受到国家严格的控制。对于银离子的抑菌作用，只需极少量的银离子即可产生显著地抑菌效果，目前已有大量的文献和专利报道其应用。但是，含银离子的敷料容易氧化从而使得敷料极易变黑，影响产品的美观。另外，在现有的技术中，敷料中的银离子很容易较多的释放出来从而在伤口表面起到抑菌作用(银离子缓释的敷料极少)，这些含量较高的银离子容易随着人体的血液循环进入体内各器官产生中毒。因此，如何加工制备缓释抗菌银离子是制备藻酸盐抗菌敷料的关键。
发明内容
本发明的目的在于克服现有藻酸盐功能性敷料在应用过程中表现出的上述不足，提供一种藻酸盐缓释抗菌敷料的制备方法。
本发明上述的目的通过以下技术方案予以实现：
一种藻酸盐缓释抗菌敷料，由下列重量百分比的成分组成：海藻酸盐50～95％，β-环糊精5～50％，银离子分散液0.1％～5％。
本发明藻酸盐缓释抗菌敷料的制备方法，包括如下步骤：
S1.取海藻酸盐和β-环糊精，采用季铵盐法制备得到β-环糊精接枝的海藻酸盐，加入适量去离子水，充分搅拌得溶液A；
S2.向上述溶液A中加入银离子分散液，并经搅拌、过滤和减压脱后得溶液B；
S3.采用溶液纺丝法，将溶液B于60～80℃下经孔数为200-500的喷丝孔喷丝，再经凝固浴进行凝固，凝固后进行拉伸，水洗，分丝，绕卷，在温度为70℃-100℃的热空气下干燥后制得复合纤维；
S4.将上述复合纤维经针刺无纺布加工工艺制得无纺布，然后按所需规格尺寸分切、包装、灭菌，即制得藻酸盐缓释抗菌敷料。
进一步地，所述的凝固浴为氯化钙溶液与乙醇的混合液，氯化钙溶液中溶质的质量百分比为5～15％，氯化钙水溶液和乙醇的体积比为1～3:1。
更进一步地，所述β-环糊精接枝的海藻酸盐具体由以下步骤制备而成：
S1.将5～15g的β-环糊精于30～50℃下溶解在60～80mL干燥吡啶中，同时缓慢加入1～5g对甲苯磺酸，并加入少量的EDC-HCl，反应36～72小时，加入少量蒸馏水停止反应，减压蒸掉大部分溶剂，然后用水沉淀，搅拌得粉末固体；用无水乙醚洗，抽滤、得到粗产品；用蒸馏水重结晶粗产品两次，再进行干燥，得活化的β-环糊精；
S2.称取一定量的海藻酸盐，并加入蒸馏水完全溶解后，滴加过量的0.5mol/L的稀盐酸制得海藻酸溶液；然后再称取一定量的多胺化合物，并配制成10％～20wt％的溶液，并加入上述海藻酸溶液中，磁力搅拌，直至反应液的pH＝7，冷冻干燥，得海藻酸季铵盐；
S3.取步骤S1中活化得到的β-环糊精2～5g和步骤S2中得到的海藻酸季铵盐1～3g，加入溶剂DMSO中在60～100℃的油浴中反应24～36h后，经无水乙醇清洗、碳酸钠调pH至8～9、透析袋透析等纯化工艺后即得到β-环糊精接枝的藻酸盐。
优选的，所述的海藻酸盐为海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸铜、海藻酸锌、海藻酸钙中的一种。
更进一步的，所述的海藻酸盐与多胺化合物的摩尔数比例为1～2：1。
优选的，所述的多胺化合物为乙二胺、丙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种。
更进一步的，所述的银离子分散液为银离子溶液与1～2wt％柠檬酸钠溶液组成的混合液。
优选的，所述的银离子溶液为硝酸银溶液、乙酸银溶液、碳酸银溶液或硫酸银溶液。
本发明的缓释机理为：β-环糊精分子是由7个葡萄糖单体在C1和C4上连接而成的环状低聚糖，其空间结构呈圆筒形，一端大，一端小。小端口处是由C6上的7个伯轻基组成，大端口处是由C2、C3的14个仲轻基组成，因此环糊精的外壁具有较强的亲水性。β-环糊精的内腔是由C3和C5上的氢原子对C1上的氧原子组成，由于C3和C5上的氢原子对C1上的氧原子的覆盖作用，使得环糊精的内腔具有较强的疏水性，从而该疏水空腔容易包合客体分子，形成包合物。包合物由于氢键作用、偶极、分子间相互作用而变得稳定。当极性水分子进入包合物中产生相互作用时，环糊粗空腔结合水分子具有的张力，使得在客体进入时缓慢释放。
本发明的抗菌机理为：通过β-环糊精对银离子的缓释作用，使得银离子能持续在伤口处保持一定浓度，敷料与皮肤上的水分以及伤口渗出液接触后，银离子可通过β-环糊精被缓慢释放出来。在与伤口上的细菌接触时，它可以与细菌细胞中的酶蛋白上的活性部分巯基(—SH)、氨基(—NH2)等发生以下所示的反应。这个反应使酶蛋白沉淀而失去活性，使病原细菌的呼吸代谢被迫终止，细菌的生长和繁殖因而得到抵制。同时，由于本发明中季铵化改性在分子结构中引入了氨基官能团，在酸性作用下，氨基带有正电荷，成为NH3+，吸附带有负电荷的细菌，使细菌细胞壁和细胞膜上的负电荷分布不均，干扰细菌壁的合成，打破在自然状态下的细胞壁合成与溶解平衡，使细胞壁趋向于溶解，细胞膜因不能承受渗透压而变形破裂，细胞的内容物如水、蛋白质等渗出，发生细菌溶解而死亡。两种机制产生协同作用，显著地提升了敷料的抗菌能力。
本发明的有益效果为：
1、本发明采用的藻酸盐基体材料是一种天然的高分子材料，分布广泛，价廉易得；
2、通过季铵化改性，由酰胺化反应引入了氨基，赋予了材料较好的抑菌功能；
3、通过引入β-环糊精至藻酸盐基体材料中，银离子可在其结构中形成包合物，当敷料接触有渗液的伤口时，银离子可缓慢释放出来，使得敷料的抑菌功能提升了一个档次；
4、在纤维纺丝工艺过程中添加了分丝工序，解决了纤维容易黏结的问题；
5、本发明中含有丰富的氨基官能团，纤维分子间容易形成氢键，这样改善了敷料在湿态下的粘连断裂问题，其力学强度得到提升。
附图说明
图1为银离子的缓释效果实验图；
图2为敷料对白色念珠菌的抑菌效果实验图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
按重量计，取海藻酸钠90％，β-环糊精9％，银离子分散液1％，将海藻酸钠和经季铵化接枝改性的β-环糊精加入适量的去离子水中，充分搅拌得混合液A；向上述溶液A中加入设定比例的银离子分散液，并经搅拌、过滤和减压脱后得溶液B；采用溶液纺丝法，将溶液B于60℃下经孔数为200的喷丝孔喷丝，再经凝固浴混合液(由体积比为3：1的5％的氯化钙溶液与无水乙醇构成)凝固，再经拉伸，水洗，分丝，绕卷，并在70℃的热空气下干燥后制得复合纤维，再经针刺无纺布加工工艺制得无纺布制品，该制品按所需规格尺寸分切、包装、灭菌，即制得藻酸盐缓释抗菌敷料。
上述方案中，季铵化接枝改性的β-环糊精由以下步骤制备而成：
(1)将5g的β-环糊精于30℃下溶解在60mL干燥吡啶中，同时缓慢加入1g对甲苯磺酸，并加入少量的EDC-HCl，反应36小时，加入少量蒸馏水停止反应，减压蒸掉大部分溶剂，然后用水沉淀，搅拌得粉末固体。用无水乙醚洗，抽滤、得到粗产品。用蒸馏水重结晶粗产品两次，干燥，得活化的β-环糊精。
(2)称取一定量的海藻酸钠，并加入蒸馏水完全溶解后，滴加过量的0.5mol/L的稀盐酸制得海藻酸。然后再称取摩尔数2倍于海藻酸钠的乙二胺，并配制成20wt％的溶液，并加入上述海藻酸溶液中，磁力搅拌，直至反应液的pH＝7，冷冻干燥，得海藻酸的季铵盐。
(3)取(1)中活化得到的β-环糊精2g和(2)中得到的海藻酸季铵盐3g，加入溶剂DMSO中在60℃的油浴中反应24h后，经无水乙醇清洗、碳酸钠调pH至8～9、透析袋透析等纯化工艺后即得到β-环糊精接枝的藻酸盐。
上述方案中，银离子分散液的制备步骤为：硝酸银饱和溶液与1wt％柠檬酸钠溶液组成的混合液。
实施例2
按重量计，取海藻酸钾50％，β-环糊精45％，银离子分散液5％，将海藻酸钾和经季铵化接枝改性的β-环糊精加入适量的去离子水中，充分搅拌得混合液A；向上述溶液A中加入设定比例的银离子分散液，并经搅拌、过滤和减压脱后得溶液B；采用溶液纺丝法，将溶液B于80℃下经孔数为500的喷丝孔喷丝，再经凝固浴混合液(由体积比为1：1的5％的氯化钙溶液与无水乙醇构成)凝固，再经拉伸，水洗，分丝，绕卷，并在100℃的热空气下干燥后制得复合纤维，再经针刺无纺布加工工艺制得无纺布制品，该制品按所需规格尺寸分切、包装、灭菌，即制得藻酸盐缓释抗菌敷料。
上述方案中，季铵化接枝改性的β-环糊精由以下步骤制备而成：
(1)将15g的β-环糊精于50℃下溶解在80mL干燥吡啶中，同时缓慢加入5g对甲苯磺酸，并加入少量的EDC-HCl，反应72小时，加入少量蒸馏水停止反应，减压蒸掉大部分溶剂，然后用水沉淀，搅拌得粉末固体。用无水乙醚洗，抽滤、得到粗产品。用蒸馏水重结晶粗产品两次，干燥，得活化的β-环糊精。
(2)称取一定量的海藻酸钾，并加入蒸馏水完全溶解后，滴加过量的0.5mol/L的稀盐酸制得海藻酸。然后再称取摩尔数与海藻酸钾相同的丙二胺，并配制成10wt％的溶液，并加入上述海藻酸溶液中，磁力搅拌，直至反应液的pH＝7，冷冻干燥，得海藻酸的季铵盐。
(3)取(1)中活化得到的β-环糊精5g和(2)中得到的海藻酸季铵盐1g，加入溶剂DMSO中在100℃的油浴中反应36h后，经无水乙醇清洗、碳酸钠调pH至8～9、透析袋透析等纯化工艺后即得到β-环糊精接枝的藻酸盐。
上述方案中，银离子分散液的制备步骤为：乙酸银饱和溶液与2wt％柠檬酸钠溶液组成的混合液。
实施例3
按重量计，取海藻酸钙70％，β-环糊精29.9％，银离子分散液0.1％，将海藻酸钙和经季铵化接枝改性的β-环糊精加入适量的去离子水中，充分搅拌得混合液A；向上述溶液A中加入设定比例的银离子分散液，并经搅拌、过滤和减压脱后得溶液B；采用溶液纺丝法，将溶液B于70℃下经孔数为300的喷丝孔喷丝，再经凝固浴混合液(由体积比为2：1的5％的氯化钙溶液与无水乙醇构成)凝固，再经拉伸，水洗，分丝，绕卷，并在70℃的热空气下干燥后制得复合纤维，再经针刺无纺布加工工艺制得无纺布制品，该制品按所需规格尺寸分切、包装、灭菌，即制得藻酸盐缓释抗菌敷料。
上述方案中，季铵化接枝改性的β-环糊精由以下步骤制备而成：
(1)将10g的β-环糊精于40℃下溶解在70mL干燥吡啶中，同时缓慢加入3g对甲苯磺酸，并加入少量的EDC-HCl，反应48小时，加入少量蒸馏水停止反应，减压蒸掉大部分溶剂，然后用水沉淀，搅拌得粉末固体。用无水乙醚洗，抽滤、得到粗产品。用蒸馏水重结晶粗产品两次，干燥，得活化的β-环糊精。
(2)称取一定量的海藻酸钙，并加入蒸馏水完全溶解后，滴加过量的0.5mol/L的稀盐酸制得海藻酸。然后再称取摩尔数1.5倍于海藻酸钠的二乙烯三胺，并配制成15wt％的溶液，并加入上述海藻酸溶液中，磁力搅拌，直至反应液的pH＝7，冷冻干燥，得海藻酸的季铵盐。
(3)取(1)中活化得到的β-环糊精4g和(2)中得到的海藻酸季铵盐2g，加入溶剂DMSO中在80℃的油浴中反应30h后，经无水乙醇清洗、碳酸钠调pH至8～9、透析袋透析等纯化工艺后即得到β-环糊精接枝的藻酸盐。
上述方案中，银离子分散液的制备步骤为：硝酸银饱和溶液与1wt％柠檬酸钠溶液组成的混合液。
银离子的缓释实验：
银离子缓释效果测量：称取一定量本发明实施例1的藻酸盐缓释抗菌敷料装入透析袋(截留分子量为2000)中，然后将透析袋放入去离子水中，测定不同时间去离子水中银离子的量来判定敷料的缓释能力。
本实施例制备得银离子海藻酸盐缓释抗菌敷料的缓释效果，与直接加银离子的海藻酸盐敷料银离子的释放效果对比，如图1所示。从图中可以明显看出，本实施例制备得银离子海藻酸盐缓释抗菌敷料，银离子的释放时间能够持续90小时以上，比直接加银离子的海藻酸盐银离子释放持续时间延长很多，银离子的释放比例超过了90％。
抗菌性能试验：
取实施例2的样品，根据GB/T 20944.3-2008纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡瓶法，测定其抗菌性能。所用菌种为白色念珠菌(Candida albicans)，菌液浓度为105～107cfu/mL。首先在三角瓶中加入缓冲生理盐水及敷料产品，在0.1MPa蒸汽及121℃高温中灭菌20min，冷却至室温，用1mL无菌刻度吸管移取1mL菌液，加入上述三角瓶中。为使试样和细菌强行接触，在37℃摇床振荡数小时。取振荡前及振荡后溶液0.1mL涂于营养琼脂培养基上，经37℃、24h恒温培养后比较，其结果如图2所示。根据公式及图2中的结果可以算出，该藻酸盐敷料对白色念珠菌的抑菌率可达100％。
湿态力学性能试验：
将实施例3所得的藻酸盐敷料裁成哑铃型标准试样，于室温、相对湿度65％的环境中调湿48h以上至恒量。参照GB/T 1040-92《塑料拉伸性能试验方法》，以CMT6104型微机控制电子万能试验机(深圳新三思计量技术有限公司)测定常态下敷料的拉伸强度，拉伸速率50mm/min，每个试样测5次，取平均值，并与普通藻酸盐敷料的常态下力学性能数据进行比较；另将上述两种藻酸盐敷料浸泡在模拟渗液中(称取8.3gNaCl和0.367gCaCl2·2H2O稀释至1L后备用)，按浸泡时间的不同分成6组进行测试：0h、1h、4h、8h、12h和24h，测得的结果如表1所示。从表中可以看出，本发明专利的产品显著提高了敷料在湿态下的力学性能。
表1.常态与各时间点湿态下未改进藻酸盐医用条拉伸强度(单位：MPa)
普能藻酸盐敷料 本发明实施例3
常态 0.5927 0.6859
湿态1h 0.2882 0.5274
湿态2h 0.2609 0.429367
湿态4h 0.187433 0.3534
湿态8h 0.157467 0.164733
湿态12h 0.2051 0.101467
湿态24h 0.174933 0.076767

Claims (8)

1.一种藻酸盐缓释抗菌敷料的制备方法，其特征在于，由下列重量百分比的成分组成：海藻酸盐50～90％，β-环糊精5～50％，银离子分散液0.1％～5％；
具体包括如下步骤：
S1.取海藻酸盐和β-环糊精，采用季铵盐法制备得到β-环糊精接枝的海藻酸盐，加入适量去离子水，充分搅拌得溶液A；
S2.向上述溶液A中加入银离子分散液，并经搅拌、过滤和减压脱后得溶液B；
S3.采用溶液纺丝法，将溶液B于60～80℃下经孔数为200-500的喷丝孔喷丝，再经凝固浴进行凝固，凝固后进行拉伸，水洗，分丝，绕卷，在温度为70℃-100℃的热空气下干燥后制得复合纤维；
S4.将上述复合纤维经针刺无纺布加工工艺制得无纺布，然后按所需规格尺寸分切、包装、灭菌，即制得藻酸盐缓释抗菌敷料。
2.根据权利要求1所述的藻酸盐缓释抗菌敷料的制备方法，其特征在于，步骤S3所述的凝固浴为氯化钙溶液与乙醇的混合液，氯化钙溶液中溶质的质量百分比为5～15％，氯化钙溶液和乙醇的体积比为1～3:1。
3.根据权利要求1所述的藻酸盐缓释抗菌敷料的制备方法，其特征在于，所述β-环糊精接枝的海藻酸盐具体由以下步骤制备而成：
S1.将5～15g的β-环糊精于30～50℃下溶解在60～80mL干燥吡啶中，同时缓慢加入1～5g对甲苯磺酸，并加入少量的EDC-HCl，反应36～72小时，加入少量蒸馏水停止反应，减压蒸掉大部分溶剂，然后用水沉淀，搅拌得粉末固体；用无水乙醚洗，抽滤、得到粗产品；用蒸馏水重结晶粗产品两次，再进行干燥，得活化的β-环糊精；
S2.称取一定量的海藻酸盐，并加入蒸馏水完全溶解后，滴加过量的0.5mol/L的稀盐酸制得海藻酸溶液；然后再称取一定量的多胺化合物，并配制成10％～20wt％的溶液，并加入上述海藻酸溶液中，磁力搅拌，直至反应液的pH＝7，冷冻干燥，得海藻酸季铵盐；
S3.取步骤S1中活化得到的β-环糊精2～5g和步骤S2中得到的海藻酸季铵盐1～3g，加入溶剂DMSO中在60～100℃的油浴中反应24～36h后，经无水乙醇清洗、碳酸钠调pH至8～9、透析袋透析纯化工艺后即得到β-环糊精接枝的藻酸盐。
4.根据权利要求1～3任一所述的藻酸盐缓释抗菌敷料的制备方法，其特征在于，所述的海藻酸盐为海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸铜、海藻酸锌、海藻酸钙中的一种。
5.根据权利要求3所述的藻酸盐缓释抗菌敷料的制备方法，其特征在于，步骤S2所述的海藻酸盐与多胺化合物的摩尔数比例为1～2：1。
6.根据权利要求3所述的藻酸盐缓释抗菌敷料的制备方法，其特征在于，所述的多胺化合物为乙二胺、丙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种。
7.根据权利要求1所述的藻酸盐缓释抗菌敷料的制备方法，其特征在于，所述的银离子分散液为银离子溶液与1～2wt％柠檬酸钠溶液组成的混合液。
8.根据权利要求7所述的藻酸盐缓释抗菌敷料的制备方法，其特征在于，所述的银离子溶液为硝酸银溶液、乙酸银溶液、碳酸银溶液或硫酸银溶液。
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