CN109731133A - 一种抗菌、抗粘附、可注射式温敏壳聚糖凝胶敷料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗菌、抗粘附、可注射式温敏壳聚糖凝胶敷料及其制备方法，该敷料兼具抗菌、抗粘附作用和温敏性能，可实现即喷即凝。其制备方法包括如下步骤：首先制备季铵化壳聚糖；同时通过阳离子开环聚合制备端羧基化的聚噁唑啉；然后通过酰胺化反应在季铵化壳聚糖上接枝端羧基化的聚噁唑啉，最后通过乳液聚合反应在壳聚糖的主链上接枝聚(N‑异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)，从而制得一种抗菌、抗粘附、可注射式温敏壳聚糖凝胶敷料。该敷料常温下水溶性佳，喷涂后即可用作抗菌、抗粘附温敏壳聚糖凝胶敷料。
Description
技术领域
本发明属于医用抗菌敷料领域，具体涉及一种抗菌、抗粘附、可注射式温敏壳聚糖凝胶敷料及其制备方法。
背景技术
皮肤作为人体最大的器官，可以有效地防止水分、电解质和血浆蛋白的丢失，抵御细菌的入侵，防止毒物的进入，抵挡机械性损伤。然而在日常生活中，皮肤会因创伤、烧伤、烫伤和溃疡等发生缺损，进一步导致细菌感染，危及人类的健康。因此，迫切需要研制出一种合适的创伤敷料，这种敷料除作为皮肤的临时替代物外，还需要具有一定的抗菌、抗感染能力，促进伤口愈合。
壳聚糖是自然界中仅次于纤维素的第二大生物大分子。其中，壳聚糖凝胶敷料，由于具有生物相容性、止血性、抗菌性和促伤口愈合的能力，被认为是最有前景的一类创伤敷料。然而纯壳聚糖抗菌性能不佳，将壳聚糖改性而制得的多种壳聚糖衍生物均具有一定的抗菌性能，其中，季铵化壳聚糖的抗菌性能明显要优于纯壳聚糖以及其他壳聚糖衍生物。此外，壳聚糖的季铵化还可以显著提高壳聚糖的水溶性，赋予壳聚糖更高效、更环保的后修饰能力。
聚噁唑啉(POx)作为一种类多肽结构的聚合物，具有生物相容性好，细胞毒性低，亲水性极强，抗蛋白粘附等优点，已被广泛用于靶向载药等医用生物材料领域。端羧基化的聚噁唑啉可通过酰胺化反应接枝到壳聚糖，提高季铵化壳聚糖的水溶性、抗粘附性能和生物相容性。
N-异丙基丙烯酰胺及其聚合物常用作温敏材料的修饰，因聚(N-异丙基丙烯酰胺)PNIPAM具有最低临界共溶温度(LCST)现象，将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)接枝到壳聚糖上亦可实现壳聚糖的温敏化。
基于以上背景，可制得一种同时接枝聚噁唑啉和PNIPAM的季铵化壳聚糖，在使用前为溶液状态(低于人体皮肤表面温度的环境下)；使用时即在人体皮肤表面形成凝胶，这有望制备一种即喷即凝的抗菌、抗粘附、可注射式温敏壳聚糖凝胶敷料。
发明内容
本发明的目的是优化现有的医用敷料，提供一种抗菌、抗粘附、可注射式温敏壳聚糖凝胶敷料及其制备方法，壳聚糖的季铵化可提高其水溶性和抗菌性能，壳聚糖的聚噁唑啉化可提高其水溶性、抗粘附性能和生物相容性，NIPAM可实现季铵化壳聚糖的温敏化，从而实现抗菌、抗粘附敷料的即喷即凝。
本发明采用的技术方案如下：
一种抗菌、抗粘附、可注射式温敏壳聚糖凝胶敷料的制备方法，包括以下步骤：首先制备季铵化壳聚糖和端羧基化的聚噁唑啉，然后酰胺化接枝端羧基化的聚噁唑啉到季铵化壳聚糖上，最后通过乳液聚合反应在季铵化噁唑啉化壳聚糖的主链上接枝NIPAM，即制得一种抗菌、抗粘附、可注射式温敏壳聚糖凝胶敷料。
进一步的，所述的季铵化壳聚糖的制备步骤如下：在壳聚糖醋酸水溶液中加入氯化缩水甘油三甲基铵，加热反应3-10小时，即得季铵化壳聚糖。
进一步的，所述的端羧基化的聚噁唑啉的制备步骤如下：首先在无水无氧70℃加热条件下，在超干乙腈溶剂中加入1,4-二溴-2-丁烯催化，进行单体2-甲基-2-噁唑啉的阳离子开环聚合，然后加入丙烯酸终止反应，得到端羧基化的聚噁唑啉。
进一步的，所述的酰胺化反应的步骤如下：首先将季铵化的壳聚糖和端羧基化的聚噁唑啉溶解于水溶液中，然后加入1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺，反应6-12小时。
进一步的，所述的通过乳液聚合反应在季铵化噁唑啉化壳聚糖的主链上接枝聚(N-异丙基丙烯酰胺)的制备步骤如下：按重量计，将1-20份季铵化噁唑啉化壳聚糖、0.1-2份酸、0.01-8份引发剂、1-20份N-异丙基丙烯酰胺单体、50-98份去离子水加入反应器中，搅拌溶解后，在40-90℃，反应1-12小时；经去离子水透析、真空冻干。
所述的酸优选为盐酸、丙烯酸、柠檬酸、乙酸中的至少一种。
所述的引发剂优选为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁基脒盐酸盐、过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钾、叔丁基过氧化氢中的至少一种。
本发明具体通过以下步骤实现：
(1)配制一定浓度的如下溶液待用：壳聚糖醋酸水溶液质量分数1％-5％；
(2)在壳聚糖醋酸水溶液中加入氯化缩水甘油三甲基铵，加热反应3-10小时；
(3)同时，进行单体2-甲基-2-噁唑啉的阳离子开环聚合，然后加入丙烯酸终止反应；
(4)将步骤(3)中制得的端羧基化的聚噁唑啉加入步骤(2)制得的季铵化壳聚糖中，进一步酰胺化反应；
(5)将NIPAM加入上述(4)制得的季铵化聚噁唑啉化的壳聚糖中，乳液聚合反应1-5小时；
(6)最终制得水溶液体系，喷涂至体表即形成凝胶敷料。
本发明中采用的壳聚糖优选分子量为3万-150万，脱乙酰度为50％-95％。
根据上述方案制得的一种抗菌、抗粘附、可注射式温敏壳聚糖凝胶敷料，在低于人体皮肤表面温度的环境下为溶液状态；喷到人体皮肤表面时形成凝胶，可用作凝胶敷料。
上述方案中制备得到的一种抗菌、抗粘附、可注射式温敏壳聚糖凝胶敷料，兼具抗菌、抗粘附作用和温敏性能，可实现即喷即凝。
本发明相对于现有技术具有以下优点：
1)本发明将壳聚糖季铵化改性，利用壳聚糖上的活泼氨基与环氧基团的开环反应，接枝季铵盐基团到壳聚糖上，可提高壳聚糖的水溶性和抗菌性。
2)本发明将壳聚糖聚噁唑啉化，利用壳聚糖上的活泼氨基与改性聚噁唑啉上的端羧基的酰胺化反应，接枝端羧基化的聚噁唑啉到壳聚糖上，可提高壳聚糖的水溶性、抗粘附性和生物相容性。
3)本发明赋予壳聚糖温敏性能，利用壳聚糖上的活泼氨基与乳液聚合制得的聚(N-异丙基丙烯酰胺)上的端基双键加成反应，接枝聚(N-异丙基丙烯酰胺)到壳聚糖上，可实现敷料的即喷即凝，提高了医用敷料的实用性。
附图说明
图1是本发明中壳聚糖季铵化、接枝端羧基化的聚噁唑啉、接枝N-异丙基丙烯酰胺的反应过程图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步的说明。
所用壳聚糖分子量为3万-150万，脱乙酰度为50％-95％。
实施例1：
1)配制一定浓度的如下溶液待用：壳聚糖醋酸水溶液质量分数3％；
2)在5mL壳聚糖醋酸水溶液中加入0.5mL氯化缩水甘油三甲基铵，加热反应10小时；
3)同时无水无氧70℃加热条件下，在超干乙腈溶剂中加入1,4-二溴-2-丁烯催化，进行单体2-甲基-2-噁唑啉的阳离子开环聚合，然后加入丙烯酸终止反应；
4)将上述步骤3)中制得的端羧基化的聚噁唑啉加入上述步骤2)制得的季铵化壳聚糖中，进一步酰胺化反应；
5)按重量计，将10份NIPAM、20份上述步骤4)制得的季铵化聚噁唑啉化的壳聚糖、2份盐酸、5份引发剂、63份去离子水混合搅拌均匀，乳液聚合反应1小时；
6)最终制得水溶液体系，喷涂至体表即形成凝胶敷料。
实施例2：
1)配制一定浓度的如下溶液待用：壳聚糖醋酸水溶液质量分数1％；
2)在3mL壳聚糖醋酸水溶液中加入5mL氯化缩水甘油三甲基铵，加热反应7小时；
3)同时无水无氧70℃加热条件下，在超干乙腈溶剂中加入1,4-二溴-2-丁烯催化，进行单体2-甲基-2-噁唑啉的阳离子开环聚合，然后加入丙烯酸终止反应；
4)将上述步骤3)中制得的端羧基化的聚噁唑啉加入上述步骤2)制得的季铵化壳聚糖中，进一步酰胺化反应；
5)按重量计，将10份NIPAM、10份上述步骤4)制得的季铵化聚噁唑啉化的壳聚糖、2份乙酸、1份引发剂、77份去离子水混合均匀，乳液聚合反应5小时；
6)最终制得水溶液体系，喷涂至体表即形成凝胶敷料。
实施例3：
1)配制一定浓度的如下溶液待用：壳聚糖醋酸水溶液质量分数5％；
2)在1mL壳聚糖醋酸水溶液中加入2.5mL氯化缩水甘油三甲基铵，加热反应3小时；
3)同时无水无氧70℃加热条件下，在超干乙腈溶剂中加入1,4-二溴-2-丁烯催化，进行单体2-甲基-2-噁唑啉的阳离子开环聚合，然后加入丙烯酸终止反应；
4)将上述步骤3)中制得的端羧基化的聚噁唑啉加入上述步骤2)制得的季铵化壳聚糖中，进一步酰胺化反应；
5)按重量计，将5份NIPAM、1份盐酸、3份引发剂、5份上述步骤4)制得的季铵化聚噁唑啉化的壳聚糖、86份去离子水混合均匀，乳液聚合反应3小时；。
6)最终制得水溶液体系，喷涂至体表即形成凝胶敷料。
Claims (9)
1.一种抗菌、抗粘附、可注射式温敏壳聚糖凝胶敷料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先制备季铵化壳聚糖；同时通过阳离子开环聚合制备端羧基化的聚噁唑啉；然后通过酰胺化反应在季铵化壳聚糖上接枝端羧基化的聚噁唑啉，最后通过乳液聚合反应在季铵化噁唑啉化壳聚糖的主链上接枝聚(N-异丙基丙烯酰胺)，从而制得一种抗菌、抗粘附、可注射式温敏壳聚糖凝胶敷料。
2.根据权利要求1所述的一种抗菌、抗粘附、可注射式温敏壳聚糖凝胶敷料的制备方法，其特征在于，所述的季铵化壳聚糖的制备步骤如下：在壳聚糖醋酸水溶液中加入氯化缩水甘油三甲基铵，加热反应3-10小时，即得季铵化壳聚糖。
3.根据权利要求1所述的一种抗菌、抗粘附、可注射式温敏壳聚糖凝胶敷料的制备方法，其特征在于，所述的端羧基化的聚噁唑啉的制备步骤如下：首先在无水无氧70℃加热条件下，在超干乙腈溶剂中加入1,4-二溴-2-丁烯催化，进行单体2-甲基-2-噁唑啉的阳离子开环聚合，然后加入丙烯酸终止反应，得到端羧基化的聚噁唑啉。
4.根据权利要求1所述的一种抗菌、抗粘附、可注射式温敏壳聚糖凝胶敷料的制备方法，其特征在于，所述的酰胺化反应的步骤如下：首先将季铵化的壳聚糖和端羧基化的聚噁唑啉溶解于水溶液中，然后加入1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺，反应6-12小时。
5.根据权利要求1所述的一种抗菌、抗粘附、可注射式温敏壳聚糖凝胶敷料的制备方法，其特征在于，所述的通过乳液聚合反应在季铵化噁唑啉化壳聚糖的主链上接枝聚(N-异丙基丙烯酰胺)的制备步骤如下：按重量计，将1-20份季铵化噁唑啉化壳聚糖、0.1-2份酸、0.01-8份引发剂、1-20份N-异丙基丙烯酰胺单体、50-98份去离子水加入反应器中，搅拌溶解后，在40-90℃，反应1-12小时；经去离子水透析、真空冻干。
6.根据权利要求5所述的一种抗菌、抗粘附、可注射式温敏壳聚糖凝胶敷料的制备方法，其特征在于，所述的酸为盐酸、丙烯酸、柠檬酸、乙酸中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的一种抗菌、抗粘附、可注射式温敏壳聚糖凝胶敷料的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁基脒盐酸盐、过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钾、叔丁基过氧化氢中的至少一种。
8.如权利要求1所述的一种抗菌、抗粘附、可注射式温敏壳聚糖凝胶敷料的制备方法，其特征在于，具体的制备步骤如下：
(1)配制一定浓度的如下溶液待用：壳聚糖醋酸水溶液质量分数1％-5％；
(2)在壳聚糖醋酸水溶液中加入氯化缩水甘油三甲基铵，加热反应3-10小时；
(3)同时，进行单体2-甲基-2-噁唑啉的阳离子开环聚合，然后加入丙烯酸终止封端；
(4)将步骤(3)中制得的端羧基化的聚噁唑啉加入步骤(2)制得的季铵化壳聚糖中，进一步酰胺化反应；
(5)将NIPAM加入步骤(4)制得的季铵化聚噁唑啉化的壳聚糖中，乳液聚合反应1-5小时；
(6)最终制得水溶液体系，喷涂至体表即形成凝胶敷料。
9.一种抗菌、抗粘附、可注射式温敏壳聚糖凝胶敷料，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的方法制得，其在低于人体皮肤表面温度的环境下为溶液状态；喷到人体皮肤表面后形成凝胶，用作凝胶敷料。
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