CN112472865A - 一种温敏抗菌止血水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种温敏抗菌止血水凝胶及其制备方法和应用，本发明利用多羟基化合物和温敏剂对壳聚糖进行改性，制得干凝胶，并在精油微乳中溶胀制成温敏抗菌止血水凝胶，经过改性后的凝胶可牢固的粘附于组织表面，且在接触到体表后，在可以体表温度下变为固态，具有较好的温敏性，起到较好的止血作用，可润湿皮肤而使角质层结构发生变化，促进药物经皮进入体内，因此本发明的温敏抗菌止血水凝胶还具有生物相容性好、抑菌消炎效果强的特点。

Description

一种温敏抗菌止血水凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及医用生物材料技术领域，更具体地，涉及一种温敏抗菌止血水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
医用生物材料指的是具备医学作用、可作用于机体，在临床被广泛应用于各类组织器官，提高疾病的诊断，有利于患者疾病的治疗，并对机体组织器官不会产生有害作用的一类生物材料。而生物止血材料(医用敷料)也是医用生物材料的一种，其具有良好的止血作用，而对机体不会产生毒副作用。但是目前使用的止血材料，有些止血效果不好，有些过敏反应大，有些价格昂贵。从全球范围来看，人们对于医用敷料的需求越来越迫切，尤其是高质量低价格的新型敷料。人体活体组织一般由细胞和细胞外基质组成，从材料学观点看，水凝胶材料在性质上相当于细胞外基质部分，材料吸水后，可减少材料对周围组织的摩擦和机械作用，改善材料的生物学性能。由此可见，开发能够快速响应的温敏抗菌止血材料具有重要的临床意义。
壳聚糖是甲壳素经化学处理脱乙酰基后的多糖，具有抗菌、止血、消炎等良好的生物活性及理化性质，在各领域被广泛运用，其中抗菌材料、敷料是壳聚糖最有前景的应用方向之一。如中国专利(CN105878280A)公开了一种具有抑菌功效医用温敏水凝胶的制备方法，以聚N-异丙基丙烯酰胺和壳聚糖共同制得多孔温敏水凝胶为载体，在凝胶内负载上药物，利用聚N-异丙基丙烯酰胺的温敏性，来实现对药物的控制释放。但仍存在壳聚糖与组织创面的粘附力不强，对创面的封堵作用弱，止血时间较长、需加压等不足，并且加压易致伤口局部血液循环不畅，导致伤口缺血，不利伤口愈合，甚至缺血坏死等问题。因此，如何进一步改性壳聚糖止血材料的性能，提高其与组织之间的粘结作用，从而改善止血效果是研究难点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有温敏性壳聚糖水凝胶与组织之间的粘结作用较弱，止血效果不好的缺陷和不足，提供一种温敏抗菌止血水凝胶的制备方法，经多羟基化合物和温敏剂改性的壳聚糖，进一步制得温敏抗菌止血水凝胶，不仅与组织之间的粘结作用强，且可在32℃发生相变，具有温敏性，生物相容性好、抑菌消炎效果好。
本发明的又一目的是提供一种温敏抗菌止血水凝胶。
本发明的另一目的是提供一种温敏抗菌止血水凝胶的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种温敏抗菌止血水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
S1.在氮气气氛中，将壳聚糖能溶解于稀酸溶液中得到将壳聚糖溶液，然后加入多羟基化合物，并在80～100℃下反应30～60min，降温至30～40℃后再加入温敏剂、引发剂，反应24～36h，加入沉淀剂，得到沉淀后干燥，得到干凝胶；
S2.将表面活性剂、助表面活性剂、水和植物精油混合均匀得精油微乳，然后加入步骤S1制得的干凝胶，混合至干凝胶溶胀，得到温敏抗菌止血水凝胶。
本发明通过多羟基化合物改性得到改性壳聚糖，加入温敏剂、引发剂后制得干凝胶，加入精油微乳搅拌溶胀制成温敏抗菌止血水凝胶，温敏剂与分子内部或分子间的水形成氢键，在这种氢键作用力的影响下，温敏剂转变为透明的、可以流动的液体。当环境温度高于相变点温度时，氢键断裂，温敏剂微凝胶急剧排出体系内部的水分，蜷曲收缩，由可以流动的液态变为不透明凝胶状的固态。人正常体表温度范围在32℃～37℃，经过温敏剂改性后温敏抗菌止血水凝胶具有良好的温敏性，相变点温度为32℃左右。另外，多羟基化合物中的多羟基与壳聚糖的活性位点之间形成共价键或其他强相互作用，经过改性后的凝胶可牢固的粘附于组织表面，起到较好的止血作用。植物精油又称植物挥发油，是植物产生的一种具有芬芳气味的次生代谢产物，因其生物多样性，被广泛应用于食品、医药、化妆品等行业，本发明利用表面活性剂等和植物精油共同制得微乳液，可润湿皮肤而使角质层结构发生变化，促进药物经皮进入体内，因此本发明的温敏抗菌止血水凝胶还具有生物相容性好、抑菌消炎效果强的特点。
优选地，步骤S1所述多羟基化合物为3,4-二羟基苯甲醛、2,3-二羟基苯甲醛、2,3,4-三羟基苯甲醛3,4-二羟基苯甲酸、3,4-二羟基苯乙酸、3,4-二羟基苯基丙酸中的一种或几种。
优选地，步骤S1所述稀酸溶液的质量浓度为1％～3％。
优选地，步骤S1所述稀酸溶液为甲酸、乙酸、柠檬酸、草酸中的一种。
优选地，步骤S1所述壳聚糖溶液的质量浓度为0.5％～2％。
更优选地，步骤S1所述壳聚糖溶液的质量浓度1.2％。
优选地，步骤S2所述精油微乳中植物精油的质量浓度为0.5％～5％。
更优选地，步骤S2所述精油微乳中植物精油的质量浓度为2％。
优选地，步骤S1所述温敏剂为N-异丙基丙烯酰胺、羟丙基甲基纤维素、N-羟甲基丙烯酰胺等中的一种或几种。
优选地，步骤S1所述温敏剂的质量浓度为2％～7％。
更优选地，步骤S1所述温敏剂的质量浓度为4％。
优选地，步骤S2所述植物精油为迷迭香精油、白豆蔻精油、姜黄精油、肉桂精油中的一种或几种。
优选地，步骤S1所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、硫酸亚铁铵和偶氮二异丁腈中的一种或几种。
优选地，步骤S2所述表面活性剂为吐温80和司盘80复配。
优选地，步骤S2所述助表面活性剂为无水乙醇。
本发明保护上述制备方法制得的温敏抗菌止血水凝胶。
本发明还保护上述温敏抗菌止血水凝胶在制备医用生物材料中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用多羟基化合物和温敏剂对壳聚糖进行改性，并制得干凝胶，在精油微乳中溶胀制成温敏抗菌止血水凝胶，经过改性后的凝胶可牢固的粘附于组织表面，且在接触到体表后，在可以体表温度下变为固态，具有较好的温敏性，改善止血作用，可润湿皮肤而使角质层结构发生变化，促进药物经皮进入体内，因此本发明的温敏抗菌止血水凝胶还具有生物相容性好、抑菌消炎效果强的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
实施例1
一种温敏抗菌止血水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
S1.将称取1.2g壳聚糖和100ml 2wt％乙酸水溶液加到烧瓶中，缓慢通入氮气，将油浴锅温度调至80℃，搅拌至壳聚糖完全溶解，加入3wt％3,4-二羟基苯甲醛，在80℃下继续反应30min，将上述溶液的反应温度降至40℃，称取4％N-异丙基丙烯酰胺，维持反应温度为40℃，称取质量浓度3％过硫酸铵。将引发剂加入到反应溶液中，维持40℃进行搅拌反应，反应24h，将反应好的溶液倒入烧杯中冷却至室温，在冷却好的溶液中加入一定量的丙酮溶液，沉淀物能完全沉淀后过滤，固体放入冷冻干燥机干燥；得到干凝胶；
S2.将吐温-80:司盘-80以质量比9:1配置溶液，加入无水乙醇，表面活性剂与助表面活性剂质量比(Km)＝3:1，加入去离子水，加入肉桂精油，选用滴水法，磁力搅拌器800rpm搅拌8h，得到肉桂精油质量浓度在2％的精油微乳；取干胶放入精油微乳中溶胀，干凝胶占总质量的2％，即形成温敏抗菌止血水凝胶。
实施例2
本实施例的制备方法与实施例1相同，区别在于，将肉桂精油替换为迷迭香精油，吐温-80:司盘-80的质量比替换为7:2。
实施例3
本实施例的制备方法与实施例1相同，区别在于，将肉桂精油替换为白豆蔻油。
实施例4
本实施例的制备方法与实施例1相同，区别在于，区别在于，将壳聚糖与2％乙酸水溶液质量比替换为1：50。
实施例5
本实施例的制备方法与实施例1相同，区别在于，将壳聚糖与2％乙酸水溶液质量比为替换1：200。
实施例6
本实施例的制备方法与实施例1相同，区别在于，N-异丙基丙烯酰胺质量浓度替换为2％。
实施例7
本实施例的制备方法与实施例1相同，区别在于，将N-异丙基丙烯酰胺质量浓度替换为7％。
对比例1
本对比例的制备方法与实施例1相同，区别在于，步骤S1中不利用3,4-二羟基苯甲醛进行改性。
对比例2
本对比例的制备方法与实施例1的区别在于，将步骤S1制得的凝胶不干燥处理，直接加入到精油微乳中，得到水凝胶。
性能测试
1、温敏抗菌止血水凝胶的温敏性测试
设置9组，其中A、B、C、D、E、F、G组分别对应实施例1～7中的温敏抗菌止血水凝胶；H、I组分别对应对比例1～2中的水凝胶。水凝胶的温敏性(低临界溶解温度，LCST值)是通过测定水凝胶样品的透光率随温度的变化确定将水凝胶样品在蒸馏水中溶胀平衡后，采用连接有超级恒温槽的723P型可见分光光度计(λ＝600mm,path length＝3cm)测定不同温度下水凝胶的透光率，升温速率为0.05～0.1℃/min，用蒸馏水作为参比溶液。绘制水凝胶的透光率温度变化关系曲线，曲线中透光率开始下降明显时所对应的温度(即曲线的拐点处)，即为该水凝胶样品的相转变温度(LCST值)。
表1温敏抗菌止血水凝胶温敏试验结果
实验样品 低临界溶解温度
样品A 31.9±0.2℃
样品B 31.6±0.5℃
样品C 32.4±0.7℃
样品D 31.4±0.7℃
样品E 31.3±0.3℃
样品F 31.6±0.5℃
样品G 32.3±0.4℃
样品H 38.4±0.4℃
样品I -
通过表1中，看出本发明的配方浓度范围内，温敏抗菌止血水凝胶皆可发生相变，其中优选配方中，低临界溶解温度达到31.9±0.2℃，与人体表温度接近，可见本发明的温敏抗菌止血水凝胶能在接触皮肤后有液态相变为凝胶状，增加材料黏附性，对创面的封堵作用，从而达到良好的止血效果。样品H(对比例1)中不利用多羟基化合物进行改性，只用温敏剂对壳聚糖进行改性，温敏剂含量增加，水凝胶的相变点温度升高。样品I(对比例2)中，凝胶不干燥处理，直接加入到精油微乳中，壳聚糖溶液浓度不足，分子链难以相互交联形成凝胶。
2、温敏抗菌止血水凝胶的粘度测试
设置9组，其中A、B、C、D、E、F、G组分别对应实施例1～7中的温敏抗菌止血水凝胶；H、I组分别对应对比例1～2中的水凝胶。样品除气泡后，室温下恒定8h，用马尔文旋转流变仪测得粘度μ，参数设置温度32℃，剪切力0.1r/s。
表2温敏抗菌止血水凝胶粘度试验结果
实验样品 粘度
样品A 2500Pa.s
样品B 2300Pa.s
样品C 2200Pa.s
样品D 1800Pa.s
样品E 1000Pa.s
样品F 1400Pa.s
样品G 1100Pa.s
样品H 800Pa.s
样品I 300Pa.s
通过表2中，看出本发明的配方浓度范围内，粘度皆达到1000Pa.s及其以上，其中优选配方中(实施例1)，粘度达到2500Pa.s，与组织之间的粘结作用强，能较好的黏附在伤口，对创面的封堵作用，从而达到良好的止血效果。样品H(对比例1)中不利用多羟基化合物进行改性，只用温敏剂对壳聚糖进行改性，温敏剂含量增加，水凝胶的相变点温度升高，在32℃时未能完全相变，其次缺少多羟基化合物改性，制得材料粘性不足。样品I(对比例2)中，凝胶不干燥处理，直接加入到精油微乳中，壳聚糖溶液浓度不足，分子链难以相互交联形成凝胶。
3、温敏抗菌止血水凝胶的止血效果测试
设置9组，其中A、B、C、D、E、F、G组分别对应实施例1～7中的温敏抗菌止血水凝胶，H、I组分别对应对比例1～2中的水凝胶。建立止血创伤动物模型，将大鼠用3％戊巴比妥钠腹腔注射麻醉，用脱毛膏脱去大鼠右大腿部毛发，碘尔康液消毒，切开皮肤，游离解剖出股主静脉后用针头刺穿，形成大小约2cm×1cm的出血创面，创口形成后迅速滴加温敏抗菌止血水凝胶，记录直至血液不再流出时间。
表3温敏抗菌止血水凝胶止血试验结果
实验样品 止血时间
样品A 1.6±0.3s
样品B 1.8±0.5s
样品C 2.1±0.5s
样品D 3.5±0.4s
样品E 4.8±0.5s
样品F 3.7±0.5s
样品G 7.2±0.8s
样品H 9.3±1.5s
样品I -
通过表3中，看出本发明配方浓度范围内，温敏抗菌止血水凝胶皆有较良好的止血效果，其中优选配方中，滴加材料后，在接触皮肤后有液态相变为凝胶状，有良好的黏附性，对创面起到了封堵作用，从而达到良好的止血效果。样品H(对比例1)中不利用多羟基化合物进行改性，只用温敏剂对壳聚糖进行改性，温敏剂含量增加，水凝胶的相变点温度升高，在32℃时未能完全相变；其次缺少多羟基化合物改性，制得材料粘性不足，伤口附着力不足，没有达到良好的止血效果。样品I(对比例2)中，凝胶不干燥处理，直接加入到精油微乳中，壳聚糖溶液浓度不足，分子链难以相互交联形成凝胶化，伤口血液混合材料一起流出，没有起到封堵伤口效果。
4、温敏抗菌止血水凝胶的抑菌测试
设置11组，其中A、B、C、D、E、F、G分别对应实施例1～7中的温敏抗菌止血水凝胶，H组为肉桂微乳，I组为去离子水溶胀水凝胶；J、K组分别对应对比例1～2中的水凝胶。采用液体直接接触法测定最低抑菌浓度。在5ml相应肉汤中加入100μL菌悬液，在装有等量肉汤试管中添加不同量的样品溶液，使肉汤含样品浓度为31.25μL/L～2000μL/L，置196r/min恒温振荡器中培养(细菌37℃，24h；真菌28℃；72h)，观察肉汤浑浊情况；目测肉汤不变浑浊所对应的样品浓度为最低抑菌浓度(MIC值)，每个处理重复3次，本实验中样品浓度2000μL/L仍不能抑制菌株生长视为样品对其没有作用。
表4温敏抗菌止血水凝胶抑菌刷试验结果
Figure BDA0002815281200000081
通过表4中，实验组(A～G组)，明显看出优选配方的温敏抗菌止血水凝胶有着良好的广谱抑菌作用，并且肉桂精油微乳溶胀制得温敏抗菌止血水凝胶抑菌效果优于肉桂精油微乳与去离子水溶胀水凝胶(H～I组)。样品J(对比例1)中不利用多羟基化合物进行改性，只用温敏剂对壳聚糖进行改性，其中的壳聚糖和精油微乳浓度几乎不变，抑菌能力与实验组相当；样品K(对比例2)，凝胶不干燥处理，直接加入到精油微乳中，相比实验组的壳聚糖与精油微乳浓度低，抑菌能力不足。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种温敏抗菌止血水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.在氮气气氛中，将壳聚糖能溶解于稀酸溶液中得到将壳聚糖溶液，然后加入多羟基化合物，并在80～100℃下反应30～60min，降温至30～40℃后再加入温敏剂、引发剂，反应24～36h，加入沉淀剂，得到沉淀后干燥，得到干凝胶；
S2.将表面活性剂、助表面活性剂、水和植物精油混合均匀得精油微乳，然后加入步骤S1制得的干凝胶，混合至干凝胶溶胀，得到温敏抗菌止血水凝胶。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S1所述多羟基化合物为3,4-二羟基苯甲醛、2,3-二羟基苯甲醛、2,3,4-三羟基苯甲醛3,4-二羟基苯甲酸、3,4-二羟基苯乙酸、3,4-二羟基苯基丙酸中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述制备方法，其特征在于，步骤S1所述稀酸溶液的质量浓度为1％～3％。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S1所述壳聚糖溶液的质量浓度为0.5％～2％。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S2所述精油微乳中植物精油的质量浓度为0.5％～5％。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S1所述温敏剂为N-异丙基丙烯酰胺、羟丙基甲基纤维素、N-羟甲基丙烯酰胺等中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S1所述温敏剂的质量浓度为2％～7％。
8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S2所述植物精油为迷迭香精油、白豆蔻精油、姜黄精油、肉桂精油中的一种或几种。
9.权利要求1～8任一项所述制备方法制得的温敏抗菌止血水凝胶。
10.权利要求9所述温敏抗菌止血水凝胶在制备医用生物材料中的应用。
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