CN108478853A - 一种复合水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

一种复合水凝胶及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合水凝胶及其制备方法和应用，所述水凝胶由聚赖氨酸和氧化石墨烯经化学交联形成，其中聚赖氨酸的分子量为3000~5000Da，氧化石墨烯与聚赖氨酸的质量比为0.01:1~1:1。所述水凝胶的制备方法如下：S1：将聚赖氨酸加水溶解，依次加入交联剂和氧化石墨烯，密封条件下搅拌；S2：对S1所得溶液进行透析，然后将透析袋内的溶液倒入模具中，密封条件下辐照。本发明提供的复合水凝胶以聚赖氨酸为原料，具有良好的生物相容性，对组织无刺激性，可以改善创面局部微环境，加速伤口愈合并防止感染。同时，本发明提供的复合水凝胶的制备方法简单，得到的复合水凝胶的力学强度高。

Description

一种复合水凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体地，涉及一种复合水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
对于1个月内没有愈合趋势的创面是临床上通称的慢性创面，根据原因的不同，大致分为创伤性溃疡、血运障碍性溃疡、压疮、糖尿病性四肢溃疡、中重度烧烫伤溃疡创面及少量放射性溃疡创面。慢性创面的愈合问题一直是临床上的难题，患者及家属的生活受到了比较严重的影响，并且常为了避免感染应用抗生素，容易导致多重耐药。目前市场使用较为广泛的慢性创面抗菌敷料主要是含银敷料。虽然含银敷料具有较好的抗菌效果，但是敷料中的银离子可通过创面接触进入人体，对人体的健康存在潜在的危害。
ε-聚赖氨酸 (ε-poly-L-lysine，ε-PL) 是由极少数微生物合成的具有明显抑菌活性的L-赖氨酸聚合物，通过 α-ε 酰胺键连接而成，通常由 25～35 个赖氨酸残基组成。ε-聚赖氨酸抑菌谱广，有效浓度低，并且具有安全无毒、可生物降解、水溶性好、热稳定好等优点。目前常通过辐照交联、化学交联制备聚赖氨酸水凝胶，但仅用聚赖氨酸制备的水凝胶具有力学性能差的问题。为了解决该问题，目前很多研究将聚赖氨酸与其他聚合物通过交联复合制备水凝胶以提高其力学性能，但所用方法制备工艺较为复杂，且生产过程中的添加物对环境造成较大污染。
作为石墨烯最重要的衍生物之一，氧化石墨烯的结构上有丰富的含氧官能团，包括羟基、环氧、羧基等，其赋予了氧化石墨烯良好的亲水性和化学修饰性，有利于制备多种功能化的复合材料。现有技术中，有通过加入聚乙烯亚氨（PEI）作为偶联剂，EDC/NHS为活化剂/催化剂，在水介质中制备氧化石墨烯改性碳纤维复合增强体（CF-PEI-gGO）。但是，这个制备过程中在加入活化剂EDC后,氧化石墨烯水溶液会出现严重团聚现象，需通过滴加氨水调节溶液pH值，来解决氧化石墨烯的团聚问题，因此制备工艺复杂且得到的复合增强体的强度较低。
因此，很有必要研发一种力学强度高、制备方法简单的复合水凝胶。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种复合水凝胶，本发明提供的复合水凝胶具有较高力学强度，良好的生物相容性，对组织无刺激，可以改善创面局部微环境，加速伤口愈合并防止感染。
本发明的另一目的在于提供上述复合水凝胶的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述复合水凝胶在制备慢性创面修复产品中的应用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种复合水凝胶，所述水凝胶由聚赖氨酸和氧化石墨烯经化学交联形成，其中聚赖氨酸的分子量为3000～5000Da，氧化石墨烯与聚赖氨酸的质量比为0.01：1~1:1。
本发明提供的复合水凝胶以聚赖氨酸为原料，具有良好的生物相容性，对组织无刺激性，可以改善创面局部微环境，加速伤口愈合并防止感染。
本发明利用氧化石墨烯突出的高强度、高模量的力学性能，与聚赖氨酸交联制备的复合水凝胶，力学强度与单纯聚赖氨酸制备的水凝胶相比增加2~5倍，压缩弹性模量达到1~3MPa。
上述复合水凝胶的制备方法，所述制备方法如下：
S1：将聚赖氨酸加水溶解，依次加入交联剂和氧化石墨烯，密封条件下搅拌；
S2：对S1所得溶液进行透析，将透析后的溶液倒入模具中，密封条件下辐照。
本发明通过对聚赖氨酸和氧化石墨烯进行化学改性和物理交联，制备了一种强度较高的复合水凝胶。制备过程由于聚赖氨酸带阳性电荷，在进行化学改性时，不会出现团聚现象，从而无需调节pH，简化了制备工艺。
在本发明中，所述水为蒸馏水、纯化水或去离子水中的一种或几种。
优选地，S1中，所述聚赖氨酸溶液的质量浓度为10~20%。
优选地，S1中，所述交联剂为1-乙基-（3-二甲氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐和/或N-羟基琥珀酰亚胺。
优选地，S1中，所述交联剂与氧化石墨烯的质量比为1:100~5:100。
优选地，S1中，反应的温度为25~45℃，反应时间为0.5~4h。
优选地，S2中，透析的时间为4~24h。
优选地，S2中，选用Co60 gamma射线辐照，剂量范围为10kGy~50kGy，辐照时间为4h~12h。在此辐照条件下，既能进一步从促进改性聚赖氨酸和氧化石墨烯交联，还能同时进行灭菌处理，提高生产效率。
本发明同时保护上述复合水凝胶在制备慢性创面修复产品中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的复合水凝胶以聚赖氨酸为原料，具有良好的生物相容性，对组织无刺激性，可以改善创面局部微环境，加速伤口愈合并防止感染。同时，本发明提供的复合水凝胶的制备方法简单，得到的复合水凝胶的力学强度高。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。
实施例1
一种复合水凝胶的制备方法，所述方法如下：
（1）称取1g聚赖氨酸于容器中加入5g去离子水使搅拌使其溶解，加入0.0003g EDC和0.0002g NHS，加入0.01g的氧化石墨烯，密封、搅拌放置于25℃下反应4h。
（2）透析4h，每2小时换一次水。将透析袋内的溶液倒入模具中，密封，Co60 gamma，剂量10kGy射线辐照12h。
实施例2
一种复合水凝胶的制备方法，所述方法如下：
（1）称取0.5g聚赖氨酸于容器中加入5g纯化水使搅拌使其溶解，加入0.002g EDC和0.002g NHS，加入0.05g的氧化石墨烯，密封、搅拌放置于30℃下反应6h。
（2）透析12h，每4小时换一次水。将透析袋内的溶液倒入模具中，密封，Co60gamma，剂量35kGy射线辐照8h。
实施例3
一种复合水凝胶的制备方法，所述方法如下：
（1）称取0.75g聚赖氨酸于容器中加入5g纯化水使搅拌使其溶解，加入0.0012g EDC，加入0.04g的氧化石墨烯，密封、搅拌放置于45℃下反应8h。
（2）透析8h，每4小时换一次水。将透析袋内的溶液倒入模具中，密封，Co60 gamma，剂量50kGy射线辐照4h。
对比例1
一种水凝胶的制备方法，所述方法如下：
（1）称取0.75g聚赖氨酸于容器中加入5g纯化水使搅拌使其溶解，加入0.0012g EDC，密封、搅拌放置于45℃下反应4h。
（2）透析8h，每4小时换一次水。将透析袋内的溶液倒入模具中，密封，Co60 gamma，剂量50kGy射线辐照4h。
压缩弹性模量测量
采用平头圆柱压头测定材料的压缩弹性模量。在UMT试验机上完成，将试样在加载瞬间产生的线性变化视为压缩弹性模量，分别取一定量的实施例1，实例2，实施例3和对比例1中制备的材料，裁剪厚度为2mm的试样用于测试。试样下压位移为材料厚度的10%，加载速度为84um/s，得到应力-应变作图，线性拟合得到斜率视为压缩弹性模量。
表1 压缩弹性模量测试结果
压缩弹性模量用来表示材料在不同受力情况下的刚性强弱，即抵抗弹性形变的能力。根据表1中压缩弹性模量测试结果，可知对比例1中不加氧化石墨烯制备得到的水凝胶的压缩模量结果低于本发明其它各实施例制备得到的水凝胶。
促创面愈合动物实验
将Wistar大鼠用3.6%水合氯醇按10g/kg腹腔注射麻醉。麻醉成功后，取俯卧位，将四肢固定于大鼠手术台上，用电动削毛刀荆除背部体毛。清水冲洗后使用75%酒精、III型安尔碘消毒。在大鼠背面作直径15mm(面积约180mm2)的圆形全层皮肤缺损创面，局部用双氧水、生理盐水冲洗，创面周围皮肤用75%酒精消毒，无菌纱布擦干。
将25*25mm2实施例1~3中的复合水凝胶叠分别放在3只经上述处理的大鼠的创面上，完整覆盖创面，在复合水凝胶的外面再用医用防水贴膜贴附，形成相对密闭环境。
术后动物分笼饲养，每天观察其进食量、饮水量、活动情况,创面愈合情况。
观察结果：大鼠术后均无明显的生命活动异常。摄食、饮水量基本一致，活动情况良好，精神、反应良好。本发明的水凝胶具有良好的生物相容性，对组织无刺激性，无不良反应。动物实验初步验证该复合水凝胶可改善创面局部的微环境，对加速伤口愈合和防治感染具有更显著的作用。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合水凝胶，其特征在于，所述水凝胶由聚赖氨酸和氧化石墨烯经化学交联形成，其中聚赖氨酸的分子量为3000~5000Da，氧化石墨烯与聚赖氨酸的质量比为0.01:1~1:1。
2.根据权利要求1所述复合水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的压缩弹性模量为1~3MPa。
3.一种复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：
S1：将聚赖氨酸加水溶解，依次加入交联剂和氧化石墨烯，密封条件下搅拌；
S2：对S1所得溶液进行透析，将透析后的溶液倒入模具中，密封条件下辐照。
4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，S1中，所述聚赖氨酸溶液的质量浓度为10~20%。
5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，S1中，所述交联剂为1-乙基-（3-二甲氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐和/或N-羟基琥珀酰亚胺。
6.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，S1中，所述交联剂与氧化石墨烯的质量比为1:100~5:100。
7.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，S1中，反应的温度为25~45℃，反应时间为0.5~4h。
8.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，S2中，透析的时间为4~24h。
9. 根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，S2中，选用Co60 gamma射线辐照，剂量范围为10kGy~50kGy，辐照时间为4h~12h。
10.权利要求1或2所述复合水凝胶在制备慢性创面修复产品中的应用。
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