CN106729936A - 一种碳量子点/纳米银藻酸盐敷料及其制备方法与应用 - Google Patents
一种碳量子点/纳米银藻酸盐敷料及其制备方法与应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于医用敷料技术领域，公开了一种碳量子点/纳米银藻酸盐敷料及其制备方法与应用。利用硝酸银、聚乙二醇400、柠檬酸钠、抗坏血栓和碳量子点制备碳量子点/纳米银复合材料，将其加入海藻酸钠溶液中，经静电纺丝工艺和无纺布工艺，制备得到碳量子点/纳米银藻酸盐敷料。通过该工艺制备的敷料，可以显著提高藻酸盐敷料的力学性能，同时该敷料具有优异的荧光显示追踪功能，能有效监查银离子在体内的迁移变化和蓄积情况，为银离子的临床监管，提供了一种快捷有效的检测方法。
Description
技术领域
本发明属于医用敷料技术领域，具体涉及一种碳量子点/纳米银藻酸盐敷料及其制备方法与应用。
背景技术
海藻酸盐是从褐藻类的海带或马尾藻中提取的一种多聚糖，是一种天然的三维网状高分子材料。具有无毒、无刺激性、高吸湿性、生物相容性等优良性能，在药物释放体系和医药领域有着广泛的应用。片状的海藻酸盐敷料吸收创面渗液后，形成凝胶，在凝胶形成的过程中，海藻酸盐敷料中的钙离子与渗液的钠离子发生离子交换，破坏海藻酸盐的三维网状结构，导致海藻酸盐敷料在吸液后力学性能下降，易断裂。
慢性伤口治疗过程中，术后感染是主要的并发症之一。银离子是一种光谱性杀菌材料，具有很强的杀菌能力，近年来，各种含银敷料被广泛应用溃疡、压疮、不愈性手术切口、外伤、肛瘘、痔疮等各类慢性伤口的治疗。银离子在一定范围内无明显细胞毒性，但超过一定含量时，随着银离子浓度的增加，细胞毒性增加增加。含银敷料中的银离子或是纳米银可以穿透创面到达真皮毛细血管或通过皮下淋巴系统而到达全身淋巴结，进入体循环在肝脏、肾脏、脾脏、心脏等器官和血液中存在和蓄积。银离子进入机体后虽然大部分银离子会通过肝脏、肾脏排泄出体外，但是否仍有一部分银离子长期存留在机体中，需要定期检测含银敷料在体内的迁移和蓄积情况，以确定是否会产生毒性反应。目前银离子在体内蓄积情况的监测尚缺乏有效、快捷的方法。
碳量子点作为一种新型的碳纳米材料，其尺寸非常小，一般在20 nm以内，呈单分散性的准球形，其表面含有大量的亲水基团，具有亲水性、低细胞毒性、荧光性能及光稳定性等，在化学、生物医学、传感学、荧光探针、药物释放及电子学领域具有广泛的应用。碳量子点在可见光区的吸收和其优异的荧光性能，使碳量子点在光催化领域具有广泛的应用。在然而，很少有将碳量子点应用于慢性创面治疗的研究。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的缺陷，提供一种碳量子点/纳米银藻酸盐敷料及其制备方法与应用，该制备方法可以显著提高藻酸盐敷料的力学性能；制备得到的敷料不仅具有很好的吸液性，可以吸收大量创面的渗液，为创面提供湿润的愈合环境，同时该敷料还具有止血、抗菌和防粘连功能，能够显著促进创面的愈合。该敷料还具有优异的荧光显示追踪功能，可用于有效监查银离子在体内的迁移变化和蓄积情况，为银离子的临床监管，提供了一种快捷有效的检测方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种碳量子点/纳米银藻酸盐敷料的制备方法，所述制备方法的具体制备步骤为：
（1）将硝酸银溶解在去离子水中，配制成质量浓度为0.1%硝酸银溶液，并依次加入聚乙二醇400和柠檬酸钠搅拌溶解，再将抗坏血栓和碳量子点加入上述混合溶液中，在30~50℃条件下反应0.5 ~ 1 h，反应结束后，在5000 rpm/min条件下，进行离心分离10 min，并用乙醇、去离子水多次清洗、烘干，得到碳量子点/纳米银复合材料；
（2）将海藻酸钠溶解在去离子水中，制备成质量浓度为2.0%的海藻酸钠溶液；将步骤（1）得到碳量子点/纳米银复合材料加入该海藻酸钠溶液中，经静电纺丝工艺，得到碳量子点/纳米银藻酸盐纤维；
（3）将步骤（2）得到的碳量子点/纳米银藻酸盐纤维经开松、共混、梳理、铺网、针刺、整烫、收卷，得到碳量子点/纳米银藻酸盐敷料。
进一步的，所述的步骤（1）中硝酸银、聚乙二醇400、柠檬酸钠、抗坏血栓和碳量子点按质量比为1：10～20：3～12：4～12：5～15进行配比。
更进一步的，所述的步骤（2）中碳量子点/纳米银复合材料与海藻酸钠的质量比为1：10~100。
更进一步的，所述的步骤（2）中静电纺丝工艺的条件为：凝固浴为质量百分比为0.5%的氯化钙溶液，工作电压为25 kV，针头规格7 号，针头距接收器距离15 cm，供液速率5L/ h，纺丝时间2h，真空干燥常温时间2 h。
更进一步的，所述的步骤（3）中针刺的具体条件为：针刺深度4~9 mm，针刺频率350~450 r/min，植针密度220~270针/cm2。
优选的，所述碳量子点的尺寸小于5 nm，厚度为1.05 nm；所述碳量子点/纳米银复合材料中的纳米银尺寸为15~50 nm。
为实现上述目的，本发明的另一技术方案为：一种碳量子点/纳米银藻酸盐敷料，由上述制备方法制备得到；所述的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料用于溃疡、压疮、不愈性手术切口、外伤、肛瘘、痔疮类慢性伤口的治疗。
本发明的原理如下：在光催化领域中，银是一种常见的材料，一直扮演着重要角色。银（Ag）基光催化材料在增强复合光催化剂的性能上具有重要作用。Ag的等离子体共振吸收是量子尺寸效应的一种表现形式。光还原法是一种简易制备原位复合结构的方法，以光作为还原银离子的能量，在光照射下，碳量子点具有光电子转移性质，其可作为电子供体，将Ag+还原成单质Ag。碳量子点还原银的过程主要分为三个阶段，受光激发过程、形核过程和生长过程。在柠檬酸钠和抗坏血拴的共同作用下，也能增加碳量子点/纳米银的形成速度。Ag与碳量子点的复合可增强碳量子点可见光区域的吸收，从而增强光催化性能。碳量子点本身具有优异的荧光性能，且具有光稳定性，将银离子与碳量子点复合，制备碳量子点/纳米银，可进一步增强碳量子点可见光区域的吸收，增强其荧光性能。利用其优异的荧光性能，碳量子点/纳米银藻酸盐敷料，在用于创面的治疗中，随着碳量子点/纳米银在体内的吸收、代谢、和蓄积，可以直接观察尿液、血液和各器官中银离子的的代谢和蓄积情况，为银离子的临床监管，提供了一种快捷有效的检测方法。
无纺布工艺中的针刺工艺对纤维的力学性能影响较大，在一定范围内，随着针刺深度的增加，三角刺针每个棱边上钩刺带动的纤维量和纤维移动的距离增加，纤维之间的缠结更充分，产品的强度增加，但是刺的过深，部分移动困难的纤维在钩刺作用下发生断裂，产品强度降低，结构变松。同时针刺密度越大，产品强度越大、质地越硬。如果纤网已达到足够紧密度，继续针刺就会造成纤网中纤维的过度损伤或断针，使产品的力学性能下降。在针刺生产工艺中，针刺密度应根据不同原料、不同的刺针型号规格和产品要求通过多次实验来确定。该敷料在制备的过程中通过对无纺布工艺进行多次优化，赋予了碳量子点/纳米银藻酸盐敷料较好的力学性能和舒适性，解决了藻酸盐敷料吸液后易断裂的问题。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
（1）碳量子点具有很好的亲水性，其表面大量的羟基（-OH）和氨基（-NH2）能够与海藻酸钠之间形成氢键，增加物理交联反应，提高藻酸盐敷料的力学性能；同时，本发明通过对无纺布工艺进行多次优化，赋予了碳量子点/纳米银藻酸盐敷料较好的力学性能和舒适性，解决了藻酸盐敷料吸液后易断裂的问题。
（2）本发明制备的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料，具有很好的吸液性，可以吸收大量创面的渗液，为创面提供湿润的愈合环境；同时，该敷料具有止血、抗菌和防粘连功能，能够显著促进创面的愈合，可以满足创面愈合的各种需求。
（3）本发明制备的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料，具有很好的缓释性能，在创面使用时，其银离子释放时间可持续120 h以上，释放率可达90%以上。
（4）本发明制备的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料具有很好生物安全性，无细胞毒性，无皮肤刺激，不会对人体产生损害。
（5）本发明公开的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料还具有优异的荧光显示追踪功能，可用于有效监查银离子在体内的迁移变化和蓄积情况，为银离子的临床监管，提供了一种快捷有效的检测方法。
附图说明
图1为实施例1～3制备的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料的银离子释放情况对比图。
图2为实施例1～3制备的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料的湿态力学性能测试对比图。
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
一种碳量子点/纳米银藻酸盐敷料的制备方法，其具体制备步骤为：
（1）称取1.0 g硝酸银固体颗粒溶解在1 L去离子水中，形成硝酸银溶液，并依次加入10.0 g聚乙二醇400、3.0 g柠檬酸钠，搅拌溶解后，再依次加入4.0 g抗坏血栓、5.0 g碳量子点，在30℃条件下反应0.5 h，反应结束后进行离心分离，在5000 rpm条件下离心分离10min，用乙醇、去离子水依次清洗，反复3次，最后冷冻干燥24 h，得到碳量子点/纳米银复合材料；所述的碳量子点的尺寸小于5 nm，厚度为1.05 nm；碳量子点/纳米银复合材料中的纳米银尺寸为15 nm；
（2）称取10.0 g海藻酸钠溶解在500 mL去离子水中，制备成海藻酸钠溶液；将步骤（1）制备的0.1 g碳量子点/纳米银复合材料加入海藻酸钠溶液中，搅拌均匀后，以质量百分比为0.5%的氯化钙溶液为凝固浴，经静电纺丝工艺制备得到碳量子点/纳米银藻酸盐纤维；所述静电纺丝工艺的条件为：工作电压25 kV，针头规格7 号，针头距接收器距离15 cm，供液速率5 L/ h，纺丝时间2 h，真空干燥常温时间2 h；
（3）将步骤（2）制备的碳量子点/纳米银藻酸盐纤维经开松、共混、梳理、铺网、针刺、整烫、收卷，得到碳量子点/纳米银藻酸盐无纺布卷材；所述针刺的具体条件为：针刺深度4mm，针刺频率350 r/min，植针密度220针/cm2；将碳量子点/纳米银藻酸盐无纺布卷材经剪切、包装、灭菌，得到碳量子点/纳米银藻酸盐敷料。所述的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料用于溃疡、压疮、不愈性手术切口、外伤、肛瘘、痔疮类慢性伤口的治疗。
实施例2
一种碳量子点/纳米银藻酸盐敷料的制备方法，其具体制备步骤为：
（1）称取1.0 g硝酸银固体颗粒溶解在1 L去离子水中，形成硝酸银溶液，并依次加入15.0 g聚乙二醇400、8.0 g柠檬酸钠，搅拌溶解后，再依次加入8.0 g抗坏血栓、10.0 g碳量子点，在40℃条件下反应45 min，反应结束后进行离心分离，在5000 rpm条件下离心分离10min，用乙醇、去离子水依次清洗，反复3次，最后冷冻干燥24 h，得到碳量子点/纳米银复合材料；所述的碳量子点的尺寸小于5 nm，厚度为1.05 nm；碳量子点/纳米银复合材料中的纳米银尺寸为30 nm；
（2）称取10.0 g海藻酸钠溶解在500 mL去离子水中，制备成海藻酸钠溶液；将步骤（1）制备的0.5 g碳量子点/纳米银复合材料加入海藻酸钠溶液中，搅拌均匀后，以质量百分比为0.5%的氯化钙溶液为凝固浴，经静电纺丝工艺制备得到碳量子点/纳米银藻酸盐纤维；所述静电纺丝工艺的条件为：工作电压25 kV，针头规格7 号，针头距接收器距离15 cm，供液速率5 L/ h，纺丝时间2 h，真空干燥常温时间2 h；
（3）将步骤（2）制备的碳量子点/纳米银藻酸盐纤维经开松、共混、梳理、铺网、针刺、整烫、收卷，得到碳量子点/纳米银藻酸盐无纺布卷材；所述针刺的具体条件为：针刺深度7mm，针刺频率400 r/min，植针密度250针/cm2；将碳量子点/纳米银藻酸盐无纺布卷材经剪切、包装、灭菌，得到碳量子点/纳米银藻酸盐敷料。所述的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料用于溃疡、压疮、不愈性手术切口、外伤、肛瘘、痔疮类慢性伤口的治疗。
实施例3
一种碳量子点/纳米银藻酸盐敷料的制备方法，其具体制备步骤为：
（1）称取1.0 g硝酸银固体颗粒溶解在1 L去离子水中，形成硝酸银溶液，并依次加入20.0 g聚乙二醇400、12.0 g柠檬酸钠，搅拌溶解后，再依次加入12.0 g抗坏血栓、15.0 g碳量子点，在50℃条件下反应1 h，反应结束后进行离心分离，在5000 rpm条件下离心分离10min，用乙醇、去离子水依次清洗，反复3次，最后冷冻干燥24 h，得到碳量子点/纳米银复合材料；所述的碳量子点的尺寸小于5 nm，厚度为1.05 nm；碳量子点/纳米银复合材料中的纳米银尺寸为50 nm；
（2）称取10.0 g海藻酸钠溶解在500 mL去离子水中，制备成海藻酸钠溶液；将步骤（1）制备的1.0 g碳量子点/纳米银复合材料加入海藻酸钠溶液中，搅拌均匀后，以质量百分比为0.5%的氯化钙溶液为凝固浴，经静电纺丝工艺制备得到碳量子点/纳米银藻酸盐纤维；所述静电纺丝工艺的条件为：工作电压25 kV，针头规格7 号，针头距接收器距离15 cm，供液速率5 L/ h，纺丝时间2 h，真空干燥常温时间2 h；
（3）将步骤（2）制备的碳量子点/纳米银藻酸盐纤维经开松、共混、梳理、铺网、针刺、整烫、收卷，得到碳量子点/纳米银藻酸盐无纺布卷材；所述针刺的具体条件为：针刺深度9mm，针刺频率450 r/min，植针密度270针/cm2；将碳量子点/纳米银藻酸盐无纺布卷材经剪切、包装、灭菌，得到碳量子点/纳米银藻酸盐敷料。所述的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料用于溃疡、压疮、不愈性手术切口、外伤、肛瘘、痔疮类慢性伤口的治疗。
实施例4
实施例1～3制备的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料的银离子释放情况和力学性能的研究。
实验组：实施例1～3制备的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料；
对照组1：不加碳量子点制备的敷料a（制备方法：直接将银离子添加到海藻酸钠溶液中，其余制备方法及工艺均与实施例2相同）；
对照组2：改变针刺工艺（针刺深度18 mm，针刺频率500 r/min，植针密度320针/cm2。），其余制备方法及工艺均与实施例2相同，制备得到敷料b。
银离子释放情况测试方法：将实验组和对照组1分别置于100 mL的pH为7.2的PBS缓冲液中，在37℃条件下，50rpm恒温振荡器中进行体外银离子释放，分别在特定时间抽取2mL上清液，同时加入相同体积的新鲜PBS溶液，使用原子吸收光谱测量银离子的释放情况，计算银离子的累计释放率，并绘制银离子累计释放曲线。银离子累计释放率%=（t时间银离子释放总量/实际载银量）%。
力学性能的研究况测试方法：将实验组、对照组1、对照组2中的样品分别剪切成2.5×15 cm大小，并分别置于人体模拟伤口渗出液（称取8.3g NaCl和0.367gCaCl2﹒2H2O定容至1 L）中浸泡12 h，取出样品，垂直悬垂沥水30 s，利用万能力学试验机，按GB/T 6344-2008的方法进行测试，记录每组样品的拉力峰值。
结果：实施例1～3制备的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料与对照组1敷料a的银离子的体外释放情况如图1所示，从图1可以看出，与对照组1相比，实施例1~3制备的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料具有更好的缓释效果。实施例1～3制备的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料与对照组1敷料a、对照组2敷料b的湿态力学性能如图2所示，从图2可以看出，对照组1和对照组2的湿态力学性能均小于实施例1～3制备的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料。由此可见：实施例1～3制备的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料具有很好的力学性能和银离子缓释效果。
实施例5
实施例1～3制备的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料的抗菌效果研究。
测试方法：将大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、白色念珠菌分别活化后，分别与实施例1～3制备的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料培养18 h，然后将培养液涂布在平板培养基上，培养24 h，观察细菌的生长情况。同时以不加敷料组作为对照组，验证本发明制备的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料的抗菌效果。结果如表1所示。
表1 各敷料抗菌效果
与对照组相比，从试验结果可以发现，实施例1~3制备的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料具有很好的抗菌效果，其抗菌率可以达到97%以上。创面的致病菌主要包括大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、白色念珠菌等，由此可见，该敷料可以有效杀死致病菌，为创面提供无菌的愈合环境，防止创面的感染。
实施例6
实施例1～3制备的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料的细胞毒性检测。
实验组：实施例1～3制备的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料。
测试方法：将实施例1~3制备的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料分别用DMEM培养基浸提48 h，阴性对照组为10%胎牛血清DMEM，阳性对照组为5%的二甲基亚砜；再将实验组分别与成纤维L929细胞培养72 h；最后用MTT比色法测定细胞毒性，试验结果如表2所示。
表2 实验组与细胞接触72 h后细胞生长情况
| 编号 | 相对增殖率 | 细胞毒性分级 | 结果评定 |
| 阴性对照 | 1.000 | 0级 | 无毒性 |
| 阳性对照 | 0.233 | 4级 | 重度毒性 |
| 实施例1 | 0.997 | 1级 | 无毒性 |
| 实施例2 | 0.979 | 1级 | 无毒性 |
| 实施例3 | 0.953 | 1级 | 无毒性 |
由表2可以看出，实施例1~3制备碳量子点/纳米银藻酸盐敷料与细胞接触72 h后，细胞的相对增值率均大于90%，无细胞毒性，表明该发明制备的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料具有很好的生物安全性，不会对人体造成伤害。
应当指出的是，具体实施方式只是本发明比较有代表性的例子，显然本发明的技术方案不限于上述实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员，以本发明所明确公开的或根据文件的书面描述毫无异议的得到的，均应认为是本专利所要保护的范围。
Claims (8)
1.一种碳量子点/纳米银藻酸盐敷料的制备方法，其特征在于，所述制备方法的具体制备步骤为：
（1）将硝酸银溶解在去离子水中，配制成质量浓度为0.1%硝酸银溶液，并依次加入聚乙二醇400和柠檬酸钠搅拌溶解，再将抗坏血栓和碳量子点加入上述混合溶液中，在30~50℃条件下反应0.5 ~ 1 h，反应结束后，在5000 rpm/min条件下，进行离心分离10 min，并用乙醇、去离子水多次清洗、烘干，得到碳量子点/纳米银复合材料；
（2）将海藻酸钠溶解在去离子水中，制备成质量浓度为2.0%的海藻酸钠溶液；将步骤（1）得到碳量子点/纳米银复合材料加入该海藻酸钠溶液中，经静电纺丝工艺，得到碳量子点/纳米银藻酸盐纤维；
（3）将步骤（2）得到的碳量子点/纳米银藻酸盐纤维经开松、共混、梳理、铺网、针刺、整烫、收卷，得到碳量子点/纳米银藻酸盐敷料。
2.根据权利要求1所述的一种碳量子点/纳米银藻酸盐敷料的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中硝酸银、聚乙二醇400、柠檬酸钠、抗坏血栓和碳量子点按质量比为1：10～20：3～12：4～12：5～15进行配比。
3.根据权利要求1所述的一种碳量子点/纳米银藻酸盐敷料的制备方法，其特征在于，所述的步骤（2）中碳量子点/纳米银复合材料与海藻酸钠的质量比为1：10~100。
4.根据权利要求1所述的一种碳量子点/纳米银藻酸盐敷料的制备方法，其特征在于，所述的步骤（2）中静电纺丝工艺的条件为：凝固浴为质量百分比为0.5%的氯化钙溶液，工作电压为25 kV，针头规格7 号，针头距接收器距离15 cm，供液速率5 L/ h，纺丝时间2h，真空干燥常温时间2 h。
5.根据权利要求1所述的一种碳量子点/纳米银藻酸盐敷料的制备方法，其特征在于，所述的步骤（3）中针刺的具体条件为：针刺深度4~9 mm，针刺频率350~450 r/min，植针密度220~270针/cm2。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种碳量子点/纳米银藻酸盐敷料的制备方法，其特征在于，所述碳量子点的尺寸小于5 nm，厚度为1.05 nm；所述碳量子点/纳米银复合材料中的纳米银尺寸为15~50 nm。
7.一种碳量子点/纳米银藻酸盐敷料，其特征在于，所述的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料由权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到。
8.权利要求7所述的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料的应用，其特征在于，所述的碳量子点/纳米银藻酸盐敷料用于溃疡、压疮、不愈性手术切口、外伤、肛瘘、痔疮类慢性伤口的治疗。
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