CN110251721A - 一种原位成型自修复抗菌水凝胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种原位成型自修复抗菌水凝胶及其制备方法，本发明主要通过不同分子量的氧化醛基透明质酸钠和透明质酸钠结合制备出一种具有快速原位成型和具有自修复抗菌功能的医用水凝胶敷料。醛基和聚阳离子聚合物中的氨基反应形成动态希夫碱键，赋予水凝胶自修复功能，游离的不同分子量透明质酸钠发挥协同作用，促进皮肤修复。本发明提供的水凝胶制备方法简单便捷，具有可注射原位成型的优点，在生物医用材料领域具有良好的应用前景。

Description

一种原位成型自修复抗菌水凝胶及其制备方法

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，特别涉及一种原位成型自修复抗菌水凝胶及其制备方法。

背景技术

在日常生活中，人们的皮肤常会因为烧伤、烫伤及机械创伤而造成损伤，另外还包括糖尿病足、压疮等所导致的皮肤损伤。伤口愈合是一个复杂的生理过程，由三个重叠阶段组成：炎症阶段，增殖阶段和重塑阶段。愈合过程在组织受损时就开始了。当血液成分接触损伤部位时，血小板与胶原、细胞外基质接触并释放凝血和生长因子。在炎症阶段，中性粒细胞是第一个出现在损伤部位的白细胞，以消除细菌污染。增殖阶段，单核细胞及其向巨噬细胞转化时，通过释放许多生物活性物质和生长因子来启动组织修复，所述生物活性物质和生长因子是开始形成组织所必需的。在第三阶段，成纤维细胞增殖并迁移到伤口部位并开始松散的细胞外基质沉积。内皮细胞与成纤维细胞在伤口内生长，同时形成血管。最后，通过分化角质形成细胞以及卵泡细胞，发生组织重塑以重建基膜。

在伤口愈合过程中，形成疤痕。这主要发生在手术切口或伤口愈合之后。 当受损的外层皮肤被重建的组织愈合时，疤痕较少。当皮肤下面的厚层组织受损时，厚层组织重建更加复杂。为了覆盖它，我们的身体沉积胶原纤维，这导致非常明显的疤痕。因此，需要能够诱导无瘢痕愈合的敷料。

在所有敷料（水胶体，藻酸盐和水凝胶）中，每种都有其自身的优点和局限性，但水凝胶是最好的并且具有理想的伤口敷料所需的所有特征。

传统水凝胶一般为片状水凝胶敷料，不能适应伤口的不规则形状。另外当受损的凝胶中形成微观或宏观尺度上的裂纹时，其优越的性能往往会变差，甚至丧失。且这些裂纹的进一步传播可能会影响凝胶网络结构的完整性和机械性能，进而缩短凝胶的使用寿命。因此研究并开发与生物软组织结构和性能类似的、在受损后仍可恢复材料原来结构和功能的减少疤痕形成的原位成型自修复抗菌水凝胶，具有广泛的科学意义和应用潜力。

公开号为CN108904875A的中国发明专利申请中公开了一种促进慢性创面愈合的抗菌自愈合水凝胶辅料及其制备方法和应用，该水凝胶中添加了温敏性材料F127，该辅料需要在37℃水浴中温育1小时后形成一种具有双网络结构的水凝胶，成胶时间长，不方便临床操作。

公开号为CN104892962B的中国发明专利申请中公开了一种巯基/二硫键可控自交联透明质酸水疑胶的制备方法及其应用，该凝胶以具有自由巯基的巯基 透明质酸化合物为原料，利用巯基和二硫键之间的氧化还原转变特性，构建了具有良好三维网络交联结构的可控可注射式智能型水凝胶，37℃条件下的最短凝胶时间为6分钟，成胶时间长，不方便临床操作。

因此，研发一种能够快速原位成型，具有自修复抗菌功能的水凝胶是本领域迫切的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种原位成型自修复抗菌水凝胶及其制备方法，该方法制备的水凝胶能够快速原位成型并粘附于创伤表面，能够促进伤口愈合，并具有一定的自修复和抗菌功能，另外还可作为促进伤口愈合相关生长因子的释放载体。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案具体步骤如下：

A. 氧化透明质酸钠的制备：配置一定浓度（1mg/ml—20mg/ml）的透明质酸钠水溶液，在搅拌下，将一定浓度高碘酸钠溶液（25mg/ml—120mg/ml）滴加至透明质酸钠水溶液中，室温、避光搅拌一定时间（24小时—72小时）后，加入乙二醇终止反应，室温搅拌一定时间（1小时—2小时）后，将溶液过滤、透析并冷冻干燥，得到醛基化透明质酸钠；

B. 水凝胶材料的制备：将醛基化透明质酸钠和透明质酸钠组分溶于pH值2.0—7.4的缓冲液A中，将聚阳离子聚合物组分溶于pH值7.4—12的缓冲液B中，再将溶液A和溶液B混合，发生交联反应形成水凝胶。

C. 含有外泌体的水凝胶材料的制备：将醛基化透明质酸钠和透明质酸钠组分溶于pH值2.0—7.4的缓冲液A中，将聚阳离子聚合物和外泌体组分溶于pH值7.4—12的缓冲液B中，再将溶液A和溶液B混合，发生交联反应形成含有外泌体的水凝胶。

进一步，醛基化透明质酸钠和透明质酸钠组分中醛基化透明质酸钠的质量分数为20%—100%，透明质酸钠的质量分数为0%—80%。

进一步，透明质酸钠分为高分子量透明质酸钠、中分子量透明质酸钠及低分子量透明质酸钠，其中高分子量透明质酸钠占比0%—20%（质量分数），中分子量透明质酸钠占比0%—40%（质量分数），低分子量透明质酸钠占比0%—90%（质量分数）。

进一步，高分子量透明质酸钠的分子量100万—220万，中分子量透明质酸钠的分子量范围1万—100万，低分子量透明质酸钠的分子量范围3千—1万。

进一步，所述缓冲盐用磷酸盐、碳酸盐、硼酸盐、乙酸、盐酸等中的一种或几种混合。

所述缓冲液A的pH值优选为3.9—7.4，缓冲液B的pH值优选为7.4—10，所述缓冲液A可为：pH为4.0的稀盐酸溶液、pH为5.8—7.4的磷酸盐缓冲液；所述缓冲液B可为：pH为9.5的四硼酸钠水溶液、pH为7.4—10的磷酸盐缓冲液。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明方法制备的原位成型水凝胶采用不同分子量的透明质酸、透明质酸钠及其衍生物作为主要成分，高分子量透明质酸钠具有良好的保湿型及成膜性，保持伤口的湿润环境；中分子量透明质酸钠具有水合软化角质层，修复皮肤表层的功能；低分子量透明质酸或透明质酸钠具有促进炎症因子表达和促进血管生成的作用。三种不同分子量的透明质酸或透明质酸钠发挥协同作用，促进伤口愈合，减少疤痕形成。

二、本发明方法制备的原位成型水凝胶含有聚阳离子聚合物，阳离子吸附细胞壁中的胞壁酸，脂磷壁酸等带负电的基团，破坏细胞壁；另外疏水长链的非极性作用穿透溶解细胞膜，破坏细胞结构，引起细菌的溶解和死亡。避免了使用抗生素带来的耐药性的风险。

三、本发明方法制备的原位成型水凝胶由动态化学键组成，具有自修复功能，水凝胶破损后能够自我修复，延长了材料的使用寿命。

四、本发明方法制备的原位成型水凝胶成胶时间短，由液体转变为水凝胶仅需2秒左右，能够在复杂部位的皮肤表面迅速形成水凝胶，利于临床操作。

附图说明

图1 双组份混液器

图2 实施例10的水凝胶快速成胶过程

图3 实施例14的水凝胶的自修复性质

图4 实施例15的水凝胶的抗菌效果

图5 实施例15的水凝胶的伤口修复效果

具体实施方式

结合实施例对本发明作进一步的说明，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

实施例1

低分子氧化透明质酸钠的制备：称取2g低分子透明质酸钠加入到200ml注射用水中，搅拌溶解，待其完全溶解后，滴加高碘酸钠溶液20ml，高碘酸钠与透明质酸钠的摩尔比为4:1，避光室温搅拌48小时，。随后加入与高碘酸钠摩尔比为2:1的乙二醇终止反应，搅拌2小时后，反应产物在去离子水中透析纯化4天，冷冻干燥即得到低分子氧化透明质酸钠，氧化度为82%。

实施例2

低分子氧化透明质酸钠的制备：称取2g低分子透明质酸钠加入到200ml注射用水中，搅拌溶解，待其完全溶解后，滴加高碘酸钠溶液20ml，高碘酸钠与透明质酸钠的摩尔比为2:1，避光室温搅拌24小时，。随后加入与高碘酸钠摩尔比为2:1的乙二醇终止反应，搅拌2小时后，反应产物在去离子水中透析纯化4天，冷冻干燥即得到低分子氧化透明质酸钠，氧化度为68%。

实施例3

中分子氧化透明质酸钠的制备：称取2g中分子透明质酸钠，其余步骤同实施例1。

实施例4

中分子氧化透明质酸钠的制备：称取2g高分子透明质酸钠，其余步骤同实施例1。

实施例5

称取0.25g低分子氧化透明质酸钠溶解于10ml pH为4.0的稀盐酸溶液中，称取0.25g三赖氨酸溶于10ml pH为9.5的四硼酸钠水溶液中，然后将双组份混液器将两种液体压出混合，液体混合7秒后得到原位成型具有自修复抗菌效果的水凝胶。

实施例6

称取0.15g低分子氧化透明质酸钠和0.10g中分子氧化透明质酸钠溶解于10ml pH为4.0的稀盐酸溶液中，称取0.25g三赖氨酸溶于10ml pH为9.5的四硼酸钠水溶液中，然后将双组份混液器将两种液体压出混合，液体混合7秒后得到原位成型具有自修复抗菌效果的水凝胶。

实施例7

称取0.25g低分子氧化透明质酸钠和0.25g高分子氧化透明质酸钠溶解于10ml pH为4.0的稀盐酸溶液中，称取0.5g三赖氨酸溶于10ml pH为9.5的四硼酸钠水溶液中，然后将双组份混液器将两种液体压出混合，液体混合6秒后得到原位成型具有自修复抗菌效果的水凝胶。

实施例8

称取0.40g低分子氧化透明质酸钠、0.05g中分子氧化透明质酸钠、0.05g高分子氧化透明质酸钠和0.05g低分子透明质酸钠溶解于10ml pH为4.0的稀盐酸溶液中，称取0.5g三赖氨酸溶于10ml pH为9.5的四硼酸钠水溶液中，然后将双组份混液器将两种液体压出混合，液体混合8秒后得到原位成型具有自修复抗菌效果的水凝胶。

实施例9

称取0.60g低分子氧化透明质酸钠、0.05g中分子氧化透明质酸钠、0.05g高分子氧化透明质酸钠和0.05g高分子透明质酸钠溶解于10ml pH为4.0的稀盐酸溶液中，称取0.5g聚乙烯亚胺溶于10ml pH为9.5的四硼酸钠水溶液中，然后将双组份混液器将两种液体压出混合，液体混合2秒后得到原位成型具有自修复抗菌效果的水凝胶。

实施例10

称取0.60g低分子氧化透明质酸钠、0.05g中分子氧化透明质酸钠、0.05g高分子氧化透明质酸钠和0.05g高分子透明质酸钠溶解于10ml pH为4.0的稀盐酸溶液中，称取1.0g聚乙烯亚胺溶于10ml pH为9.5的四硼酸钠水溶液中，然后将双组份混液器将两种液体压出混合，液体混合2秒后得到原位成型具有自修复抗菌效果的水凝胶。

实施例11

称取0.60g低分子氧化透明质酸钠、0.05g中分子氧化透明质酸钠、0.05g高分子氧化透明质酸钠和0.05g高分子透明质酸钠溶解于10ml pH为4.0的磷酸盐缓冲溶液中，称取1.0g聚乙烯亚胺溶于10ml pH为9.5的磷酸盐缓冲溶液中，然后将双组份混液器将两种液体压出混合，液体混合2秒后得到原位成型具有自修复抗菌效果的水凝胶。

实施例12

称取0.60g高分子氧化透明质酸钠、0.05g低分子氧化透明质酸钠和0.005g高分子透明质酸钠、0.04g低分子透明质酸钠溶解于10ml pH为4.0的磷酸盐缓冲溶液中，称取1.0g聚乙烯亚胺溶于10ml pH为9.5的磷酸盐缓冲溶液中，然后将双组份混液器将两种液体压出混合，液体混合12秒后得到原位成型具有自修复抗菌效果的水凝胶。

实施例13

称取0.60g高分子氧化透明质酸钠、0.05g低分子氧化透明质酸钠和0.05g高分子透明质酸钠、0.01g中分子透明质酸钠、0.05g低分子透明质酸钠溶解于10ml pH为4.0的磷酸盐缓冲溶液中，称取1.0g聚乙烯亚胺溶于10ml pH为9.5的磷酸盐缓冲溶液中，然后将双组份混液器将两种液体压出混合，液体混合12秒后得到原位成型具有自修复抗菌效果的水凝胶。

实施例14

称取0.50g低分子氧化透明质酸钠、0.05g中分子氧化透明质酸钠、0.005g高分子氧化透明质酸钠和0.005g高分子透明质酸钠、0.04g低分子透明质酸钠溶解于10ml pH为7.4的磷酸盐缓冲溶液中，称取1.0g聚乙烯亚胺溶于10ml pH为7.4的磷酸盐缓冲溶液中，然后将双组份混液器将两种液体压出混合，液体混合3秒后得到原位成型具有自修复抗菌效果的水凝胶。

实施例15

称取2.0g低分子氧化透明质酸钠、0.05g中分子氧化透明质酸钠、0.005g高分子氧化透明质酸钠和0.008g中分子透明质酸钠、0.05g低分子透明质酸钠溶解于10ml pH为6.8的磷酸盐缓冲溶液中，称取1.0g聚乙烯亚胺溶于10ml pH为8.0的磷酸盐缓冲溶液中，然后将双组份混液器将两种液体压出混合，液体混合3秒后得到原位成型具有自修复抗菌效果的水凝胶。

创伤修复评价：

选用老鼠模型研究本发明的水凝胶对伤口愈合的作用。实验所用8支老鼠是SD雄鼠，首先将老鼠麻醉，剪刀将老鼠背部的毛剃掉，再用剪刀割一个直径2cm的圆形伤口。将老鼠分成2组，实验组（用该实施例制备的水凝胶），对照组（对伤口不做任何处理），处理后分别单独关入笼子，提供等量的食物与水，拍照记录，连续观察13天，对老鼠的伤口愈合情况进行拍照记录，统计结果表明实验组明显好于对照组。

表一 培养细菌死亡半径范围

	实施例8	实施例9	实施例10	实施例15
					金黄色葡萄糖菌死亡范围直径/mm	10	15	20	18

对比例1

称取0.15g低分子氧化透明质酸钠、0.05g中分子氧化透明质酸钠、0.05g高分子氧化透明质酸钠和0.05g高分子透明质酸钠溶解于10ml pH为4.0的磷酸盐缓冲溶液中，称取0.2g聚乙烯亚胺溶于10ml pH为9.5的磷酸盐缓冲溶液中，然后将双组份混液器将两种液体压出混合，液体混合120秒后仍未固化形成水凝胶。

对比例2

称取0.60g低分子氧化透明质酸钠、0.05g中分子氧化透明质酸钠、0.05g高分子氧化透明质酸钠和0.05g高分子透明质酸钠溶解于10ml pH为3.5的磷酸盐缓冲溶液中，称取1.0g聚乙烯亚胺溶于10ml pH为10.5的磷酸盐缓冲溶液中，然后将双组份混液器将两种液体压出混合，液体混合200秒后仍未固化形成水凝胶。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种原位成型自修复抗菌水凝胶及其制备方法，其特征在于，所述水凝胶包括第一组分和聚阳离子聚合物的第二组分，所述制备原料包括：

不同分子量的醛基化透明质酸钠和不同分子量的透明质酸钠组成的第一组分，聚阳离子聚合物组成的第二组分。

2.根据权利要求1所述的一种原位成型自修复抗菌水凝胶及其制备方法，其特征在于，所述第一组分中醛基化透明质酸钠的质量分数为20%—100%，透明质酸钠的质量分数为0%—80%。

3.根据权利要求1所述的一种原位成型自修复抗菌水凝胶及其制备方法，其特征在于，所述醛基化透明质酸钠由低分子醛基化透明质酸钠、中分子醛基化透明质酸钠、高分子醛基化透明质酸钠中的一种或两种以上组成。

4.根据权利要求3所述的一种原位成型自修复抗菌水凝胶及其制备方法，其特征在于，所述低分子醛基化透明质酸钠的分子量范围3千—1万，中分子醛基化透明质酸钠的分子量范围1万—100万，高分子醛基化透明质酸钠的分子量范围100万—220万。

5.根据权利要求3所述的一种原位成型自修复抗菌水凝胶及其制备方法，其特征在于，所述低分子醛基化透明质酸钠中低分子醛基化透明质酸钠含量0-100%（质量分数），中分子醛基化透明质酸钠含量0-100%（质量分数），高分子醛基化透明质酸钠含量0-100%（质量分数）。

6.根据权利要求1所述的一种原位成型自修复抗菌水凝胶及其制备方法，其特征在于，所述透明质酸钠由高分子量透明质酸钠、中分子量透明质酸钠及低分子量透明质酸钠组成，其中高分子量透明质酸钠占比0%—20%（质量分数），中分子量透明质酸钠占比0%—40%（质量分数），低分子量透明质酸钠占比0%—90%（质量分数）。

7.根据权利要求1所述的一种原位成型自修复抗菌水凝胶及其制备方法，其特征在于，所述聚阳离子聚合物为聚乙烯亚胺、三赖氨酸、多赖氨酸中的一种或两种，聚阳离子聚合物的分子量范围500—2000。

8.一种制备权利要求1所述水凝胶的方法，是将第一组分溶于pH值为3.9—7.4的缓冲液A中，得到溶液A，将含有聚阳离子聚合物的第二组分溶于pH值为7.4—10的缓冲液B中，得到溶液B，再将溶液A和溶液B混合，发生交联反应形成水凝胶。

9.根据权利要求8所述的一种原位成型自修复抗菌水凝胶及其制备方法，其特征在于：

所述缓冲液A可为：pH为4.0的稀盐酸溶液或pH为5.8—7.4的磷酸盐缓冲液；

所述缓冲液B可为：pH为9.5的四硼酸钠水溶液或pH为7.4—10的磷酸盐缓冲液。

10.根据权利要求8所述的一种原位成型自修复抗菌水凝胶及其制备方法，其特征在于：所述溶液A中氧化透明质酸钠的浓度2.5%—25%（质量分数），溶液B中聚阳离子聚合物的浓度2.5%—25%（质量分数）。