CN106729927A - 一种改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷料及其制备方法 - Google Patents

一种改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷料及其制备方法。该水凝胶敷料由1.5~4wt%的氧化海藻酸钠，12~24wt %的丙烯酰胺，0.1~0.15wt %的N,N，‑甲基双丙烯酰胺，0.5~2.5wt %的改性生物活性玻璃，71~86wt %的纯化水组成。由这样组分制备而成的复合水凝胶敷料形貌与力学性能俱佳，并具有良好的皮肤伤口愈合效果，尤其针对于慢性伤口愈合创面，具有显著的治愈效果。此外，其制备方法简单易于操作，原料价格较为低廉易得，适于产业化生产。

Description

一种改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷 料及其制备方法
技术领域
本发明涉及创面活性修复材料领域，具体涉及一种改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷料及其制备方法。
背景技术
传统敷料如各种纱布、棉垫等是目前临床上使用的主要敷料,主要由于其成本低,原料来源广泛。但传统敷料对创面愈合无促进作用, 无保湿作用, 肉芽组织容易长入纱布网眼中致粘连结痂，更换时易造成二次伤害。
近年来，生物材料技术的革新和“湿性环境愈合”理论的提出对创伤敷料的发展产生巨大的推动作用，各种新型创伤敷料层出不穷。新型的创伤敷料均是利用不同材料的特性保持创面的相对封闭和湿性环境，其促进创面愈合的作用机制在于: 创造创面低氧环境，促进毛细血管的生成; 有利于坏死组织和毒素的清除; 强化生长因子与靶细胞的相互作用; 避免新生上皮组织和敷料粘连，减轻患者痛苦。因此创伤敷料不仅可以缩短创面愈合时间，减少资源的浪费，而且可以大大降低医疗工作量，满足患者要求。水凝胶敷料由于其极高的含水量，在保持创面相对封闭和湿性环境有着无可比拟的优势；同时，水凝胶敷料能够紧密贴附于伤口处，且在更换敷料时不会黏粘伤口造成二次伤害，因而水凝胶敷料近年来被广泛研究应用于医用领域。
然而传统水凝胶机械性能较差，尤其是医用水凝胶，对选用的原料有着诸多限制，大大限制了水凝胶的应用。研制出机械性能好且生物相容性优良的水凝胶，成为水凝胶研究领域的一大热点。同时单纯的水凝胶又存在促愈合效果不够明显的缺点。
生物活性玻璃是一类性能优良的生物材料，它具有良好的生物活性和生物相容性，有一定的抗菌抑菌能力，曾被广泛应用于骨、牙齿的修复当中。近年来的研究表明，生物活性生物玻璃对皮肤创面愈合也有着良好的促进作用，主要通过激活与伤口愈合相关基因的表达，来促进成纤维细胞的增殖与分化，加速血管生成，促进肉芽组织的生长，促进硬组织和软组织的修复和再生，从而达到促进伤口愈合的目的。
发明内容
本发明的目的在于克服单一组分敷料的不足，综合其优势制备出一种改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷料，该水凝胶敷料能够有效促进伤口愈合，且力学性能和表面形貌良好，其次水凝胶敷料能快速吸收创面渗出液，同时提供湿环境，具有良好的舒适性。该复合敷料所采用原料都是生物相容性较好的材料，且制备工艺简单，易于产业化生产。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷料，该水凝胶敷料由1.5~4wt%的氧化海藻酸钠，12~24wt%的丙烯酰胺， 0.1~0.15wt%的N,N，-甲基双丙烯酰胺，0.5~2.5wt%的改性生物活性玻璃，71~86wt %的纯化水组成。
优选的，所述的水凝胶敷料由2wt %的氧化海藻酸钠，16wt %的丙烯酰胺，0.1wt %的N,N，-甲基双丙烯酰胺，1wt %的改性生物活性玻璃，80wt %的纯化水组成。
优选的，所述氧化海藻酸钠是由海藻酸钠水溶液加入高碘酸钠氧化所得。为了获得优良力学性能和形貌的水凝胶，海藻酸钠的氧化度控制在20%~60%为宜。海藻酸钠氧化后得到的醛基可以与丙烯酰胺的氨基发生席夫碱反应，该反应无需添加对人体有危害的交联剂或其他辅助材料。同时，海藻酸钠氧化后水溶性大大增加，利于制备浓度更高性能更加优异的水凝胶。
优选的，所述的生物活性玻璃为钙磷硅系生物活性玻璃，所述钙磷硅系生物活性玻璃为CaO-P2O5-SiO2或Na2O- CaO-P2O5-SiO2系生物活性玻璃。并用3-（异丁烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷对生物活性玻璃改性，接枝双键。改性后的生物活性玻璃能够以化学键合的方式存在于水凝胶体系中。
以上所述的一种改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将氧化海藻酸钠、丙烯酰胺、N,N，-甲基双丙烯酰胺、改性生物活性玻璃、纯化水混合均匀，得混合液；
（2）将光引发剂苯基- 2，4，6-三甲基苯甲酰基亚膦酸锂（lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate，LAP）的水溶液加入到步骤1）的混合液中，搅拌均匀；所述光引发剂的用量为步骤1）所得混合液的0.1~1%wt；
（3）将步骤2）所得混合液倒入模具中，然后放置在254~400nm紫外光下照射60~3600s即可得到单交联网络结构的水凝胶；
（4）将步骤3）所得的单交联网络结构的水凝胶浸泡在0.1~3mol/L的氯化钙溶液中3~24h，得双交联网络结构的改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷料；
（5）将所得改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷料灭菌，封装。
本发明的原理：
本发明的复合水凝胶敷料，是由聚丙烯酰胺和氧化海藻酸钠两种材料制备，并掺杂生物活性玻璃。该水凝胶材料具有双网络结构，具有较高的强度和韧性。首先是丙烯酰胺单体通过添加交联剂N,N‘-甲基双丙烯酰胺和光引发剂LAP，经过紫外光照进行光交联聚合反应形成第一层交联网络。同时氧化海藻酸钠贯穿在交联网络中，同时，单交联网络结构水凝胶敷料浸泡在CaCl2溶液中，溶液中的Ca2+可以进入交联网络中，可以与未氧化部分的海藻酸钠进行离子交联，形成第二层交联网络。同时这两层交联网络并不是独立存在的，氧化海藻酸钠中的醛基与丙烯酰胺的氨基可以在无任何添加剂的条件下发生席夫碱反应，通过化学键合的方式增强水凝胶材料的力学性能。同时氧化海藻酸钠的加入，也改善了聚丙烯酰胺水凝胶吸水性不足的缺点。此外，海藻酸钠氧化后，与聚丙烯酰胺形成的水凝胶具有了一定的粘性，利于封闭伤口，防止细菌进入伤口；而未反应的醛基可以与细胞外蛋白上的氨基结合，利于细胞的黏附和迁移，从而促进伤口的愈合。
生物活性玻璃经过硅烷偶联剂的改性后，接入双键，能够与丙烯酰胺进行光交联，能够以化学键合的方式进入到水凝胶网络。掺杂改性后的生物活性玻璃能较小的减少水凝胶敷料的拉伸性能，同时以化学键合方式接入水凝胶网络，比单纯的物理吸附，会有更好的分散性，交联时生物活性玻璃不易沉积；同时，当水凝胶敷料置于伤口时，吸附大量渗出液后，改性后的生物活性玻璃不易造成大量生物活性玻璃的突释，从而使敷料有更好的持续治疗效果。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明的水凝胶敷料利于细胞的黏附和迁移，且力学性能和表面形貌良好，同时水凝胶敷料能快速吸收创面渗出液，同时提供湿环境，具有良好的舒适性。
2、本发明使用的光引发剂LAP具有良好的生物相容性，且需要的量极少，不会产生有害物质。
3、本发明制备水凝胶敷料的过程中所采用的原料都是生物相容性较好的材料，且制备工艺简单，易于产业化生产。
附图说明
图1为实施例1制备的水凝胶敷料的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限与此。
实施例1
1）氧化海藻酸钠的制备：
将5g海藻酸钠溶于200ml去离子水和50ml乙醇中，然后加入1.5g高碘酸钠，在避光室温条件下搅拌24h后，加入10ml乙二醇终止反应，然后用8000分子量的透析袋透析冻干后得到氧化海藻酸钠。海藻酸钠的氧化度可根据高点酸钠的加入量进行调整；
2） 生物活性玻璃的改性：将生物活性玻璃置于0.25ml/L3-（异丁烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中室温浸泡6h后离心，并用100℃烘箱热处理1h。然后用乙醇溶液反复冲洗、离心3遍，再用100℃烘箱热处理1h即得改性生物活性玻璃。
3） 将2g氧化海藻酸钠，16g丙烯酰胺，0.1g N,N，-甲基双丙烯酰胺，1g改性生物活性玻璃，80g纯化水混合均匀；
4） 向步骤3）所得溶液中添加0.1ml浓度为5%wt的光引发剂LAP溶液，搅拌均匀后倒入玻璃模具（60mm*60mm*1mm）中，然后放置在365nm紫外光下照射60s即可制备出单交联网络结构的水凝胶；
5） 再将步骤4）所制水凝胶放置在0.5mol/L的CaCl2溶液中浸泡3h，即可得到力学性能优异的双交联网络结构的改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷料。
本实施例制备的水凝胶敷料的扫描电镜图如图1所示，从图中可以看出，这种水凝胶敷料呈现疏松多孔的网络结构，孔的大小集中分布在10~100微米，这种多空结构也使得水凝胶敷料有很强的吸水能力，可以很好的吸收创面的渗出液，保持湿润环境。
浸泡后水凝胶敷料含水率超过90%以上，对其进行力学性能测试，结果显示，本实施例制备的水凝胶敷料的拉伸强度为389kPa,断裂伸长率为395%，压缩应力最大可达3.9MPa。
实施例2
1）按照实施例1中步骤1）的方法制备氧化海藻酸钠；
2）按照实施例1中步骤2）的方法制备改性生物活性玻璃；
3） 将1.5g氧化海藻酸钠，12g丙烯酰胺，0.1g N,N‘-甲基双丙烯酰胺，0.5g改性生物活性玻璃，86g纯化水混合均匀；
4） 向步骤3）所得溶液中添加0.02ml浓度为5%wt的光引发剂LAP溶液，搅拌均匀后倒入玻璃模具（60mm*60mm*1mm）中，然后放置在365nm紫外光下照射1800s即可制备出单交联网络结构的水凝胶；
5） 再将步骤4）所制水凝胶放置在3mol/L的CaCl2溶液中浸泡24h，即可得到双交联网络结构的改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷料。
本实施例制备的水凝胶敷料的扫描电镜图与图1类似，从图中可以均看出，这种水凝胶敷料呈现疏松多孔的网络结构，孔的大小集中分布在10~100微米，这种多空结构也使得水凝胶敷料有很强的吸水能力，可以很好的吸收创面的渗出液，保持湿润环境。
对浸泡后的水凝胶敷料进行力学性能测试，结果显示，本实施例制备的水凝胶敷料的拉伸强度为89kPa,断裂伸长率为113%，压缩应力最大可达0.7MPa。
实施例3
1）按照实施例1中步骤1）的方法制备氧化海藻酸钠；
2）按照实施例1中步骤2）的方法制备改性生物活性玻璃；
3） 将4g氧化海藻酸钠，24g丙烯酰胺，0.15g N,N‘-甲基双丙烯酰胺，2.5g改性生物活性玻璃，71g纯化水混合均匀；
4） 向步骤3）所得溶液中添加0.2ml浓度为5%wt的光引发剂LAP溶液，搅拌均匀后倒入玻璃模具（60mm*60mm*1mm）中，然后放置在365nm紫外光下照射3600s即可制备出单交联网络结构的水凝胶；
5） 再将步骤4）所制水凝胶放置在0.1mol/L的CaCl2溶液中浸泡3h，即可得到双交联网络结构的改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷料。
本实施例制备的水凝胶敷料的扫描电镜图与图1类似，从图中可以均看出，这种水凝胶敷料呈现疏松多孔的网络结构，孔的大小集中分布在10~100微米，这种多空结构也使得水凝胶敷料有很强的吸水能力，可以很好的吸收创面的渗出液，保持湿润环境。
对浸泡后的水凝胶敷料进行力学性能测试，结果显示，本实施例制备的水凝胶敷料的拉伸强度为153kPa,断裂伸长率为122%，压缩应力最大可达5.3MPa。
实施例4
1）按照实施例1中步骤1）的方法制备氧化海藻酸钠；
2）按照实施例1中步骤2）的方法制备改性生物活性玻璃；
3） 将3g氧化海藻酸钠，18g丙烯酰胺，0.12g N,N‘-甲基双丙烯酰胺，1.5g改性生物活性玻璃，78g纯化水混合均匀；
4） 向步骤3）所得溶液中添加0.1ml浓度为5%wt的光引发剂LAP溶液，搅拌均匀后倒入玻璃模具（60mm*60mm*1mm）中，然后放置在365nm紫外光下照射120s即可制备出单交联网络结构的水凝胶；
5） 再将步骤4）所制水凝胶放置在1.5mol/L的CaCl2溶液中浸泡12h，即可得到双交联网络结构的改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷料。
本实施例制备的水凝胶敷料的扫描电镜图与图1类似，从图中可以均看出，这种水凝胶敷料呈现疏松多孔的网络结构，孔的大小集中分布在10~100微米，这种多空结构也使得水凝胶敷料有很强的吸水能力，可以很好的吸收创面的渗出液，保持湿润环境。
对浸泡后的水凝胶敷料进行力学性能测试，结果显示，本实施例制备的水凝胶敷料的拉伸强度为283kPa,断裂伸长率为288%，压缩应力最大可达2.9MPa。

Claims (5)

1.一种改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷料，其特征在于，该水凝胶敷料由1.5~4wt%的氧化海藻酸钠，12~24wt %的丙烯酰胺， 0.1~0.15wt %的N,N，-甲基双丙烯酰胺，0.5~2.5wt %的改性生物活性玻璃，71~86wt %的纯化水制备而成。
2.根据权利要求1所述的一种改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷料，其特征在于，所述的水凝胶敷料由2 wt %的氧化海藻酸钠，16 wt %的丙烯酰胺，0.1 wt% 的N,N，-甲基双丙烯酰胺，1 wt %的改性生物活性玻璃，80 wt %的纯化水制备而成。
3.根据权利要求1所述的一种改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷料，其特征在于，所述的氧化海藻酸钠氧化度为30%~60%。
4.根据权利要求1所述的一种改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷料，其特征在于，所述的生物活性玻璃为CaO-P2O5-SiO2或Na2O- CaO-P2O5-SiO2系生物活性玻璃，并用3-（异丁烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷对生物活性玻璃改性，接枝双键。
5.权利要求1-4任一项所述的一种改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将氧化海藻酸钠、丙烯酰胺、N,N，-甲基双丙烯酰胺、改性生物活性玻璃、纯化水混合均匀，得混合液；
（2）将光引发剂苯基- 2，4，6-三甲基苯甲酰基亚膦酸锂的水溶液加入到步骤1）的混合液中，搅拌均匀；所述光引发剂的用量为步骤1）所得混合液的0.1~1%wt；
（3）将步骤2）所得混合液倒入模具中，然后放置在254~400nm紫外光下照射30~3600s即可得到单交联网络结构的水凝胶；
（4）将步骤3）所得的单交联网络结构的水凝胶浸泡在0.1~3mol/L的氯化钙溶液中3~24h，得双交联网络结构的改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷料；
（5）将所得改性生物活性玻璃/聚丙烯酰胺/氧化海藻酸钠水凝胶敷料灭菌，封装。
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