CN111803697A - 一种载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴的制备方法 - Google Patents

一种载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴的制备方法，步骤如下：（1）将海藻酸钠和明胶溶液混合，利用钙离子交联海藻酸钠，谷氨酰胺转移酶交联明胶的特性，制备海藻酸钠/明胶复合水凝胶（2）制备载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴，将药物载入到复合水凝胶中，使最终制备的创可贴具有抗菌、消炎、促进伤口愈合的效果。本发明成功制备了一种载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴，制备过程中采用的原料均为无毒化合物，且制备工艺简单，成本低。实验测试表明，该复合水凝胶呈多孔结构，有利于气体交换；其溶胀性有利于吸收伤口的渗出物；黄连素作为药物模型成功载入到该复合水凝胶中并能够进行缓释，使该复合水凝胶具有抗菌效果。

Description

一种载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴的制备方法
技术领域
本发明属于生物医用材料领域，涉及一种载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴的制备方法。
背景技术
在日常生活中，我们总会在不经意间发生一些小意外，使皮肤发生不同程度地摩擦损伤，出现伤口流血情况。对于轻微地皮肤表面创伤我们多采用无菌纱布和抗生素等药物配合治疗或者使用创可贴，但是这些方法可能会使包扎物与伤口发生黏连，容易造成伤口部位的二次损伤，或在换包扎物时不容易剥离。
水凝胶是一种富含大量水分的三维网络结构的胶体，因其具有性质柔软、能维持一定的形状和良好的生物相容性等特点，被应用于创伤敷料领域。水凝胶具有一定的溶胀性，其在吸收水分发生溶胀的同时还能保持自身的形状，这种性质使其可以吸收创口的渗出物。水凝胶柔软、润湿、光滑的表面大大减少了与生物组织接触时的刺激性，使敷料和伤口剥离时不会发生黏连，减少患者伤口部位的疼痛。
海藻酸钠和明胶都属于天然高分子类材料，无毒、可降解、具有良好的生物相容性。明胶含有多种氨基酸残基，通过在明胶溶液中加入谷氨酰胺转移酶，可以方便的得到明胶水凝胶，而且采用谷氨酰胺转移酶交联明胶无毒副作用。单纯的明胶水凝胶力学性能不好，为增大其强度，在明胶中加入海藻酸钠，用钙离子快速交联海藻酸钠，将海藻酸钠和明胶共混，使制成的复合水凝胶具有良好的生物相容性，可控的力学强度。
发明内容
本发明提供了一种无毒副作用且具有良好的生物相容性及可控的力学强度的载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴的制备方法。
一种载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴的制备方法，其特征是在温和、稳定的条件下，通过双交联（钙离子交联海藻酸钠、谷氨酰胺转移酶交联明胶）方式制备海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴。
一种载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴的制备方法，步骤如下：
（1）制备海藻酸钠/明胶复合水凝胶
S1 称取原料：称量原料并将原料进行杀菌和消毒；原料为0.8 g谷氨酰胺转移酶粉末、3.0 g氯化钙颗粒，2.5 g海藻酸钠粉末，10.0 g明胶颗粒，1.0 g黄连素粉末，20 mL、50 mL、30 mL、100mL无菌去离子水。
S2 配制谷氨酰胺转移酶溶液：将S1称得的0.8 g谷氨酰胺转移酶粉末和20 mL无菌去离子水加入烧杯中，置于40 ℃的超声清洗机中超声，使谷氨酰胺转移酶均匀的分散在水溶液中。
S3 配制氯化钙溶液：将S1称取的3.0 g氯化钙颗粒和100 mL无菌去离子水加入烧杯中，用玻璃棒不断搅拌使氯化钙溶解，得到浓度为3%的氯化钙溶液。
S4 配制海藻酸钠溶液：将S1称取的2.5 g海藻酸钠粉末和50 mL无菌去离子水加入烧杯中，将烧杯放到60 ℃的水浴锅中用磁子搅拌，使海藻酸钠充分溶解。
S5 配制海藻酸钠/明胶混合溶液：将S1称取的10 g明胶颗粒置于S4配置的海藻酸钠溶液中，将烧杯放到40 ℃的水浴锅中用磁子搅拌至明胶颗粒溶解。
S6 制备海藻酸钠/明胶复合水凝胶：将S2配制的谷氨酰胺转移酶溶液和S5配制的海藻酸钠/明胶混合溶液混合到一起，继续在40 ℃的水浴锅中用磁子搅拌至均匀，得到复合溶液一；将复合溶液一置于超声清洗机中除泡以后，分装在模型盒中，将模型盒置于水浴锅中保温4~5 h；之后，从模型盒中取出复合物，用S3配制的氯化钙溶液浸泡复合物；最终得到钙离子/谷氨酰胺转移酶交联的海藻酸钠/明胶复合水凝胶。
（2）制备载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴：
S7 配制药物溶液：将S1称取的1.0 g黄连素和50 mL的无菌去离子水加入烧杯中，将烧杯放到90 ℃的水浴锅中用磁子搅拌，使黄连素充分溶解。
S8 配制药物/海藻酸钠混合溶液：将S1称取的2.5 g海藻酸钠粉末加入S7配制的药物溶液中，将烧杯放到60 ℃的水浴锅中用磁子搅拌，使海藻酸钠充分溶解。
S9 配制药物/海藻酸钠/明胶混合溶液：将S1称取的10.0 g明胶颗粒置于S8配置的药物/海藻酸钠溶液中，将烧杯放到40 ℃的水浴锅中用磁子搅拌至明胶颗粒溶解。
S10 制备载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴：将S2配制的谷氨酰胺转移酶溶液和S9配制的药物/海藻酸钠/明胶混合溶液混合成为复合溶液二，将复合溶液二在40℃的水浴锅中用磁子搅拌至均匀并经过超声除泡后，用注射器滴加到医用胶带表面，将滴加复合溶液二的医用胶带放置在模型盒中，将模型盒置于水浴锅中保温4~5 h，胶带表面产生水凝胶；之后，将S3配制的氯化钙溶液滴加到胶带表面的水凝胶上；最终得到载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴。优选地，所述S1中，原料粉末采用紫外灯照射消毒。
优选地，配制溶液和整个制备过程均在无菌条件下进行。
优选地，在S10制备的载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴中：海藻酸钠的浓度为2.5%；明胶溶液的浓度为10.0%；谷氨酰胺转移酶的浓度为0.8%，黄连素的浓度为1.0%。
优选地，配置各种溶液时，搅拌速度要适宜，转速不能过大，否则会产生大量气泡，影响水凝胶的性能。
本发明制备的海藻酸钠/明胶复合水凝胶性质柔软，易贴合皮肤，具有一定的溶胀率，经过电镜观察，其内部呈多孔结构（图1），有利于透气和载入药物，可以根据不同的情况在复合水凝胶中载入不同的药物，以达到抗菌、消炎、止血的效果。
附图说明
图1海藻酸钠/明胶复合水凝胶断面SEM图片。
图2不同海藻酸钠浓度的海藻酸钠/明胶复合水凝胶的弹性模量。
图3不同海藻酸钠浓度的海藻酸钠/明胶复合水凝胶的溶胀率。
图4不同海藻酸钠浓度的海藻酸钠/明胶复合水凝胶的孔隙率。
图5载不同浓度黄连素的海藻酸钠/明胶复合水凝胶的药物释放曲线。
具体实施方式
以下结合具体实施方式，进一步阐述本发明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。
一．制备海藻酸钠/明胶复合水凝胶
称取0.8 g的谷氨酰胺转移酶粉末加入烧杯中，加入无菌去离子水20 ml，通过超声使谷氨酰胺转移酶粉末均匀的分散在水溶液中，得到溶液A。
将一定质量的海藻酸钠粉末（本实验测试了1.0 g、1.5 g、2.0 g、2.5 g的海藻酸钠粉末，浓度大的药效比浓度小的效果好）和90 ml无菌去离子水加入烧杯，将烧杯放到60℃的水浴锅中用磁子搅拌至海藻酸钠充分溶解，得到溶液B。
待溶液B冷却到40 ℃，再将10 g的明胶颗粒置于溶液B中，将烧杯置于40 ℃的水浴锅中用磁子搅拌至明胶颗粒溶解，得到溶液C。
将溶液A和溶液C混合，继续在40 ℃的水浴锅中用磁子搅拌至均匀，得到溶液D。
将溶液D置于超声清洗机中除泡以后，分装在4 ml的离心管中，将离心管置于水浴锅中保温4~5 h，溶液D转化为水凝胶A。之后，用3%的氯化钙溶液浸泡水凝胶A，最终得到钙离子/谷氨酰胺转移酶交联的海藻酸钠/明胶复合水凝胶。
二．海藻酸钠/明胶复合水凝胶的力学性能、溶胀率及孔隙率的测试
（1）力学性能试验：
将复合水凝胶处理成10 mm的圆柱体，利用美国INSTRON电子万能试验机对材料进行压缩测试，压缩速度为3 mm/min，压缩率为70%。对测试得到的数据进行处理，取压缩应变10%~20%处的数据进行线性拟合，求出材料的压缩模量。
从图2中可以看出随着海藻酸钠浓度的增大，复合水凝胶的压缩模量也在增大，力学性能也在变好。这是因为在实验中是采用氯化钙溶液浸泡复合水凝胶，钙离子的量是足够的，海藻酸钠浓度的增大使海藻酸钠分子间的间隙变小，海藻酸钠与钙离子交联形成的蛋壳结构增多，提高了复合水凝胶的交联程度，使得水凝胶的力学性能提高。海藻酸钠的加入还会占据明胶凝胶中的空隙，使得复合水凝胶内部结构更加致密，力学性能得到很大的提升。
（2）溶胀率及孔隙率试验：
将复合水凝胶切成厚度为5 mm的圆柱体，放入冷冻干燥机中干燥24 h。称量干燥后样品的重量记为m1，将干燥后的样品浸入去离子水中，置于37 ℃水浴锅中模拟人体温度，每隔一段时间取出用去离子水浸润过的滤纸擦拭样品表面多余的水分，称量其重量记为m2，记录。根据公式（1-1）计算样品在不同时刻的溶胀率（SRt），绘制曲线。
SRt=（m2 - m1）/m1 （1-1）
室温下将复合水凝胶切成直径为10 mm、厚度为5 mm的圆柱体，体积为v，称重为m1，放入冷冻干燥机中干燥24 h。称量干燥后样品的重量记为m2，室温时水密度为ρ，根据公式（1-2）计算样品的孔隙率（P），绘制曲线。
P=（m1 - m2）/（ρ*v）× 100% （1-2）。
从图3和图4，可以分析出随着海藻酸钠浓度的增加，复合水凝胶的溶胀率和孔隙率都在降低。这是因为海藻酸钠具有很强的黏度，海藻酸钠的加入使得凝胶分子间的间隙变小，钙离子的加入使得海藻酸钠分子能稳定地存在于凝胶体系中，增强了水凝胶的交联程度。这与前面随着海藻酸钠浓度的增大，复合水凝胶的力学性能越来越好相吻合。
通过以上测试证实，可以通过改变海藻酸钠的浓度来改变水凝胶的力学性能，溶胀率及孔隙率，以满足不同的应用需求。
三、制备载黄连素海藻酸钠/明胶复合水凝胶
称取0.8 g的谷氨酰胺转移酶粉末加入烧杯中，加入无菌去离子水20 ml，通过超声使谷氨酰胺转移酶粉末均匀的分散在水溶液中，得到溶液E。
将0.5 g黄连素（本实验测试了0.5 g、1.0 g、1.5 g的黄连素，浓度大的药效比浓度小的药效好）和50 ml无菌去离子水加入烧杯，将烧杯置于90 ℃的水浴锅中用磁子搅拌至黄连素充分溶解，得到溶液F。
将2.5 g的海藻酸钠粉末加入冷却到60 ℃的溶液F中，将烧杯置于60 ℃的水浴锅中用磁子搅拌至海藻酸钠充分溶解，得到溶液G。
再将10 g的明胶颗粒加入冷却到40 ℃的溶液G中，将烧杯置于40 ℃的水浴锅中用磁子搅拌至明胶充分溶解，得到溶液H。
将溶液E和H混合后在40 ℃的水浴锅中用磁子搅拌至均匀，得到溶液I。
将超声除泡以后的溶液I用注射器滴加到医用胶带表面，并放置在模型盒中，把模型盒置于水浴锅中保温4~5 h，从模型盒中取出胶带，发现胶带表面形成水凝胶。
之后，将3%的氯化钙溶液滴加到胶带表面的水凝胶上，静置10 min。最后，得到载黄连素海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴。
四．载黄连素海藻酸钠/明胶复合水凝胶的药物释放测试和抗菌性能测试
（1）药物释放测试：
称取载不同黄连素浓度的载药复合水凝胶0.5 g，放入透析袋中，将其置于离心管中加入10 ml去离子水，在37 ℃的恒温振荡器中震荡。每隔1 h取出3 ml溶液，并补充相同体积相同温度的去离子水。用紫外分光光度计在波长为421 nm处测定取出溶液的吸光度，根据标准曲线方程计算出黄连素的浓度，之后计算其在不同时刻释放的药物量。
图5是海藻酸钠浓度为2.5%时，载黄连素浓度分别为0.5%，1.0%，1.5%的复合水凝胶在去离子水中的药物释放曲线。这次测试记录了复合水凝胶在三天内的释放情况。从图中可以看出，三种浓度的黄连素释放的趋势是相同的，在经过一段时间的快速释放之后，黄连素的释放开始变的平缓。随着黄连素浓度的增大，在相同的时间内其释放的药物也增多。
从上述实验数据可以看出复合水凝胶在前10 h内的药物释放量很大，我们推测这是因为刚开始的时候，复合水凝胶发生溶胀，表面孔隙中的药物释放了出来。随着时间的延长，复合水凝胶处于溶胀平衡状态，黄连素开始缓慢释放，可以达到药物缓释的效果。
（2）抗菌性能测试：
首先，配置固体培养基和液体培养基。其次分离纯化菌液，将大肠杆菌原菌液平板划线培养24 h后，在其中挑选单个菌落进行培养。将培养后的菌液稀释10，102，103，104，105，106倍进行平板涂布，剩余菌液放4 ℃冰箱保存。培养24 h后，选取菌落密度合适的稀释倍数的菌液进行抗菌实验。最后进行抑菌圈实验，用稀释后的合适的菌液浓度进行平板涂布，注意将菌液涂布均匀，然后将紫外消毒过的材料置于培养基上，使其与培养基紧密贴合，置于37℃恒温箱中培养，24 h后观察其抑菌圈大小，判断其抑菌效果。

Claims (6)

1.一种载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴的制备方法，其特征是包括下述步骤：
S1 称取原料：称量原料并将原料进行杀菌和消毒；原料为0.8 g谷氨酰胺转移酶粉末、3.0 g氯化钙颗粒，2.5 g海藻酸钠粉末，10.0 g明胶颗粒，1.0 g黄连素粉末，20 mL、50 mL、30 mL、100mL无菌去离子水；
S2 配制谷氨酰胺转移酶溶液：将S1称得的0.8 g谷氨酰胺转移酶粉末和20 mL无菌去离子水加入烧杯中，置于40 ℃的超声清洗机中超声，使谷氨酰胺转移酶均匀的分散在水溶液中；
S3 配制氯化钙溶液：将S1称取的3.0 g氯化钙颗粒和100 mL无菌去离子水加入烧杯中，用玻璃棒不断搅拌使氯化钙溶解，得到浓度为3%的氯化钙溶液；
S4 配制海藻酸钠溶液：将S1称取的2.5 g海藻酸钠粉末和50 mL无菌去离子水加入烧杯中，将烧杯放到60 ℃的水浴锅中用磁子搅拌，使海藻酸钠充分溶解；
S5 配制海藻酸钠/明胶混合溶液：将S1称取的10 g明胶颗粒置于S4配置的海藻酸钠溶液中，将烧杯放到40 ℃的水浴锅中用磁子搅拌至明胶颗粒溶解；
S6 制备海藻酸钠/明胶复合水凝胶：将S2配制的谷氨酰胺转移酶溶液和S5配制的海藻酸钠/明胶混合溶液混合到一起，继续在40 ℃的水浴锅中用磁子搅拌至均匀，得到复合溶液一；将复合溶液一置于超声清洗机中除泡以后，分装在模型盒中，将模型盒置于水浴锅中保温4~5 h；之后，从模型盒中取出复合物，用S3配制的氯化钙溶液浸泡复合物；最终得到钙离子/谷氨酰胺转移酶交联的海藻酸钠/明胶复合水凝胶；
S7 配制药物溶液：将S1称取的1.0 g黄连素和50 mL的无菌去离子水加入烧杯中，将烧杯放到90 ℃的水浴锅中用磁子搅拌，使黄连素充分溶解；
S8 配制药物/海藻酸钠混合溶液：将S1称取的2.5 g海藻酸钠粉末加入S7配制的药物溶液中，将烧杯放到60 ℃的水浴锅中用磁子搅拌，使海藻酸钠充分溶解；
S9 配制药物/海藻酸钠/明胶混合溶液：将S1称取的10.0 g明胶颗粒置于S8配置的药物/海藻酸钠溶液中，将烧杯放到40 ℃的水浴锅中用磁子搅拌至明胶颗粒溶解；
S10 制备载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴：将S2配制的谷氨酰胺转移酶溶液和S9配制的药物/海藻酸钠/明胶混合溶液混合成为复合溶液二，将复合溶液二在40 ℃的水浴锅中用磁子搅拌至均匀并经过超声除泡后，用注射器滴加到医用胶带表面，将滴加复合溶液二的医用胶带放置在模型盒中，将模型盒置于水浴锅中保温4~5 h，胶带表面产生水凝胶；之后，将S3配制的氯化钙溶液滴加到胶带表面的水凝胶上；最终得到载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴。
2.根据权利要求1所述的一种载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴的制备方法，其特征在于，S1中，采用紫外灯照射消毒。
3.根据权利要求1所述的一种载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴的制备方法，其特征在于，制备原料和整个制备过程均在无菌条件下进行。
4.根据权利要求1所述的一种载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴的制备方法，其特征在于，在S10制备的载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴中：海藻酸钠的浓度为2.5%；明胶溶液的浓度为10.0%；谷氨酰胺转移酶的浓度为0.8%，黄连素的浓度为1.0%。
5.根据权利要求1所述的一种载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴的制备方法，其特征在于，使用的药物模型为抗菌类药物、消炎类药物、促皮肤生长类药物。
6.根据权利要求5所述的一种载药海藻酸钠/明胶复合水凝胶型创可贴的制备方法，其特征在于，抗菌类药物包括黄连素、庆大霉素、万古霉素。
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