CN108379645A - 一种含琼脂糖醋酸酯的抗菌复合生物材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种含琼脂糖醋酸酯的抗菌复合生物材料及其制备方法。该方法是以生物惰性的琼脂糖醋酸酯电纺纤维膜为基体，在其中加入抗菌药物，即可利用复合纤维表面药物表面之间的氢键，使具有抗菌性的粒子牢固地负载在电纺纤维表面，提供一种含琼脂糖醋酸酯的抗菌复合生物材料。本发明得到的抗菌复合生物材料可使愈合区组织的营养供应不受影响，维持组织的正常愈合机制，在释放抗菌药物的同时，能够降解消失。降解产物不会对组织与机体产生毒害作用，使其真正起到促进抗菌组织修复的效果。且该抗菌复合生物材料可兼具良好的机械性能和生物相容性，降解时间与感染组织修复时间相匹配；适合用于抗菌材料、再生医学研究和临床实践。

Description

一种含琼脂糖醋酸酯的抗菌复合生物材料及其制备方法
技术领域
本发明属于生物医学材料领域，涉及抗菌植入材料及技术，尤其涉及一种含琼脂糖醋酸酯的抗菌复合生物材料及其制备方法。
背景技术
现有的抗菌产品主要有：1)壳聚糖；2)壳聚糖季铵盐；3)聚酯/丙烯酸/碘钠离子；4)银离子抗菌敷料；5)藻酸盐/银离子。
有关与琼脂糖醋酸酯/抗菌剂复合生物材料的研究和专利检索情况如下：
从国家知识产权局专利检索数据库或中国科技文献数据库查找与琼脂糖醋酸酯抗菌剂复合生物材料用于抗菌材料的文献，也没有发现与本项技术雷同的报道。
在国外文献中，有关抗菌材料的产品壳聚糖抗菌膜有很好的生物相容性，但是力学性能较差，单独的壳聚糖抗菌效果有限，降解时间相对比较快，达不到组织修复所需的时间，很难维持组织再生所需的空间。目前通过美国FDA批准的高分子材料包括PGA、PLA、PLGA等复合抗菌剂的抗菌膜机械强度比壳聚糖抗菌膜强，可以在组织修复期间为细胞生长提供空间，但是生物相容性没有天然高分子材料好。
现有的抗菌技术中所用到的材料均没有采用琼脂糖醋酸酯/抗菌剂复合材料，鉴于抗菌药物具有很好地抗菌效果且具有明确的抗菌机理已经作为一种常用抗菌药物使用，因此将两者结合起来达到更好的效果。一些专利涉及抗菌药物与高分子材料复合作为抗菌材料。如201310594288.5发明专利将甲硝唑、替硝唑等药物和聚乳酸、聚已内酯复合，制备抗菌膜。201310594991.6将聚异丙基丙烯酰胺与环糊精的共混胶体或聚异丙基丙烯酰胺与明胶的共混胶体和抗菌剂复合，制备抗菌材料。
因此，现有的抗菌技术中所用到的材料均没有采用琼脂糖醋酸酯/抗菌剂材料复合物。经过文献和相关专利数据库检索，未发现与本研究相同或类似的研究或专利。
发明内容
于为了克服现有抗菌材料的缺点与不足，本发明的首要目的在提供一种抗菌组合物。
本发明的另一目的在于提供一种含琼脂糖醋酸酯的抗菌复合生物材料的制备方法。该方法是以生物惰性的琼脂糖醋酸酯电纺纤维膜为基体，在其中加入抗菌药物，即可利用复合纤维表面药物表面之间的氢键，使具有抗菌性的粒子牢固地负载在电纺纤维表面，提供一种能够可控释放抗菌剂的抗菌组合物及使用其制备的缓释抗菌膜和植入材料。扩大它们在生物医用材料领域的应用。本方法所制备的抗菌性电纺纤维膜(即含琼脂糖醋酸酯的抗菌复合生物材料)不仅可以很好的用于生物医药领域，还可以用在其他领域。
本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法制备得到的含琼脂糖醋酸酯的抗菌复合生物材料。本发明通过静电纺丝技术制备琼脂糖醋酸酯与抗菌剂生物材料纤维膜，以获得一种缓释抗菌膜和植入抗菌材料。该抗菌膜具备较好的力学性能，可降解性，生物安全性。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种抗菌组合物，包括琼脂糖醋酸酯和抗菌剂；
所述的琼脂糖醋酸酯与抗菌剂的质量比为(4～10)：(1～30)；优选为(4～10)：(2～24)；更优选为(4～10)：(6～24)，进一步优选为(4～10)：(12～24)。
所述的琼脂糖醋酸酯在抗菌组合物中的质量浓度为4％～10％；优选为6％。
所述的抗菌剂选自但不局限于甲硝唑、替硝唑、头孢氨苄、左氧氟沙星、环丙沙星、利福平和万古霉素等常用抗菌剂中的至少一种。
该抗菌组合物能够可控释放抗菌剂，使用该抗菌组合物制备的缓释抗菌膜和植入材料，保障不对组织产生不良影响且能够持续释放抗菌药物起到抗菌效果。而该纤维膜在组织抗菌的同时降解消失。
本发明是通过静电纺丝技术制备琼脂糖醋酸酯抗菌复合生物材料纤维膜，以获得一种对人体组织感染部位的抗菌性能的纤维膜，用于人体感染组织处抗菌的实现。
一种含琼脂糖醋酸酯的抗菌复合生物材料(复合纤维膜)的制备方法，包括如下步骤：
(1)琼脂糖醋酸酯溶解于丙酮与N,N-二甲基乙酰胺混合溶剂中，琼脂糖醋酸酯的质量浓度为4％～10％，其中，丙酮与N,N-二甲基乙酰胺体积比为1：1～3：1；在室温下磁力搅拌过夜，使材料充分溶解，配制成均匀的纺丝液；
(2)称取抗菌剂生物材料中的至少一种：①甲硝唑、②替硝唑、③头孢氨苄、④左氧氟沙星、⑤环丙沙星、⑥利福平、⑦万古霉素，但不局限于上述抗菌剂；加入至步骤(1)配制的纺丝液中，其添加量为：质量浓度为1％～30％，即每1g纤维膜中添加0.01g～0.3g的所述抗菌剂；搅拌均匀，超声10min～30min，在室温下磁力搅拌1h～5h；
(3)将纺丝液置于静电纺丝装置中纺丝，静电纺丝的固定参数为：电压14kV～20kV，流速0.1mL/h～3.0mL/h，接收距离10cm～18cm，室温，湿度为：30％～80％；得到纤维膜；
(4)将步骤(3)制备的纤维膜真空干燥后，灭菌，得到含琼脂糖醋酸酯的抗菌复合生物材料，即复合纤维膜。
优选的，步骤(1)中所述的琼脂糖醋酸酯的质量浓度为6％。
优选的，步骤(1)中所述的丙酮与N,N-二甲基乙酰胺的体积比为2：1。
步骤(1)中所述的琼脂糖醋酸酯的分子量范围：5～400KDa。
步骤(2)中所述的抗菌剂的添加量优选为2～24％，更优选为6～24％；进一步优选为12～24％。
优选的，步骤(3)中所述的流速为1.0mL/h～2.0mL/h；更优选为2.0mL/h。
优选的，步骤(3)中所述的静电纺丝的固定参数为：电压20kV，流速2.0mL/h，接收距离18cm，室温，湿度为：60％。
步骤(4)中所述的真空干燥的时间为24h；
步骤(4)中所述的灭菌，采用环氧乙烷灭菌或者Co60辐射灭菌。
一种含琼脂糖醋酸酯的抗菌复合生物材料，通过上述制备方法制备得到。
本发明的机理是：
本发明将酯化琼脂糖与抗菌药物结合起来，通过静电纺丝技术制备用于抗菌复合生物材料，来克服临床应用中持续稳定抗菌的应用价值。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明方法得到的复合纤维膜，可使愈合区组织的营养供应不受影响，维持组织的正常愈合机制，在释放抗菌药物的同时，能够降解消失。降解产物不会对组织与机体产生毒害作用，使其真正起到促进抗菌组织修复的效果。
(2)本发明方法成本低，同时提高琼脂糖及其衍生物的附加价值，有助于大型海藻的种植(琼脂糖从大型海藻中提取)，有利于近海海域富养的生态修复。
(3)操作方便，所述复合纤维膜可以兼具良好的机械性能和生物相容性，降解时间与感染组织修复时间相匹配。
(4)本发明得到的复合纤维膜适合用于抗菌材料、再生医学研究和临床实践。
附图说明
图1是实施例1制得的含有替硝唑的琼脂糖醋酸酯纤维膜的SEM图。
图2是实施例1制得的不同含量替硝唑纤维膜上的抑菌圈结果；其中，A：琼脂糖醋酸酯；B：2％替硝唑；C：6％替硝唑；D：12％替硝唑；E：24％替硝唑。
图3是实施例2制得的含替硝唑骨引导纤维膜的骨修复实验结果图；其中，A1：4周含替硝唑骨引导纤维膜修复效果；B1：4周不含替硝唑骨引导纤维膜修复效果；A2：12周含替硝唑骨引导纤维膜修复效果；B2：12周不含替硝唑骨引导纤维膜修复效果。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例中所用的金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)购自广东省微生物菌种保藏中心，型号：CMCC(B)26003。
实施例1：复合纤维膜的制备
先配制琼脂糖醋酸酯(质量浓度为6％)和替硝唑(质量浓度为12％)的混合溶液，溶剂为丙酮/N,N-二甲基乙酰胺(v/v＝2：1)。通过电纺(控制流量为2.0mL/h，电压为20kV，接收距离18cm，湿度为60％)技术，制备纳米复合纤维膜。将制得的纳米纤维膜真空干燥24h，裁剪为1.5×1.5cm2的小块，环氧乙烷灭菌备用。扩增骨髓间充质干细胞种于引导膜上，培养7天后扫描电镜观察，细胞在支架上良好生长。抑菌(金黄色葡萄球菌)实验表面，可以很好的抑制细菌的生长。
本实施例制得的含有替硝唑的琼脂糖醋酸酯纤维膜的SEM图，如图1所示，从图中可以看出，所纺纤维粗细和孔径较为均匀，保证了纤维了力学性能和药物释放的均匀性。
根据本实施例的制备方法制备得到不同含量替硝唑纤维膜：A：琼脂糖醋酸酯(空白对照)；B：2％替硝唑；C：6％替硝唑；D：12％替硝唑；E：24％替硝唑。抑菌实验结果如图2所示，从图中可以看出，可以很好的抑制细菌的生长。
实施例2：含替硝唑骨引导纤维膜的制备及应用
配制琼脂糖醋酸酯(质量浓度为6％)，β-磷酸三钙(质量浓度40％)，溶剂为丙酮/N,N-二甲基乙酰胺(v/v＝2：1)。通过电纺(控制流量为2.0mL/h，电压为20kV，接收距离18cm，湿度为60％)技术，制备骨引导纤维膜；再配制琼脂糖醋酸酯(质量浓度为6％)，替硝唑(质量浓度为24％)的混合溶液，溶剂为丙酮/N,N-二甲基乙酰胺(v/v＝2：1)。在第一次制得的骨引导纤维膜的基础上继续通过电纺(控制流量为2.0mL/h，电压为20kV，接收距离18cm，湿度为60％)技术，制备含替硝唑骨引导纤维膜，然后将制得的纤维膜真空干燥24h，裁剪为直径为6mm的圆片，环氧乙烷灭菌备用。建立SD大鼠下颌骨缺损模型，缺损直径为4mm，植入纤维膜。12周后检测结果表明含替硝唑骨引导纤维膜，能够改善组织修复的环境，加快骨修复速度。
根据本实施例的制备方法制备得到纤维膜用于骨修复：A1：4周含替硝唑骨引导纤维膜修复效果；B1：4周不含替硝唑骨引导纤维膜修复效果；A2：12周含替硝唑骨引导纤维膜修复效果；B2：12周不含替硝唑骨引导纤维膜修复效果。骨修复实验结果如图3所示，从图中可以看出，含有替硝唑的骨引导纤维膜可以改善骨修复的环境，防止因感染而延缓骨修复进程，促进骨修复。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗菌组合物，其特征在于包括琼脂糖醋酸酯和抗菌剂；
所述的琼脂糖醋酸酯与抗菌剂的质量比为(4～10)：(1～30)；
所述的琼脂糖醋酸酯在抗菌组合物中的质量浓度为4％～10％。
2.根据权利要求1所述的抗菌组合物，其特征在于：
所述的抗菌剂选自但不局限于甲硝唑、替硝唑、头孢氨苄、左氧氟沙星、环丙沙星、利福平和万古霉素中的至少一种。
3.权利要求1或2所述的抗菌组合物在制备抗菌复合生物材料中的应用。
4.一种含琼脂糖醋酸酯的抗菌复合生物材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)琼脂糖醋酸酯溶解于丙酮与N,N-二甲基乙酰胺混合溶剂中，琼脂糖醋酸酯的质量浓度为4％～10％，其中，丙酮与N,N-二甲基乙酰胺体积比为1：1～3：1；在室温下磁力搅拌过夜，使材料充分溶解，配制成均匀的纺丝液；
(2)称取抗菌剂生物材料中的至少一种：①甲硝唑、②替硝唑、③头孢氨苄、④左氧氟沙星、⑤环丙沙星、⑥利福平、⑦万古霉素；加入至步骤(1)配制的纺丝液中，其添加量为：质量浓度为1％～30％，即每1g纤维膜中添加0.01g～0.3g的所述抗菌剂；搅拌均匀，超声10min～30min，在室温下磁力搅拌1h～5h；
(3)将纺丝液置于静电纺丝装置中纺丝，静电纺丝的固定参数为：电压14kV～20kV，流速0.1mL/h～3.0mL/h，接收距离10cm～18cm，室温，湿度为：30％～80％；得到纤维膜；
(4)将步骤(3)制备的纤维膜真空干燥后，灭菌，得到含琼脂糖醋酸酯的抗菌复合生物材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的琼脂糖醋酸酯的质量浓度为6％；
步骤(1)中所述的丙酮与N,N-二甲基乙酰胺的体积比为2：1。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的琼脂糖醋酸酯的分子量范围：5～400KDa。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的抗菌剂的添加量为2～24％；
步骤(3)中所述的流速为1.0mL/h～2.0mL/h。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中所述的静电纺丝的固定参数为：电压20kV，流速2.0mL/h，接收距离18cm，室温，湿度为：60％。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：
步骤(4)中所述的真空干燥的时间为24h；
步骤(4)中所述的灭菌，采用环氧乙烷灭菌或者Co60辐射灭菌。
10.一种含琼脂糖醋酸酯的抗菌复合生物材料，其特征在于通过权利要求4～9任一项所述的制备方法制备得到。
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