CN112118874A

CN112118874A - 纳米纤维增强的水凝胶医疗敷料

Info

Publication number: CN112118874A
Application number: CN201980032240.0A
Authority: CN
Inventors: 劳伦·安妮·科斯特拉; 克里斯托弗·K.·蒂森; 马修·帕特森; 凯丽·布罗德里克; 琳赛·伍达德; 马洛里·加斯巴雷
Original assignee: Luna Innovations Inc
Current assignee: Yueshen Laboratory Usa Co ltd
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2019-04-08
Publication date: 2020-12-22
Also published as: WO2019199630A1; US20210154356A1; EP3773766A1; EP3773766B1

Abstract

医疗敷料包括嵌入壳聚糖水凝胶基质内的非织造聚合纳米纤维垫。该敷料可以通过静电纺丝聚合物纳米纤维，然后通过真空或正压辅助将壳聚糖水凝胶掺入到垫的间隙中来获得。所得医疗敷料可以是光学透明的(例如，至少约50％至高达约95％的透光率)、柔性的和机械坚固的。该敷料还可以掺入自粘附促进剂以允许自粘附于生物组织例如眼表面，和/或能够将疗法(例如干细胞、药物等)递送至组织表面的治疗剂。该敷料尤其可用作治疗和修复眼部伤口的眼部绷带。

Description

纳米纤维增强的水凝胶医疗敷料

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求于2019年4月9日提交的美国临时申请序列号62/654,651(Atty.Dkt.4271-0343)的优先权，该临时申请的全部内容通过引用明确地并入本文。

政府权利

本发明是在政府的支持下，在下列政府授予的合同下作出的：陆军W81XWH-14-C-0028，陆军W81XWH-16-C-0010，陆军W81XWH-15-C-0139，陆军W81XWH-17-C-0140，陆军W81XWH-15-C-0010，DHP W81XWH-16-C-0014。政府享有本发明的某些权利。

技术领域

本文所公开的实施方案总体上涉及医疗敷料，例如适于组织伤口治疗和/或修复的外科敷料和绷带。根据某些实施方案，提供了包含纳米纤维增强的壳聚糖水凝胶的医疗敷料，其能够治疗眼外伤、角膜表面缺陷和损伤以及其它相关的眼并发症。

背景技术

近年来，眼损伤，特别是那些可归因于军事人员的战斗损伤的眼损伤的频率显著增加。在严重眼外伤后维持视力对于恢复总体生活质量是至关重要的。目前用于治疗眼表损伤的护理标准包括将人羊膜应用到损伤部位。尽管在刺激修复方面非常有效，但在应用之前所需的处理是耗时和昂贵的，使得在军地医院和其它紧急情况下难以应用该膜。其中球体完整性已经受损的更严重的损伤需要应用保存的巩膜组织或

绷带，其缺乏对这些眼应用有益的柔性和透明度。最后，需要向角膜表面持续递送治疗剂以治疗角膜溃疡、青光眼，或需要从标准的眼部手术过程中恢复。因此，肯定需要能够用作绷带的合成生物材料，所述绷带可用于治疗和/或修复例如循环吻合、擦伤、溃疡或眼损伤，诸如严重的开放性眼球损伤。本发明旨在提供本文所公开的实施例所针对的这种需求。

发明内容

一般而言，本文公开的实施方案涉及由非织造聚合纳米纤维垫和浸渍在垫的整个厚度上的壳聚糖水凝胶组成的医疗敷料或绷带。因此，纳米纤维垫被嵌入在壳聚糖水凝胶基质内。根据某些实施方案，壳聚糖水凝胶将以纳米纤维与壳聚糖水凝胶的质量比为0.01:1至10:1，优选0.1:1至1:1而存在。壳聚糖的重均分子量(Mw)可以为约50000g/mol至约370000g/mol。

在某些实施方案中，例如，当用作眼部敷料时，该敷料将另外包括表面粘附功能和/或治疗剂。示例性的治疗剂可以是人干细胞或治疗药物，例如抗生素(诸如庆大霉素或氟喹诺酮化合物)，非甾体或甾体抗炎药(诸如泼尼松龙)及它们的混合物。具体的治疗药物包括，例如，

(氧氟沙星)、

(地塞米松)、Chloromycetin^TM、

和

敷料可以包括表面粘附促进剂，以便赋予组织粘附功能。例如，表面粘附促进剂可以包括光化学粘合(PTB)剂，例如玫瑰红，其量为基于眼部敷料的总重量的0.001至约1wt.％，优选0.1％。根据某些实施方案，形成水凝胶的壳聚糖可以使用硫醇化试剂(例如巯基乙酸和/或半胱氨酸化合物)进行硫醇化，以用能够与角膜组织形成二硫键的硫醇基团来官能化壳聚糖。

纳米纤维垫可以包括由选自胶原、聚乙烯醇(PVA)、聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)和尼龙(聚酰胺，诸如尼龙-6/12和尼龙-6)的聚合材料形成的纳米纤维。纳米纤维可以具有无区别的长度，并且平均直径为100nm至约1800nm，例如175nm至约1275nm。

本文公开的敷料可以通过静电纺丝聚合纳米纤维以形成非织造纳米纤维垫并将壳聚糖水凝胶掺入到纤维垫中来制备。根据某些实施方案，眼部敷料可以通过静电纺丝非织造纳米纤维垫使得水凝胶可以沉积在其表面上然后使用真空辅助或正压辅助技术浸渍在垫的间隙内来制备。

本发明的这些和其它方面在仔细考虑下面对其当前优选的示例性实施方案的详细描述之后将变得更加清楚。

附图说明

将参考附图，其中：

图1A和1B是通过将壳聚糖水凝胶掺入到尼龙-6纳米纤维垫中以产生分别通过真空辅助和正压辅助制备的纳米纤维增强的水凝胶绷带而制备的纳米纤维增强水凝胶绷带的图像；

图2是通过正压辅助获得的纳米纤维增强的水凝胶绷带的图像；

图3A和3B分别是通过真空辅助获得的纳米纤维增强的水凝胶绷带的平面图像和横截面图像；和

图4A和4B是通过真空辅助产生的原型纳米纤维增强的壳聚糖水凝胶绷带的代表性图像。

具体实施方式

下面将更详细地进一步描述本发明的实施方案。

A.壳聚糖水凝胶

纳米纤维增强的水凝胶基质的水凝胶组分必然包括生物聚合物壳聚糖。壳聚糖是衍生自甲壳质的线性多糖，甲壳质是一种在虾和蟹的外骨骼中发现的生物聚合物，并且还由某些真菌来源产生。壳聚糖由甲壳质通过N-乙酰基转化成氨基而产生，并且可溶于稀酸溶液中。质子化的胺基(amine group)使壳聚糖具有聚阳离子性质，其可促进对组织的粘膜粘附并允许与带负电荷的离子的受控相互作用。

本文公开的可以用于实施阻隔材料的壳聚糖可以从许多粉末形式的来源商购获得。商业获得的壳聚糖也可以经受受控的加工条件以获得水溶性的或酸溶性的壳聚糖，这取决于脱乙酰度(DD)。因此，壳聚糖可以具有对于水溶性壳聚糖约40％至约100％，例如，约40％至60％的脱乙酰度，或者对于酸溶性壳聚糖约80％至约100％，通常为约95％的脱乙酰度。

为了获得酸溶性壳聚糖，例如，将壳聚糖悬浮在100％v/v氢氧化钠溶液中，该溶液已经用氮气吹扫并加热至120℃达2.5小时。然后将壳聚糖过滤并漂洗至中性，得到95％脱乙酰壳聚糖。在该脱乙酰化处理之后，壳聚糖可以容易地以2％w/v溶解在稀乙酸(0.1摩尔)中以掺入到纳米纤维垫中。

如果需要水溶性，则将壳聚糖以2％w/v溶解在0.1M乙酸中，然后以0.75％v/v(基于总溶液体积)滴加乙酸酐，并搅拌1小时以诱导壳聚糖再乙酰化至40％至60％脱乙酰化。在加入3至4倍体积的丙酮沉淀后，将壳聚糖从溶液中离心以去除，并将沉淀的处理过的壳聚糖产品冻干以产生水溶性粉末。

可以使用高分子量(M_w＝310至375kDa)、中等分子量(M_w＝190至310kDa)和低分子量(M_w＝50至190kDa)的壳聚糖来完成脱乙酰化和再乙酰化处理。一阶导数UV-Vis表征可以用于量化整个壳聚糖处理过程中的乙酰化程度。已经确定，尽管乙酰化的起始程度不同，但第一次脱乙酰化处理基本上使所有壳聚糖样品达到95％脱乙酰化水平，之后0.75％v/v乙酸酐再乙酰化处理一致地产生脱乙酰化水平为40％至60％的壳聚糖样品。低M_w壳聚糖在再乙酰化处理后可能难以沉淀和收集。中等M_w和高M_w壳聚糖通常更易于收集。优选地，使中等M_w的壳聚糖进行脱乙酰化-再乙酰化处理，因为已经表明当以0.5％w/v至1.5％w/v溶解在去离子水中时形成具有最理想性质的水凝胶。壳聚糖水凝胶应具有50000g/mol至375000g/mol的分子量(M_w)。

壳聚糖溶剂可以在加工过程中蒸发，从而导致最终敷料的脆性增加。然而，当样品被水合时，在应用于伤口部位之前所得绷带的水合将减少或消除这种脆性。为了消除对应用前水合的需要，可以将甘油掺入到壳聚糖组分中以在水凝胶溶剂蒸发后保持样品柔性。甘油是润滑滴眼剂中的常见成分。发现基于0.1M乙酸体积，以约0.5％(v/v)至约20.0％(v/v)，例如约1％(v/v)至约5％(v/v)，例如约2％(v/v)的量向壳聚糖水凝胶溶液中添加甘油足以赋予应用于眼表面所需的柔性。

在掺入到纳米纤维垫中之后(下面详细描述)，优选通过加入离子交联剂诸如三聚磷酸钠(NaTPP)来稳定壳聚糖水凝胶。NaTPP的带负电荷的氧原子与壳聚糖的带正电荷的铵离子结合以形成离子网络，该离子网络改善壳聚糖水凝胶组分的物理和水解稳定性。可通过在去离子水中漂洗之前，将所得纳米纤维增强的绷带浸泡在交联剂溶液(例如，15％w/vNaTPP溶液)中足够的时间(例如，约15秒至约1分钟，通常约30秒)来实现交联剂的掺入。如前所述，甘油也可以掺入到溶液中直至20％v/v，例如2％v/v，以在交联步骤之后干燥时保持样品柔性。

与1,4-丁二醇二缩水甘油醚(BDDGE)的交联也可用于使含胶原纳米纤维的敷料中的壳聚糖稳定，例如，通过将含胶原纳米纤维的敷料浸入BDDGE的溶液中。交联可以通过将最终的纳米纤维增强的壳聚糖敷料浸没在溶解于具有2％v/v甘油的乙醇中的2％w/v至5％w/v BDDGE溶液(pH6.3至10.3)中15分钟至6小时来实现。例如，胶原纳米纤维增强的壳聚糖敷料可以通过将敷料浸没在5％BDDGE/2％甘油溶液(pH 6.3)中6小时来进行交联，以交联36cm²大小的样品。

因此，待掺入到聚合垫中的水凝胶溶液优选包含以浓度为1％wt/vol至3％wt/vol(例如2％wt/vol)溶解于0.1M乙酸的去离子水溶液中(95％DD壳聚糖产物)或纯去离子水(40％至60％DD壳聚糖产物)中的壳聚糖。如前所述，甘油可以例如以约2％(v/v)的量添加到水凝胶溶液中，以便改善所得交联的壳聚糖基质的柔性。

B.聚合纳米纤维垫

生物相容性聚合物纳米纤维可以由天然的或合成的聚合材料形成。优选的天然聚合纳米纤维由胶原例如胶原1型形成。合成纳米纤维可以使用常规的纳米纤维制造技术由多种聚合物形成，所述聚合物诸如聚乙烯醇(PVA)、聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)和尼龙(聚酰胺)，诸如尼龙-6/12、尼龙-6等。

纳米纤维可以通过任何常规的制造技术形成，例如，静电纺丝(基于针和无针两者)，以产生具有所需形态和性质的相对致密的纳米纤维非织造垫。通常，通过这种静电纺丝技术生产的纳米纤维垫将是含有不确定长度的致密的多个单丝的非织造垫的形式，所述多个单丝的平均纤维直径为约100nm至约1800nm，通常为约175nm至约1275nm。例如，如果纳米纤维由胶原(胶原I)形成，则单个纤维将具有在约150nm至约500nm之间，通常在约190nm至约425nm之间的平均纤维直径。如果使用聚酰胺，则单个纤维通常具有约100nm至约600nm之间或约250nm至约550nm之间的平均纤维直径。在下表1中记录了某些特定的静电纺丝纳米纤维：

表1：示例性静电纺丝聚合物的平均纳米纤维直径测量

例如，当使用标准的针基静电纺丝方案生产时，PA6纳米纤维可以具有约100nm至约200nm，例如约125nm至约175nm，尤其是约158nm±36nm的平均纤维直径。无针静电纺丝可用于生产100nm至约200nm，例如约100nm至约150nm，尤其是约128nm±19nm的纳米纤维。

纳米纤维通常可以通过在旋转捕获表面(或心轴)上收集静电纺丝的纳米纤维来排列。通过使用这种技术，可以在通常垂直于心轴旋转轴的方向上排列纳米纤维，从而模拟细胞外基质的天然结构。通过改变旋转速度，还可以调节对准程度，从而允许包括对于敷料在非对准方向上的机械稳定性可能是必需的一些对准的不均匀性。改变心轴尺寸允许控制所得敷料的尺寸和与每个所施加的电压/RPM组合相关联的心轴的表面速度。

通常，使用具有“OrientationJ”程序的ImageJ分析的垫的SEM图像，非织造垫中的纳米纤维的各向异性可以在0.1至0.5之间变化，通常为约0.2，使用具有ImageJ分析和“OrientationJ”程序，从而各向异性值以0(没有对准)至1(完全对准)的标度表示。

胶原纳米纤维可以使用常规技术交联，诸如戊二醛处理、UV-交联、用1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)或1,4-丁二醇二缩水甘油基醚(BDDGE)交联剂浸泡，以及玻璃化(夹带的水分的低温蒸发)。优选地，通过将纳米纤维在5％BDDGE的乙醇溶液中浸泡15分钟来实现胶原纳米纤维交联。

为了避免PVA的戊二醛交联，可以对PVA纳米纤维进行乙醇处理以去除纤维内的残留水，并提高聚合物的结晶度。这导致静电纺丝纤维垫内的物理交联数目增加，因为聚合物内的分子间氢键用增加的结晶代替了PVA-水氢键，这也已经通过水合原型稳定性的增加得到证实。

所得纳米纤维垫厚为5μm至80μm，通常为5μm至50μm，更具体地为10μm至16μm。纳米纤维垫将表现出由垫基重表示的纤维密度，为约1g/m²至约20g/m²，通常为3g/m²至10g/m²，例如约3g/m²至约7g/m²。从扫描电子显微镜(SEM)图像测量，典型的纳米纤维垫将具有在约35％至约60％之间，例如约40％至约50％之间的孔隙率。

C.任选组分/能力

(i)自粘附功能

尽管本文所述的眼部敷料将与用于附着到眼部表面的传统缝合和眼部胶合方法相容，但众所周知，缝合可对已受刺激的组织造成额外的创伤。因此，如本文所述的眼部敷料可以包括光活性染料，诸如玫瑰红(RB)作为粘合剂以在被活化时促进与眼表面的粘合。因此，眼部敷料中使用的光活性染料可以使用常规的光化学组织结合(PTB)技术，例如通过用532nm的激光照射染料来活化。

因此，根据某些实施方案，光活性染料，例如玫瑰红，可以掺入到壳聚糖水凝胶组分内，从而消除将染料分别施加到眼表面(例如通过外科涂色)的需要，并由此制备敷料固有的PTB功能。如果被使用，则染料组分，例如玫瑰红，可以通过在溶解阶段期间以基于眼部敷料总重量计为0.001wt％至1wt％的浓度添加染料组分而有效地掺入到壳聚糖水凝胶组分中。然后染料被掺入到壳聚糖水凝胶组分中，使敷料和角膜表面之间能够进行光化学组织结合相互作用。

或者，基于眼部敷料总重量的0.001wt％至1wt％的玫瑰红水溶液可以在外科手术施用至眼部创伤部位之前直接施用至未染色的眼部敷料上。

用绿激光(532nm)激发活化玫瑰红，从而在人组织中的胺基和蛋白质之间形成键，而不引起放热反应。这些共价键用于将眼部敷料保持在角膜表面上的适当位置。当使用羊膜时，由于玫瑰红活化，在膜中的胶原原纤维和眼组织之间形成键。在本文公开的合成生物材料中，壳聚糖水凝胶中的游离胺基，以及一些聚合物纳米纤维(胶原)中的蛋白质将与眼组织形成键。因此，通过标准缝合和胶合方法或通过光化学组织结合来应用的眼部敷料的能力为眼部创伤的外科修复提供了一系列可能性。

另外，已经定性地观察到眼部敷料的天然“粘着性”和壳聚糖的粘膜粘着特性可以为敷料提供粘附到眼睛表面而不需要缝合线或胶水的能力。因此，已经发现，可以通过对壳聚糖水凝胶组分进行碱性硫醇化反应以能够在应用时与角膜组织形成二硫键，从而能够简单地将敷料粘附在受伤表面上来提高眼部敷料对受伤角膜表面的自粘附能力。壳聚糖水凝胶组分的硫醇化可以通过壳聚糖与巯基乙酸、谷胱甘肽或半胱氨酸化合物的反应来实现。与谷胱甘肽、巯基乙酸或N-乙酰基半胱氨酸(在1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺的存在下)的反应使得能够用能够与角膜组织形成二硫键的硫醇对胺基进行碱性官能化。对角膜表面的粘附已通过爆裂试验证实，以证明形成水密密封和前房超过35mm Hg的再加压。

(ii)治疗剂洗脱

由应用到眼表面的新鲜羊膜的常规使用提供的一个关键益处是递送促进上皮伤口愈合的生长因子和干细胞。因此，本文公开的实施方案的眼部敷料提供将治疗剂(诸如抗生素、抗微生物剂、消炎剂、止痛剂、麻醉剂或生长因子)装载到纳米纤维和水凝胶组分中的潜能。因此，治疗剂可以任选地掺入到纳米纤维增强的水凝胶敷料的纤维或水凝胶组分中，从而允许敷料装载有效量的治疗剂并允许其受控递送。治疗剂包括人干细胞(例如羊膜上皮细胞)，其可以掺入到纳米纤维垫的间隙中或壳聚糖水凝胶内。治疗药物诸如抗生素(例如，庆大霉素或氟喹诺酮化合物)、非甾体或甾体抗炎药(诸如泼尼松龙)及它们的混合物可以在静电纺丝过程中掺入到纳米纤维垫中。具体的治疗药物包括，例如，

(氧氟沙星)、

(地塞米松)、Chloromycetin^TM、

和

治疗剂可以以约0.1wt.％至约10.0wt.％的量掺入到用于静电纺丝的初始聚合物溶液中。

治疗剂可以替代地或另外地掺入到壳聚糖水凝胶中。因此，如果存在于壳聚糖水凝胶组分中，则治疗剂可以以基于水凝胶和目标剂量的特定治疗剂的总重量为约0.01wt.％至约10wt.％的量存在。

将不同直径的纳米纤维和选择性匹配的治疗剂与特定相容的纳米纤维材料组合使用，将允许随时间持续释放，从而不需要频繁地以滴眼剂的形式再次应用治疗剂。此外，可以控制通过同时将不同负载的纳米纤维收集到相同的纳米纤维敷料中来释放多种治疗剂。

D.绷带制造和性能

所得到的纳米纤维增强的壳聚糖水凝胶绷带或敷料将表现出几种例如对于眼部治疗和/或修复是有利的所需的机械性能。例如，绷带或敷料可以表现出约1MPa至约200MPa，通常约25MPa至约75MPa的弹性模量，和约1MPa至约27MPa，通常约11MPa至约17MPa的峰值应力。绷带或敷料展示，如经由UV-Vis在550nm下测量的，对于厚度为约10μm至约100μm的绷带或敷料的透明度为40％至95％，通常为50％至80％，使用阿贝折射计测得的折射率为1.33至1.34。绷带或敷料通常还表现出约400cc/m²-天至约850cc/m²-天，例如406cc/m²-天至约775cc/m²-天(ASTM F1927)的有益氧气透过率和在14天内≤0.1％房水透过率的水不渗透性。

以下示例性加工技术可以用于将水凝胶掺入到纳米纤维的非织造垫中以形成如本文所公开的纳米纤维增强的水凝胶眼部敷料。对于所公开的所有技术，优选的是，中等分子量(MMW)的壳聚糖(Sigma，MW为50000g/mol至375000g/mol)首先通过在100％w/v氢氧化钠溶液中于120℃下在氮气吹扫下的处理2.5小时以去除壳聚糖骨架上的乙酰基而被脱乙酰化至至少95％，从而使其更可溶。冷却后，可以用去离子水冲洗脱乙酰化壳聚糖溶液，然后过滤所得的95％脱乙酰化壳聚糖并将其洗涤直至中性。

为了产生增加厚度的绷带或敷料以改进操作和易于应用，可以将多片纳米纤维增强的壳聚糖水凝胶敷料层叠在一起。随着水凝胶组分在聚氨酯背衬上干燥，不同纳米纤维层内的壳聚糖水凝胶层融合在一起。然后如前所述，水凝胶组分与BDDGE交联，以防止层分层。约1至约5层，优选约2层的纳米纤维增强的水凝胶层可被一起组装并干燥。

纳米纤维增强的壳聚糖水凝胶绷带或敷料可以替代地或另外地与一个或多个其它结构层，例如另外的网加强层、治疗剂层等，组装以提供所需的功能。

(i)真空辅助技术

可以使用真空辅助技术来物理地迫使壳聚糖水凝胶进入纳米纤维垫的间隙中，特别是对于由合成的(非胶原)纳米纤维组成的纳米纤维垫，使得纳米纤维垫嵌入壳聚糖基质。当使用这种真空辅助技术时，可以使用基于总乙酸溶液体积，含有在0.1M乙酸中约1％w/v至约10％w/v壳聚糖的溶液，典型地在2％v/v甘油中约2％w/v至约5％w/v壳聚糖的溶液。

实际上，可以将静电纺丝纳米纤维垫放置在由合适的材料(例如，尼龙或铝)形成的用于支撑的相对大的孔(例如，孔径为约74μm至224μm，优选地约100μm至约200μm，例如，约180μm)网上。纯乙醇可以分布在纳米纤维垫的表面上用于水合。然后可以施加真空持续足够长的时间(例如，高达约5秒)以将乙醇拉过垫并水合纳米纤维垫。然后可以在真空下将壳聚糖/甘油溶液(例如，约4mL的2％w/v壳聚糖/1％v/v甘油溶液)均匀地分布在样品表面上，然后施加壳聚糖/甘油溶液直至在过滤器装置的底部可见壳聚糖溶液滴(约10秒)。然后可以将所得的壳聚糖浸渍的纳米纤维垫在室温下干燥，之后可以通过将样品浸没在15％w/v NaTPP/2％v/v甘油溶液中约30秒并在去离子水/2％v/v甘油中漂洗来将壳聚糖组分离子交联。图1A中示出了通过真空过滤形成的纳米纤维增强水凝胶绷带的横截面的图像。

通过真空过滤将纳米纤维垫封装在壳聚糖水凝胶溶液中有利地导致敷料是透明的、柔韧的和机械稳固的，如图2的图像所示。真空浇铸样品的SEM分析描绘了壳聚糖水凝胶在纳米纤维垫的整个厚度上的完全渗透，如通过如上所述的真空过滤浸渍形成的尼龙-6纳米纤维增强的壳聚糖水凝胶绷带的图3A和3B中的平面图和横截面图所示。真空过滤浸渍过程导致眼部敷料在干燥时在视觉上是不透明的，但是随着水合变得越来越透明。

根据本文公开的实施方案的纳米纤维增强的壳聚糖水凝胶绷带通常具有至少约50％至约95％的透明度(例如，通过绷带的透光率)，并且折射率在约1.30至约1.45之间，通常为约1.34。因此，以这种方式，根据本文所公开的实施方案的绷带能够使伤口在绷带下面明显可见，以便在伤口处理期间为医疗人员提供视觉帮助。图4A和4B显示了通过真空过滤产生的原型纳米纤维增强的壳聚糖水凝胶绷带的代表性图像。

(ii)正压辅助技术

纳米纤维增强的壳聚糖水凝胶绷带也可以使用正压技术以将水凝胶掺入到纳米纤维垫组分的间隙中来制造。对于该生产过程，可以将经静电纺丝的纳米纤维垫(约9cm×9cm)放置在适当构造的加压装置上，并将10mL壳聚糖/甘油水凝胶溶液添加到垫的顶表面上。可以使用例如10mL注射器在装置内增加压力，以通过充气口注入空气并将致动板压在纳米纤维垫上，从而迫使水凝胶溶液渗透到纳米纤维垫结构中。当在装置内达到最大压力时，可接合截止阀以使壳聚糖浸渍的纳米纤维垫能够在加压环境中保持长达15分钟。将所得绷带构建体从系统中取出并在聚氨酯背衬上于室温下干燥。

选择加压时间以确保在纳米纤维垫中充分掺入水凝胶。在这点上，约5至约20分钟，通常约15分钟的加压时间通常足以确保充分的水凝胶掺入到纳米纤维垫中。在该技术中可以采用约10psi至约50psi，例如约30psi至约50psi(通常约45psi)的压力。

实施例

通过前述正压技术生产原型敷料。具体地，将6cm×6cm的静电纺丝尼龙-6纳米纤维垫的切片浸没在20mL乙醇中30秒，并平放在正压系统室的底部。将20mL的于0.1M乙酸中的2％w/v壳聚糖和2％v/v甘油吸移到纳米纤维垫的顶部。将系统加压至45psi持续15分钟以将壳聚糖溶液注入纳米纤维垫中。壳聚糖溶液注入后，取出绷带，在环境条件下干燥24小时，形成单层或双层构建体。

下面的表2A和2B总结了经由正压系统生产的尼龙-6纳米纤维增强的样品的累积平均敷料厚度和纳米纤维：水凝胶质量比。随后通过在1,4-丁二醇二缩水甘油醚(BDDGE；在乙醇中5％w/v+2％v/v甘油)中保持6小时。下表2总结了交联后样品的累积平均敷料厚度和纳米纤维：水凝胶质量比。

表2A：正压技术敷料生产

表1B.交联后敷料生产

用于上述标记的CS-NAC的样品的水凝胶组分如上所述使用N-乙酰基半胱氨酸进行硫醇化。下表3总结了标准非硫醇化纳米纤维增强的眼部敷料及其硫醇化实施方案的最终性质。

表3.敷料原型功能性质

	标准敷料	硫醇化敷料
			厚度	44.4μm	28.2μm至42.5μm
折射率	1.33至1.34	TBD
			透明度	69.6％至81％	45.9％至50.9％
抗张强度	11.9MPa	11.3至16.7MPa
			韧性	0.94MPa	2.7至3.9MPa
拉伸应变	14.5％	39.2至40.1MPa
			弹性模数	77.4MPa	23.1至24.8MPa
O<sub>2</sub>透过率	1935cc/m<sup>2</sup>天	3691cc/m<sup>2</sup>天
			透水性	0.010％至0.011％	(未测试)
细胞相容性	类似于对照	类似于对照
			保质期	≥3个月	(未测试)

******************************

虽然已经结合目前被认为是最实用和优选的实施方案描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施方案，但是相反，本发明旨在覆盖包括在本发明的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims

1.一种医疗敷料，所述医疗敷料包含壳聚糖水凝胶基质和嵌入所述基质中的非织造聚合纳米纤维垫。

2.根据权利要求1所述的医疗敷料，其中所述壳聚糖水凝胶包括脱乙酰壳聚糖。

3.根据权利要求2所述的医疗敷料，其中所述壳聚糖水凝胶的脱乙酰度(DD)为约40％至约100％。

4.根据权利要求3所述的医疗敷料，其中所述壳聚糖水凝胶是水溶性的并且脱乙酰度(DD)为约40％至约60％。

5.根据权利要求3所述的医疗敷料，其中所述壳聚糖水凝胶是酸溶性的并且脱乙酰度(DD)为约85％至约100％。

6.根据权利要求1所述的医疗敷料，其中所述壳聚糖水凝胶的分子量(M_w)为50000g/mol至375000g/mol。

7.根据权利要求6所述的医疗敷料，其中所述壳聚糖水凝胶包含至多5％v/v的量的作为增塑剂的甘油。

8.根据权利要求1所述的医疗敷料，其还包含表面粘附促进剂和/或治疗剂。

9.根据权利要求8所述的医疗敷料，其中所述治疗剂包括人干细胞或治疗药物。

10.根据权利要求9所述的医疗敷料，其中所述治疗药物选自抗生素、非甾体抗炎药、甾体抗炎药及其混合物。

11.根据权利要求8所述的医疗敷料，其中所述表面粘附促进剂包括光化学粘合(PTB)剂。

12.根据权利要求11所述的医疗敷料，其中所述PTB试剂是玫瑰红，基于所述敷料的总重量，量为0.001wt.％至约1.0wt.％。

13.根据权利要求1所述的医疗敷料，其中所述壳聚糖水凝胶包含用能够与生物组织形成二硫键的硫醇基官能化的壳聚糖。

14.根据权利要求13所述的医疗敷料，其中所述壳聚糖水凝胶用选自巯基乙酸、谷胱甘肽和半胱氨酸化合物的硫醇化试剂硫醇化。

15.根据权利要求13所述的医疗敷料，其中所述壳聚糖水凝胶用N-乙酰基半胱氨酸硫醇化。

16.根据权利要求1所述的医疗敷料，其中所述纳米纤维垫包括由选自胶原、聚乙烯醇(PVA)、聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)和尼龙的聚合材料形成的纳米纤维。

17.根据权利要求16所述的医疗敷料，其中所述聚合材料是尼龙-6/12或尼龙-6。

18.根据权利要求1所述的医疗敷料，其中所述纳米纤维垫包含平均直径为100nm至约1800nm的纳米纤维。

19.根据权利要求18所述的医疗敷料，其中所述纳米纤维的平均直径为约175nm至约1275nm。

20.根据权利要求1所述的医疗敷料，其中所述纳米纤维由尼龙-6形成并且平均直径为约100nm至约200nm。

21.根据权利要求1所述的医疗敷料，其中所述敷料是用于治疗和/或修复循环吻合、擦伤、溃疡或眼损伤的外科敷料。

22.根据权利要求1所述的医疗敷料，其中所述纳米纤维垫的厚度为约5微米和80微米。

23.根据权利要求18所述的医疗敷料，其中所述纳米纤维垫的基重为约1g/m²至约20g/m²。

24.根据权利要求1所述的医疗敷料，其中通过扫描电子显微镜(SEM)图像测量，所述纳米纤维垫的孔隙率为约35％至约60％。

25.根据权利要求1所述的医疗敷料，其中所述敷料的弹性模量为约1MPa至约200MPa。

26.根据权利要求1所述的医疗敷料，其中所述敷料的峰值应力为约1MPa至约27MPa。

27.根据权利要求1所述的医疗敷料，其中所述敷料在敷料厚度为10μm至100μm下对550nm光的透明度为约40％至约95％，并且折射率(RI)为约1.33至约1.34。

28.根据权利要求1所述的医疗敷料，其中所述敷料显示出根据ASTM F1927的氧气透过率为约400cc/m²-天至约850cc/m²-天。

29.根据权利要求1所述的医疗敷料，其中所述敷料在14天内表现出≤0.1％的房水透过率的透水性。

30.根据权利要求1所述的医疗敷料，其中所述壳聚糖水凝胶以所述纳米纤维垫的纳米纤维与所述壳聚糖水凝胶的质量比为0.01:1至10:1而存在。

31.一种多层绷带，其中所述绷带的至少一层包含根据权利要求1所述的医疗敷料。

32.根据权利要求31所述的多层绷带，其中至少一个其它层包括结构层。

33.一种形成根据权利要求1所述的医疗敷料的方法，包括以下步骤：

(a)静电纺丝纳米纤维以形成非织造聚合纳米纤维垫；和

(b)将壳聚糖水凝胶掺入所述纳米纤维垫中。

34.根据权利要求33所述的方法，其中通过真空或正压辅助将所述壳多糖掺入所述纳米纤维垫的间隙中来实施步骤(b)。

35.根据权利要求34所述的方法，其中通过将所述壳聚糖水凝胶施加到所述纳米纤维垫的表面上，然后使所述纳米纤维垫经受真空或正压条件以使所述壳聚糖水凝胶浸渍在所述垫的空隙内来实施步骤(b)。