CN109602729B - 一种与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法 - Google Patents

一种与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法，其特征在于：包括，向1％透明质酸水溶液中添加1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐和1‑羟基苯并三唑，调节反应体系的pH，在冰水浴中活化2h，向溶液中加入单‑6‑去氧‑多巴胺环糊精衍生物，搅拌混合均匀，调节pH，50℃反应48～120h，进行减压蒸馏除去溶剂，加入辣根过氧化氢酶及30％双氧水交联反应，静置过夜，透析小分子催化剂与未反应的底物，之后浇膜挥发水分，得到所述水凝胶膜。本发明制备的水凝胶膜生物相容性优异、透气性良好，能够负载药物协同促进伤口愈合，尤其在外界环境及体内应激反应的扰动下具有与皮肤组织相应的应力应变范围。

Description

一种与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备 方法
技术领域
本发明涉及水凝胶膜技术领域，特别是涉及一种与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法。
背景技术
水凝胶是一种以水为分散相含亲水基分子的高分子聚合物，由于亲水基的分子能与水分子产生氢键相互作用，从而使水凝胶具有高度的吸水性和保水性，即使是超过90％的含水量也会使水凝胶具有与人体组织相似的弹性和韧性，因此水凝胶在伤口敷料方面具有广泛的应用。
保水性较好的水凝胶能够阻止伤口干燥、感染、吸收创面渗液、减少细菌污染、对可溶性的药物进行转运，同时还能阻止伤口的二次机械伤害，因此，人们对水凝胶应用于创面辅料具有极大的研究兴趣。然而，目前这些水凝胶的成膜性能差，只能以涂抹的形式使用，或者可以成膜但是与皮肤的贴合性差，在实际的临床应用中表现一定的缺陷，因此，本领域亟需一种与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有水凝胶膜中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明其中一个目的是，克服现有水凝胶膜制备方法的不足，提供一种与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：一种与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法，其特征在于：包括，向1％透明质酸水溶液中添加1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑，调节反应体系的pH，在冰水浴中活化2h，得透明质酸活化水溶液；再向透明质酸活化水溶液中加入单-6-去氧-多巴胺环糊精衍生物，搅拌混合均匀，调节pH，50℃反应48～120h；将反应后溶液进行减压蒸馏除去溶剂后，加入辣根过氧化氢酶及30％双氧水交联反应，静置过夜，透析小分子催化剂与未反应的底物，之后浇膜挥发水分，得到所述与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜。
作为本发明所述的与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法一种优选方案，其中：所述透明质酸的分子量为400kDa～1300kDa。
作为本发明所述的与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法一种优选方案，其中：所述向1％透明质酸水溶液中添加1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑，其中，所述透明质酸与1-羟基苯并三唑的摩尔比为1:2，所述1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐与1-羟基苯并三唑的摩尔比为1:1。
作为本发明所述的与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法一种优选方案，其中：所述向透明质酸活化水溶液中加入单-6-去氧-多巴胺环糊精衍生物，其中，所述透明质酸与单-6-去氧-多巴胺环糊精衍生物摩尔比为1～8：1。
作为本发明所述的与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法一种优选方案，其中：所述调节反应体系的pH，在冰水浴中活化2h，其中，所述pH为3.5～5.0。
作为本发明所述的与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法一种优选方案，其中：所述调节pH，50℃反应48～120h，其中，所述pH 为5.5～7.0。
作为本发明所述的与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法一种优选方案，其中：所述pH为6.0。
作为本发明所述的与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法一种优选方案，其中：所述加入辣根过氧化氢酶及30％双氧水交联反应，其中，所述辣根过氧化氢酶浓度为4mg·mL-1，所述辣根过氧化氢酶与双氧水体积比为1:25。
作为本发明所述的与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法一种优选方案，其中：所述30％双氧水，以mL/g计，双氧水与透明质酸水溶液体积质量比为1:20。
作为本发明所述的与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法一种优选方案，其中：还包括，单-6-去氧-多巴胺环糊精衍生物的合成：将环糊精溶于NaOH溶液中，待完全溶解后，在0℃下滴加溶有对甲苯磺酰氯的乙腈溶液，25℃下搅拌反应2h后过滤，用盐酸调节pH至2，在4℃条件下反应14h，析出沉淀，过滤，滤渣重结晶3次，得白色固体，40℃真空干燥5h，得到单6-对甲苯磺酰基环糊精；取单6-对甲苯磺酰基环糊精1.00g，盐酸多巴胺0.80g，加入催化剂DMAP为0.16g，KI为0.06g，反复抽真空并充氮气，之后针头注入加入无水DMF与无水甲醇，搅拌下溶解固体样品，调节pH为 6.8，80℃条件下反应24h，将得到的反应混合液进行浓缩，硅胶粉干法上柱，洗脱剂体积配比为正丁醇：乙酸：水＝12:1:1，通过柱层析洗脱得到环糊精改性的多巴胺衍生物。
本发明有益技术效果：
(1)本发明制备的一种与皮肤贴合度高及可促进伤口愈合的水凝胶膜，是一种生物相容性优异、透气性良好，能够负载药物协同促进伤口愈合的医用水凝胶膜，尤其在外界环境及体内应激反应的扰动下具有与皮肤组织相应的应力应变范围，因此本发明制备的水凝胶膜可应用创伤、烫伤以及手术缝合后促进创面愈合及减少创伤疤痕的医用辅料。
(2)本发明制备能与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的过程中，添加单-6-去氧-多巴胺环糊精衍生物，引入了多巴胺，多巴胺在H2O2的作用下进一步自聚后，赋予材料在皮肤表面优异的粘附力，且环糊精对油溶性药物较好的主客体相互作用，使其能使水凝胶水相体系负载能促进创面愈合的油溶性药物。
(3)本发明优选HA(透明质酸)与β-CD-6-DA的反应摩尔比为2～4:1，优选反应温度50℃，反应时间5d，缩合反应pH为5.5～7.0，反应产物收率最佳达72％；优选交联剂辣根过氧化氢酶(HRP)及20％双氧水的最佳用量为体积比为1：25，所制备的膜具有和皮肤表皮的伸缩范围一致的拉伸强度，具有皮肤伸缩应答的功能，在创面愈合过程中，能减少患者的不舒适感的同时，促进伤口愈合的程度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明实施例中不同接枝量的HA-DA-HRP水凝胶膜的拉伸断裂伸长率图。
图2为本发明实施例中不同接枝量的HA-DA-HRP水凝胶膜在猪皮表面的粘附力图。
图3为本发明实施例中HA-DA-HRP水凝胶应用于皮肤创面表面后伤口的恢复愈合状态图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
(1)单-6-去氧-对甲苯磺酰氯环糊精(β-CD-6-OTs)的合成：
将β-环糊精(β-CD)(17.0g，15.0mmol)溶于200mL 1％NaOH溶液，待完全溶解后，在0℃下滴加15mL溶有对甲苯磺酰氯(4.0g，22.5mmol)的乙腈溶液， 25℃下搅拌反应2h后过滤，用盐酸调节至pH为2，保持4℃过夜，析出大量沉淀，过滤，固体重结晶3次，得白色固体，40℃真空干燥5h，得到单6-对甲苯磺酰基环糊精，备用。
(2)单-6-去氧-多巴胺环糊精(β-CD-6-DA)的合成：
取单6-对甲苯磺酰基环糊精1.00g(0.78mmol)，盐酸多巴胺0.80g (4.22mmol)，加入催化剂DMAP为0.19g(1.5mmol)，KI为0.06g(0.4mmol)，反复抽真空并充氮气，之后针头注入10mL的无水DMF与1mL的无水甲醇，搅拌下溶解固体样品，调节pH为6.8，80℃条件下反应24h，将得到的反应混合液进行浓缩，硅胶粉干法上柱，洗脱剂体积配比为正丁醇：乙酸：水＝12:1:1，通过柱层析洗脱得到环糊精改性的多巴胺衍生物(β-CD-6-DA)。
(3)HA-DA-HRP水凝胶膜的制备：
1％透明质酸(分子量1200kDa)水溶液41.6g，加入0.20gEDC·HCl和0.14g1- 羟基苯并三唑HOBt并调节反应体系的pH为4.8，然后在冰水浴活化2h，之后将单 -6-去氧-多巴胺环糊精衍生物搅拌混合均匀，调节pH至7.0，50℃反应80h。减压蒸馏除溶剂，之后加入0.2mL,4mg·mL-1辣根过氧化氢酶(HRP)及2.0mL 30％双氧水交联反应，静置过夜，透析小分子催化剂与未反应的底物，之后将粘稠的液体浇入硅橡胶膜具中并挥发出80％～100％的水分，即得到HA-DA-HRP与皮肤高贴合度的、可促进伤口愈合的水凝胶膜。
实施例2
依照实施例1的反应方法，改变透明质酸的分子量，研究分子量对水凝膜机械强度的影响。透明质酸的分子量变化范围为400kDa～1300kDa时验证其对水凝胶膜应力-应变值的影响。
表1透明质酸的分子量对水凝胶膜应力-应变值的影响
分子量(kDa) 应力(MPa) 应变(％)
400 0.030 40
800 1.1056 120
1200 1.830 380
1300 1.300 412
由表1可知，透明质酸的分子量有一个最佳范围，要制备和皮肤表皮弹韧性相似的水凝胶膜，必须有一个合适的分子量，当透明质酸的分子量太小，交联强度不够，导致凝胶膜的应力和应变均较小，而不能匹配皮肤的弹性应变值，因此经过试验可知，透明质酸的分子量应该大于800kDa。
实施例3
依照实施例1的反应方法，改变HA与β-CD-6-DA反应底物的摩尔比，当HA 与β-CD-6-DA的反应摩尔比分别为1:1、2:1、4:1、8:1时制备得到的水凝胶膜分别记为HA-DA-HRP-1、HA-DA-HRP-2、HA-DA-HRP-3、HA-DA-HRP-4。然后使用万能试验机测试4个膜材料、商品3M水凝胶与创面膏药的拉伸断裂伸长率。测试结果如图1所示。
由图1结果可知HA-DA-HRP-2和HA-DA-HRP-3大于人体皮肤拉伸的断裂伸长率(140～180％)，但是断裂时的拉伸应力在0.50～1.85MPa范围内，表明 HA-DA-HRP-2和HA-DA-HRP-3所制备的膜具有和皮肤表皮的伸缩范围一致的拉伸强度，也即HA-DA-HRP-2和HA-DA-HRP-3膜具有皮肤伸缩应答的功能。然而商用的3M水凝胶与创面膏药的拉伸强度都大于皮肤的应力应变范围。
实施例4
在透明质酸与单-6-去氧-多巴胺环糊精衍生物物质的量之比2:1，反应液pH 6.0条件下，反应时间为5d探究反应温度对反应产物收率的影响，结果见表2。
表2反应温度对反应产物收率的影响
反应温度(℃) TLC跟踪情况 收率(％)
10 无产物点 0
20 无产物点 0
30 有产物点 40
40 有产物点 60
50 有产物点 72
60 有产物点 69
70 有产物点 42
从表中可以看出，温度过低不利于反应的进行，在反应温度为50℃时，反应产物收率都较高，综合考虑，本发明中温度宜50℃。
实施例5
(1)在单-6-去氧-多巴胺环糊精衍生物与透明质酸物质的量之比1:2，反应液pH6.0，反应温度为50℃条件下，探究反应时间对反应产物收率的影响，结果见表3。
表3反应时间对反应产物收率的影响
Figure GDA0002981706550000061
Figure GDA0002981706550000071
从表中可以看出，时间过少不利于反应的进行，在反应时间为5d时，反应产物收率都较高，综合考虑，本发明中反应时间为5d。
(2)在单-6-去氧-多巴胺环糊精衍生物与透明质酸物质的量之比1:2，反应温度为50℃，反应时间为5d，探究反应体系的pH对反应产物收率的影响，结果见表4。
表4反应体系pH对反应产物收率的影响
pH TLC跟踪情况 收率(％)
2 无产物点 0
3 无产物点 0
4 无产物点 0
5 有产物点 26
5.5 有产物点 58
6 有产物点 72
7 有产物点 52
8 有产物点 48
9 无产物点 0
从表中可以看出，pH在中性范围内，反应产物具有一定的收率，这是因为 pH太小，环糊精的空腔会被破坏，导致不能生成目标产物，pH在碱性范围类，多巴胺的自聚速率超过了多巴胺的缩合速率，导致目标产物不能生成，因此在本反应中缩合反应的最佳pH为5.5～7.0，优选pH为6.0。
实施例6
辣根过氧化氢酶(HRP)及双氧水交联剂，对水凝胶强度的影响：
辣根过氧化氢酶(HRP)及双氧水交联剂主要使多巴胺发生氧化交联，增加水凝胶膜的弹性和韧性。交联剂用量的不同之间影响水凝胶的机械强度，表5 为交联剂含量对水凝胶膜应力-应变值的影响。
表5交联剂含量对水凝胶膜应力-应变值的影响
用量(mL,30％H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>) HRP(mL，4mg·mL<sup>-1</sup>) 应力(MPa) 应变(％)
2 0.01 0.020 20
2 0.02 0.019 26
2 0.04 0.500 80
2 0.06 1.500 420
2 0.08 1.830 380
2 0.1 4.200 120
2 0.12 10.360 80
2 0.14 28.420 36
由表5可知，交联剂辣根过氧化氢酶(HRP)及双氧水的用量有一个最佳值，要制备和皮肤表皮弹韧性相似的水凝胶膜，必须有一个合适的交联密度，当HRP的用量太小，分子链不能产生较好的交联，交联强度不够，导致凝胶膜的应力和应变均较小，当交联密度过大，使得水凝胶膜的机械强度太大，形变值太小，而不能匹配皮肤的弹性应变值，因此经过试验可知，交联剂辣根过氧化氢酶(HRP)及双氧水的最佳用量为体积比为1:25。
实施例7
按照实施例1的制备方法，制备的不同接枝量的水凝胶膜HA-DA-HRP-1、 HA-DA-HRP-2、HA-DA-HRP-3、HA-DA-HRP-4两面分别贴敷上表面被水湿润的猪皮，静置10min后，在万能试验机上测试水凝胶膜在猪皮表面的粘附力，测试结果如图2所示，
从如图2看出，4种接枝量的水凝胶膜在猪皮表面的粘附性都表现出比商用水凝胶膜和膏药较好的组织粘附性能，这表明水凝胶膜可以应对皮肤在伸缩条件下与组织较好的粘附能力而不脱落，这能有效的阻止伤口表面水分的丧失且能防止细菌对伤口的感染，同时能提高受伤者使用水凝胶膜后的舒适性。
实施例8
将HA-DA-HRP-2水凝胶膜，应用1×1cm小鼠创伤的表面(每个分组8只小鼠)，使用医用纱布作为对照。在不同天数下，对小鼠创面表面的收缩恢复的创面直径进行统计记录，如图3所示。
结果表明纱布在第14天才能完成小鼠创面表面的不完全修复，而HA-DA-HRP-2水凝胶膜在第9天已基本达到小鼠创面的完全修复，表明该发明所制备的水凝胶膜能促进小鼠创面的自修复能力。
目前，绝大多数的水凝胶为涂抹式的水凝胶，虽然具有促进伤口愈合的功能，但这些水凝胶的成膜性能差，只能以涂抹的形式使用，或者可以成膜但是与皮肤的贴合性差，在实际的临床应用中表现一定的缺陷，本发明制备的水凝胶膜，既保证了伤口愈合所需要的湿润环境，最重要的是以膜的形式粘附于伤口表面，减少了细菌的进行，防止伤口感染，避免机械力二次损伤，且所制备的材料可在水相体系中负载可促进伤口愈合的油溶性药物，进一步促进伤口愈合的程度。因此，本发明克服了现有水凝胶成膜性能不佳、与皮肤的贴合性差等技术缺陷，制得了一种与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜，可应用作为创伤、烫伤以及手术缝合后促进创面愈合及减少创伤疤痕的医用辅料，具有广阔的应用前景。
本发明制备能与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的过程中，添加单-6-去氧-多巴胺环糊精衍生物，主要目的有两个：第一，体系中引入了多巴胺，多巴胺在H2O2的作用下进一步自聚后，赋予材料在皮肤表面优异的粘附力；第二，环糊精对油溶性药物较好的主客体相互作用，使其能使水凝胶水相体系负载能促进创面愈合的油溶性药物。本发明优选HA与β-CD-6-DA的反应摩尔比为2～4:1，所制备的膜具有和皮肤表皮的伸缩范围一致的拉伸强度，具有皮肤伸缩应答的功能，在创面愈合过程中，能减少患者的不舒适感的同时，促进伤口愈合的程度。
本发明优选反应温度50℃，反应时间5d，缩合反应pH为5.5～7.0，反应产物收率最佳达72％。
本发明中辣根过氧化氢酶(HRP)及双氧水交联剂主要使多巴胺发生氧化交联，增加水凝胶膜的弹性和韧性，发明人发现当HRP的用量太小，分子链不能产生较好的交联，交联强度不够，导致凝胶膜的应力和应变均较小，当交联密度过大，使得水凝胶膜的机械强度太大，形变值太小，而不能匹配皮肤的弹性应变值，因此经过试验可知，交联剂辣根过氧化氢酶(HRP)及20％双氧水的最佳用量为体积比为1：25。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，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精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法，其特征在于：包括，
向1%透明质酸水溶液中添加1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑，调节反应体系的pH，在冰水浴中活化2h，得透明质酸活化水溶液，其中，所述透明质酸的分子量为800kDa~1300kDa；
再向透明质酸活化水溶液中加入单-6-去氧-多巴胺环糊精，搅拌混合均匀，调节pH，50℃反应48~120h；
将反应后溶液进行减压蒸馏除去溶剂后，加入辣根过氧化氢酶及30%双氧水交联反应，静置过夜，透析小分子催化剂与未反应的底物，之后浇膜挥发水分，得到所述与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜，其中，所述辣根过氧化氢酶浓度为4mg×mL-1，所述辣根过氧化氢酶与30%双氧水体积比为1:25。
2.如权利要求1所述的与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法，其特征在于：所述向1%透明质酸水溶液中添加1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑，其中，所述透明质酸与1-羟基苯并三唑的摩尔比为1:2，所述1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐与1-羟基苯并三唑的摩尔比为1:1。
3.如权利要求1所述的与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法，其特征在于：所述向透明质酸活化水溶液中加入单-6-去氧-多巴胺环糊精，其中，所述透明质酸与单-6-去氧-多巴胺环糊精摩尔比为1~8：1。
4.如权利要求1所述的与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法，其特征在于：所述调节反应体系的pH，在冰水浴中活化2h，其中，所述pH为3.5~5.0。
5.如权利要求1所述的与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法，其特征在于：所述调节pH，50℃反应48~120h，其中，所述pH为5.5~7.0。
6.如权利要求5所述的与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法，其特征在于：所述pH为6.0。
7.如权利要求1所述的与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法，其特征在于：所述30%双氧水，以mL/g计，30%双氧水与透明质酸水溶液体积质量比为1: 20.8。
8.如权利要求1所述的与皮肤高贴合度及可促进伤口愈合的水凝胶膜的制备方法，其特征在于：还包括，
单-6-去氧-多巴胺环糊精的合成：将环糊精溶于NaOH溶液中，待完全溶解后，在0℃下滴加溶有对甲苯磺酰氯的乙腈溶液，25℃下搅拌反应2h后过滤，用盐酸调节pH至2，在4℃条件下反应14h，析出沉淀，过滤，滤渣重结晶3次，得白色固体，40℃真空干燥5 h，得到单6-对甲苯磺酰基环糊精；取单6-对甲苯磺酰基环糊精1.00 g，盐酸多巴胺0.80 g，加入催化剂DMAP为0.16 g，KI为0.06 g，反复抽真空并充氮气，之后针头注入加入无水DMF与无水甲醇，搅拌下溶解固体样品，调节pH为6.8，80℃条件下反应24 h，将得到的反应混合液进行浓缩，硅胶粉干法上柱，洗脱剂体积配比为正丁醇：乙酸：水=12:1:1，通过柱层析洗脱得到单-6-去氧-多巴胺环糊精。
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