CN112618785A

CN112618785A - 一种多孔抗菌水凝胶敷料及其制备方法

Info

Publication number: CN112618785A
Application number: CN202011490028.XA
Authority: CN
Inventors: 董鹏; 谢小保; 施庆珊; 刘静霞
Original assignee: Guangdong Detection Center of Microbiology of Guangdong Institute of Microbiology
Current assignee: Guangdong Detection Center of Microbiology of Guangdong Institute of Microbiology
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2021-04-09
Anticipated expiration: 2040-12-15
Also published as: CN112618785B

Abstract

本发明公开了一种多孔抗菌水凝胶敷料及其制备方法。该多孔抗菌水凝胶敷料的制备方法为：将甲基丙烯酰精氨酸溶于壳寡糖溶液后，加入引发剂和交联剂后，将混合溶液转移至模具后加入催化剂，将含有混合溶液的模具置于低温环境中反应一定时间后再恢复至室温，经去离子水洗涤后，冻干，得到含有壳寡糖/聚甲基丙烯酰精氨酸的复合多孔抗菌水凝胶敷料。本发明的多孔抗菌水凝胶敷料不仅具有良好的抗菌性能，可抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌，而且具有良好的力学性能和较佳的水凝胶稳定性，在生物材料领域具有良好市场前景。

Description

一种多孔抗菌水凝胶敷料及其制备方法

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，涉及一种多孔抗菌水凝胶敷料及其制备方法。

背景技术

壳聚糖是甲壳素经脱乙酰化作用(通常脱乙酰度超过50％)由β-(1,4)糖苷键连接2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D葡萄糖单元和2-氨基-2-脱氧-β-D葡萄糖单元的一种天然阳离子多糖。壳聚糖具有良好的生物相容性和天然抗菌性，其在生物医用材料领域广泛应用。然而，壳聚糖分子间强烈的氢键使壳聚糖仅能溶于酸溶液，造成壳聚糖的加工困难，从而限制了其应用范围。

壳寡糖是壳聚糖经酸解、酶解等途径获得的低聚壳聚糖。壳寡糖具有脱乙酰度>90％，聚合度<20，平均分子量(Mw)<3900Da等特征。与壳聚糖仅在酸性水溶液中溶解不同，壳寡糖几乎可以溶于所有pH条件下的水溶液，为壳寡糖的应用提供了便利，在生物医用材料领域具有良好的市场前景。

与传统纱布相比，水凝胶敷料为创面提供了湿润环境，有利于创面愈合。同时水凝胶敷料应当允许氧气透过并促进创面渗出物吸收，这些特性都是有助于创面恢复的。此外，水凝胶敷料造成的湿润环境提供了致病微生物良好的生长条件，因此水凝胶敷料的应用需要考虑其抗菌性能。

目前市场上的医用水凝胶敷料大多采用聚丙烯酸酯作为基材，其吸收创面渗出物的速度并不快，容易造成创面周围污染。市售水凝胶敷料多以银化合物或纳米银为抗菌成分，尽管银的抗菌性能优异，但银化合物容易造成皮肤色素沉着、纳米银因尺寸效应带来的毒性问题都限制了银基水凝胶敷料的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于甲基丙烯酰精氨酸和壳寡糖的多孔抗菌水凝胶敷料及其制备方法。本发明以聚甲基丙烯酰精氨酸为水凝胶骨架、壳寡糖为抗菌组分，利用低温聚合制备多孔抗菌水凝胶。此外，壳寡糖的氨基、羟基可以与甲基丙烯酰精氨酸中的羰基发生氢键作用，使水凝胶具有良好的力学性能。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种多孔抗菌水凝胶敷料，包括壳寡糖、聚甲基丙烯酰化精氨酸。

所述的壳寡糖的分子量为320～5000g/mol。

本发明还提供一种制备上述的多孔抗菌水凝胶敷料的方法，包括以下步骤：

(1)制备甲基丙烯酰化精氨酸；

(2)将甲基丙烯酰化精氨酸溶于缓冲溶液或去离子水，加入壳寡糖并充分溶解至均相，得到混合溶液；

(3)对步骤(2)的混合溶液进行惰性气体驱氧处理，然后在惰性气体保护下，向混合溶液中加入引发剂、交联剂，得到反应液；

(4)将步骤(3)的反应液转移至模具中，加入催化剂后，将含有反应液的模具置于低温环境中一定时间后再恢复至室温，经去离子水洗涤后，冻干，得到含有壳寡糖/聚甲基丙烯酰精氨酸的多孔抗菌水凝胶敷料。

优选的，所述的壳寡糖：甲基丙烯酰化精氨酸：引发剂：交联剂：催化剂的投料重量比为1:(1～5):(0.005～0.1):(0.005～0.5):(0.005～0.1)。

优选的，所述的引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵；所述的交联剂为N,N'-亚甲基二丙烯酰胺、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯或聚乙二醇二丙烯酸酯；所述的催化剂为偏重亚硫酸钠或N,N,N',N'-四甲基乙二胺。

优选的，所述的缓冲溶液为pH 3～8的PBS缓冲溶液或pH 3～8的醋酸-醋酸钠缓冲溶液。

优选的，当缓冲溶液pH为3～5时，催化剂为偏重亚硫酸钠；当缓冲溶液pH为6～8或使用去离子水时，催化剂为N,N,N',N'-四甲基乙二胺。

优选的，上述的步骤(4)中，低温环境的温度为-30～0℃，在低温环境下的反应时间≥4h。

优选的，上述的步骤(3)中，惰性气体为纯度>99.999％的高纯氮气或纯度>99.999％的高纯氩气。

本发明还提供了上述的多孔抗菌水凝胶敷料在细菌感染创口愈合中的应用。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明制备的基于甲基丙烯酰化精氨酸和壳寡糖的多孔抗菌水凝胶敷料以壳寡糖作为抗菌组分。壳寡糖是正电性多糖，可以与细菌的细胞壁、细胞膜发生相互作用，导致细菌死亡，从而产生抗菌效果。壳寡糖具有良好的生物相容性，是安全的生物医用材料。此外，壳寡糖在水中的溶解不受pH约束，有利于水凝胶的成型与加工。

(2)本发明制备的基于甲基丙烯酰化精氨酸和壳寡糖的多孔抗菌水凝胶敷料为多孔海绵状结构，亲水的壳寡糖和聚甲基丙烯酰化精氨酸吸收水分，因此具有快速溶胀的特性。该多孔水凝胶敷料有利于创面渗出物的引流与吸收。

(3)本发明制备的基于甲基丙烯酰化精氨酸和壳寡糖的多孔抗菌水凝胶敷料中壳寡糖的氨基、羟基与聚甲基丙烯酰化精氨酸羰基间的氢键作用提高了水凝胶的稳定性，在生物材料领域具有良好市场前景。

(4)区别于现有的壳聚糖水凝胶只能在低pH下制备的缺点，本发明基于壳寡糖和甲基丙烯酰精氨酸可以在酸性-中性条件下便利的制备水凝胶。同时区别于壳聚糖水凝胶在生理条件下不溶解，仅通过接触杀菌，本发明的壳寡糖聚基丙烯酰精氨酸水凝胶中的壳寡糖组分可以在生理条件下缓慢溶出，实现杀菌效果。

附图说明

图1是本发明实施例1-3制备的基于甲基丙烯酰化精氨酸和壳寡糖的多孔抗菌水凝胶敷料的形貌(扫描电镜图)。

图2是本发明实施例1-3制备的基于甲基丙烯酰化精氨酸和壳寡糖的多孔抗菌水凝胶敷料的压缩模量谱图。

图3是本发明实施例1-3制备的基于甲基丙烯酰化精氨酸和壳寡糖的多孔抗菌水凝胶敷料的壳寡糖释放曲线。

具体实施方式

以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1

一种多孔抗菌水凝胶敷料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将5g精氨酸溶于50mL去离子水和二氧六环的混合溶剂(去离子水：二氧六环＝5:2，v/v)后，向上述溶液中加入12mL三乙胺，搅拌均匀，然后将6mL甲基丙烯酸酐逐滴加入上述混合溶液，并在室温下反应18h，再加入500mL丙酮后，产生沉淀；过滤收集沉淀后，40℃干燥48h，获得甲基丙烯酰化精氨酸；

(2)将1g甲基丙烯酰化精氨酸溶于pH为7.4的PBS缓冲溶液，加入1g分子量为5000g/mol的壳寡糖，搅拌至壳寡糖完全溶解，得到混合溶液；

(3)对步骤(2)的混合溶液通入高纯氮气(纯度>99.999％)15min进行驱氧处理，然后在高纯氮气保护下，向混合溶液中加入0.01g过硫酸钾、0.01g N,N'-亚甲基二丙烯酰胺，搅拌至完全溶解，得到反应液；

(4)将步骤(3)的反应液转移至模具中，加入0.01g N,N,N',N'-四甲基乙二胺后，将含有反应液的模具置于-20℃的低温环境中反应12h后，转移模具至室温，用去离子水洗涤凝胶以除去未反应的原料，冻干，得到含有壳寡糖/聚甲基丙烯酰精氨酸的多孔抗菌水凝胶敷料。

制备实施例1中水凝胶敷料的投料比为壳寡糖：甲基丙烯酰化精氨酸：过硫酸钾：N,N'-亚甲基二丙烯酰胺：N,N,N',N'-四甲基乙二胺的投料重量比为1:1:0.01:0.01:0.01。

实施例2

一种多孔抗菌水凝胶敷料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将5g精氨酸溶于50mL去离子水和四氢呋喃的混合溶剂(去离子水：四氢呋喃＝5:3，v/v)后，向上述溶液中加入12mL三乙胺，搅拌均匀，然后将6mL甲基丙烯酸酐逐滴加入上述混合溶液，并在室温下反应18h，再加入500mL丙酮后，产生沉淀；过滤收集沉淀后，40℃干燥48h，获得甲基丙烯酰化精氨酸；

(2)将1g甲基丙烯酰化精氨酸溶于pH为3.6的醋酸-醋酸钠缓冲溶液，加入0.2g分子量为1600g/mol的壳寡糖，搅拌至壳寡糖完全溶解，得到混合溶液；

(3)对步骤(2)的混合溶液通入高纯氩气(纯度>99.999％)15min进行驱氧处理，然后在高纯氩气保护下，向混合溶液中加入0.02g过硫酸铵、0.1g聚乙二醇二甲基丙烯酸酯，搅拌至完全溶解，得到反应液；

(4)将步骤(3)的反应液转移至模具中，加入0.02g偏重亚硫酸钠后，将含有反应液的模具置于0℃的低温环境中反应24h后，转移模具至室温，用去离子水洗涤凝胶以除去未反应的原料，冻干，得到含有壳寡糖/聚甲基丙烯酰精氨酸的多孔抗菌水凝胶敷料。

制备实施例2中水凝胶敷料的投料比为壳寡糖：甲基丙烯酰化精氨酸：过硫酸铵：聚乙二醇二甲基丙烯酸酯：偏重亚硫酸钠的投料重量比为1:5:0.1:0.5:0.1。

实施例3

一种多孔抗菌水凝胶敷料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将5g精氨酸溶于50mL去离子水和二氧六环的混合溶剂(去离子水：二氧六环＝5:3，v/v)后，向上述溶液中加入6.5mL吡啶，搅拌均匀，然后将6mL甲基丙烯酸酐逐滴加入上述混合溶液，并在室温下反应18h，再加入500mL丙酮后，产生沉淀。过滤收集沉淀后，40℃干燥48h，获得甲基丙烯酰化精氨酸；

(2)将1g甲基丙烯酰化精氨酸溶于去离子水，加入0.3g分子量为800g/mol的壳寡糖，搅拌至壳寡糖完全溶解，得到混合溶液；

(3)对步骤(2)的混合溶液通入高纯氮气(纯度>99.999％)15min进行驱氧处理，然后在高纯氮气保护下，向混合溶液中加入0.0015g过硫酸钾、0.0015g聚乙二醇二丙烯酸酯，搅拌至完全溶解，得到反应液；

(4)将步骤(3)的反应液转移至模具中，加入0.0015g N,N,N',N'-四甲基乙二胺后，将含有反应液的模具置于-30℃的低温环境中反应12h后，转移模具至室温，用去离子水洗涤凝胶以除去未反应的原料，冻干，得到含有壳寡糖/聚甲基丙烯酰精氨酸的多孔抗菌水凝胶敷料。

制备实施例3中水凝胶敷料的投料比为壳寡糖：甲基丙烯酰化精氨酸：过硫酸钾：聚乙二醇二丙烯酸酯：N,N,N',N'-四甲基乙二胺的投料重量比为1:3.3:0.005:0.005:0.005。

经检测，实施例1-3制备的基于甲基丙烯酰化精氨酸和壳寡糖的多孔抗菌水凝胶敷料的形貌(扫描电镜图)如图1所示。实施例1-3制备的基于甲基丙烯酰化精氨酸和壳寡糖的多孔抗菌水凝胶敷料的压缩模量如图2所示。实施例1-3制备的基于甲基丙烯酰化精氨酸和壳寡糖的多孔抗菌水凝胶敷料的壳寡糖释放行为如图3所示。

抗菌效果检测：

依据GB/T2738-2012中所述抑菌环法并进行相应修改以适用于水凝胶，对实施例1-3制备的基于甲基丙烯酰化精氨酸和壳寡糖的多孔抗菌水凝胶敷料进行抑菌实验，选择金黄色葡萄球菌、大肠杆菌作为实验菌，实验结果如下表1所示。抑菌是采用化学或物理方法抑制或妨碍细菌生长繁殖及其活性的过程。

表1

抑菌环直径(mm)	实施例1	实施例2	实施例3
				金黄色葡萄球菌	7.57±0.29	10.14±0.17	9.32±0.51
大肠杆菌	/	8.02±0.22	8.82±0.48

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种多孔抗菌水凝胶敷料，其特征在于，所述的多孔抗菌水凝胶敷料包括壳寡糖、聚甲基丙烯酰化精氨酸。

2.根据权利要求1所述的多孔抗菌水凝胶敷料，其特征在于，所述的壳寡糖的分子量为320～5000g/mol。

3.一种制备权利要求1或2所述的多孔抗菌水凝胶敷料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备甲基丙烯酰化精氨酸；

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的壳寡糖：甲基丙烯酰化精氨酸：引发剂：交联剂：催化剂的投料重量比为1:(1～5):(0.005～0.1):(0.005～0.5):(0.005～0.1)。

5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵；所述的交联剂为N,N'-亚甲基二丙烯酰胺、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯或聚乙二醇二丙烯酸酯；所述的催化剂为偏重亚硫酸钠或N,N,N',N'-四甲基乙二胺。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的缓冲溶液为pH 3～8的PBS缓冲溶液或pH 3～8的醋酸-醋酸钠缓冲溶液。

7.根据权利要求3或6所述的制备方法，其特征在于，当缓冲溶液pH为3～5时，催化剂为偏重亚硫酸钠；当缓冲溶液pH为6～8或使用去离子水时，催化剂为N,N,N',N'-四甲基乙二胺。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，低温环境的温度为-30～0℃，在低温环境下的反应时间≥4h。

9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，惰性气体为纯度>99.999％的氮气或纯度>99.999％的氩气。

10.权利要求1所述的多孔抗菌水凝胶敷料在细菌感染创口愈合中的应用。