CN109966538B - 一种微电流伤口促愈抗菌敷料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微电流伤口促愈抗菌敷料及其制备方法，本发明采用静电纺丝技术制备具有压电效应的复合纳米纤维膜，对复合纳米纤维膜进行水热处理，使氧化锌纳米棒高取向分布在纳米纤维表面，进一步增强压电效果，通过压电效应产生的微电流可促进伤口部位细胞增殖分化，且恩诺沙星药物缓释体系具有抗菌功能，二者协同作用达到伤口促愈效果。本发明丰富了高性能医用敷料的种类，为开发可替代进口的高端医用敷料提供了新的解决方案。

Description

一种微电流伤口促愈抗菌敷料及其制备方法
技术领域
本发明属于医用耗材技术领域，具体涉及一种微电流伤口促愈抗菌敷料及其制备方法。
背景技术
随着全世界人口老龄化速度的不断加快，出现了老年人易患的诸如褥疮、溃疡等慢性疾病。这些疾病恢复期长、不易痊愈，并且易形成瘢痕等后遗症。传统医用敷料多以纱布、棉巾等为原料，由于成本较低目前在我国医用敷料市场上占较大比重。但是其保湿性能差、更换时牵扯伤口、掉落棉絮等问题，难以实现伤口的有效愈合。因此，研究开发高性能医用敷料具有重要临床价值和社会意义。
由于人体皮肤表层存在电场，压电效应产生的微电流能够带来轻微电刺激，从而促进伤口部位细胞增殖分化；同时恩诺沙星通过药物缓释对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等产生抑制作用，具备抗菌性能。微电流刺激细胞增殖与药物抗菌协同作用可促进伤口愈合。聚偏氟乙烯具有α、β、γ三种不同晶型，其中，β晶型具有良好的压电性能，而静电纺丝产生的极化作用使聚偏氟乙烯粉末中的α晶型转变为β晶型，因此静电纺丝制备的聚偏氟乙烯纳米纤维膜具有压电效应可以用作微电流伤口促愈敷料。
静电纺纳米纤维膜具有纤维直径细、比表面积大的结构特点，作为缓释载体材料有利于药物及生物活性因子的吸收与控制释放；其柔软轻薄，作用于伤口部位可以给患者带来舒适的使用感。另外，静电纺纳米纤维膜独特的三维多孔物理结构和较高的孔隙率，既能够保证其与外界进行液体和气体交换，利于维持创面愈合所需的湿度与含氧量；同时，纳米级多孔结构又可实现对细菌的物理阻隔。水热合成反应将纳米氧化锌以纳米棒的形式生长在纤维表面，其高取向排列的形貌特征可以增强复合纳米纤维膜的压电效应。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种微电流伤口促愈抗菌敷料及其制备方法：
一种微电流伤口促愈抗菌敷料包括纳米纤维膜，其特征在于所述纳米纤维膜包括纳米纤维、纳米棒和抗菌颗粒，所述纳米棒均匀高取向的固定在所述纳米纤维表面，所述抗菌颗粒均匀分布于所述纳米纤维表面。
其中优选的是，所述的纳米纤维为β型聚偏氟乙烯晶体制成的丝状结构。
其中优选的是，所述纳米棒为氧化锌制成的棒状结构。
其中优选的是，所述抗菌颗粒的成分是恩诺沙星。
一种微电流伤口促愈抗菌敷料的制备方法，按照先后顺序包括以下步骤：
(1)以DMF和丙酮为溶剂，加入聚偏氟乙烯粉末，加热搅拌至完全溶解，冷却静置后，加入恩诺沙星粉末并超声分散，得A溶液；
(2)A溶液经高压静电纺丝机纺丝后烘干得物料B；
(3)将乙酸锌加入异丙醇中，加热搅拌，滴入三乙胺，再次搅拌，待完全冷却后得溶液C；
(4)将物料B浸入溶液C中浸泡，取出后用乙醇反复冲洗，烘干，得物料D；
(5)将物料D放入水热合成反应釜中，加入硝酸锌六水合物和六亚甲基四胺水溶液，进行水热反应，冷却至室温，用去离子水洗涤物料D，烘干，即得所述微电流伤口促愈抗菌敷料。
其中优选的是，步骤(1)中所述恩诺沙星粉末的质量分数优选5-20％，所述聚偏氟乙烯质量分数为8％，所述DMF和丙酮为溶剂的质量比为3:1，加热温度为65度，超声分散时间为30分钟。
其中优选的是，步骤(2)中所述高压静电丝纺机型号为TL-Pro-10W，选用24号针头进行纺丝，针头内径为0.3毫米，外径为0.55毫米，静电纺丝参数：环境温度18-20度，湿度45-50％，纺丝电压为15-20千伏，喷丝头与接收板之间的距离为12-18厘米，流速为0.60-0.90毫升/小时，烘干温度为60度。
其中优选的是，步骤(3)中所述乙酸锌优选0.6-1.9克，所述异丙醇为50毫升，所述三乙胺为700微升，加热搅拌为85度、15分钟，再次搅拌为10分钟。
其中优选的是，步骤(4)中浸泡时长优选8-12小时，乙醇冲洗次数为5次，烘干条件为60度，烘干时间为10分钟。
其中优选的是，步骤(5)中所述硝酸锌六水合物和六亚甲基四胺水溶液用量为30毫升，水热反应温度优选70-110度，烘干温度为60度。
其中优选的是，该法用于制备上述的微电流伤口促愈抗菌敷料。
本发明以聚偏氟乙烯和恩诺沙星为原料，采用静电纺丝技术制备出具有抗菌性能的复合纳米纤维膜，再经过水热生长法将氧化锌纳米棒均匀高取向地生长在纤维表面，得到具有压电效应和抗菌性能的伤口促愈医用敷料。
附图说明
图1为微电流伤口促愈抗菌敷料结构示意图；
图2为微电流伤口促愈抗菌敷料中纳米纤维结构示意图。
附图标记说明：
1、纳米纤维，2、抗菌颗粒，3、纳米棒，4、纳米纤维膜。
具体实施方式
为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。
本发明提供的一种微电流伤口促愈抗菌敷料包括纳米纤维膜4，纳米纤维膜4包括纳米纤维1、纳米棒3和抗菌颗粒2，纳米棒3均匀高取向的固定在纳米纤维1表面，抗菌颗粒2均匀分布于纳米纤维1表面，纳米纤维1为β型聚偏氟乙烯晶体制成的丝状结构，纳米棒3为氧化锌制成的棒状结构，抗菌颗粒2的成分是具有抗菌性能的恩诺沙星。
实施例一
如图1和图2所示，将纳米纤维膜4敷于患者伤口处，当患者活动时，纳米纤维膜4则会同时被挤压或拉伸，因此导致纳米纤维1被挤压或拉伸，此时纳米纤维1中发生静电离子电荷的分离，当施加应力时会产生压电电位，由于纳米纤维1上设置有纳米棒3，当纳米纤维膜4被挤压或拉伸时，其分层结构中的纳米棒3将相互偏转和滑动，从而加强纳米棒3和纳米纤维膜4内部的变形，从而增强压电势，同时变形过程中会挤压抗菌颗粒2，使抗菌颗粒2的药物释放更加高效，以达到加速伤口愈合，抗菌防止再次感染的目的。
实施例二
1、纺丝液制备：
A、聚偏氟乙烯纯溶液制备：
以DMF和丙酮为溶剂(质量比为3:1)，加入一定质量聚偏氟乙烯粉末，放入DF-101S型恒温加热磁力搅拌器中65度下搅拌至完全溶解，完全冷却至室温后，静置脱泡后，得到质量分数为8％的聚偏氟乙烯纯溶液；
B、混合溶液制备：
在聚偏氟乙烯纯溶液中加入一定质量的恩诺沙星粉末，超声分散30分钟，得到恩诺沙星质量分数为10％的混合溶液即溶液A。
2、复合纳米纤维膜的制备：
采用TL-Pro-10W型高压静电纺丝机，选用24号针头(内径为0.3毫米，外径为0.55毫米)进行纺丝。静电纺丝参数：环境温度18-20度，湿度45％-50％，纺丝电压为15千伏-20千伏，喷丝头与接收板之间的距离为12-18厘米，流速为0.60-0.90毫升/小时。
3、烘干：
纺丝完成后在GZX-GF-101AB-2型电热恒温鼓风干燥箱中60度下烘干得物料B。
4、水热法：
将0.6克乙酸锌加入50毫升异丙醇中，85度下搅拌15分钟后滴入700微升三乙胺，继续搅拌10分钟。待溶液完全冷却后得溶液C，将静电纺丝制得的复合纳米纤维膜(3厘米*3厘米)即物料B，浸入溶液C中12小时。取出后，用乙醇冲洗并在60度下烘干10分钟，该过程重复5次得物料D。
将处理后的复合纳米纤维膜即物料D，放入不锈钢水热合成反应釜中，加入30毫升等摩尔(0.025M)硝酸锌六水合物和六亚甲基四胺水溶液，110度下进行水热反应，冷却至室温后，用去离子水洗涤复合纳米纤维膜，并在60度烘箱中烘干，即得所述微电流伤口促愈抗菌敷料。
实施例三
1、纺丝液制备：
A、聚偏氟乙烯纯溶液制备：
以DMF和丙酮为溶剂(质量比为3:1)，加入一定质量聚偏氟乙烯粉末，放入DF-101S型恒温加热磁力搅拌器中65度下搅拌至完全溶解，完全冷却至室温后，静置脱泡后，得到质量分数为8％的聚偏氟乙烯纯溶液；
B、混合溶液制备：
在聚偏氟乙烯纯溶液中加入一定质量的恩诺沙星粉末，超声分散30分钟，得到恩诺沙星质量分数为15％的混合溶液即溶液A。
2、复合纳米纤维膜的制备：
采用TL-Pro-10W型高压静电纺丝机，选用24号针头(内径为0.3毫米，外径为0.55毫米)进行纺丝。静电纺丝参数：环境温度18-20度，湿度45％-50％，纺丝电压为15千伏-20千伏，喷丝头与接收板之间的距离为12-18厘米，流速为0.60-0.90毫升/小时。
3、烘干：
纺丝完成后在GZX-GF-101AB-2型电热恒温鼓风干燥箱中60度下烘干得物料B。
4、水热法：
将1.9克乙酸锌加入50毫升异丙醇中，85度下搅拌15分钟后滴入700微升三乙胺，继续搅拌10分钟。待溶液完全冷却后得溶液C，将静电纺丝制得的复合纳米纤维膜(3厘米*3厘米)即物料B，浸入溶液C中8小时。取出后，用乙醇冲洗并在60度下烘干10分钟，该过程重复5次。
将处理后的复合纳米纤维膜即物料D，放入不锈钢水热合成反应釜中，加入30毫升等摩尔(0.025M)硝酸锌六水合物和六亚甲基四胺水溶液。70度下进行水热反应，冷却至室温后，用去离子水洗涤复合纳米纤维膜，并在60度烘箱中烘干，即得所述微电流伤口促愈抗菌敷料。
实施例四
1、纺丝液制备：
A、聚偏氟乙烯纯溶液制备：
以DMF和丙酮为溶剂(质量比为3:1)，加入一定质量聚偏氟乙烯粉末，放入DF-101S型恒温加热磁力搅拌器中65度下搅拌至完全溶解，完全冷却至室温后，静置脱泡后，得到质量分数为8％的聚偏氟乙烯纯溶液；
B、混合溶液制备：
在聚偏氟乙烯纯溶液中加入一定质量的恩诺沙星粉末，超声分散30分钟，得到恩诺沙星质量分数为20％的混合溶液即溶液A。
2、复合纳米纤维膜的制备：
采用TL-Pro-10W型高压静电纺丝机，选用24号针头(内径为0.3毫米，外径为0.55毫米)进行纺丝。静电纺丝参数：环境温度18-20度，湿度45％-50％，纺丝电压为15千伏-20千伏，喷丝头与接收板之间的距离为12-18厘米，流速为0.60-0.90毫升/小时。
3、烘干：
纺丝完成后在GZX-GF-101AB-2型电热恒温鼓风干燥箱中60度下烘干得物料B。
4、水热法：
将1.1克乙酸锌加入50毫升异丙醇中，85度下搅拌15分钟后滴入700微升三乙胺，继续搅拌10分钟。待溶液完全冷却后得溶液C，将静电纺丝制得的复合纳米纤维膜(3厘米*3厘米)即物料B，浸入溶液C中10小时。取出后，用乙醇冲洗并在60度下烘干10分钟，该过程重复5次得物料D。
将处理后的复合纳米纤维膜即物料D，放入不锈钢水热合成反应釜中，加入30毫升等摩尔(0.025M)硝酸锌六水合物和六亚甲基四胺水溶液。90度下进行水热反应，冷却至室温后，用去离子水洗涤复合纳米纤维膜，并在60度烘箱中烘干，即得所述微电流伤口促愈抗菌敷料。
通过控制恩诺沙星质量分数得到的不同微电流伤口促愈抗菌敷料进行性能测试如下：
(1)压电性能测试：
静电纺丝作用后，偏佛聚乙烯纳米纤维膜在压力作用下产生电压，输出值为6毫伏，具备压电性能。当恩诺沙星质量分数为20％，输出电压达到9毫伏，测试结果如表1所示。
(2)药物缓释测试：
敷料放置于盛有蒸馏水的洁净灭菌烧杯中，并密封，室温72小时后测试药物累计释放率，实验结果如表1所示。
(3)抗菌性能测试：
选用5厘米*5厘米尺寸的纯偏佛聚乙烯纤维膜作为空白对照，恩诺沙星质量分数为10％、15％和20％的同尺寸复合纳米纤维膜，分别涂布接种200CFU/毫升的菌悬液1毫升，菌种为白色念珠菌ATCC10231、绿脓假单胞菌ATCC15442和金黄色葡萄球菌ATCC6538，于36度下培养24小时后计算菌落数量，实验结果如表2所示。
表1：不同恩诺沙星质量分数下输出电压(毫伏)和后药物累计释放(％)结果
Figure BDA0002015070510000091
表2：不同恩诺沙星质量分数下敷料抑菌效果。
Figure BDA0002015070510000092
由上述实验结果证明：
(1)偏佛聚乙烯在经过静电纺丝的极化作用后，晶型由α相转变为β相，而β晶型是纳米纤维膜具备良好压电效果的根本原因，证实了偏佛聚乙烯中β晶型的存在且偏佛聚乙烯确实具备压电效应。随着恩诺沙星含量增加，复合纤维膜的输出电压逐渐增大，当恩诺沙星质量分数为20％，输出电压达到9毫伏。结果表明，抗菌药物的加入有助于β晶型形成，使得复合纳米纤维膜输出电压升高，增强压电性能。
(2)72小时以后，随时间增加，药物仍在释放但速度减慢，累计释放曲线逐渐平坦，逐渐达到动态平衡，累计释放率分别为81.1％(恩诺沙星-10％)、85.6％(恩诺沙星-15％)和87.9％(恩诺沙星-20％)。因此，载药偏佛聚乙烯复合纳米纤维膜药物释放速度平稳且持续释放时间长。
(3)结果显示，空白试样上三种致病菌菌落数量最大，随着恩诺沙星质量分数的增加，三种致病菌菌落数量明显降低，当恩诺沙星质量分数为20％时，所接种的三种致病菌基本被完全抑制，所以该复合纳米纤维膜具备抗菌性能。
同时在本制备方法中，乙酸锌用量为1.1克时，氧化锌纳米棒形态最佳。如乙酸锌用量过少(如含量为0.6克时)，纳米棒只生长在纤维表层，且取向凌乱；如果乙酸锌用量过多(如含量为1.9克时)，氧化锌多为纳米片结构，随机分布在纤维膜表面。
水热法中浸泡时间为10小时最好。如果浸泡时间过短(如8小时)，纳米棒较短且表面粗糙；如果浸泡时间过长(如12小时)，纳米棒交叠密度增大，形貌变差。
水热法中水热反应温度为90度最好。如果水热反应温度过低(如70度)，纤维表面十分粗糙，带有很多颗粒，取向非常不规律；如果水热反应温度过高(如110度)，纤维直径分布不匀增大，结构差异性增大。
综上，经过本方法制造的一种微电流伤口促愈抗菌敷料，具有抗菌性能强，抗菌时间久，微电流输出电压充足的优点，更加适用于病患伤口的恢复。

Claims (6)

1.一种微电流伤口促愈抗菌敷料，包括纳米纤维膜，其特征在于，所述纳米纤维膜包括纳米纤维、纳米棒和抗菌颗粒，所述纳米棒均匀高取向的固定在所述纳米纤维表面，所述抗菌颗粒均匀分布于所述纳米纤维表面；所述的纳米纤维为β型聚偏氟乙烯晶体制成的丝状结构；
所述纳米棒为氧化锌制成的棒状结构；所述抗菌颗粒的成分是恩诺沙星；
所述微电流伤口促愈抗菌敷料为采用如下方法制备得到的微电流伤口促愈抗菌敷料，所述方法包括以下步骤：
(1)以DMF和丙酮为溶剂，加入聚偏氟乙烯粉末，加热搅拌至完全溶解，冷却静置后，加入恩诺沙星粉末并超声分散，得A溶液；
(2)A溶液经高压静电纺丝机纺丝后烘干得物料B；
(3)将乙酸锌加入异丙醇中，加热搅拌，滴入三乙胺，再次搅拌，待完全冷却后得溶液C；
(4)将物料B浸入溶液C中浸泡，取出后用乙醇反复冲洗，烘干，得物料D；
(5)将物料D放入水热合成反应釜中，加入硝酸锌六水合物和六亚甲基四胺水溶液，进行水热反应，冷却至室温，用去离子水洗涤物料D，烘干，即得所述微电流伤口促愈抗菌敷料；
步骤(1)中所述恩诺沙星粉末的质量百分数为5-20％，所述聚偏氟乙烯质量百分数为8％，所述DMF和丙酮的质量比为3:1，加热温度为65℃，超声分散时间为30分钟。
2.一种微电流伤口促愈抗菌敷料的制备方法，包括权利要求1所述的微电流伤口促愈抗菌敷料，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以DMF和丙酮为溶剂，加入聚偏氟乙烯粉末，加热搅拌至完全溶解，冷却静置后，加入恩诺沙星粉末并超声分散，得A溶液；
(2)A溶液经高压静电纺丝机纺丝后烘干得物料B；
(3)将乙酸锌加入异丙醇中，加热搅拌，滴入三乙胺，再次搅拌，待完全冷却后得溶液C；
(4)将物料B浸入溶液C中浸泡，取出后用乙醇反复冲洗，烘干，得物料D；
(5)将物料D放入水热合成反应釜中，加入硝酸锌六水合物和六亚甲基四胺水溶液，进行水热反应，冷却至室温，用去离子水洗涤物料D，烘干，即得所述微电流伤口促愈抗菌敷料；
步骤(1)中所述恩诺沙星粉末的质量百分数为5-20％，所述聚偏氟乙烯质量百分数为8％，所述DMF和丙酮的质量比为3:1，加热温度为65℃，超声分散时间为30分钟。
3.根据权利要求2所述的微电流伤口促愈抗菌敷料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述高压静电纺丝机型号为TL-Pro-10W，选用24号针头进行纺丝，针头内径为0.3毫米，外径为0.55毫米，静电纺丝参数：环境温度18-20℃，湿度45-50％，纺丝电压为15-20千伏，喷丝头与接收板之间的距离为12-18厘米，流速为0.60-0.90毫升/小时，烘干温度为60℃。
4.根据权利要求2所述的微电流伤口促愈抗菌敷料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述乙酸锌为0.6-1.9克，所述异丙醇为50毫升，所述三乙胺为700微升，加热搅拌为85℃、15分钟，再次搅拌为10分钟。
5.根据权利要求2所述的微电流伤口促愈抗菌敷料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中浸泡时长为8-12小时，乙醇冲洗次数为5次，烘干条件为60℃，烘干时间为10分钟。
6.根据权利要求2所述的微电流伤口促愈抗菌敷料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述硝酸锌六水合物和六亚甲基四胺水溶液用量为30毫升，水热反应温度为70-110℃，烘干温度为60℃。
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Assignee: Yangzhou Atlan new materials Co.,Ltd.

Assignor: NANTONG University

Contract record no.: X2021320000130

Denomination of invention: The invention relates to a micro current wound healing promoting antibacterial dressing and a preparation method thereof

Granted publication date: 20200721

License type: Common License

Record date: 20211203