CN108997621A

CN108997621A - 一种用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜及其制备方法和应用

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Publication number: CN108997621A
Application number: CN201810878552.0A
Authority: CN
Inventors: 喻发全; 沈陟; 薛亚楠; 王建芝; 蔡宁; 谌伟明
Original assignee: Wuhan Institute of Technology
Current assignee: Wuhan Institute of Technology
Priority date: 2018-08-03
Filing date: 2018-08-03
Publication date: 2018-12-14
Anticipated expiration: 2038-08-03
Also published as: CN108997621B

Abstract

本发明公开了一种用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜及其制备方法和应用。本发明的共混膜，由铸膜液成型得到，所述铸膜液包含缓冲溶液、介孔二氧化硅和纤维素溶剂。该共混膜的制备方法，包括如下步骤：（1）制备缓冲溶液，pH值范围是2.2～10.1；（2）将介孔二氧化硅分散于步骤（1）所配缓冲溶液得分散液预冷后与预冷过的纤维素溶剂混合得铸膜液；（3）采用压延法并在固化液中固化得共混膜。本发明的一种敷料，以上述的共混膜为载体吸附药液。本发明的共混膜以缓冲溶液与低温对介孔二氧化硅的内外表面都有保护作用，因为孔道内填充有缓冲溶液，并未被强碱破坏，使得共混膜中的介孔二氧化硅仍有优良的吸附性能以及缓释性能。

Description

一种用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及功能高分子材料技术领域，尤其涉及一种用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜及其制备方法和应用。

背景技术

医用敷料作为伤口处的覆盖物，在伤口愈合过程中，可以替代受损的皮肤起到暂时性屏障作用，避免或控制伤口感染，提供有利于创面愈合的环境。随着糖尿病患者和慢性溃疡性伤口的増多，医用敷料的市场价値也变得越来越重要。19世纪下半叶，外科医生Gamgee发明了具有吸水性和抗菌性的 Gamgee敷料，即棉垫。自1962年英国科学家 GeorgeWinter博士发现潮湿环境有利于伤口愈合，提出“湿性伤口愈合理论”以来，使得人们对伤口愈合过程的认识有了突破性的进展，各种新式敷料得到了广泛发展，出现了薄膜、泡沫、水凝胶敷料等一系列新型敷料。而目前在我国，外科伤口仍然普遍使用纱布等传统单一敷料。随着人们生活质量的提高，外科患者对伤口愈合、舒适度等要求也相应提高，因此获得一种有利于伤口愈合和疾病康复的敷料己经成为当今科学工作者关注的问题之一。伤口愈合过程是一个复杂的过程，不同的伤口和同一个伤口不同的阶段对敷料有不同的要求，目前没有一种材料能完全满足伤口愈合过程的复杂需要。

纤维素及其衍生物作为膜材料己有相当长的历史，在膜工业中起着举足轻重的作用。纤维素是自然界中最丰富一种生物质资源，它们来源广泛，具有可再生性、可生物降解性及生物相容性等优点，天然纤维素分子及其衍生物，医药上广泛用于增稠、赋形、缓释、控释、成膜等目的。由于其原料广泛，与人体、环境的相容性好，得到人们极大的关注。

因伤口渗液以及敷料里药物的流失导致的频繁更换敷料容易损伤伤口新生肉芽并造成二次伤害，而纤维素膜具有疏松多孔的微观形貌，它不但能吸收伤口渗液，同时它的多重联通的孔道结构也能对装载于膜中的药物起到缓释作用，可以减少更换敷料的频率。如果选取适当的药物载体装载药物之后再填充于该膜的微米纳米孔道中，即可得到一种能长效释药的抗菌纤维素敷料，进一步减少更换敷料的频率。

药物缓释，就是将药物通过物化等方法负载于载体中，进入体内，通过血液或体液的循环扩散，持续而稳定的将其释放，充分发挥药效，从而达到减少服药次数而治疗病患的目的。 1992年，Mobil公司首次报道合成了有序介孔材料，有序介孔材料MCM41的应用研究就引起了人们的重视，它作为一种新型的纳米结构材料，其孔道六方有序排列、大小均匀，孔径可调，具有大比表面积和吸附量等特点，特别适于作为药物载体，近年来备受瞩目。近年来被开发出介孔二氧化硅包括M41S系列（含MCM – 41、MCM – 48、 MCM – 50），SBA-n系列（含SBA-1、SBA-2、SBA-3、SBA-6、SBA-8、SBA-12、SBA-15、SBA-16），FDU系列（FDU-1、FDU-2、FDU-5、FDU-12），KIT-5，KIT-6，AMS-8，AMS-10，FSM-16，HMS），它们都被广泛用于药物可控释放体系、基因载体、生物传感系统、细胞内标记以及和其它生物分子如蛋白质的可控缓释载体，其中应用最广泛的就是把介孔二氧化硅作为药物载体。

将介孔二氧化硅均匀添加到纤维素多孔薄膜中，联合对所载药实现双重控释作用，可实现药物长效释放。但介孔二氧化硅是酸性氧化物，在强碱性溶液中，其结构很快就会遭到破坏。另一方面，强碱/尿素溶剂体系是纤维素的环境友好、价格低廉的溶剂。因此，要将介孔二氧化硅均匀添加到纤维素溶液中在制膜，必须对介孔二氧化硅实现有效保护，使其结构不受破坏。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种吸附性能以及缓释性能好的用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜及其制备方法和应用。

本发明的一种用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜，由铸膜液成型得到，所述铸膜液包含缓冲溶液、介孔二氧化硅和纤维素溶剂，所述缓冲溶液的pH值范围为2.2～10.1。

本发明的如上述的一种用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜的制备方法，包括如下步骤：（1）制备缓冲溶液；（2）将介孔二氧化硅分散于步骤（1）所配缓冲溶液中得分散液，将其预冷，再与预冷过的纤维素溶剂混合得铸膜液；（3）将所述铸膜液倾倒于制膜模板中，采用压延法并在固化液中固化得介孔二氧化硅与纤维素共混膜。

优选的，所述缓冲溶液为磷酸盐缓冲溶液、柠檬酸盐缓冲溶液、碳酸盐缓冲溶液、醋酸盐缓冲溶液、巴比妥酸缓冲溶液或Tris缓冲溶液，所述缓冲溶液的pH值范围为3.5～6.5。

优选的，所述缓冲溶液的的摩尔浓度为0.01mol/L～0.5mol/L；所述分散液中介孔二氧化硅质量浓度为0.01wt%～20wt%。

优选的，所述纤维素溶剂中纤维素的质量浓度为0.5wt%～15wt%。所述纤维素可以为天然高分子纤维素。

优选的，步骤（2）中的分散液预冷至-10℃～5℃，维素溶液预冷至-12℃～0℃再混合。

优选的，所述介孔二氧化硅包括M41S系列、SBA-n系列、FDU系列、KIT-5、KIT-6、AMS-8，AMS-10、FSM-16、HMS、气相二氧化硅或层析硅胶。

优选的，步骤（3）中的固化液为强酸或碱金属的强酸盐溶液，质量浓度为1wt%~20wt%。

本发明的一种敷料，以上述的一种用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜为载体吸附药液。

优选的，所述药液为抗菌药、消炎镇痛药和促进伤口愈合药物中的一种或多种。

本发明的共混膜的纤维素、介孔二氧化硅易得，缓冲溶液种类繁多，缓冲溶液与低温对介孔二氧化硅的内外表面都有保护作用，因为孔道内填充有缓冲溶液，孔道得到了极好的保护，并未被强碱破坏，使得共混膜中的介孔二氧化硅仍有优良的吸附性能以及缓释性能。

纤维素与被缓冲溶液保护的介孔二氧化硅共混，最后压延法制得共混膜，方法简单易行，无毒无污染，重复性好，且不需要添加任何化学胶粘剂、引发剂和致孔剂，反应产物温和无污染，环境友好。且该共混膜因为具有极高的吸附性能，未用于医用敷料领域时，亦可把未吸附药物的该种薄膜材料应用于净化水，重金属离子吸附领域，其应用领域广泛。

本方法的敷料具有良好的生物相容性及生物学活性，并具备较高的拉伸强度，具有多孔结构，透气性、保湿性良好，不会粘连伤口，可加速上皮细胞生长，加速新微血管再生，它负载的药物通过介孔二氧化硅的介孔与纤维素薄膜本身的纳米微米孔道构成多重控制释放，具有长效杀菌抑菌作用，有可望减少更换敷料频率，并能抵抗细菌入侵，防止伤口感染，促进伤口组织愈合，使它的进一步临床应用成为可能。

附图说明

图1为实施例1所得到的介孔二氧化硅与纤维素共混膜冻干状态形貌扫描电镜图样；

图2为实施例1所得到的介孔二氧化硅与纤维素共混膜与纯纤维素膜对比释药曲线；

图3为实施例1所得到的介孔二氧化硅与纤维素共混膜与纯纤维素膜拉伸强度对比柱状图；

图4为实施例2所得到的介孔二氧化硅与纤维素共混膜与纯纤维素膜溶胀性能对比。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

一种用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜的制备方法，具体步骤如下：

1）配置0.5mol/L的磷酸盐缓冲溶液（pH=6.0）；

2）将SBA-15粒子分散于步骤1）所配缓冲溶液，浸泡48小时，得质量分数为15%的SBA-15介孔二氧化硅/磷酸盐缓冲溶液分散液，冷藏至-5℃待用；

3）配置纤维素溶剂，预冷至-12℃，然后放入纤维素，搅拌溶解，进行脱泡，除杂，最后得到质量分数为4%的纤维素溶液；

4）将步骤2）制得预冷的介孔二氧化硅/缓冲溶液分散液加入预冷至-10℃的纤维素溶液中，机械搅拌2分钟，得到SBA-15粒子质量分数为2%的铸膜液；

5）将步骤4）制得的铸膜液倾倒于制膜模板中，采用压延法并在质量浓度为5%的硫酸中固化，最后用水洗，得到具有高吸附能力疏松多孔的介孔二氧化硅与纤维素共混膜；

6）将步骤5）制得的共混膜浸泡于于质量分数为10%布洛芬的乙醇溶液之中，吸附充分后，洗涤表面，冻干。

本实施例1制得的介孔二氧化硅与纤维素共混膜可以替代受损的皮肤起到暂时性屏障作用，避免或控制伤口感染，提供有利于创面愈合的环境。

实施例2

1）配置0.2mol/L的磷酸盐缓冲溶液（pH=6.0）；

2）将SBA-15粒子分散于步骤1）所配缓冲溶液，浸泡24小时，得质量分数为10%的SBA-15介孔二氧化硅/磷酸盐缓冲溶液分散液，冷藏至-3℃待用；

3）配置纤维素溶剂，预冷至-12℃，然后放入纤维素，搅拌溶解，进行脱泡，除杂，最后得到质量分数为3.5%的纤维素溶液；

4）将步骤2）制得预冷的介孔二氧化硅/缓冲溶液分散液加入预冷至-10℃的纤维素溶液中，机械搅拌1分钟，得到SBA-15粒子质量分数为1%的铸膜液；

6）将步骤5）制得的共混膜浸泡于质量分数为10%氯霉素的乙醇溶液之中，吸附充分后，洗涤表面，冻干。

本实施例2制得的介孔二氧化硅与纤维素共混膜可以替代受损的皮肤起到暂时性屏障作用，避免或控制伤口感染，提供有利于创面愈合的环境。

实施例3

1）配置0.1mol/L的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液（pH=6.4）；

2）将MCM-41粒子分散于步骤1）所配缓冲溶液，浸泡72小时，得质量分数为5%的MCM-41介孔二氧化硅/柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液分散液，冷藏至-3℃待用；

4）将步骤2）制得预冷的介孔二氧化硅/缓冲溶液分散液加入预冷至-10℃的纤维素溶液中，机械搅拌3分钟，得到MCM-41粒子质量分数为0.5%的铸膜液；

5）将步骤4）制得的铸膜液倾倒于制膜模板中，采用压延法并在质量浓度为5%的盐酸中固化，最后用水洗，得到具有高吸附能力疏松多孔的介孔二氧化硅与纤维素共混膜；

6）将步骤5）制得的共混膜浸泡于质量分数为10%红霉素的乙醇溶液之中，吸附充分后，洗涤表面，冻干。

本实施例3制得的介孔二氧化硅与纤维素共混膜可以替代受损的皮肤起到暂时性屏障作用，避免或控制伤口感染，提供有利于创面愈合的环境。

实施例4

1）配置0.2mol/L的乙酸-乙酸钠缓冲溶液（pH=5.8）；

2）将KIT-5粒子分散于步骤1）所配缓冲溶液，浸泡72小时，得质量分数为10%的KIT-5介孔二氧化硅/乙酸-乙酸钠缓冲溶液分散液，冷藏至-6℃待用；

4）将步骤2）制得预冷的介孔二氧化硅/缓冲溶液分散液加入预冷至-10℃的纤维素溶液中，机械搅拌4分钟，得到KIT-5粒子质量分数为2%的铸膜液；

5）将步骤4）制得的铸膜液倾倒于制膜模板中，采用压延法并在质量浓度为5%的氯化钠水溶液中固化，最后用水洗，得到具有高吸附能力疏松多孔的介孔二氧化硅与纤维素共混膜；

6）将步骤5）制得的共混膜浸泡于质量分数为1%的阿莫西林溶液之中，吸附充分后，洗涤表面，冻干。

本实施例4制得的介孔二氧化硅与纤维素共混膜可以替代受损的皮肤起到暂时性屏障作用，避免或控制伤口感染，提供有利于创面愈合的环境。

实施例5

一种用缓冲溶液的介孔二氧化硅与纤维素共混制备膜的方法，具体步骤如下：

1）配置0.05mol/L的邻苯二甲酸-盐酸缓冲液缓冲溶液（pH=3.8）；

2）将FDU-5粒子分散于步骤1）所配缓冲溶液，浸泡72小时，得质量分数为10%的FDU-5介孔二氧化硅/邻苯二甲酸-盐酸缓冲溶液分散液，冷藏至-6℃待

4）将步骤2）制得预冷的介孔二氧化硅/缓冲溶液分散液加入预冷至-10℃的纤维素溶液中，机械搅拌2分钟，得到FDU-5粒子质量分数为3%的铸膜液；

6）将步骤5）制得的共混膜浸泡于质量分数为1%的生长因子溶液之中，吸附充分后，洗涤表面，冻干。

本实施例5制得的介孔二氧化硅与纤维素共混膜可以替代受损的皮肤起到暂时性屏障作用，避免或控制伤口感染，提供有利于创面愈合的环境。

实施例6

1）配置0.05mol/L的甘氨酸-盐酸缓冲液缓冲溶液（pH=3.6）；

2）将SBA-15粒子分散于步骤1）所配缓冲溶液，浸泡72小时，得质量分数为10%的SBA-15介孔二氧化硅/甘氨酸-盐酸缓冲溶液分散液，冷藏至-6℃待用；

4）将步骤2）制得预冷的介孔二氧化硅/缓冲溶液分散液加入预冷至-10℃的纤维素溶液中，机械搅拌2分钟，得到SBA-15粒子质量分数为3%的铸膜液；

6）将步骤5）制得的共混膜浸泡于质量分数为1%的头孢溶液之中，吸附充分后，洗涤表面，冻干。

本实施例6制得的介孔二氧化硅与纤维素共混膜可以替代受损的皮肤起到暂时性屏障作用，避免或控制伤口感染，提供有利于创面愈合的环境。

对比例1

无任何保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜的制备方法，具体步骤如下：

1）配置纤维素溶剂;

2）将SBA-15粒子超声分散于步骤1）所得纤维素溶剂中，SBA-15质量分数为1%，预冷至-12℃；

3）将步骤2）所得预冷至-12℃的SBA-15/纤维素溶剂中放入纤维素，搅拌溶解，最后得到SBA-15质量分数为1%，纤维素质量分数为4%的铸膜液；

4）将步骤3）制得的铸膜液倾倒于制膜模板中，采用流延法在质量分数为5%的硫酸中固化，最后用水洗涤除酸除盐，得到无保护的SBA-15与纤维素共混膜。

对比例2

一种纯纤维膜的制备方法，具体步骤如下：

1）配置纤维素溶剂，预冷至-12℃，然后放入纤维素，搅拌溶解，进行脱泡，除杂，最后得到质量分数为4%的纤维素溶液；

2）将步骤1）制得的铸膜液倾倒于制膜模板中，采用压延法并在质量浓度为5%的硫酸中固化，最后用水洗，得到纯纤维素膜；

3）将步骤2）制得的纤维素膜浸泡于质量分数为10%布洛芬的乙醇溶液之中，吸附充分后，洗涤表面，冻干。

图1为实施例1所得到的介孔二氧化硅与纤维素共混膜冻干状态形貌扫描电镜图样，可以看出，本发明制得的介孔二氧化硅与纤维素共混膜呈现微纳米的孔道结构，介孔二氧化硅裸露在纤维素孔道之中，说明介孔二氧化硅的引入并没有改变纤维素膜的天然孔结构，同时通过共混在纤维素中引入介孔二氧化硅并未被纤维素包裹死使它失活，并且图样里的SBA-15介孔二氧化硅表面形貌完好，没有被强碱破坏，说明低温环境以及缓冲溶液确实对它起到了保护作用。

表1为实施例2所得到的介孔二氧化硅与纤维素共混膜灼烧后得到的SBA-15介孔二氧化硅粒子和对比例1得到的无缓冲溶液与低温保护而与纤维素共混粒子灼烧后所得粒子与共混前该粒子的比表面积以及孔径对比表格，被缓冲溶液与低温保护的介孔二氧化硅与原始粒子之间的比表面积、孔径、孔容差别极小，而与没有被缓冲溶液与低温保护的介孔二氧化硅粒子相比差别较大，说明缓冲溶液与低温对该粒子的内外表面都有保护作用，因为孔道内填充有缓冲溶液，孔道得到了极好的保护，并未被强碱破坏，使得共混膜中的该粒子仍有优良的吸附性能以及缓释性能。

图2为实施例1所得到的介孔二氧化硅与纤维素共混膜与对比例2所得纯纤维素膜对比释药曲线，说明该共混膜相较于未添加介孔二氧化硅的纯纤维素膜能更长效稳定释药。

图3为实施例2所得到的介孔二氧化硅与纤维素共混膜与对比例2所得纯纤维素膜拉伸强度对比柱状图，从中可以看出随着膜中介孔二氧化硅的引入，共混膜相对于纯纤维素膜的机械强度有了较大提高。

图4为实施例2所得到的介孔二氧化硅与纤维素共混膜与对比例2所得纯纤维素膜溶胀性能对比，从中可以看出，介孔二氧化硅与纤维素共混膜相对于纯纤维素膜有了一定提高，这增加了它吸收伤口渗液的能力。

本方法制备的敷料具有良好的生物相容性及生物学活性，并具备较高的拉伸强度，具有多孔结构，透气性、保湿性良好，不会粘连伤口，可加速上皮细胞生长，加速新微血管再生，它负载的药物通过介孔二氧化硅的介孔与纤维素薄膜本身的纳米微米孔道构成多重控制释放，具有长效杀菌抑菌作用，可减少更换敷料频率，并能抵抗细菌入侵，防止伤口感染，促进伤口组织愈合，使它的进一步临床应用成为可能。

该薄膜材料因为具有极高的吸附性能，亦可把未吸附药物的该种薄膜材料应用于净化水，重金属离子等吸附领域。

表1

以上未涉及之处，适用于现有技术。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims

1.一种用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜，其特征在于：由铸膜液成型得到，所述铸膜液包含缓冲溶液、介孔二氧化硅和纤维素溶剂，所述缓冲溶液的pH值范围为2.2～10.1。

2.如权利要求1所述的一种用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）制备缓冲溶液；（2）将介孔二氧化硅分散于步骤（1）所配缓冲溶液得分散液预冷后与预冷过的纤维素溶剂混合得铸膜液；（3）将所述铸膜液倾倒于制膜模板中，采用压延法并在固化液中固化得介孔二氧化硅与纤维素共混膜。

3.如权利要求2所述的一种用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜的制备方法，其特征在于：所述缓冲溶液为磷酸盐缓冲溶液、柠檬酸盐缓冲溶液、碳酸盐缓冲溶液、醋酸盐缓冲溶液、巴比妥酸缓冲溶液或Tris缓冲溶液，所述pH值范围为3.5～6.5。

4.如权利要求2所述的一种用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜的制备方法，其特征在于：所述缓冲溶液的的摩尔浓度为0.01mol/L～0.5mol/L；所述分散液中介孔二氧化硅质量浓度为0.01wt%～20wt%。

5.如权利要求2所述的一种用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜的制备方法，其特征在于：所述纤维素溶剂中纤维素的质量浓度为0.5wt%～15wt%。

6.如权利要求2所述的一种用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中的分散液预冷至-10℃～5℃，维素溶液预冷至-12℃～0℃再混合。

7.如权利要求2所述的一种用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜的制备方法，其特征在于：所述介孔二氧化硅包括M41S系列、SBA-n系列、FDU系列、KIT-5、KIT-6、AMS-8，AMS-10、FSM-16、HMS、气相二氧化硅或层析硅胶。

8.如权利要求2所述的一种用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜的制备方法，其特征在于：步骤（3）中的固化液为强酸或碱金属的强酸盐溶液，质量浓度为1wt%~20wt%。

9.一种敷料，其特征在于：以权利要求1～8所述的一种用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜为载体吸附药液。

10.如权利要求9所述的一种敷料，其特征在于：所述药液为抗菌药、消炎镇痛药和促进伤口愈合药物中的一种或多种。