CN110898251A - 具有pH响应性和内部接枝多孔贯通网状结构的复合水凝胶敷料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有pH响应性和内部接枝多孔贯通网状结构的复合水凝胶敷料，由聚乙烯醇、聚氧化乙烯和羧甲基壳聚糖的混合物通过辐射交联制备得到。本发明提供的具有pH响应性和多孔贯通网状结构的聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶材料具有良好的pH响应性、力学性能和阻菌作用，并且具有制备方法简单易操作，原料易得的优点，可以快速感知pH变化，同时良好的力学性能能够保证水凝胶材料的柔韧性，在伤口敷料方面具有良好的应用前景，可以很好的应用于伤口创面治疗方面。

Description

具有pH响应性和内部接枝多孔贯通网状结构的复合水凝胶敷 料及其制备方法
技术领域
本发明涉及医用材料技术领域，尤其涉及一种具有pH响应性和内部接枝多孔贯通网状结构的复合水凝胶敷料及其制备方法。
背景技术
日常生活中，人们常会遇到各种损伤，由物力、化学、热力、机械、压力、感染、疾病等因素引起，造成皮肤缺损，形成大小不等、深浅不同、形状各异的各类伤口。英国皇家医学会Winter博士在动物实验中证实伤口在适度湿润的环境下，细胞再生能力及游移速度较快，其复原速度比完全干燥的环境下快一倍以上，适度湿润和密闭的环境可以有效地加速伤口愈合。传统上医生一般用无菌纱布及外用抗生素处理伤口，纱布易与皮肤组织粘连，换药时容易破坏新生的上皮和肉芽组织，引起出血，不利于伤口的愈合，而且增加病人的疼痛感。水凝胶敷料是一种高含水量的吸水性高分子凝胶组成的新型伤口敷料。贴敷于伤口上，不但不会粘连伤口，不破坏新生组织，而且具有阻菌，避免感染的功效。创口的感染通常伴随着pH的变化，当创口被微生物感染，创口的微环境pH就会上升，根据文献报道，当感染严重的情况下，pH甚至会上升到10以上，因此开发一种pH响应型敷料是非常有临床价值的，将抗菌药物载入敷料内部，当创口的pH升高，由于敷料的pH响应特性，药物会自动迅速释放，实现实时的快速抗菌效果。
聚乙烯醇(PVA)具有良好的生物相容性，在药物载体、组织工程支架和伤口敷料等方面具有广泛的应用。PVA水凝胶作为一种伤口敷料，因其力学性能较差，抗菌效果不好从而限制了其在伤口敷料方面的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种具有pH响应性和内部接枝多孔贯通网状结构的复合水凝胶敷料及其制备方法，该复合水凝胶敷料不仅具有良好的力学性能、吸水性和阻菌性，同时具备良好的pH响应性。
为解决以上技术问题，本发明提供了一种具有pH响应性和内部接枝多孔贯通网状结构的复合水凝胶敷料，由聚乙烯醇、聚氧化乙烯和羧甲基壳聚糖的混合物通过辐射交联制备得到。
本发明中，所述聚乙烯醇、聚氧化乙烯和羧甲基壳聚糖的混合物中，聚乙烯醇的质量含量优选为50％～94％，进一步优选为65％，聚氧化乙烯的质量含量优选为5％～35％，进一步优选为30％，羧甲基壳聚糖的质量含量优选为1～15％，进一步优选为5％。
本发明优选的，所述聚乙烯醇、聚氧化乙烯和羧甲基壳聚糖的混合物为聚乙烯醇、聚氧化乙烯和羧甲基壳聚糖的混合水溶液。
所述辐射交联优选为电子束辐射交联、钴60辐射交联、γ射线辐射交联中的一种，进一步优选为电子束辐射交联。
所述辐射交联的辐射剂量优选为20～40KGy，进一步优选为40KGy。
本发明提供的所述复合水凝胶敷料由聚乙烯醇和聚氧化乙烯分别各自交联，聚氧化乙烯形成纳米级别的网状结构贯通在聚乙烯醇网孔内部，形成多孔贯通网状结构，羧甲基壳聚糖接枝在网状结构的表面。
具体的，所述聚乙烯醇和聚氧化乙烯在辐射条件下各自发生分子间交联，在水凝胶内部形成两种相互贯通的交联网状结构，即聚乙烯醇网状结构以及聚氧化乙烯网状结构，羧甲基壳聚糖在辐照的条件下接枝在聚乙烯醇和聚氧化乙烯的网状结构表面。
本发明制备的所述复合水凝胶敷料的pH响应范围为4.5～9.5。
上述复合水凝胶的pH响应性是基于接枝在水凝胶内部的羧甲基壳聚糖的离子化来实现的。
本发明中，所述多孔贯通网状结构包含由聚氧化乙烯构成的纳米纤维结构。
本发明的内部接枝结构是羧甲基壳聚糖在辐照的条件下接枝在聚乙烯醇和聚氧化乙烯的网状结构表面形成的。
本发明提供的内部接枝多孔贯通网状结构的复合水凝胶敷料的内部构造示意图如图1所示，其中，聚乙烯醇和聚氧化乙烯分别形成网状结构，并且二者相互贯通，形成多孔贯通网状结构，羧甲基壳聚糖接枝在网状结构的表面。
本发明提供了上述复合水凝胶敷料的制备方法，包括以下步骤：
A)使聚氧化乙烯和羧甲基壳聚糖，与聚乙烯醇溶液混合，搅拌溶解，得到混合溶液；
B)使步骤A)得到的混合溶液真空脱泡；
C)使步骤B)真空脱泡后的溶液，在辐射的条件下形成凝胶。
所述聚乙烯醇溶液优选按照以下方法制备：
将聚乙烯醇溶解于80℃去离子水中，溶解完毕，冷却至室温。
所述真空脱泡的温度优选为常温，所述真空脱泡的时间优选为1～3h。
本发明提供了一种医用伤口敷料，包括上述复合水凝胶敷料或上述制备方法制备的复合水凝胶敷料。
本发明优选的，所述医用伤口敷料还包括背衬膜。
本发明对所述背衬膜的材质并无特殊限定，本领域技术人员熟知的适用背衬膜即可，比如无纺布、PU膜和PET膜等。
所述背衬膜的作用在于保护复合水凝胶敷料不受外力影响而变形或移位。在使用过程中，所述复合水凝胶敷料附着于背衬膜表面，且所述复合水凝胶敷料与伤口接触。
具体的，所述医用伤口敷料可以为创可贴、医用透明敷料，针眼贴、无菌敷贴，pH诱导控释载药敷料等。
与现有技术相比，本发明提供了一种具有pH响应性和内部接枝多孔贯通网状结构的复合水凝胶敷料，由聚乙烯醇、聚氧化乙烯和羧甲基壳聚糖的混合物通过辐射交联制备得到。本发明提供的多孔贯通网状结构的聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶材料具有良好的pH响应性、力学性能和阻菌作用，并且具有制备方法简单易操作，原料易得的优点，可以快速感知pH变化，同时良好的力学性能能够保证水凝胶材料的柔韧性，在伤口敷料方面具有良好的应用前景，可以很好的应用于伤口创面治疗方面。
附图说明
图1所示的是本发明制备的水凝胶内部构造示意图；
图2所示的是本发明制备的具有pH响应性和多孔贯通网状结构的聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶材料冷冻干燥后的内部SEM电镜图；
图3所示的是本发明制备的具有pH响应性和多孔贯通网状结构的聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶材料的FT-IR图；
图4所示的是本发明制备的具有pH响应性和多孔贯通网状结构的聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶材料的拉伸强度图；
图5所示的是本发明制备的具有pH响应性和多孔贯通网状结构的聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶材料的阻菌图；
图6所示的是封装在本发明制备的具有pH响应性和多孔贯通网状结构的聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶内的结晶紫染料，在不同pH的PBS中的释放图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的具有pH响应性和内部接枝多孔贯通网状结构的复合水凝胶敷料及其制备方法进行详细描述。
实施例1
a、称取45g聚乙烯醇溶于300mL去离子水中，于80℃水浴中搅拌2h，溶解完毕，冷却至室温；
b、将28g聚氧化乙烯和7g羧甲基壳聚糖加入到步骤a的溶液中，搅拌2h至溶解；
c、将步骤b配制的溶液常温下真空脱泡2h；
d、取步骤c得到的混合溶液10g倒入培养皿中，在40kGy的电子束下辐射形成凝胶，得到聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶材料。
e、将步骤d得到的水凝胶材料浸泡在50mL浓度为1mg/mL的结晶紫溶液中，室温下震荡12h。
f、将步骤e得到的水凝胶从溶液中取出，使用中性的PBS溶液清洗直至PBS中无染料释放。
g、将步骤f得到的洗涤后的水凝胶裁成5mm直径的小圆片，浸泡在不同pH的PBS溶液中，分别在0h、4.5h、7h、22h观察颜色变化，结果如图6所示。
将制备的复合水凝胶材料进行冷冻干燥，对其进行形貌检测，结果如图2所示，图2是本发明制备的具有pH响应性和多孔贯通网状结构的聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶材料冷冻干燥后的内部SEM电镜图，其中，图b为图a的局部放大图片。如图2所示，聚氧化乙烯形成纳米级别的网状结构贯通在聚乙烯醇网孔内部，形成多孔贯通网状结构。
图3是本发明制备的具有pH响应性和多孔贯通网状结构的聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶材料的FT-IR图，其中，图a是在不同辐照条件得到的聚乙烯醇水凝胶、聚乙烯醇/聚氧化乙烯复合水凝胶、聚乙烯醇/羧甲基壳聚糖复合水凝胶、聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶材料的FT-IR图，图b是聚乙烯醇高分子原料、聚氧化乙烯高分子原料、羧甲基壳聚糖高分子原料、聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶材料的FT-IR图，由图3可以看出，在复合水凝胶中出现了新峰，说明在电子束辐射下，聚乙烯醇，聚氧化乙烯发生交联反应并伴随着羧甲基壳聚糖的接枝反应。
对制备的复合水凝胶材料进行力学性能检测，结果如图4所示，图4是本发明制备的具有pH响应性和多孔贯通网状结构的聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶材料的拉伸强度图，其中，图a是在不同辐照条件下得到的聚乙烯醇水凝胶、聚乙烯醇/聚氧化乙烯复合水凝胶、聚乙烯醇/羧甲基壳聚糖复合水凝胶、聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶材料的断裂伸长率，图b是上述几种水凝胶材料的断裂拉伸力图，图c是上述几种水凝胶材料的拉伸强度，可以看出所述复合水凝胶材料具有良好的力学性能。拉伸强度测试根据GB/T 1040.3-2006塑料拉伸性能的测定第3部分：薄膜和薄片的实验条件来制备试样，试样数量、试验步骤等根据GB/T 1040.1-2006执行。
图5所示的是本发明制备的具有pH响应性和多孔贯通网状结构的聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶材料的阻菌图，其中，图a是本发明制备的复合水凝胶表面接种大肠杆菌后24小时生长状况图，图b是本发明制备的复合水凝胶表面接种金黄色葡萄球菌后24小时生长状况图，图a1是除去样品后培养24小时大肠杆菌菌落生长状况，图b1是除去样品后培养24小时金黄色葡萄球菌菌落生长状况，结果显示水凝胶覆盖的地方无微生物生长，说明聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶具有一定的阻菌性。阻菌测试方法如下：1.配胰酪大豆胨固体培养基，pH7.0氯化钠-蛋白胨缓冲液，加热至沸腾后，121℃，15min灭菌。冷却后倒平板，备用。2.试验菌液的培养和制备：用接种环刮取金黄色葡萄球菌、大肠杆菌菌落至无菌pH7.0氯化钠-蛋白胨缓冲液中，3×108cfu/ml比浊管对照，达到其浊度后进行梯度稀释，最终获得3×105cfu/ml菌悬液。3.样品准备：将样品在无菌条件下裁剪为5cm*5cm。4.步骤：平板标记，每种细菌做两个重复，并在无菌条件下将样片贴于培养基表面，注意按压，保证样品和培养基在一个平面。并用移液枪吸取100μl3×105cfu/ml菌悬液，样品的四个角及中间位置各滴加100μl。平放32℃培养24h。次日将样片从培养基中轻轻拿出，32℃培养24小时，观察培养基是否长菌。
图6所示的是封装在本发明制备的具有pH响应性和多孔贯通网状结构的聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶内的结晶紫染料在不同pH的PBS中的释放图。
a、b、c分别表示封装结晶紫染料后的复合水凝胶在pH分别为4.5、7.4、9.5的PBS中染料释放过程图，d表示在不同pH中的释放曲线。说明pH越高，所示水凝胶复合材料的释放速率越大。可以看出，本发明制备的水凝胶复合材料具有良好的pH响应性能。
实施例2
a、称取45g聚乙烯醇溶于300mL去离子水中，于80℃水浴中搅拌2h，溶解完毕，冷却至室温；
b、将25g聚氧化乙烯和5g羧甲基壳聚糖加入到步骤a的溶液中，搅拌2h至溶解；
c、将步骤b配制的溶液常温下真空脱泡2h；
d、取步骤c得到的混合溶液10g倒入培养皿中，在40kGy的钴60下辐射形成凝胶，得到聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶材料。
实施例3
a、称取45g聚乙烯醇溶于300mL去离子水中，于80℃水浴中搅拌2h，溶解完毕，冷却至室温；
b、将20g聚氧化乙烯和4g羧甲基壳聚糖加入到步骤a的溶液中，搅拌2h至溶解；
c、将步骤b配制的溶液常温下真空脱泡2h；
d、取步骤c得到的混合溶液10g倒入培养皿中，在40kGy的电子束下辐射形成凝胶，得到聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶材料。
实施例4
a、称取45g聚乙烯醇溶于300mL去离子水中，于80℃水浴中搅拌2h，溶解完毕，冷却至室温；
b、将15g聚氧化乙烯和3g羧甲基壳聚糖加入到步骤a的溶液中，搅拌2h至溶解；
c、将步骤b配制的溶液常温下真空脱泡2h；
d、取步骤c得到的混合溶液10g倒入培养皿中，在40kGy的γ射线下辐射形成凝胶，得到聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶材料。
实施例5
a、称取45g聚乙烯醇溶于300mL去离子水中，于80℃水浴中搅拌2h，溶解完毕，冷却至室温；
b、将10g聚氧化乙烯和2g羧甲基壳聚糖加入到步骤a的溶液中，搅拌2h至溶解；
c、将步骤b配制的溶液常温下真空脱泡2h；
d、取步骤c得到的混合溶液10g倒入培养皿中，在40kGy的电子束下辐射形成凝胶，得到聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基壳聚糖复合水凝胶材料。
由上述实施例可知，本发明制备的水凝胶复合材料具有良好的力学性能、吸水性和阻菌性，同时具备良好的pH响应性，可以负载药物并在pH的诱导下实现可控释放，可用作伤口敷料。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有pH响应性和内部接枝多孔贯通网状结构的复合水凝胶敷料，其特征在于，由聚乙烯醇、聚氧化乙烯和羧甲基壳聚糖的混合物通过辐射交联制备得到。
2.根据权利要求1所述的复合水凝胶敷料，其特征在于，所述复合水凝胶敷料由聚乙烯醇和聚氧化乙烯分别各自交联，形成多孔贯通网状结构，并接枝羧甲基壳聚糖。
3.根据权利要求1所述的复合水凝胶敷料，其特征在于，所述混合物中，聚乙烯醇的质量含量为50％～94％，聚氧化乙烯的质量含量为5％～35％，羧甲基壳聚糖的质量含量为1～15％。
4.根据权利要求1所述的复合水凝胶敷料，其特征在于，所述辐射交联为电子束辐射交联、钴60辐射交联、γ射线辐射交联中的一种。
5.根据权利要求4所述的复合水凝胶敷料，其特征在于，所述辐射交联的辐射剂量为20～40KGy。
6.根据权利要求1所述的复合水凝胶敷料，其特征在于，所述复合水凝胶敷料的pH响应范围为4.5～9.5。
7.权利要求1～6任一项所述的复合水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)使聚氧化乙烯和羧甲基壳聚糖，与聚乙烯醇溶液混合，搅拌溶解，得到混合溶液；
B)使步骤A)得到的混合溶液真空脱泡；
C)使步骤B)真空脱泡后的溶液，在辐射的条件下形成凝胶。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇溶液按照以下方法制备：
使聚乙烯醇溶解于80℃去离子水中，溶解完毕，冷却至室温。
9.一种医用伤口敷料，包括权利要求1～6任一项所述的复合水凝胶敷料或权利要求7～8任一项所述的制备方法制备的复合水凝胶敷料。
10.根据权利要求9所述的医用伤口敷料，其特征在于，还包括背衬膜。
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