CN109384943B - 抗菌性高强度壳聚糖/肝素钠离子复合物自组装水凝胶膜的制备方法 - Google Patents

抗菌性高强度壳聚糖/肝素钠离子复合物自组装水凝胶膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗菌性高强度壳聚糖/肝素钠离子复合物自组装水凝胶膜的制备方法，先配制CS水溶液、HAS水溶液和醋酸水溶液，再将CS溶液和HAS溶液滴加进醋酸溶液中实现自组装过程，恒温蒸干水分得到干燥薄膜。将薄膜在去离子水中溶胀平衡，即得CS/HAS水凝胶薄膜。一方面，CS分子链可与HAS分子链通过静电吸引作用形成离子复合物；另一方面，CS分子链上多余的游离氨基之间可以形成氢键。由于静电吸引作用和氢键的协同作用，使形成的水凝胶薄膜具有高强度与韧性，同时，得到的CS/HAS水凝胶薄膜还具有良好的抗菌性。本发明的制备过程操作简便，可用作伤口敷料或生物表皮组织替代品，具有广阔的应用前景。

Description

抗菌性高强度壳聚糖/肝素钠离子复合物自组装水凝胶膜的 制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体的说是一种抗菌性高强度离子复合物水凝胶膜的制备方法。
背景技术
水凝胶是由亲水性聚合物构成的具有三维网状结构的高含水材料，柔软且有较好的弹性。由于这一与生物体软组织相似的特性，水凝胶在组织工程领域有着广泛的潜在应用。近年来，以水凝胶作为医用敷料、人工皮肤等研究成为国内外研究者的热点。然而，传统的水凝胶多以化学交联法制备，机械性能较低，且在凝胶网络发生破坏后难以修复，无法满足生物医学中的应用要求。因此为了赋予水凝胶自修复性能，越来越多地引入物理交联网络。Liu等人Liu,X.,et al.(2017). "Rapidly self-recoverable and fatigue-resistant hydrogels toughened by chemical crosslinking and hydrophobicassociation."European Polymer Journal 89:185-194. 通过引入化学交联和物理相互作用，设计出了优异韧性的物理/化学杂化双交联水凝胶。共聚物分子链之间通过化学交联形成的网络可以赋予水凝胶足够的强度，保持稳定的形态，同时引入疏水单体间形成的疏水缔合作用作为动态交联中心，提供了一种有效地能量消耗机制。合成的杂化双交联水凝胶具有良好的韧性和抗疲劳性能，但未见报道其具有良好的拉伸强度。Hu等人Hu,Y.,etal.(2018) "Dual-Crosslinked Amorphous Polysaccharide Hydrogels Based onChitosan/Alginate for Wound Healing Applications."Macromolecular RapidCommunications (2018):e1800069.通过Ca2+作为物理交联剂设计了双物理交联复合水凝胶。一方面，聚阳离子聚合物壳聚糖与聚阴离子聚合物海藻酸钠通过静电吸引作用形成物理交联。另一方面，Ca2+与海藻酸钠分子链上的羧基形成配位。通过这种方法合成的水凝胶可以作为表皮生长因子的良好载体，促进细胞增殖和伤口愈合的进程。但是Ca2+与海藻酸钠的配位作用主导而抑制了分子链间的静电吸引作用，这种水凝胶的强度较弱(储能模量小于1.5kPa)，大大限制了其在多种场合的应用。 Yu等人Yu,H.C.,et al.(2018)."Ultrathinκ-carrageenan/chitosan hydrogel films with high toughness and anti-adhesionproperty."Acs Appl Mater Interfaces 10(10):9002-9009.采用带相反电荷的壳聚糖(CS)与卡拉胶(κ-CG)制备了具有良好韧性和抗细胞粘附性能的多糖基水凝胶薄膜。除CS与κ-CG分子链之间形成的静电吸引作用之外，CS分子链间和κ-CG分子链间也形成了氢键。通过离子键与氢键的协同作用，赋予了水凝胶薄膜优异的自修复性能(拉伸后静置2 h的自修复效率达到90％)。然而，由于CS与κ-CG的均为高分子量多糖(分子量均在10万以上)，这样分子链间无规线团的缠结非常严重，也会抑制了分子链单元配对的静电吸引作用，这样该优选复合比的水凝胶的含水率相对较低(约为 60％)，韧性也相对较小(破坏应变约为90％)，限制了其在生物组织修复材料方面的应用。
之前的研究表明，多相聚合物之间只有形成适当的拓扑结构才会实现较高的机械性能。传统多相水凝胶多通过自由基聚合制备，难以控制均匀的聚合效果。而通过聚阴、阳离子天然聚合物在适当条件下自组装形成离子复合物高性能水凝胶，已成为一项迫切和重要的工作。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、操作易控、原料易得、成本较低、周期较短的高强度、高韧性的离子复合物水凝胶薄膜的制备方法。
技术方案的具体步骤如下：
1)将壳聚糖(CS)、醋酸(HAc)加入去离子水中，在搅拌溶解后得到透明的溶液；
2)将肝素钠(HAS)加入去离子水中，在搅拌溶解后得到透明的溶液；
3)将HAc加入去离子水中，在搅拌溶解后得到透明的溶液；
4)将步骤(1)和步骤(2)得到的溶液同时滴加到步骤(3)所得溶液中，滴加的同时搅拌，得到均一的白色乳液，将所得乳液倒入模具中，恒温蒸干水分以得到干燥的CS/HAS薄膜，将所得CS/HAS薄膜在去离子水中溶胀平衡，得到 CS/HAS水凝胶薄膜。
优选地，所述步骤(4)得到的白色乳液中，HAS与CS的质量比为10：(6～10)。
优选地，步骤(4)中，同一时间CS与HAS的加入到步骤(3)所得溶液中的质量之比为10：(6～10)。
优选地，步骤(4)中，CS与HAS溶液的滴加速度均为0.25～0.5mL/min。
优选地，所述步骤(1)得到的混合溶液中，CS的质量分数为：2g/L，HAc 的质量分数为6～10g/L。
优选地，所述步骤(2)得到的混合溶液中，HAS的质量分数为1.2～2g/L。
优选地，所述步骤(3)中，HAc的质量浓度为6～10g/L。
优选地，所述步骤(1)和步骤(2)中搅拌溶解的温度为40～50℃，搅拌速度为300～500RPM，搅拌时间为0.5～1.5小时。
优选地，所述步骤(3)中控制搅拌时的温度为25℃，搅拌速度为300～500 RPM，搅拌时间为0.5～1.5小时。
所述步骤(4)中搅拌溶解的温度为室温，搅拌速度为300～500RPM，搅拌时间为8～10小时。
所述步骤(4)中控制溶液蒸干时的温度为60～80℃。
一种抗菌性高强度壳聚糖/肝素钠(CS/HAS)离子复合物自组装水凝胶薄膜，采用上述方法制备得到。
本发明还公开了上述抗菌性高强度壳聚糖/肝素钠(CS/HAS)离子复合物自组装水凝胶薄膜在伤口敷料及生物表皮组织替代品中的应用。
本发明通过聚阳离子电解质CS和聚阴离子电解质HAS之间的静电吸引作用制备离子复合物自组装水凝胶薄膜。在制备过程中，CS分子链上质子化的氨基和HAS分子链上的磺酸基之间通过强的静电吸引作用形成离子复合物，同时 CS分子链上还存在游离的质子化氨基。将干燥的薄膜在去离子水中溶胀平衡的过程中，随着薄膜中的HAc不断地被透析出来，CS分子链上的游离氨基之间形成了氢键。静电吸引作用和氢键的协同作用，赋予了该水凝胶薄膜优异的机械性能。在外界应力下，静电吸引作用提供了有效的能量耗散机制，使水凝胶薄膜具有好的韧性，氢键作用则为水凝胶薄膜提供了较高的模量与强度。同时，两种物理交联作用均可以在破坏时自发地重新形成，从而使该水凝胶表现出优异的自修复性能。本发明制备的离子复合物水凝胶薄膜无需化学交联剂，也能够有效避免引入化学交联所带来的种种问题。制备工艺简单易控，制备的水凝胶结构均匀，具有自由成型、高强度、高韧性与自修复等优点，这将成为制备一种抗菌性高强度离子复合物自组装水凝胶薄膜的普遍方法。
发明人在实验中发现：HAS质量分数过低时，制得的CS/HAS水凝胶薄膜强度低，性能不稳定；HAS质量分数过高时，水凝胶薄膜难以成型，不易制备。 HAc的作用是提供pH 6.3以下的弱酸环境，促进CS分子链上氨基发生质子化，使CS溶解。HAc的质量分数过高，影响CS与HAS分子链间离子复合物的形成；过低则无法使CS溶解，无法形成均一的溶液。
此外，本发明采用的原料CS和HAS均为天然多糖类高分子。所述CS是几丁质的脱乙酰产物，而几丁质是一种含氮多糖类生物性高分子，广泛来源于甲壳类动物的外壳和软体动物的器官中。CS分子链上含有大量的游离氨基，在弱酸环境中，这些氨基可以发生质子化而使CS分子链带大量正电荷，与带负电荷的细菌细胞表面结合，可以影响细胞膜的通透性，造成细胞成分的泄露，甚至破坏细胞膜，从而导致细菌细胞的死亡。水凝胶膜中大量壳聚糖分子链的存在，可以有效阻止细菌初始粘附，实现阻止细菌粘附作用。所述HAS是一种黏多糖类物质，是由猪、牛、羊的肠黏膜中提取得到的硫酸氨基葡萄糖的钠盐。HAS分子链上含有大量带负电荷的磺酸基团，而趋化因子表面则由于具有大量的氨基酸残基而带正电荷。在创口表面，HAS可以通过静电吸引作用吸附趋化因子，调控免疫细胞迁移能力，调控伤口部位的宿主免疫反应，从而起到降低炎症，促进肉芽组织以及组织的形成，促进伤口愈合的效果。将CS/HAS复合薄膜作为医用敷料贴合在创口表面。愈合初期，薄膜上带正电的CS接触创面，CS能促进凝血和血栓的形成，对伤口有一定的凝血止血效果。随着创口逐渐愈合，薄膜中CS 与HAS之间的电荷相互作用减弱，部分带负电荷的HAS接触创面，HAS可以促进部分恢复伤口的血液循环，利于伤口修复。通用的CS分子量约在10万以上，分子链在溶液中的运动能力较弱；而通用的HAS分子量约在1.5万，分子链在溶液中的运动能力较强。这样配制的两种多糖电解质溶液同时滴加到溶液中，两种分子链单元的正、负电荷配对的静电吸引作用会抑制分子链间的缠结，这样通过电荷作用组装得到的CS/HAS会在充分搅拌溶解后得到均一的白色乳液，乳液通过控制工艺条件的干燥与溶胀过程就可以得到复合物水凝胶膜。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和显著进步：
1)本发明制备工艺极其简单，可控性好，工艺条件简便，生产成本低、原料易得，产品性能稳定，可实现大规模工业应用。
2)本发明利用稀溶液环境在较小分子量且具有调控免疫细胞迁移能力的 HAS阴离子聚合物与较大分子量具有阻止细菌粘附的CS阳离子聚合物之间产生强的静电吸引作用，自组装得到水凝胶薄膜。不仅避免了惯常自由基聚合中聚合效果和交联剂、引发剂用量等的影响，也保证了水凝胶高含水的特性。同时由于静电吸引作用和氢键的协同作用，使形成的水凝胶薄膜具有高强度、高韧性和优异的自修复性能，可用作伤口敷料或生物表皮组织替代品，具有广阔的应用前景。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1是蒸干水分后，干燥CS/HAS薄膜中的分子形态示意图；
图2是在去离子水中溶胀平衡后，CS/HAS水凝胶薄膜中的分子形态示意图；
图3是CS的抑菌作用和HAS吸附趋化因子的作用机理图；
图4是CS/HAS薄膜与琼脂(Agar)、海藻酸钠(SA)凝胶的抑菌性能对比图，其中图(a)，(c)，(e)分别为CS/HAS薄膜、Agar、SA凝胶在恒温恒湿箱中培养一天时的状态；图(b)，(d)，(f)分别为CS/HAS薄膜、Agar、SA凝胶在恒温恒湿箱中培养七天时的状态；
图5是图1、2、3中各符号所代表的物质或结构。
具体实施方式
实施例1
步骤1)：分别称取0.2g CS(2g/L)、1mL HAc(10g/L)于三口烧瓶中，加入99mL去离子水，在45℃水浴中高速搅拌1小时，得到均匀透明的溶液。
步骤2)：称取0.12g HAS(1.2g/L)于三口烧瓶中，加入100mL去离子水，在45℃水浴中高速搅拌1小时，得到均匀透明的溶液。
步骤3)：称取0.5mL HAc(10g/L)于三口烧瓶中，加入49.5mL去离子水，在25℃水浴中高速搅拌1小时，得到均匀透明的溶液。
步骤4)：将步骤(1)和步骤(2)得到的溶液以同样的速率(0.25mL/min) 同时滴加到步骤(3)所得溶液中，在25℃水浴中高速搅拌8小时，得到均一的白色乳液。将乳液倒入模具中，在真空干燥箱中，60℃恒温蒸干水分以得到 CS/HAS薄膜。将CS/HAS薄膜在去离子水中溶胀平衡，得到CS/HAS水凝胶薄膜。
实验测得本实施例所得的抗菌性高强度离子复合物CS/HAS水凝胶薄膜的拉伸强度对为1.156MPa，断裂伸长率为30.68％，含水率为91.2％。
实施例2
步骤1)：分别称取0.2g CS(2g/L)、1mL HAc(10g/L)于三口烧瓶中，加入99mL去离子水，在45℃水浴中高速搅拌1小时，得到均匀透明的溶液。
步骤2)：称取0.14g HAS(1.4g/L)于三口烧瓶中，加入100mL去离子水，在45℃水浴中高速搅拌1小时，得到均匀透明的溶液。
步骤3)：称取0.5mL HAc(10g/L)于三口烧瓶中，加入49.5mL去离子水，在25℃水浴中高速搅拌1小时，得到均匀透明的溶液。
步骤4)：将步骤(1)和步骤(2)得到的溶液以同样的速率(0.25mL/min) 同时滴加到步骤(3)所得溶液中，在25℃水浴中高速搅拌8小时，得到均一的白色乳液。将乳液倒入模具中，在真空干燥箱中，60℃恒温蒸干水分以得到 CS/HAS薄膜。将CS/HAS薄膜在去离子水中溶胀平衡，得到CS/HAS水凝胶薄膜。
实验测得本实施例所得的抗菌性高强度离子复合物CS/HAS水凝胶薄膜的拉伸强度对为8.552MPa，断裂伸长率为133.7％，含水率为97.8％。
将所得CS/HAS水凝胶薄膜高温灭菌后，在37℃，湿度为80％的恒温恒湿箱中放置七天。实验观察到，本实施例所得的抗菌性高强度离子复合物CS/HAS 水凝胶薄膜在培养过程中未出现明显菌落。
实施例3
步骤1)：分别称取0.2g CS(2g/L)、1mL HAc(10g/L)于三口烧瓶中，加入99mL去离子水，在45℃水浴中高速搅拌1小时，得到均匀透明的溶液。
步骤2)：称取0.16g HAS(1.6g/L)于三口烧瓶中，加入100mL去离子水，在45℃水浴中高速搅拌1小时，得到均匀透明的溶液。
步骤3)：称取0.5mL HAc(10g/L)于三口烧瓶中，加入49.5mL去离子水，在25℃水浴中高速搅拌1小时，得到均匀透明的溶液。
步骤4)：将步骤(1)和步骤(2)得到的溶液以同样的速率(0.25mL/min) 同时滴加到步骤(3)所得溶液中，在25℃水浴中高速搅拌8小时，得到均一的白色乳液。将乳液倒入模具中，在真空干燥箱中，60℃恒温蒸干水分以得到 CS/HAS薄膜。将CS/HAS薄膜在去离子水中溶胀平衡，得到CS/HAS水凝胶薄膜。
实验测得本实施例所得的抗菌性高强度离子复合物CS/HAS水凝胶薄膜的拉伸强度对为5.243MPa，断裂伸长率为83.9％，含水率为90.7％。
实施例4
步骤1)：分别称取0.2g CS(2g/L)、1mL HAc(10g/L)于三口烧瓶中，加入99mL去离子水，在45℃水浴中高速搅拌1小时，得到均匀透明的溶液。
步骤2)：称取0.18g HAS(1.8g/L)于三口烧瓶中，加入100mL去离子水，在45℃水浴中高速搅拌1小时，得到均匀透明的溶液。
步骤3)：称取0.5mL HAc(10g/L)于三口烧瓶中，加入49.5mL去离子水，在25℃水浴中高速搅拌1小时，得到均匀透明的溶液。
步骤4)：将步骤(1)和步骤(2)得到的溶液以同样的速率(0.25mL/min) 同时滴加到步骤(3)所得溶液中，在25℃水浴中高速搅拌8小时，得到均一的白色乳液。将乳液倒入模具中，在真空干燥箱中，60℃恒温蒸干水分以得到 CS/HAS薄膜。将CS/HAS薄膜在去离子水中溶胀平衡，得到CS/HAS水凝胶薄膜。
实验测得本实施例所得的抗菌性高强度离子复合物CS/HAS水凝胶薄膜的拉伸强度对为1.382MPa，断裂伸长率为78.3％，含水率为87.8％。
实施例5
步骤1)：分别称取0.2g CS(2g/L)、1mL HAc(10g/L)于三口烧瓶中，加入99mL去离子水，在45℃水浴中高速搅拌1小时，得到均匀透明的溶液。
步骤2)：称取0.2g HAS(2g/L)于三口烧瓶中，加入100mL去离子水，在45℃水浴中高速搅拌1小时，得到均匀透明的溶液。
步骤3)：称取0.5mL HAc(10g/L)于三口烧瓶中，加入49.5mL去离子水，在25℃水浴中高速搅拌1小时，得到均匀透明的溶液。
步骤4)：将步骤(1)和步骤(2)得到的溶液以同样的速率(0.25mL/min) 同时滴加到步骤(3)所得溶液中，在25℃水浴中高速搅拌8小时，得到均一的白色乳液。将乳液倒入模具中，在真空干燥箱中，60℃恒温蒸干水分以得到 CS/HAS薄膜。将CS/HAS薄膜在去离子水中溶胀平衡，得到CS/HAS水凝胶薄膜。
实验测得本实施例所得的抗菌性高强度离子复合物CS/HAS水凝胶薄膜的拉伸强度对为0.542MPa，断裂伸长率为79.6％，含水率为80.5％。
对比例1
步骤1)：分别称取0.2g CS(2g/L)、1mL HAc(10g/L)于三口烧瓶中，加入99mL去离子水，在45℃水浴中高速搅拌1小时，得到均匀透明的溶液。
步骤2)：称取0.9g氯化钠(NaCl)(9g/L)、100mL去离子水于三口烧瓶中，25℃搅拌30分钟，得到均匀透明的溶液。
步骤3)：将步骤(1)所得溶液倒入模具中，在真空干燥箱中，60℃恒温蒸干水分以得到CS薄膜。将CS薄膜在0.9wt％的NaCl溶液中溶胀平衡，得到CS 水凝胶薄膜。
实验测得本对比例所得的CS水凝胶薄膜的拉伸强度为0.380MPa，断裂伸长率为7.2％，含水率为30.4％。
对比例2
步骤1)：分别称取0.2g CS(2g/L)、1mL HAc(10g/L)于三口烧瓶中，加入99mL去离子水，在45℃水浴中高速搅拌1小时，得到均匀透明的溶液。
步骤2)：称取2g戊二醛(GA)(20g/L)加入步骤(1)所得溶液中，在 45℃水浴中高速搅拌1小时，得到均匀透明的溶液。
步骤3)：将步骤(2)所得溶液倒入模具中，在真空干燥箱中，60℃恒温蒸干水分以得到化学交联的CS薄膜。将化学交联的CS薄膜在去离子水中溶胀平衡，得到化学交联CS水凝胶薄膜。
实验测得本对比例所得的化学交联CS水凝胶薄膜的拉伸强度为1.584MPa，断裂伸长率为48.64％，含水率为21.3％。
对比例3
步骤1)：称取4g海藻酸钠(SA)(40g/L)于三口烧瓶中，加入100mL 去离子水，在80℃水浴中搅拌1小时，得到均匀透明的溶液。
步骤2)：将步骤(1)所得溶液倒入模具中，室温静置12小时，得到SA水凝胶。
将所得到的SA水凝胶高温灭菌后，在37℃，湿度为80％的恒温恒湿箱中，放置七天。实验观察到，本对比例所得的SA水凝胶在培养过程中出现明显菌落。
对比例4
步骤1)：称取5g琼脂(Agar)(50g/L)于三口烧瓶中，加入100mL去离子水，在80℃水浴中搅拌1小时，得到均匀透明的溶液。
步骤2)：将步骤(1)所得溶液倒入模具中，室温静置12小时，得到Agar 水凝胶。
将所得到的Agar水凝胶高温灭菌后，在37℃，湿度为80％的恒温恒湿箱中，放置七天。实验观察到，本对比例所得的Agar水凝胶在培养过程中出现明显菌落。
对实施例1～5、对比例1～2中水凝胶薄膜进行拉伸测试，各产物拉伸强度、断裂伸长率及含水率如下表1：
表1：抗菌性高强度水凝胶薄膜的拉伸强度与断裂伸长率
Figure RE-GDA0001865592060000091
通过表格中的数据可以看出：
实施例1～5是改变了HAS的质量分数制备的不同CS/HAS质量比的离子复合物水凝胶自组装薄膜，对比例1是制备的纯CS水凝胶薄膜，对比例2是制备的化学交联的CS水凝胶薄膜。从表中的实施例1、2可以看出，随着HAS质量分数的增加，水凝胶薄膜的拉伸强度从1.156MPa增加到8.552MPa，同时断裂伸长率也大幅度增加。这是因为HAS的质量分数增加时，CS与HAS之间形成了较强的静电吸引作用，赋予了水凝胶薄膜更好的韧性。同时CS分子链上还存在一部分游离的氨基，在透析掉薄膜中的HAc成分之后，这些氨基之间形成了大量氢键。在氢键与静电吸引作用的协同作用下，水凝胶薄膜的力学性能得到显著的提升。从实施例2～5中可以看出随着HAS的质量分数进一步增加，水凝胶薄膜的拉伸强度与断裂伸长率都随之降低。这主要是因为随着CS与HAS质量比的减小，水凝胶薄膜中CS分子链上的游离氨基减少，CS分子链之间形成的氢键数量也相应减少，因此水凝胶薄膜的拉伸强度不断下降。同时由于有更多的 HAS参与形成离子复合物，CS与HAS的分子链之间形成了的静电吸引作用更强，因此水凝胶薄膜仍有较好的韧性。从对比例1～2中可以看出，纯CS水凝胶薄膜的力学性能较差，这是因为纯CS水凝胶薄膜中，仅存在CS分子链之间的氢键作用，在大量去离子水中溶胀后，薄膜中的氢键不足以抵抗水凝胶薄膜的溶胀力，导致薄膜剧烈溶胀，部分氢键被破坏，因而拉伸强度和断裂伸长率都不高。而通过化学交联制备的CS水凝胶薄膜的力学性能相对较好，这主要是因为CS 分子链之间除了氢键作用，还产生了共价交联，在适度溶胀后更稳定，因而力学性能得到提升，但是对比例2中通过化学键交联，也会造成水凝胶膜后期无法充分的降解缺陷，同时残余的化学交联剂与组织接触也带来潜在的安全风险。上述结果也说明了氢键与静电吸引作用的同时存在可以得到很显著的协同效果，使得水凝胶薄膜具有优异的力学性能。
另外，由于CS/HAS水凝胶薄膜中的CS分子链上带有大量正电荷，可与带负电荷的细菌细胞表面结合，从而影响细菌活性，甚至导致细菌细胞死亡。而非离子型多糖琼脂(Agar)和阴离子型多糖海藻酸钠(SA)，与细菌细胞表面的吸附作用较弱。因此在25℃的恒温恒湿箱中培养7天后，Agar凝胶与SA凝胶表面上均出现了不同程度的菌落，而CS/HAS水凝胶薄膜表面无明显菌落形成。这也说明了CS/HAS水凝胶薄膜具有优异的抗菌性能。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种抗菌性高强度壳聚糖/肝素钠(CS/HAS)离子复合物自组装水凝胶薄膜的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
1)将壳聚糖(CS)、醋酸(HAc)加入去离子水中，在搅拌溶解后得到透明的溶液，得到的混合溶液中，CS的质量分数为：2g/L；
2)将肝素钠(HAS)加入去离子水中，在搅拌溶解后得到透明的溶液，得到的混合溶液中，HAS的质量分数为1.2～2g/L；
3)将HAc加入去离子水中，在搅拌溶解后得到透明的溶液；
4)将步骤(1)和步骤(2)得到的溶液同时滴加到步骤(3)所得溶液中，滴加的同时搅拌，得到均一的白色乳液，得到的白色乳液中，HAS与CS的质量比为10：(6～10)；将所得乳液倒入模具中，恒温蒸干水分以得到干燥的CS/HAS薄膜，将所得CS/HAS薄膜在去离子水中溶胀平衡，得到CS/HAS水凝胶薄膜。
2.如权利要求1所述的水凝胶薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(4)中同一时间CS与HAS的加入到步骤(3)所得溶液中的质量之比为10：(6～10)。
3.如权利要求1所述的水凝胶薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)得到的混合溶液中，HAc的质量分数为6～10g/L。
4.如权利要求1所述的水凝胶薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，HAc的质量浓度为6～10g/L。
5.如权利要求1所述的水凝胶薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)和步骤(2)中搅拌溶解的温度为40～50℃，搅拌速度为300～500RPM，搅拌时间为0.5～1.5小时。
6.如权利要求1所述的水凝胶薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中搅拌溶解的温度为室温，搅拌速度为300～500RPM，搅拌时间为8～10小时。
7.如权利要求1所述的水凝胶膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中控制溶液蒸干时的温度为60～80℃。
8.一种抗菌性高强度壳聚糖/肝素钠(CS/HAS)离子复合物自组装水凝胶薄膜，其特征在于，采用权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到。
9.权利要求8所述的抗菌性高强度壳聚糖/肝素钠(CS/HAS)离子复合物自组装水凝胶薄膜在伤口敷料及生物表皮组织替代品中的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101028535A (zh) * 2006-02-27 2007-09-05 权力敏 医用生物材料壳聚糖敷料
CN103721293A (zh) * 2013-07-25 2014-04-16 天津大学 活性因子可控释放的光交联多层梯度水凝胶及制备方法
CN105949492A (zh) * 2016-05-16 2016-09-21 中国医学科学院输血研究所 一种抗血小板黏附且不影响血小板功能的聚酯材料的制备方法
CN106421869A (zh) * 2016-10-27 2017-02-22 长春吉原生物科技有限公司 一种负载肝素钠的水凝胶缓释贴

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101028535A (zh) * 2006-02-27 2007-09-05 权力敏 医用生物材料壳聚糖敷料
CN103721293A (zh) * 2013-07-25 2014-04-16 天津大学 活性因子可控释放的光交联多层梯度水凝胶及制备方法
CN105949492A (zh) * 2016-05-16 2016-09-21 中国医学科学院输血研究所 一种抗血小板黏附且不影响血小板功能的聚酯材料的制备方法
CN106421869A (zh) * 2016-10-27 2017-02-22 长春吉原生物科技有限公司 一种负载肝素钠的水凝胶缓释贴

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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"Preparation of water-soluble chitosan/heparin complex and its application as wound healing accelerator";Kweon, D.K. et al;《BIOMATERIALS》;20030428;第24卷(第9期);第1596页右栏实验部分和1597页流程图1，1597-1598页 *

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