CN109453408A - 抗菌创伤敷料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了抗菌创伤敷料及其制备方法，所述敷料为竹红菌素与两亲性无规聚合物构成的纳米纤维膜，且该纳米纤维膜负载卟啉；其中，竹红菌素负载于纳米纤维膜内部，卟啉通过与羧基基团的吸附作用负载于纳米纤维膜表面。与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)本发明所述抗菌创伤敷料结合竹红菌素和卟啉的优势，发挥二者的协同作用，更大程度的发挥抗菌效果；(2)本发明所述创伤敷料提升了纳米纤维膜的表面效应有效利用率，同时内部负载竹红菌素，共同实现了纳米纤维膜在可见光照射下的底物氧化能力和表面光动力抗菌功能。

Description

抗菌创伤敷料及其制备方法
技术领域
本发明属于生物医用材料技术领域，涉及一种功能性敷料，具体为抗菌创伤敷料及其制备方法。
背景技术
甲基丙烯酸(MMA)具有亲水性，甲基丙烯酸甲酯(MAA)具有疏水性。二者可以合成甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸共聚物(P(MMA-co-MAA))，P(MMA-co-MAA)为两亲性聚合物。两亲性聚合物由于亲水链段和疏水链段溶解性的差异，在水溶液中可以自组装形成具有独特“核-壳”结构的胶束，其中疏水链段聚集成核增溶脂性药物，亲水链段成壳对胶束起到稳定和保护的作用。也就意味着两亲性共聚物分子中含有的疏水部分可与膜本体材料具有良好的相容性，因而使其不易流失，且两亲性聚合物的CMC值比小分子表面活性剂CMC值低1000倍左右，具有良好的抗稀释性能，在很大程度上避免了药物泄露。两亲性无规聚合物最大的优点是合成过程操作简单，成本低，工业化程度高，具有较好的应用前景。
竹红菌素具有化学组成单一确定、原料易得易纯化、光敏剂三重态量子产率和单重态氧量子产率高、光毒性高、暗毒性低、兼具TypeⅠ和TypeⅡ双重光动力机制、从正常组织排除速度快、易于化学修饰等诸多优点，是一类很有应用前景的光动力药物。
meso-四(N-甲基-4-吡啶)卟吩四氯化锌、meso-四(N-甲基-4-吡啶)卟啉锌(Zn-TMPyP)、meso-四(1-甲基吡啶嗡-4-基)卟吩对甲苯磺酸盐是三种水溶性卟啉，属于第二代光敏剂。第二代光敏剂部分地克服了第一代光敏剂的组分复杂，对组织选择性和光动力损伤强度的稳定性很差的缺点。其主要优点为光敏期短，作用的光波波长较长，因而可增加作用深度，产生的单态氧也较多。
纳米纤维凭借自身的髙比表面积、小尺寸效应、表面效应等优异性能己经广泛的应用于国防、环境、生物工程、电子等领域。溶液静电纺丝法制备的静电纺纳米纤维因其具有良好的可加工性，所制备的材料具有较大的比表面积，聚合物材料可选择范围广并且易于在纳米纤维表面实现功能化改性等优点而受到普遍关注。
竹红菌素针对革兰氏阳性菌有理想的抗菌效果，但对于革兰氏阴性菌几乎没有效果，故而在其表面负载对于革兰氏阴性菌有良好抗菌效果的卟啉能够制备成一种理想的抗菌敷料。
发明内容
解决的技术问题：为了克服现有技术的不足，结合竹红菌素和卟啉二者的优势，得到抗菌效果更佳的创伤敷料，本发明提供了抗菌创伤敷料及其制备方法。
技术方案：抗菌创伤敷料，所述敷料为竹红菌素与两亲性无规聚合物构成的纳米纤维膜，且该纳米纤维膜负载卟啉；其中，竹红菌素负载于纳米纤维膜内部，卟啉通过与羧基基团的吸附作用负载于纳米纤维膜表面。
优选的，竹红菌素、两亲性无规聚合物和卟啉的重量比为120:1500:1。
优选的，所述卟啉为meso-四(N-甲基-4-吡啶)卟吩四氯化锌、meso-四(N-甲基-4-吡啶)卟啉锌或meso-四(1-甲基吡啶嗡-4-基)卟吩对甲苯磺酸盐。
以上任一所述抗菌创伤敷料的制备方法，所述方法通过高压静电纺丝法使竹红菌素和两亲性无规聚合物产生纳米复合，制得纳米纤维膜，然后将卟啉上染到纳米纤维膜表面，制得抗菌创伤敷料。
优选的，所述方法的具体步骤为：
(1)将单体比例为4:1的甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸、乳化剂、去离子水混合溶解，制得预乳化物；将部分预乳化物、引发剂及去离子水混合，待分散均匀后匀速滴加剩余的预乳化物和引发剂溶液，N2保护环境下反应，反应结束冷却并用盐酸破乳，去离子水洗涤抽滤，真空干燥得到两亲性无规聚合物；
(2)将两亲性无规聚合物溶于体积比DMF:CHCl3为3:7的有机溶剂中，配制成质量分数为6wt％的溶液，然后加入竹红菌素，避光、磁力搅拌，竹红菌素的质量分数为0、0.1、0.3、0.5wt％；
(3)将步骤(2)制得的纺丝液采用高压静电纺丝的方法制备获得纳米纤维膜；
(4)将卟啉溶液上染到纳米纤维膜表面，静置12-24h，制得抗菌创伤敷料。
优选的，竹红菌素的质量分数为0.5wt％。
优选的，高压静电纺丝过程中的各项参数为：室温避光条件，针管挤出速率为0.1mL/h，纺丝电压为19kV，注射泵控制溶液流速为1mL/h，纺丝接收距离为15cm。
优选的，卟啉溶液的浓度为100μmol/L。
本发明所述抗菌创伤敷料的作用原理在于：竹红菌素针对革兰氏阳性菌有理想的抗菌效果，而卟啉对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌都有良好抗菌效果，所以二者结合使敷料对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌都有良好的抗菌效果，能达到理想的抗菌敷料的抗菌效果。
有益效果：(1)本发明所述抗菌创伤敷料结合竹红菌素和卟啉的优势，发挥二者的协同作用，更大程度的发挥抗菌效果；(2)本发明所述创伤敷料提升了纳米纤维膜的表面效应有效利用率，同时内部负载竹红菌素，共同实现了纳米纤维膜在可见光照射下的底物氧化能力和表面光动力抗菌功能。
附图说明
图1是不同含量竹红菌素的纳米纤维膜吸收光谱图；
图2是P(MMA-co-MAA)/竹红菌素吸附卟啉纳米纤维膜的SEM图；
图3是P(MMA-co-MAA)/竹红菌素吸附卟啉纳米纤维膜的原理结构图。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1-3及对照例1中的P(MMA-co-MAA)均由以下方法制得：
将单体比例为4:1的MMA和MAA(质量分数为20％),乳化剂SDBS(质量分数0.5％)和去离子水加入烧杯中搅拌至完全溶解,制备出单体预乳化物。一定量的K2S2O8(质量分数0.2％)加入去离子水得到引发剂溶液。在500mL的三口烧瓶中加入部分去离子水,将烧瓶放入油浴锅中搅拌升温至80℃后,加入1/3单体预乳化物及1/2引发剂溶液,待其均匀分散后,匀速滴加剩余的单体预乳化物及引发剂溶液,在N2的保护环境下反应4h。待其冷却后用盐酸破乳,去离子水洗涤抽滤,真空干燥得到聚合物。保持单体MMA的量不变,按照MMA与MAA单体的量比为4∶1制备出聚合物。
对照例1
无卟啉光敏剂的P(MMA-co-MAA)/竹红菌素复合纳米纤维膜，其制备方法如下：
(1)分别取四个100mL烧杯，确保每份溶液的溶质P(MMA-co-MAA)质量分数保持6wt％不变，质量为2g，溶剂体积比DMF:CHCl3为3:7，分别加入质量分数为0、0.1wt％、0.3wt％、0.5wt％的竹红菌素，避光，置于磁力搅拌器上常温搅拌10h后备用；
(2)分别将竹红菌素含量为0、0.1wt％、0.3wt％、0.5wt％的纺丝液倒入标准容量为20mL的注射器中，在注射器表面包上铝箔纸避光，安装到微量注射泵上，在针头上加上正电势，利用高压电源使被挤出针管的复合纺丝液带上高压静电(挤出速率为0.1mL/h)，室温，避光，纺丝电压19kV，注射泵控制溶液流速1mL/h，纺丝接收距离15cm，用被铝箔纸覆盖的滚筒作为接收装置；
(3)纺丝结束后，卸下铝箔纸，在室温下存放，待溶剂挥发，制得P(MMA-co-MAA)/竹红菌素复合纳米纤维膜；
(4)准确称取1.66g KI置于100mL容量瓶中，加水溶解并定容，配置浓度为0.1mol/L的KI溶液，将不加纤维膜的20mL KI溶液用紫外分光光度计测量溶液吸光度,作为空白对照；
(5)将P(MMA-co-MAA)/竹红菌素纳米纤维膜置于温度为60℃的干燥箱中烘燥3小时；
(6)可根据光敏剂竹红菌素经光照后，跃迁至激发态，与分子氧反应产生更高活性的单线态氧。在单线态氧作用下，I-被还原为I3-判断其底物氧化能力，反应方程式[1]如下：
1O2+3I-+2H2O→I3 -+2H2O2· [1]
(7)将经干燥处理的竹红菌素含量为0、0.1wt％、0.3wt％、0.5wt％的纳米纤维膜剪成1cm×1cm规格，分别置于四个烧杯中，各加20mL KI溶液，在可见光照射条件下，每隔5min时长用紫外分光光度计测量一次溶液吸光度。溶液温度为22摄氏度(控温磁力搅拌器控制)，分光光度计工作波长348nm。得到不同含量竹红菌素的纳米纤维膜吸收光谱如图1所示。
(8)根据GB/T20944.2—2007《纺织品抗菌性能的评价第2部分:吸收法》对纳米纤维膜进行抗菌测试。从上述纳米纤维膜上剪出适当大小的试样，分别取3个待测抗菌性能试样和6个对照样。6个对照样中，3个试样直接接种细菌作为对照原样，3个吸附光敏剂的试样接种细菌后置于暗室的环境中，作为暗室对照。3个吸附光敏剂的待测抗菌性能试样接种细菌后用近红外光或可见光进行照射。30min后测定9个样品的菌落数，计算出其抑菌值和(或)抑菌率，从而对其抗菌效果作出评价。
本实验选取革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌中具有代表性的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌进行抗菌实验，发现P(MMA-co-MAA)/竹红菌素纳米纤维膜对金黄色葡萄杆菌可达到96.079％的抗菌效果，而对大肠杆菌无抗菌效果。
实施例1
抗菌创伤敷料，所述敷料为竹红菌素与两亲性无规聚合物构成的纳米纤维膜，且该纳米纤维膜负载卟啉；其中，竹红菌素负载于纳米纤维膜内部，卟啉通过与羧基基团的吸附作用负载于纳米纤维膜表面。其制备方法如下：
(1)取一个100mL烧杯，确保溶液的溶质P(MMA-co-MAA)质量分数保持6wt％不变，质量为2g，溶剂体积比DMF:CHCl3为3:7，然后加入质量分数为0.5wt％的竹红菌素，避光，置于磁力搅拌器上常温搅拌10h后备用。
(2)将竹红菌素含量为0.5wt％的纺丝液分别倒入标准容量为20mL的注射器中，在注射器表面包上铝箔纸避光，安装到微量注射泵上，在针头上加上正电势。利用高压电源使被挤出针管的复合纺丝液带上高压静电(挤出速率为0.1mL/h),在高压电场的作用下,纺丝溶液表面会产生电荷。在静电纺丝过程中，固定纺丝工艺条件为:室温，避光，纺丝电压19kV，注射泵控制溶液流速1mL/h，纺丝接收距离15cm，用被铝箔纸覆盖的滚筒作为接收装置。纺丝结束后，卸下铝箔纸，在室温下存放，待溶剂挥发。
(3)在P(MMA-co-MAA)纳米纤维膜中选取有代表性的试样,剪成适当大小,称取质量为(0.4±0.05)g作为1个试样。将试样放入24孔板内,分别加入1mL浓度为100μmol/L的meso-四(N-甲基-4-吡啶)卟吩四氯化锌溶液,静置12-24h,通过纳米纤维膜上羧基的静电吸附作用将光敏剂固定在纳米纤维膜上。
(4)参考GB/T 20944.2—2007《纺织品抗菌性能的评价第2部分:吸收法》对吸附meso-四(N-甲基-4-吡啶)卟吩四氯化锌P(MMA-co-MAA)/竹红菌素纳米纤维膜抗菌性能进行评价。发现该纳米纤维膜对金黄色葡萄杆菌可达到99.997％的抗菌效果，而对大肠杆菌的抗菌效果也达到了92.081％。
实施例2
抗菌创伤敷料，所述敷料为竹红菌素与两亲性无规聚合物构成的纳米纤维膜，且该纳米纤维膜负载卟啉；其中，竹红菌素负载于纳米纤维膜内部，卟啉通过与羧基基团的吸附作用负载于纳米纤维膜表面。其制备方法如下：
(1)取一个100mL烧杯，确保溶液的溶质P(MMA-co-MAA)质量分数保持6wt％不变，质量为2g，溶剂体积比DMF:CHCl3为3:7，然后加入质量分数为0.5wt％的竹红菌素，避光，置于磁力搅拌器上常温搅拌10h后备用。
(2)将竹红菌素含量为0.5wt％的纺丝液分别倒入标准容量为20mL的注射器中，在注射器表面包上铝箔纸避光，安装到微量注射泵上，在针头上加上正电势。利用高压电源使被挤出针管的复合纺丝液带上高压静电(挤出速率为0.1mL/h),在高压电场的作用下,纺丝溶液表面会产生电荷。在静电纺丝过程中，固定纺丝工艺条件为:室温，避光，纺丝电压19kV，注射泵控制溶液流速1mL/h，纺丝接收距离15cm，用被铝箔纸覆盖的滚筒作为接收装置。纺丝结束后，卸下铝箔纸，在室温下存放，待溶剂挥发。
(3)在P(MMA-co-MAA)纳米纤维膜中选取有代表性的试样,剪成适当大小,称取质量为(0.4±0.05)g作为1个试样。将试样放入24孔板内,分别加入1mL浓度为100μmol/L的meso-四(N-甲基-4-吡啶)卟啉锌(Zn-TMPyP)溶液,静置12-24h,通过纳米纤维膜上羧基的静电吸附作用将光敏剂固定在纳米纤维膜上。
(4)参考GB/T 20944.2—2007《纺织品抗菌性能的评价第2部分:吸收法》对吸附meso-四(N-甲基-4-吡啶)卟啉锌(Zn-TMPyP)的P(MMA-co-MAA)/竹红菌素纳米纤维膜抗菌性能进行评价。发现该纳米纤维膜对金黄色葡萄杆菌可达到98.511％的抗菌效果，而对大肠杆菌的抗菌效果也达到了89.142％。
实施例3
抗菌创伤敷料，所述敷料为竹红菌素与两亲性无规聚合物构成的纳米纤维膜，且该纳米纤维膜负载卟啉；其中，竹红菌素负载于纳米纤维膜内部，卟啉通过与羧基基团的吸附作用负载于纳米纤维膜表面。其制备方法如下：
(1)取一个100mL烧杯，确保溶液的溶质P(MMA-co-MAA)质量分数保持6wt％不变，质量为2g，溶剂体积比DMF:CHCl3为3:7，然后加入质量分数为0.5wt％的竹红菌素，避光，置于磁力搅拌器上常温搅拌10h后备用。
(2)将竹红菌素含量为0.5wt％的纺丝液分别倒入标准容量为20mL的注射器中，在注射器表面包上铝箔纸避光，安装到微量注射泵上，在针头上加上正电势。利用高压电源使被挤出针管的复合纺丝液带上高压静电(挤出速率为0.1mL/h),在高压电场的作用下,纺丝溶液表面会产生电荷。在静电纺丝过程中，固定纺丝工艺条件为:室温，避光，纺丝电压19kV，注射泵控制溶液流速1mL/h，纺丝接收距离15cm，用被铝箔纸覆盖的滚筒作为接收装置。纺丝结束后，卸下铝箔纸，在室温下存放，待溶剂挥发。
(3)在P(MMA-co-MAA)纳米纤维膜中选取有代表性的试样,剪成适当大小,称取质量为(0.4±0.05)g作为1个试样。将试样放入24孔板内,分别加入1mL浓度为100μmol/L的meso-四(1-甲基吡啶嗡-4-基)卟吩对甲苯磺酸盐,静置12-24h,通过纳米纤维膜上羧基的静电吸附作用将光敏剂固定在纳米纤维膜上。
(4)参考GB/T 20944.2—2007《纺织品抗菌性能的评价第2部分:吸收法》对吸附meso-四(1-甲基吡啶嗡-4-基)卟吩对甲苯磺酸盐的P(MMA-co-MAA)/竹红菌素纳米纤维膜抗菌性能进行评价。发现该纳米纤维膜对金黄色葡萄杆菌可达到97.992％的抗菌效果，而对大肠杆菌的抗菌效果也达到了91.024％。
实施例1-3及对照例1制备获得的敷料抗菌效果对比：

Claims (8)

1.抗菌创伤敷料，其特征在于，所述敷料为竹红菌素与两亲性无规聚合物构成的纳米纤维膜，且该纳米纤维膜负载卟啉；其中，竹红菌素负载于纳米纤维膜内部，卟啉通过与羧基基团的吸附作用负载于纳米纤维膜表面。
2.根据权利要求1所述的抗菌创伤敷料，其特征在于，竹红菌素、两亲性无规聚合物和卟啉的重量比为120:1500:1。
3.根据权利要求1所述的抗菌创伤敷料，其特征在于，所述卟啉为meso-四(N-甲基-4-吡啶)卟吩四氯化锌、meso-四(N-甲基-4-吡啶)卟啉锌或meso-四(1-甲基吡啶嗡-4-基)卟吩对甲苯磺酸盐。
4.权利要求1-3任一所述抗菌创伤敷料的制备方法，其特征在于，所述方法通过高压静电纺丝法使竹红菌素和两亲性无规聚合物产生纳米复合，制得纳米纤维膜，然后将卟啉上染到纳米纤维膜表面，制得抗菌创伤敷料。
5.根据权利要求1所述的抗菌创伤敷料的制备方法，其特征在于，所述方法的具体步骤为：
(1)将单体比例为4:1的甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸、乳化剂、去离子水混合溶解，制得预乳化物；将部分预乳化物、引发剂及去离子水混合，待分散均匀后匀速滴加剩余的预乳化物和引发剂溶液，N2保护环境下反应，反应结束冷却并用盐酸破乳，去离子水洗涤抽滤，真空干燥得到两亲性无规聚合物；
(2)将两亲性无规聚合物溶于体积比DMF:CHCl3为3:7的有机溶剂中，配制成质量分数为6wt％的溶液，然后加入竹红菌素，避光、磁力搅拌，竹红菌素的质量分数为0、0.1、0.3、0.5wt％；
(3)将步骤(2)制得的纺丝液采用高压静电纺丝的方法制备获得纳米纤维膜；
(4)将卟啉溶液上染到纳米纤维膜表面，静置12-24h，制得抗菌创伤敷料。
6.根据权利要求5所述的抗菌创伤敷料的制备方法，其特征在于，竹红菌素的质量分数为0.5wt％。
7.根据权利要求5所述的抗菌创伤敷料的制备方法，其特征在于，高压静电纺丝过程中的各项参数为：室温避光条件，针管挤出速率为0.1mL/h，纺丝电压为19kV，注射泵控制溶液流速为1mL/h，纺丝接收距离为15cm。
8.根据权利要求5所述的抗菌创伤敷料的制备方法，其特征在于，卟啉溶液的浓度为100μmol/L。
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