CN111012941A - 一种静电纺双层长效抗菌医用敷料及其制备方法 - Google Patents

一种静电纺双层长效抗菌医用敷料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于医疗卫生辅材技术领域，特别是指一种静电纺双层长效抗菌医用敷料及其制备方法。采用静电纺丝技术将抗菌剂与不同的聚合物结合分别纺制出内外两层纳米纤维膜，外层是添加了抗菌剂的聚丙烯酸钠和聚乙烯醇混纺吸水性纤维，内层是添加了少量抗菌剂的聚氨酯亲水性纤维，再将两层纳米纤维膜用热熔胶粘合制备双层敷料。与传统敷料相比，采用静电纺丝技术的敷料具有适宜的透气性、透湿性及吸水性，良好的抗菌性能；同时内外层是由亲吸水性的纳米纤维膜构成，保证了伤口愈合需要的湿润度，并具有一定的防粘连性，可促进伤口的湿性愈合，减轻更换时伤口的疼痛感。此外长效的抗菌性能可降低该敷料更换频率利于伤口的修复。

Description

一种静电纺双层长效抗菌医用敷料及其制备方法
技术领域
本发明属于医疗卫生辅材技术领域，特别是指一种静电纺双层长效抗菌医用敷料及其制备方法。
背景技术
在日常生活中，常有皮肤受损的情况发生，比如烧烫伤、急慢性皮肤溃疡、划伤、擦伤及手术伤口。开放的伤口创面极易被细菌入侵，细菌感染是阻碍伤口愈合的主要原因，伤口护理市场的巨大需求为抗菌型伤口敷料的发展创造了机遇。理想的伤口敷料应该具有以下能力：（1）具有止血能力，促进血栓形成；（2）具有一定的吸水性，能够吸收过剩伤口渗出液；（3）具有一定的力学强度，能为新生组织提供力学支撑和保护作用；（4）适宜的水蒸气透过性，维持伤口床的湿润度，促进伤口的湿性愈合；（5）—定的氧气透过率；（6）防粘连性，避免在更换敷料时破坏新生的皮肤组织，并降低疼痛；（7）抑菌性，保护伤口免受微生物和异物的污染，并快速杀灭已感染部位的细菌。伤口愈合是一个复杂而精密的生理过程，涉及到多种细胞和生长因子的相互作用，护理不当会影响愈合效果甚至留下疤痕。因此，有必要选择一种合适的敷料来覆盖创面以加速伤口愈合并减少疤痕的形成。
静电纺是一种简单高效、最具有吸引力的纳米技术。利用静电纺技术制备的纳米纤维因尺寸小、空隙率高以及比表面积大，已在较多领域显示了较好的可应用性。静电纺丝纤维膜材料的纤维直径在纳米至微米范围，而且纤维之间彼此搭接会形成相互连通的多孔结构，这些独特的结构赋予了静电纺丝纤维膜优良的性能：连通的多孔结构以及微纳米直径类似于天然细胞外基质的物理结构，作为组织工程支架使用具有仿生效果；极高的比表面积可以促进凝血，同时允许在材料表面进行官能化处理。60-90％的高孔隙率保证了组织细胞的气液交换，避免伤口过度脱水干燥；1-5 μm的孔径既可以防止细胞（真核细胞直径在10-100 μm）向纤维支架内增殖，又可以将浮游致病菌阻挡在材料之外，具有屏蔽保护功能；同时一些人工高分子的静电纺丝纤维膜具有较强的力学性能，其延展性和拉伸强度都类似于人体皮肤，可以与伤口部位较好的贴合。
发明内容
本发明提出一种静电纺双层长效抗菌医用敷料及其制备方法，与传统敷料相比，采用了静电纺纳米纤维膜的敷料具有适宜的透气性、透湿性及吸水性，良好的抗菌性能；同时内外层纤维膜为亲吸水性的纳米纤维，维持了伤口床的湿润度，并具有一定的防粘连性，可促进创伤面的湿性愈合，减轻更换时伤口的疼痛感。此外长效的抗菌性能使得该敷料所需更换频率更低利于伤口的修复。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种静电纺双层长效抗菌医用敷料，采用静电纺丝技术将抗菌剂与不同的聚合物结合，分别纺制出内层纳米纤维膜和外层纳米纤维膜，再将两层纳米纤维膜用热熔胶粘合获得静电纺双层长效抗菌医用敷料。
所述外层纳米纤维膜为抗菌剂与聚丙烯酸钠和聚乙烯醇结合制备的吸水性纳米纤维膜，其中纳米纤维直径700-900 nm，膜厚度为300-500 μm；所述内层纳米纤维膜为抗菌剂与聚氨酯结合制备的亲水性纳米纤维膜，其中纳米纤维直径300-500 nm，膜厚度为300-500 μm。
所述抗菌剂为磺胺嘧啶银。
所述的静电纺双层长效抗菌医用敷料的制备方法，步骤如下：
（1）将聚乙烯醇溶解于去离子水中，搅拌6h得聚乙烯醇溶液；
（2）将经减压蒸馏去阻聚剂的聚丙烯在冰水浴条件下，与氢氧化钠水溶液部分中和，再与丙稀酰胺单体在常温下混合均匀制备单体溶液；
（3）将步骤（1）的聚乙烯醇溶液加入步骤（2）的单体溶液中，室温第一次搅拌混合均匀，得聚合物溶液，再加入抗菌剂，搅拌2-5 h，再加入引发剂，搅拌1-2 h最后加入交联剂溶液，第二次搅拌后，得纺丝液Ⅰ；
（4）纺丝液Ⅰ通过静电纺丝设备制备外层纳米纤维膜，外层纳米纤维膜经烘箱处理后，在表面喷涂一层TPU热熔胶，得TPU热熔胶涂层膜；
（5）将聚氨酯溶解于N,N二甲基甲酰胺中，室温下搅拌6 h得聚合物溶液，然后加入抗菌剂，搅拌2-5h得纺丝液Ⅱ；
（6）步骤（5）的纺丝液Ⅱ经静电纺丝设备喷丝到步骤（4）的TPU热熔胶涂层膜上，作为内层纳米纤维膜，得半成品；
（7）将步骤（6）制备的半成品经70-80℃的热压辊热压粘合，得静电纺双层长效抗菌医用敷料。
所述步骤（1）中聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇的质量分数为10-15%。
所述步骤（2）中聚丙烯、氢氧化钠水溶液和丙稀酰胺的质量比为（3-4）：（3.9-4）:1；氢氧化钠水溶液的质量浓度为30%，中和度为70%。
所述步骤（3）中聚乙烯醇溶液、单体溶液、抗菌剂、引发剂和交联剂的质量比为100：（7-12）：（2-3）：（0.02-0.03）：（0.1-0.3），抗菌剂为磺胺嘧啶银、引发剂为过二硫酸钾、交联剂为25wt%的戊二醛水溶液。
所述步骤（4）中外层纳米纤维膜的厚度为300-500 μm、纤维直径700-900 nm；静电纺丝的条件为电压20-25 kV，纺丝溶液流量0.04-0.08 mL/min，喷丝孔与收集装置的垂直距离15-20 cm；烘箱处理的条件为置于70℃烘箱内、3 h后升温至120 ℃、再保温3 h后将纳米纤维膜取出。
所述步骤（5）中聚合物溶液的质量分数为12-14wt%，抗菌剂相对于聚氨酯的质量分数为0.2wt%。
所述步骤（6）中内层纳米纤维膜的膜厚度为300-500 μm、纤维直径300-500 nm，静电纺丝的电压16-18 kV，纺丝溶液总流量0.04-0.08 mL/min ，喷丝孔与收集装置的垂直距离15-20 cm。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明采用静电纺丝技术将抗菌剂与不同的聚合物结合分别纺制出内外两层纳米纤维膜，再将两层纳米纤维膜用热熔胶粘合获得静电纺双层长效抗菌医用敷料。所述外层是添加了抗菌剂的聚丙烯酸钠和聚乙烯醇混纺吸水性纤维膜，纳米纤维直径700-900 nm，膜厚度为300-500 μm。所述抗菌剂为磺胺嘧啶银（SD-Ag）。所述聚丙烯酸钠和聚乙烯醇混纺吸水性纳米纤维膜成分为聚乙烯醇（PVA）、丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）、氢氧化钠（NaOH）、过硫酸钾（KPS）、戊二醛（GA）。所述内层是添加了少量抗菌剂的聚氨酯（PU）亲水性纳米纤维膜，纳米纤维直径300-500 nm，膜厚度为300-500 μm。所述抗菌剂为磺胺嘧啶银（SD-Ag）。所述内外两层纳米纤维膜的粘合采用静电纺丝技术在两层膜之间喷涂一层热熔胶TPU粉末，再经热压粘合在一起。
（2）结合静电纺丝技术，制备具有无规则排列的纳米级结构纤维膜，膜中纤维之间彼此搭接会形成相互连通的多孔结构，应用于医用敷料，与传统医用敷料相比具有良好的透气、透湿及吸湿保湿性能。双层结构的静电纺纳米纤维膜敷料，内外层采用亲吸水性的纳米纤维，保证了伤口愈合时所需的润湿度，同时具有一定的防粘连性，可促进伤口的湿性愈合并减轻更换时伤口的疼痛感。
（3）由于制备的医用敷料是具有纳米级结构的纤维膜，尺寸小、空隙率高以及超高的比表面积，使得添加的抗菌剂能发挥长效的抗菌性，从而降低敷料的更换频率，利于伤口的快速愈合。
（4）本发明制备的静电纺双层长效抗菌医用敷料，基于纳米纤维较大的比表面积以及材料优异的性能特点，当应用于伤口护理中时，静电纺双层长效抗菌医用敷料显示了较好的透气性、吸湿保湿性，同时具有一定的防粘连性以及长效的抗菌性，可促进伤口的湿性愈合，减轻更换时的疼痛感，减少敷料更换频率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为静电纺丝装置示意图，1收集装置、2喷头、3注射泵、4 高压发生器、41正极、42负极。
图2 为静电纺双层长效抗菌医用敷料结构示意图，从上到下依次是5内层、6 TPU粘合层、7外层。
图3为实施例1制备的抗菌医用敷料的SEM图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种静电纺双层长效抗菌医用敷料的制备方法，步骤如下：
（1）将聚乙烯醇（PVA）溶解于去离子水中，于90 ℃下搅拌6 h得到质量分数为10%的PVA溶液；
（2）将3 g经减压蒸馏去阻聚剂的聚丙烯（AA）在冰水浴中与3.9 g氢氧化钠水溶液（质量浓度为30%）部分中和，中和度为70%，再与1 g丙稀酰胺（AM）单体在常温下混合均匀制备单体溶液；
（3）将100 g 的PVA溶液加入到单体溶液中，于室温下搅拌1 h得到混合均匀的聚合物溶液，加入0.02 g磺胺嘧啶银，搅拌2 h，再加入0.02 g过二硫酸钾（KPS），搅拌1 h，最后加入0.14 g戊二醛（GA）水溶液（质量分数25%），搅拌10 min得到纺丝液；
（4）如图1所示静电纺丝装置，将步骤（3）中的纺丝液加入到注射泵中制备纳米纤维膜，纤维直径900±50nm，膜厚度为500±50μm，静电纺丝电压为20 kV，纺丝溶液总流量为0.04mL/min ，喷丝孔与收集装置的垂直距离为15cm；
（5）将步骤（4）中制备的纳米纤维膜放于70 ℃烘箱，3 h后升温至120 ℃，保温3 h后将纳米纤维膜取出；
（6）将步骤（5）中制备的纳米纤维膜上用图1所示静电纺丝装置喷涂一层TPU热熔胶涂层；
（7）将聚氨酯（PU）溶解于N,N二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中，于室温下搅拌6 h得到质量分数为12%的聚合物溶液，然后加入相对于聚氨酯质量分数为0.2%的抗菌剂磺胺嘧啶银，搅拌2 h得到纺丝液。
（8）如图1所示静电纺丝装置，将步骤（7）中的纺丝液加入到注射泵中，在步骤（6）中的TPU热熔胶涂层膜上静电纺丝制备一层纳米纤维膜，纤维直径500±50nm，膜厚度为500±50μm，静电纺丝电压为16 kV，纺丝溶液总流量为0.04 mL/min ，喷丝孔与收集装置的垂直距离为15cm；
（9）将步骤（8）中制备的纳米纤维膜经70 ℃的热压辊热压粘合，得到一种静电纺双层长效抗菌医用敷料。结构图如图2所示，从上到下依次是5内层、6 TPU粘合层、7外层；SEM图如图3所示，图中（a）为内层纳米纤维膜、（b）为外层纳米纤维膜的SEM图，内、外层分别是加入了抗菌剂的聚氨酯纳米纤维膜和聚丙烯酸钠/聚乙烯醇吸水性纳米纤维膜，膜内微纳米级直径的纤维之间彼此搭接形成了相互连通的多孔网络结构。
实施例2
一种静电纺双层长效抗菌医质量分数为12%的PVA溶液；
（2）将3.6 g经减压蒸馏去阻聚剂的聚丙烯（AA）在冰水浴中与4.68 g氢氧化钠水溶液（质量浓度为30%）部分中和，中和度为70%，再与1.2 g丙稀酰胺（AM）单体在常温下混合均匀制备单体溶液；
（3）将100 g的PVA溶液加入到单体溶液中，于室温下搅拌2 h得到混合均匀的聚合物溶液，加入0.024 g磺胺嘧啶银，搅拌3 h，再加入0.024 g过二硫酸钾（KPS），搅拌1.5 h最后加入0.168 g戊二醛（GA）水溶液（质量分数25%），搅拌20 min得到纺丝液；
（4）如图1所示静电纺丝装置，将步骤（3）中的纺丝液加入到注射泵中制备纳米纤维膜，纤维直径800±50 nm，膜厚度为400±50 μm，静电纺丝电压为23 kV，纺丝溶液总流量为0.06 mL/min ，喷丝孔与收集装置的垂直距离为18 cm；
（5）将步骤（4）中制备的纳米纤维膜放于70 ℃烘箱，3 h后升温至120 ℃，保温3 h后将纳米纤维膜取出；
（6）将步骤（5）中制备的纳米纤维膜上用图1所示静电纺丝装置喷涂一层TPU热熔胶涂层；
（7）将聚氨酯（PU）溶解于N,N二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中，于室温下搅拌6 h得到质量分数为13%的聚合物溶液，然后加入相对于聚氨酯质量分数为0.2%的抗菌剂磺胺嘧啶银，搅拌3 h得到纺丝液。
（8）如图1所示静电纺丝装置，将步骤（7）中的纺丝液加入到注射泵中，在步骤（6）中的TPU热熔胶涂层膜上静电纺丝制备一层纳米纤维膜，纤维直径400±50 nm，膜厚度为400±50 μm，静电纺丝电压为17 kV，纺丝溶液总流量为0.06 mL/min ，喷丝孔与收集装置的垂直距离为18 cm；
（9）将步骤（8）中制备的纳米纤维膜经75 ℃的热压辊热压粘合，得到一种静电纺双层长效抗菌医用敷料。
实施例3
一种静电纺双层长效抗菌医用敷料的制备方法，步骤如下：
（1）将聚乙烯醇（PVA）溶解于去离子水中，于90℃下搅拌6 h得到质量分数为15%的PVA溶液；
（2）将4.5 g经减压蒸馏去阻聚剂的聚丙烯（AA）在冰水浴中与5.85 g氢氧化钠水溶液（质量浓度为30%）部分中和，中和度为70%，再与1.5 g丙稀酰胺（AM）单体在常温下混合均匀制备单体溶液；
（3）将100 g的PVA溶液加入到单体溶液中，于室温下搅拌3 h得到混合均匀的聚合物溶液，加入0.03 g磺胺嘧啶银，搅拌5 h，再加入0.03 g过二硫酸钾（KPS），搅拌2 h最后加入0.21 g戊二醛（GA）水溶液（质量分数25%），搅拌30 min得到纺丝液；
（4）如图1所示静电纺丝装置，将步骤（3）中的纺丝液加入到注射泵中制备纳米纤维膜，纤维直径700±50 nm，膜厚度为300±50 μm，静电纺丝电压为25 kV，纺丝溶液总流量为0.08 mL/min ，喷丝孔与收集装置的垂直距离为20 cm；
（5）将步骤（4）中制备的纳米纤维膜放于70 ℃烘箱，3 h后升温至120 ℃，保温3 h后将纳米纤维膜取出；
（6）将步骤（5）中制备的纳米纤维膜上用图1所示静电纺丝装置喷涂一层TPU热熔胶涂层；
（7）将聚氨酯（PU）溶解于N,N二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中，于室温下搅拌6 h得到质量分数为14%的聚合物溶液，然后加入相对于聚氨酯质量分数为0.2%的抗菌剂磺胺嘧啶银，搅拌5 h得到纺丝液。
（8）如图1所示静电纺丝装置，将步骤（7）中的纺丝液加入到注射泵中，在步骤（6）中的TPU热熔胶涂层膜上静电纺丝制备一层纳米纤维膜，纤维直径300±50 nm，膜厚度为300±50 μm，静电纺丝电压为18 kV，纺丝溶液总流量为0.08 mL/min ，喷丝孔与收集装置的垂直距离为20 cm；
（9）将步骤（8）中制备的纳米纤维膜经80 ℃的热压辊热压粘合，得到一种静电纺双层长效抗菌医用敷料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种静电纺双层长效抗菌医用敷料，其特征在于：采用静电纺丝技术将抗菌剂与不同的聚合物结合，分别纺制出内层纳米纤维膜和外层纳米纤维膜，再将两层纳米纤维膜用热熔胶粘合获得静电纺双层长效抗菌医用敷料。
2. 根据权利要求1所述的静电纺双层长效抗菌医用敷料，其特征在于：所述外层纳米纤维膜为抗菌剂与聚丙烯酸钠和聚乙烯醇结合制备的吸水性纳米纤维膜，其中纳米纤维直径700-900 nm，膜厚度为300-500 μm；所述内层纳米纤维膜为抗菌剂与聚氨酯结合制备的亲水性纳米纤维膜，其中纳米纤维直径300-500 nm，膜厚度为300-500 μm。
3.根据权利要求1-2任一项所述的静电纺双层长效抗菌医用敷料，其特征在于：所述抗菌剂为磺胺嘧啶银。
4.权利要求3所述的静电纺双层长效抗菌医用敷料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
（1）将聚乙烯醇溶解于去离子水中，搅拌6h得聚乙烯醇溶液；
（2）将经减压蒸馏去阻聚剂的聚丙烯在冰水浴条件下，与氢氧化钠水溶液部分中和，再与丙稀酰胺单体在常温下混合均匀制备单体溶液；
（3）将步骤（1）的聚乙烯醇溶液加入步骤（2）的单体溶液中，室温第一次搅拌混合均匀，得聚合物溶液，再加入抗菌剂，搅拌2-5 h，再加入引发剂，搅拌1-2 h最后加入交联剂溶液，第二次搅拌后，得纺丝液Ⅰ；
（4）纺丝液Ⅰ通过静电纺丝设备制备外层纳米纤维膜，外层纳米纤维膜经烘箱处理后，在表面喷涂一层TPU热熔胶，得TPU热熔胶涂层膜；
（5）将聚氨酯溶解于N,N二甲基甲酰胺中，室温下搅拌6 h得聚合物溶液，然后加入抗菌剂，搅拌2-5h得纺丝液Ⅱ；
（6）步骤（5）的纺丝液Ⅱ经静电纺丝设备喷丝到步骤（4）的TPU热熔胶涂层膜上，作为内层纳米纤维膜，得半成品；
（7）将步骤（6）制备的半成品经70-80℃的热压辊热压粘合，得静电纺双层长效抗菌医用敷料。
5.根据权利要求4所述的静电纺双层长效抗菌医用敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇的质量分数为10-15%。
6.根据权利要求4所述的静电纺双层长效抗菌医用敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中聚丙烯、氢氧化钠水溶液和丙稀酰胺的质量比为（3-4）：（3.9-4）:1；氢氧化钠水溶液的质量浓度为30%，中和度为70%。
7.根据权利要求4所述的静电纺双层长效抗菌医用敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中聚乙烯醇溶液、单体溶液、抗菌剂、引发剂和交联剂的质量比为100：（7-12）：（2-3）：（0.02-0.03）：（0.1-0.3），抗菌剂为磺胺嘧啶银、引发剂为过二硫酸钾、交联剂为25wt%的戊二醛水溶液。
8. 根据权利要求4所述的静电纺双层长效抗菌医用敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中外层纳米纤维膜的厚度为300-500 μm、纤维直径700-900 nm；静电纺丝的条件为电压20-25 kV，纺丝溶液流量0.04-0.08 mL/min，喷丝孔与收集装置的垂直距离15-20cm；烘箱处理的条件为置于70℃烘箱内、3 h后升温至120 ℃、再保温3 h后将纳米纤维膜取出。
9.根据权利要求4所述的静电纺双层长效抗菌医用敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中聚合物溶液的质量分数为12-14wt%，抗菌剂相对于聚氨酯的质量分数为0.2wt%。
10. 根据权利要求4所述的静电纺双层长效抗菌医用敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）中内层纳米纤维膜的膜厚度为300-500 μm、纤维直径300-500 nm，静电纺丝的电压16-18 kV，纺丝溶液总流量0.04-0.08 mL/min ，喷丝孔与收集装置的垂直距离15-20cm。
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