CN108785738A - 一种水凝胶医用敷料的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水凝胶医用敷料的制备方法，包括以下步骤：将海藻酸与碳酸铷溶解于水中，在设定温度下进行磁力搅拌反应，反应完成后，得到海藻酸铷溶液；将海藻酸钠溶解于水中，得到海藻酸钠溶液，然后将海藻酸钠溶液与海藻酸铷溶液进行混合，得到海藻酸盐溶液；将碳酸钙均匀分散于水中后，得到分散液，将分散液加入海藻酸盐溶液中或者海藻酸铷溶液中，搅拌混合均匀，得到预交联溶液；向预交联溶液中加入葡萄糖酸内酯，接着在搅拌条件下进行交联反应，反应完成后，得到水凝胶医用敷料。本发明利用铷离子的抗氧化、促进细胞新陈代谢和抑制细菌生长的作用，将铷离子引入到水凝胶中，增强水凝胶敷料的抗菌性，可加速细胞的增长，促进创面的愈合。

Description

一种水凝胶医用敷料的制备方法及其应用
技术领域
本发明属于医用敷料技术领域，具体涉及一种水凝胶医用敷料的制备方法及其应用。
背景技术
水凝胶敷料的兴起得益于20世纪80年代关伤口愈合的重大概念的突破。以往的治疗认为，伤口是需要呼吸的，保持创口的透气性是理想敷料的重要因素，但是新的研究证明无氧的大气环境能促进血管的增生，从而加速伤口的愈合。水凝胶敷料由于具有自动调节伤口的湿润度，有少量吸收渗液的能力，不粘伤口，容易去除的优点，得到广泛的重视。
目前，海藻酸钠类水凝胶属于水凝胶敷料中的一种，因为其具有很好的生物相容性和保湿性，在敷料领域有很好的应用前景。目前，海藻酸钠类水凝胶敷料的制备方法，主要是采用Ca2+进行交联反应获得，如专利CN 102417734 B中公开了一种氧化海藻酸钠/明胶可降解水凝胶及其制备方法，其采用了氧化海藻酸钠和明胶作为基材，采用CaCl2作为交联剂，通过交联反应制备得到水凝胶。但是直接加入Ca2+进行交联反应，凝胶化速度快，所得到凝胶极不均匀，导致其强度也不稳定；而且海藻酸钠和明胶的抗菌性能不强，促进创面的愈合的性能有限。
发明内容
本发明的目的是提供一种交联速度可控，抗菌性能强的水凝胶医用敷料的制备方法及其应用。
本发明这种水凝胶医用敷料的制备方法，包括以下步骤：
1)将海藻酸与碳酸铷溶解于水中，在设定温度下进行磁力搅拌反应，反应完成后，得到海藻酸铷溶液；
2)将海藻酸钠溶解于水中，得到海藻酸钠溶液，然后将海藻酸钠溶液与步骤1)中的海藻酸铷溶液进行混合，得到海藻酸盐溶液；
3)将碳酸钙均匀分散于水中后，得到分散液，将分散液加入步骤2)中的海藻酸盐溶液中或者步骤1)中的海藻酸铷溶液中，搅拌混合均匀，得到预交联溶液；
4)向步骤3)中的预交联溶液中加入葡萄糖酸内酯，接着在搅拌条件下进行交联反应，反应完成后，得到水凝胶医用敷料。
所述步骤1)中，海藻酸与碳酸铷的摩尔比为2:1；海藻酸的质量浓度为0.02～0.03g/ml；设定温度为20～60℃，磁力搅拌速度为200～800r/min，反应时间为10～30min，海藻酸铷的摩尔浓度(1.14～1.70)×10-4mol/ml。
所述步骤2)中，海藻酸钠溶液的质量浓度为0.022～0.035g/ml；海藻酸钠溶液与海藻酸铷溶液进行混合时，按照钠元素与铷元素的摩尔比为(0～50):(50～100)，混合温度为30～70℃，混合转速为200～400r/min，混合时间为20～60min。
所述步骤3)中，分散液中，碳酸钙的浓度为0.015～0.020g/ml，碳酸钙与步骤1)中的海藻酸铷溶液或者步骤2)中的海藻酸盐溶液的混合体积比为1:(1～3)搅拌速度为200～400r/min，搅拌时间为10～40min。
所述步骤4)中，葡萄糖酸内酯与碳酸钙的摩尔比为1:(1.5～2.5)，交联反应时间为0.5～2h，搅拌速度为200～400r/min。
所述的水凝胶医用辅料在治疗糖尿病创面中的应用。
所述的海藻酸为从Alfa购买，货号为A17582，CAS号为9005-32-7，相对分子量为176。
所述的海藻酸钠的从Alfa购买，货号为A18565，CAS号为9005-38-3，相对分子量为198。
本发明的有益效果：1)本发明采用了碳酸钙作为交联剂，利用碳酸钙在水溶液中是不溶于水的特性，向预交联溶液中加入葡萄糖酸内酯，使钙离子缓慢释放，从而达到控制交联速度的目的，使制备的水凝胶敷料更为均匀。2)本发明利用铷离子的抗氧化、促进细胞新陈代谢和抑制细菌生长的作用，将铷离子引入到水凝胶中，增强水凝胶敷料的抗菌性，可加速细胞的增长，促进创面的愈合。3)本发明水凝胶敷料的原料均为无毒且生物相容的，而且整个反应体系为水性反应体系，因而本发明的水凝胶敷料具有无毒，不易致敏适用于各类肤质的特性。
附图说明
图1对比例1、实施例1和实施例2中的水凝胶敷料的红外光谱图。
图2对比例1、实施例1和实施例2中的水凝胶敷料的SEM图(a)对比例10Rb-CA；(b)实施例1 50Rb-CA；(c)实施例2 100Rb-CA。
图3对比例1、实施例1和实施例2中的水凝胶敷料的EDS图(a)对比例10Rb-CA；(b)实施例1 50Rb-CA；(c)实施例2 100Rb-CA。
图4对比例1、实施例1和实施例2中的抑菌效果图(a)对比例10Rb-CA；(b)实施例150Rb-CA；(c)实施例2 100Rb-CA。
图5创面愈合效果图。
图6创面愈合趋势的曲线图。
具体实施方式
实施例1
将海藻酸0.675g与碳酸铷0.4435g溶于25ml的去离子水中，在40℃和400r/min的搅拌速度下，磁力搅拌反应30min(反应过程中产生大量气泡，随着反应时间的延长，气泡逐渐消失)，得到海藻酸铷溶液。
将0.1520g海藻酸钠溶解于5ml去离子水中，得到海藻酸钠溶液，接着向海藻酸钠溶液中加入5ml的海藻酸铷溶液，然后40℃和400r/min的搅拌速度下，磁力搅拌20min，使两者混合均匀，得到海藻酸盐溶液。
将0.0829g碳酸钙分散于5ml的40℃去离子水中，得到分散液。将5ml的分散液倒入的海藻酸盐溶液(10ml)中，混合均匀后，得到预交联溶液。
将0.3248g葡萄糖酸内酯GDL，加入到上述预交联溶液(15ml)中，300r/min的搅拌速度下，交联反应0.5h，反应完成后得到水凝胶医用辅料50Rb-CA。
对比例1
将0.3040g海藻酸钠溶解于10ml去离子水中，然后40℃和400r/min的搅拌速度下，磁力搅拌20min，使海藻酸钠溶解完全，得到海藻酸钠溶液。
将0.0829g碳酸钙分散于5ml的40℃去离子水中，得到分散液。将5ml的分散液倒入海藻酸钠溶液(10ml)中，混合均匀后，得到预交联溶液。
将0.3248g葡萄糖酸内酯GDL，加入到上述预交联溶液(15ml)中，300r/min的搅拌速度下，交联反应0.5h，反应完成后得到水凝胶医用辅料0Rb-CA。
实施例2
将海藻酸0.675g与碳酸铷0.4435g溶于25ml的去离子水中，在40℃和400r/min的搅拌速度下，磁力搅拌反应30min(反应过程中产生大量气泡，随着反应时间的延长，气泡逐渐消失)，得到海藻酸铷溶液。
将0.0829g碳酸钙分散于5ml的40℃去离子水中，得到分散液。将5ml的分散液倒入的海藻酸铷溶液(10ml)中，混合均匀后，得到预交联溶液。
将0.3248g葡萄糖酸内酯GDL，加入到上述预交联溶液(15ml)中，300r/min的搅拌速度下，交联反应0.5h，反应完成后得到水凝胶医用辅料100Rb-CA。
实施例3
(1)红外图谱分析
将对比例1、实施例1和实施例2制备的水凝胶敷料进行红外测试，其结果如图1所示，从图1可知：对比例1、实施例1和实施例2均在3447cm-1、1613cm-1和1470cm-1的附近有特征吸收峰，分别对应了海藻酸中的O-H的伸缩振动、羧基的伸缩振动和羰基的伸缩振动。比对对比例1、实施例1和实施例2的峰值，发现含铷的水凝胶敷料(实施例1和2)，随着铷含量增加，整体峰值增强，整体峰的位置逐渐往左偏移，因此我们推断：加入铷并没有改变海藻酸钙水凝胶官能团成分，但是含铷海藻酸钙水凝胶增强了化学极性。
(2)微观形貌和元素分析
将对比例1、实施例1和实施例2制备的水凝胶敷料的横截面进行SEM测试和EDS测试。
其SEM测试结果如图2所示，从图2可知，所有水凝胶敷料为均匀的片层网状结构，存在着许多的孔洞，这样的结构有利于细胞的粘附和增殖，而且其微观结构非常的均一，说明本发明的交联方法，可制得均匀的水凝胶敷料。比较图2(a)、2(b)和2(c)，可以看出其微观的形貌基本一致，说明铷盐的加入不会影响水凝胶敷料的结构。
其EDS测试结构如图3所示，比较图3(a)、3(b)和3(c)可知，随着铷盐增加的越来越多，铷元素的吸收峰就越强，说明实施例1和实施例2成功将铷元素引入到了水凝胶敷料中。
(3)抗菌活性分析
抗菌活性的评价采用的方法为滤纸片法，采用的菌种为糖尿病足溃疡伤口典型两种菌：铜绿假单胞与金黄色葡萄球菌。观察细菌培养12h后的抑菌圈直径。
对比例1、实施例1和实施例2的抑菌效果图，如图4所示。0Rb-CA敷料(对比例1)对铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为5.45±0.36mm和2.0±0.17mm；50Rb-CA敷料(实施例1)对铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为11.63±0.58mm和8.2±0.55mm；100Rb-CA敷料(实施例2)对铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为15.1±0.52mm和11.8±0.47mm；说明水凝胶敷料中铷的含量越大，抑菌圈直径越大，抑菌效果越好。而且根据抑菌作用的效果评价标准，抑菌圈直径小如7mm，会视为无抗菌效果，说明如果没有铷盐的添加，海藻酸钠水凝胶的抗菌效果是明显不足的。
(4)对糖尿病创面的愈合效果评价
为了避免细菌，整个过程在湘雅SPF级别实验室进行，从中南大学动物医学部购置28只四周龄SD大鼠，分为四组，每组7只(Blank,0Rb-CA,100Rb-CA,德国进口海藻酸水凝胶Hartmann Sorbalgon)，第一周熟悉环境，正常饲养，从第二周到第三周的每天喂食高糖高脂饲料，第四周开始连续5天按照比例(60mg/kg,pH 4.2)注射链脲佐菌素(STZ，SigmaAldrich,当2天后测试血糖大于等于250mg/dl，视为造模成功。
小鼠创面早期愈合效果，如图5所示，从图5可知，随着时间的推移，整体的伤口面积逐步减小，从创面减小的趋势来看，实施例2制备的100Rb-CA，治愈速率最快。从图6的具体愈合曲线图可知，11天后，Blank组的伤口愈合率最小，仅为47.4％。而HartmannSorbalgon组的伤口愈合情况在7天前均好于0Rb-CA组和100Rb-CA组，但在11天时的愈合程度(91.2％)小于100Rb-CA组(95.1％)，大于0Rb-CA(87.5％)。由此可见，含铷海藻酸盐水凝胶虽然在初始的几天效果相比于国外产品HartmannSorbalgon稍显不足，但是7天之后无论是伤口愈合的速率还是第11天的伤口愈合率都高于国外产品Hartmann Sorbalgon。由此可见，含铷海藻酸盐水凝胶对于伤口愈合的效果很好，不逊于国外产品Hartmann Sorbalgon。

Claims (9)

1.一种水凝胶医用敷料的制备方法，包括以下步骤：
1)将海藻酸与碳酸铷溶解于水中，在设定温度下进行磁力搅拌反应，反应完成后，得到海藻酸铷溶液；
2)将海藻酸钠溶解于水中，得到海藻酸钠溶液，然后将海藻酸钠溶液与步骤1)中的海藻酸铷溶液进行混合，得到海藻酸盐溶液；
3)将碳酸钙均匀分散于水中后，得到分散液，将分散液加入步骤2)中的海藻酸盐溶液中或者步骤1)中的海藻酸铷溶液中，搅拌混合均匀，得到预交联溶液；
4)向步骤3)中的预交联溶液中加入葡萄糖酸内酯，接着在搅拌条件下进行交联反应，反应完成后，得到水凝胶医用敷料。
2.根据权利要求1所述的水凝胶医用敷料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，海藻酸与碳酸铷的摩尔比为2:1；海藻酸的质量浓度为0.02～0.03g/ml；海藻酸铷的摩尔浓度(1.14～1.70)×10-4mol/ml。
3.根据权利要求1或2所述的水凝胶医用敷料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，设定温度为20～60℃，磁力搅拌速度为200～800r/min，反应时间为10～30min。
4.根据权利要求1所述的水凝胶医用敷料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，海藻酸钠溶液的质量浓度为0.022～0.035g/ml；海藻酸钠溶液与海藻酸铷溶液进行混合时，按照钠元素与铷元素的摩尔比为(0～50):(50～100)进行混合。
5.根据权利要求1或4所述的水凝胶医用敷料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，混合温度为30～70℃，混合转速为200～400r/min，混合时间为20～60min。
6.根据权利要求1或2所述的水凝胶医用敷料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，分散液中，碳酸钙的浓度为0.015～0.020g/ml，碳酸钙与步骤1)中的海藻酸铷溶液或者步骤2)中的海藻酸盐溶液的混合体积比为1:(1～3) 。
7.根据权利要求6所述的水凝胶医用敷料的制备方法，其特征在于，搅拌速度为200～400r/min，搅拌时间为10～40min。
8.根据权利要求1所述的水凝胶医用敷料的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，葡萄糖酸内酯与碳酸钙的摩尔比为1:(1.5～2.5)，交联反应时间为0.5～2h，搅拌速度为200～400r/min。
9.根据权利要求1所述的水凝胶医用敷料在治疗糖尿病创面中的应用。
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