CN112546289A - 一种复合生物水凝胶敷料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合生物水凝胶敷料及其制备方法，该复合生物水凝胶敷料包括：水溶性丝素蛋白、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基壳聚糖、羧甲基纤维素盐、透明质酸钠及交联剂。通过本发明制备的成型敷料具有稳定的结构，流变性弱，具有较强的粘附性、良好的透光性以及良好的致密性微观结构，各组分之间的物化结合紧密，具有较强的机械性能和抗拉伸性能。同时，通过细胞增殖抑制实验确定本复合生物水凝胶敷料没有细胞毒性，安全性能良好。

Description

一种复合生物水凝胶敷料及其制备方法
技术领域
本发明属于凝胶敷料技术领域，涉及一种复合生物水凝胶敷料及其制备方法。
背景技术
皮肤是人体最大的器官，作为机体的第一道生物防御屏障，可防止细菌等微生物的入侵，也可使机体免受外界环境理化因素的伤害，在急性创伤、烧伤等因素的影响下，皮肤正常生理功能和屏障功能遭到破坏，导致水电解质平衡紊乱，营养物质丢失或感染等的发生，甚至威胁生命。
敷料是一种能够起到暂时保护伤口、防止伤口污染、促进愈合、减轻疼痛的医用材料，是一种重要的医疗产品。其在创面不断修复、再生的过程中，暂时起到替代损伤皮肤保护组织的作用。敷料的选择是否合适，直接决定创面愈合的好与坏。良好的合适的敷料不仅可以促进伤口愈合，还可以吸收伤口渗出液，保持凉爽的感觉，缓解疼痛，最主要是防水、阻菌、使用方便等。
新型生物医用水凝胶敷料是在1962年Winter博士等提出的创伤修复“湿润愈合”理论基础上发展起来的新型创面修复及保护材料。与传统敷料相比，生物敷料虽然具有降低感染、提高创面愈合质量、减轻病人的痛苦以及方便医护人员操作等优点。
目前常见的生物医用水凝胶敷料仍然存在缺乏固有抗菌性能从而引发伤口感染、机械性能较弱为病患带来不适感、粘合性较弱无法贴合皮肤等一系列问题。特别是现有常见的水凝胶敷料的抗拉强度及机械强度较差，在运输和使用过程中极易发生断裂和破碎，应用较为不便。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种复合生物水凝胶敷料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供了一种复合生物水凝胶敷料，包括：水溶性丝素蛋白、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基壳聚糖、羧甲基纤维素盐、透明质酸钠及交联剂。
优选地，按照重量体积比计(即各组分的重量(g)与水凝胶成型前溶液总体积(ml)的比)，上述复合生物水凝胶敷料，包括：水溶性丝素蛋白0.01％-0.2％，聚乙烯醇1％-10％，聚乙烯吡咯烷酮5％-20％，羧甲基壳聚糖0.5％-5％，羧甲基纤维素盐0.5％-5％，透明质酸钠0.1％-1％，交联剂0.01％-0.5％。
优选地，所述的交联剂包括京尼平、戊二醛、1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺等。
本发明还提供了上述复合生物水凝胶敷料的制备方法，包括：以无菌超纯水共溶聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基壳聚糖、羧甲基纤维素盐及透明质酸钠，室温下添加水溶性丝素蛋白溶液及交联剂混匀，静置，辐照后制得复合生物水凝胶敷料。
优选地，上述制备方法具体包括以下步骤：
(1)取聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基壳聚糖、羧甲基纤维素盐及透明质酸钠，加热溶解于无菌超纯水中，室温静置去除气泡；
(2)取步骤(1)得到的溶液与水溶性丝素蛋白溶液混匀；
(3)在步骤(2)的基础上添加交联剂，混匀，室温下静置成型，制备成复合生物水凝胶；
(4)经辐照照射后，制备成无菌复合生物水凝胶敷料。
优选地，所述水溶性丝素蛋白溶液通过将水溶性丝素蛋白溶于无菌超纯水中，过滤后得到；更优选地，采用40μm过滤。
优选地，步骤(4)采用10-80kGy的辐照照射，辐照时间为1-3分钟。
本发明制备的成型敷料，聚乙烯醇与聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇与丝素蛋白、聚乙烯醇与羧甲基壳聚糖在辐照的作用下，发生相互间的强交联，使得形成的符合水凝胶具有较好的机械强度和抗拉强度。其中：
丝素蛋白是天然大分子聚合物，由多种多肽组成，分子量在24-400kDa范围内；其生物相容性良好、免疫原性低，并具有细胞因子的作用等优点。Terada等的试验证实了丝素蛋白能促进细胞的黏附和增殖。Nomura的研究结果表明丝素蛋白能抑制脂质过氧化作用和酪氨酸酶的活性。Kundu和Pornanong Aramwit等证实了丝素蛋白的免疫原性较低。Yumin等研究了丝素蛋白的生物适应性。他们通过对大鼠背脊神经DRG和坐骨神经在丝素膜上的体外培养，采用光电显微镜法、免疫组化学和MTT法，发现丝素膜上生长的神经细胞在形态、增殖等方面无显著差异，并得出丝素蛋白对神经细胞的生长和功能无细胞毒素作用。
羧甲基壳聚糖是一种两性聚电解质,具有良好的抗菌性及极强的重金属螯合作用。同时丝素蛋白在Na+的诱导下，与羟甲基壳聚糖紧密复合链接，增加了丝素蛋白水凝胶抑菌止血的功效，并提高了羧甲基壳聚糖水凝胶对细胞的黏附和增长能力。
透明质酸钠促进细胞迁移、分化及创伤愈合，及抑制血小板聚集，另外还可抑制炎症,使本敷料具有消炎的功效，且本身具有天然降解及具吸收性的特性，可吸收创面渗出液，其广泛分布在动物及人体组织和细胞基质内，在溶液中的无规则卷曲状态和流体力学特点赋予其高粘度弹性、可塑性、渗透性、独特的流变学特性及良好的生物相容性，适用医用材料。
同时，在交联剂的作用下形成的生物水凝胶相较于传统的敷料和常见的水凝胶敷料，具有更好的抑菌性能和促修复性。
本发明的有益效果如下：
通过本发明制备的成型敷料具有稳定的结构，流变性弱，具有较强的粘附性、良好的透光性以及良好的致密性微观结构，各组分之间的物化结合紧密，具有较强的机械性能和抗拉伸性能。
通过本发明制备的成型敷料，通过细胞增殖抑制实验确定本复合生物水凝胶敷料没有细胞毒性，安全性能良好。
附图说明
图1.本发明实施例1成型敷料的流变特性图。
图2.本发明实施例1成型敷料的透光性图。
图3.本发明实施例1成型敷料的显微结构图，400×。
图4.本发明实施例1成型敷料的无菌检测图。
图5.本发明实施例1敷料浸出液对3T3成纤维细胞的生长形态的影响，A为对照组，B为敷料浸出液组。
图6.本发明实施例1敷料浸出液对3T3成纤维细胞的增殖抑制的影响。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
其中，本发明所述室温可以是20-30℃。
实施例1.
本实施例的复合生物水凝胶敷料通过以下步骤制备：
(1)取聚乙烯醇5g、聚乙烯吡咯烷酮10g、羧甲基壳聚糖5g、羧甲基纤维素盐5g及透明质酸钠0.5g，加热溶解于100ml无菌超纯水中，室温静置去除气泡；
(2)取5g水溶性丝素蛋白溶于100ml无菌超纯水中，40μm过滤，得到5％的水溶性丝素蛋白液；
(3)取97ml(1)中的溶液与1ml水溶性丝素蛋白溶液混匀(即，成型前的100ml溶液中水溶性丝素蛋白的重量占5％*1ml/100ml＝0.05％，以下实施例以此类推)；
(4)在(3)的基础上添加10％(重量体积比)的交联剂戊二醛溶液2ml混匀(即，成型前的100ml溶液中交联剂的重量占10％*2ml/100ml＝0.2％，以下实施例以此类推)，室温下静置成型，制备成复合生物水凝胶；
(5)经50kGy的辐照照射2分钟后，制备成复合生物水凝胶敷料；
(6)对复合生物水凝胶敷料分别进行流变性、透光性、显微结构观察。
通过对成型敷料的流变性测试，发现成型的敷料具有稳定的结构，流变性弱，具有较强的粘附性，如图1所示；通过对成型敷料的透光性测试，发现成型的敷料具有良好的透光性，如图2所示；通过对成型敷料的显微观察发现，成型的敷料具有良好的致密性微观结构，各组分之间的物化结合紧密，具有强的机械性能和抗拉伸性能，如图3所示。
实施例2.
本实施例的复合生物水凝胶敷料通过以下步骤制备：
(1)取聚乙烯醇5g、聚乙烯吡咯烷酮10g、羧甲基壳聚糖5g、羧甲基纤维素盐5g及透明质酸钠0.5g，加热溶解于100ml无菌超纯水中，室温静置去除气泡；
(2)取5g水溶性丝素蛋白溶于100ml无菌超纯水中，40μm过滤，得到5％的水溶性丝素蛋白液；
(3)取97ml(1)中的溶液与2ml水溶性丝素蛋白溶液混匀；
(4)在(3)的基础上添加1％(重量体积比)的交联剂N-羟基琥珀酰亚胺溶液1ml混匀，室温下静置成型，制备成复合生物水凝胶；
(5)经80kGy的辐照照射1分钟后，制备成复合生物水凝胶敷料；
(6)对复合生物水凝胶敷料分别进行流变性、透光性、显微结构观察。
结果与实施例1一致，该实施例制备的成型的敷料同样具有稳定的结构，流变性弱，具有较强的粘附性、良好的透光性及良好的致密性微观结构，各组分之间的物化结合紧密，具有强的机械性能和抗拉伸性能。
实施例3.
本实施例的复合生物水凝胶敷料通过以下步骤制备：
(1)取聚乙烯醇5g、聚乙烯吡咯烷酮10g、羧甲基壳聚糖5g、羧甲基纤维素盐5g及透明质酸钠0.5g，加热溶解于100ml无菌超纯水中，室温静置去除气泡；
(2)取10g水溶性丝素蛋白溶于100ml无菌超纯水中，40μm过滤，得到10％的水溶性丝素蛋白液；
(3)取97ml(1)中的溶液与1ml水溶性丝素蛋白溶液混匀；
(4)在(3)的基础上添加25％(重量体积比)的交联剂京尼平溶液2ml混匀，室温下静置成型，制备成复合生物水凝胶；
(5)经10kGy的辐照照射3分钟后，制备成复合生物水凝胶敷料；
(6)对复合生物水凝胶敷料分别进行流变性、透光性、显微结构观察。
结果与实施例1一致，该实施例制备的成型的敷料同样具有稳定的结构，流变性弱，具有较强的粘附性、良好的透光性及良好的致密性微观结构，各组分之间的物化结合紧密，具有强的机械性能和抗拉伸性能。
实施例4.
本实施例的复合生物水凝胶敷料通过以下步骤制备：
(1)取聚乙烯醇1.25g、聚乙烯吡咯烷酮6.25g、羧甲基壳聚糖0.625g、羧甲基纤维素盐0.625g及透明质酸钠0.125g，加热溶解于100ml无菌超纯水中，室温静置去除气泡；
(2)取2g水溶性丝素蛋白溶于100ml无菌超纯水中，40μm过滤，得到2％的水溶性丝素蛋白液；
(3)取80ml(1)中的溶液与10ml水溶性丝素蛋白溶液混匀；
(4)在(3)的基础上添加5％(重量体积比)的交联剂京尼平溶液10ml混匀，室温下静置成型，制备成复合生物水凝胶；
(5)经80kGy的辐照照射1分钟后，制备成复合生物水凝胶敷料；
(6)对复合生物水凝胶敷料分别进行流变性、透光性、显微结构观察。
结果与实施例1一致，该实施例制备的成型的敷料同样具有稳定的结构，流变性弱，具有较强的粘附性、良好的透光性及良好的致密性微观结构，各组分之间的物化结合紧密，具有强的机械性能和抗拉伸性能。
实施例5.
本实施例的复合生物水凝胶敷料通过以下步骤制备：
(1)取聚乙烯醇12.5g、聚乙烯吡咯烷酮25g、羧甲基壳聚糖6.25g、羧甲基纤维素盐6.25g及透明质酸钠1.25g，加热溶解于100ml无菌超纯水中，室温静置去除气泡；
(2)取0.1g水溶性丝素蛋白溶于100ml无菌超纯水中，40μm过滤，得到0.1％的水溶性丝素蛋白液；
(3)取80ml(1)中的溶液与10ml水溶性丝素蛋白溶液混匀；
(4)在(3)的基础上添加0.1％(重量体积比)的交联剂京尼平溶液10ml混匀，室温下静置成型，制备成复合生物水凝胶；(0.01％)
(5)经10kGy的辐照照射3分钟后，制备成复合生物水凝胶敷料；
(6)对复合生物水凝胶敷料分别进行流变性、透光性、显微结构观察。
结果与实施例1一致，该实施例制备的成型的敷料同样具有稳定的结构，流变性弱，具有较强的粘附性、良好的透光性及良好的致密性微观结构，各组分之间的物化结合紧密，具有强的机械性能和抗拉伸性能。
实验例1.复合生物水凝胶敷料的无菌实验
(1)取实施例1制备好的复合生物水凝胶敷料，置于37℃恒温培养箱中进行培养。
(2)培养3d后，目测观察细菌生长情况，以判定其无菌与否。
通过对成型敷料的无菌检测，发现成型的敷料在72小时内，未发生细菌生长的情况，表明成型的敷料具有良好的抑菌功能，如图4所示。
实验例2.复合生物水凝胶敷料浸出液对3T3成纤维细胞的增殖抑制实验
(1)取实施例1制备好的复合生物水凝胶敷料，添加含有10％FBS的1640培养基，置于37℃，5％CO2中过夜浸润。
(2)次日收集浸出上清液，1600rpm，离心10min，收集上清，备用。
(3)取3T3成纤维细胞一支，37℃水浴锅中快速解冻，置于含有10％FBS的1640培养基，按每孔接种细胞1×105个细胞，接种于24孔板中，于37℃，5％CO2中过夜培养。
(4)次日24孔板细胞分组，分为对照组A、敷料浸出液组B。对照组A为添加含有10％FBS的1640培养基；敷料浸出液组B为添加步骤(2)中的敷料浸出液上清。
(5)在培养48h后，显微观察并计数。
通过测试敷料浸出液对3T3成纤维细胞的增殖抑制实验，发现相比于对照组，成型的敷料浸出液对3T3成纤维细胞形态无明显的改变，如图5所示；并且，成型的敷料浸出液对3T3成纤维细胞的增殖无明显的抑制作用，如图6所示。
实施例2-5的实验结果同实施例1一致，均具有良好的抗菌性能，且其浸出液对3T3成纤维细胞形态无明显的改变，对3T3成纤维细胞的增殖无明显的抑制作用。

Claims (7)

1.一种复合生物水凝胶敷料，包括：水溶性丝素蛋白、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基壳聚糖、羧甲基纤维素盐、透明质酸钠及交联剂。
2.根据权利要求1所述的一种复合生物水凝胶敷料，其特征在于，按照重量体积比计，包括：水溶性丝素蛋白0.01％-0.2％，聚乙烯醇1％-10％，聚乙烯吡咯烷酮5％-20％，羧甲基壳聚糖0.5％-5％，羧甲基纤维素盐0.5％-5％，透明质酸钠0.1％-1％，交联剂0.01％-0.5％。
3.根据权利要求1所述的一种复合生物水凝胶敷料，其特征在于，所述的交联剂包括京尼平、戊二醛、1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种复合生物水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，包括：以无菌超纯水共溶聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基壳聚糖、羧甲基纤维素盐及透明质酸钠，室温下添加水溶性丝素蛋白溶液及交联剂混匀，静置，辐照后制得复合生物水凝胶敷料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)取聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基壳聚糖、羧甲基纤维素盐及透明质酸钠，加热溶解于无菌超纯水中，室温静置去除气泡；
(2)取步骤(1)得到的溶液与水溶性丝素蛋白溶液混匀；
(3)在步骤(2)的基础上添加交联剂，混匀，室温下静置成型，制备成复合生物水凝胶；
(4)经辐照照射后，制备成无菌复合生物水凝胶敷料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性丝素蛋白溶液通过将水溶性丝素蛋白溶于无菌超纯水中，40μm过滤后得到。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)采用10-80kGy的辐照照射，辐照时间为1-3分钟。
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