CN113174060B - 一种海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

一种海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113174060B
CN113174060B CN202110299844.0A CN202110299844A CN113174060B CN 113174060 B CN113174060 B CN 113174060B CN 202110299844 A CN202110299844 A CN 202110299844A CN 113174060 B CN113174060 B CN 113174060B
Authority
CN
China
Prior art keywords
alginic acid
zinc oxide
chitosan oligosaccharide
composite hydrogel
oxide composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110299844.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113174060A (zh
Inventor
赵峡
张苗
陈祥艳
蒋天泽
宋盼盼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ocean University of China
Original Assignee
Ocean University of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ocean University of China filed Critical Ocean University of China
Priority to CN202110299844.0A priority Critical patent/CN113174060B/zh
Publication of CN113174060A publication Critical patent/CN113174060A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113174060B publication Critical patent/CN113174060B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • C08J3/03—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
    • C08J3/075—Macromolecular gels
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L26/00—Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form
    • A61L26/0004—Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form containing inorganic materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L26/00—Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form
    • A61L26/0009—Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form containing macromolecular materials
    • A61L26/0023—Polysaccharides
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L26/00—Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form
    • A61L26/0061—Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L26/00—Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form
    • A61L26/0061—Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A61L26/0066—Medicaments; Biocides
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L26/00—Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form
    • A61L26/0061—Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A61L26/008—Hydrogels or hydrocolloids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/10—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing inorganic materials
    • A61L2300/102—Metals or metal compounds, e.g. salts such as bicarbonates, carbonates, oxides, zeolites, silicates
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/40—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a specific therapeutic activity or mode of action
    • A61L2300/404—Biocides, antimicrobial agents, antiseptic agents
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/60—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a special physical form
    • A61L2300/602—Type of release, e.g. controlled, sustained, slow
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2400/00—Materials characterised by their function or physical properties
    • A61L2400/12—Nanosized materials, e.g. nanofibres, nanoparticles, nanowires, nanotubes; Nanostructured surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2305/00—Characterised by the use of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08J2301/00 or C08J2303/00
    • C08J2305/04—Alginic acid; Derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2305/00—Characterised by the use of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08J2301/00 or C08J2303/00
    • C08J2305/08—Chitin; Chondroitin sulfate; Hyaluronic acid; Derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2405/00—Characterised by the use of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08J2401/00 or C08J2403/00
    • C08J2405/04—Alginic acid; Derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2405/00—Characterised by the use of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08J2401/00 or C08J2403/00
    • C08J2405/08—Chitin; Chondroitin sulfate; Hyaluronic acid; Derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C08K2003/2296—Oxides; Hydroxides of metals of zinc
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives

Abstract

本发明提供了一种海藻酸‑壳寡糖‑氧化锌复合水凝胶及其制备方法和应用。本发明以海藻酸为原料，通过氧化剂制备氧化海藻酸，然后将海藻酸氧化后的醛基与壳寡糖的氨基通过席夫碱进行交联，同时负载氧化锌纳米粒子，制备了海藻酸‑壳寡糖‑氧化锌复合水凝胶。通过实验研究验证，本发明的复合水凝胶具有多孔的三维结构，很好的机械性能，并实现了Zn2+的缓慢释放。所述海藻酸‑壳寡糖‑氧化锌复合水凝胶不仅具有亲水性、保水性和生物相容性，还具有广谱抗菌作用，能够有效促进伤口愈合。因此，所述复合水凝胶在促进伤口愈合、抗菌感染和保水方面显示出明显的优势，在组织工程应用方面具有广阔的应用前景。

Description

一种海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于生物医药技术领域，具体涉及一种海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
皮肤是人体最大的器官，在保护内脏免受外力、紫外线、微生物等外界因素的伤害方面发挥着重要作用。损伤或手术导致的皮肤完整性丧失很容易引发微生物感染，控制伤口感染和促进伤口愈合是重要的临床问题。根据湿润伤口愈合理论，保持伤口湿润、透气和抗菌的微环境能促进表皮细胞增殖和迁移，有利于创面愈合和抑制瘢痕形成。水凝胶是由亲水性聚合链交联形成的三维网络，有类似于组织细胞外基质的特性，并可提供湿润环境有利于细胞迁移和吸收渗出物，被广泛地应用于生物医用材料和组织工程等领域。
海藻酸是一种来源于褐藻的海洋天然生物多糖，因其良好的生物相容性、保水性、可降解性和低免疫原性而成为创面敷料的首选材料。然而，目前已有的海藻酸盐水凝胶存在机械性能较差和抗菌性能不足等缺陷，从而限制了其应用。壳寡糖是由壳聚糖降解得到的低分子聚合物，具有包括抗炎、免疫刺激活性等多种生物活性，但由于其分子量较低，很难形成水凝胶。近年来，无机纳米复合抗菌水凝胶引起了广泛的关注。然而，银基或金基材料在人体内积累造成的毒性仍然是一个巨大的挑战。国内曾经报道过由氧化海藻酸与羧甲基壳聚糖形成的复合水凝胶，但是其抗菌性能较差，在应用在伤口愈合领域时存在感染风险，且负载纳米银的凝胶，避免银等重金属在体内蓄积引起的毒性仍是一项挑战。
发明内容
针对现有水凝胶敷料存在的抗菌活性低、机械性能和生物相容性较差、促伤口愈合作用有待提高等不足，本发明公开了一种海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶，能够同时发挥海藻酸的亲水和保水性以及壳寡糖和纳米氧化锌的抗菌作用，并具有很好的机械性能，在促伤口愈合敷料和其它生物医用材料方面具有广阔的市场应用前景。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶，所述海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶包括如下质量百分比的组分：氧化海藻酸5%~20%，壳寡糖10%~25%，氧化锌纳米粒子0%~0.15%，余量为溶剂。
进一步的，所述海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶是以海藻酸、壳寡糖和氧化锌纳米粒子为原料，通过自发希夫碱反应将海藻酸氧化后的醛基与壳寡糖的氨基交联形成水凝胶，同时负载氧化锌纳米粒子而形成的复合水凝胶。
进一步的，所述海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶具有很好的机械性能、透气性以及生物相容性。
进一步的，所述海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶中的锌离子具有持续释放能力，能够被缓慢释放。
本发明还提供了所述的海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）将海藻酸按质量体积百分比5%~20%分散到乙醇中，然后将2.7 g~21.6 g氧化剂溶于水溶液并缓慢滴入乙醇分散体系中，在黑暗中机械搅拌2 h~48 h，反应结束后，加入乙二醇继续搅拌0.5 h~3 h终止反应，经醇沉、透析后冷冻干燥，得到氧化海藻酸；
（2）将0.1 mol/L沉淀剂溶液(溶剂为甲醇)滴入0.1 mol/L锌盐溶液(溶剂为甲醇)，连续搅拌4 h~6 h，副产物通过离心和洗涤除去，沉淀在300℃以上煅烧，得到氧化锌纳米粒子；
（3）将壳寡糖溶解于缓冲液中，得到壳寡糖溶液；
（4）将500 μg/mL ~1500 μg/mL氧化锌纳米粒子分散在氧化海藻酸溶液中，得到含氧化锌纳米粒子的氧化海藻酸溶液；
（5）将所述壳寡糖溶液与含氧化锌纳米粒子的氧化海藻酸溶液混合，经席夫碱反应得到所述海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶。
进一步的，所述的海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）将20 g海藻酸分散在75 mL乙醇中，然后向分散体系中缓慢滴入含10.8 g-21.6g氧化剂的100 mL水溶液，常温避光机械搅拌反应2h-24 h，反应结束后，加入乙二醇继续搅拌1h-3h终止反应，再用4倍体积的95%乙醇沉淀，透析并冷冻干燥，得到氧化海藻酸，再溶于水，得到50 mg/mL-100 mg/mL的氧化海藻酸溶液；
（2）将0.1 mol/L且溶剂为甲醇的沉淀剂溶液滴入0.1 mol/L且溶剂为甲醇的锌盐溶液，连续搅拌4 h-6 h，通过离心和洗涤除去副产物，将收集的沉淀在300℃以上煅烧，得到氧化锌纳米粒子；
（3）将壳寡糖溶解于缓冲液中，得到100 mg/mL-250 mg/mL壳寡糖溶液；
（4）将250 μg-750 μg氧化锌纳米粒子分散在0.5 mL氧化海藻酸溶液中，得到含氧化锌纳米粒子的氧化海藻酸溶液；
（5）将0.5 mL壳寡糖溶液与0.5 mL含氧化锌纳米粒子的氧化海藻酸溶液混合均匀，得到所述海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶。
进一步的，所述海藻酸的粘度为10 mPa·s-150 mPa·s。
进一步的，所述壳寡糖的分子量为1 kDa~5 kDa。
进一步的，所述步骤（4）中氧化锌纳米粒子与氧化海藻酸溶液的质量体积比为1:2-3:2。
进一步的，所述步骤（5）中壳寡糖溶液与含氧化锌纳米粒子的氧化海藻酸溶液的体积比为1:1。
进一步的，所述氧化剂为高碘酸钠、高锰酸钾或高溴酸钠。
进一步的，所述碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化铵或尿素。
进一步的，所述酸性锌盐溶液为硫酸锌、硝酸锌或醋酸锌。
进一步的，所述的缓冲液为水、磷酸缓冲盐溶液或2-(N-吗啉)乙磺酸缓冲液。
本发明还提供了所述的海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶在用于制备抑菌和/或修复创面损伤的生物医用材料中的应用。
进一步的，所述海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶能够抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌和枯草芽孢杆菌。
进一步的，所述海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶能够通过促进毛囊、血管、皮脂腺的形成、增加成纤维细胞以及提高胶原含量来达到促进创面愈合，修复创面损伤的作用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明制备的海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶，不仅具备良好的亲水性、保水性和生物相容性，还具有抗菌作用，对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌都显示出较强的广谱抗菌活性；而且氧化锌纳米粒子的加入可有效地提高复合水凝胶的机械强度，使复合水凝胶具备更好的机械强度，也不会影响水凝胶的吸水能力，并且可使Zn2+从水凝胶中缓慢释放达到持久的抗菌效果，克服了海藻酸凝胶缺乏抗菌性能且机械性能较弱的问题，且具有比商用敷料更好的创面修复作用，因此在促进伤口愈合和组织工程应用方面具有明显的优势。
附图说明
图1是本发明所述氧化海藻酸的结构表征；其中，图1a为傅里叶红外光谱(FT-IR)图，图1b是核磁共振氢谱（1H-NMR）图。
图2是本发明复合水凝胶和冻干后凝胶的性状；其中，图2a为凝胶形成前后流动性的变化，图2b为凝胶冻干后的形态，图2c和2d为实施例1和2所得复合水凝胶的扫描电镜图像。
图3是本发明实施例1、实施例2和实施例3所得复合水凝胶的频率扫描图像。
图4是本发明实施例1和实施例4所得复合水凝胶的溶胀度。
图5是本发明实施例5所得复合水凝胶的水蒸气透过率。
图6是本发明实施例2和实施例4所得复合水凝胶中Zn2+的释放曲线。
图7是本发明实施例2所得复合水凝胶对大肠杆菌、白色念珠菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌的抑制作用。
图8是本发明实施例1和实施例5所得复合水凝胶对于NIH-3T3成纤维细胞的相容性评价结果。
图9是本发明实施例2所得复合水凝胶体内促伤口愈合评价结果；其中，图9a为空白、阳性药和复合水凝胶组在预定时间点的伤口图像，图9b为凝胶在伤口上作用的示意图，图9c为19天内伤口愈合率的定量分析结果，图9d为第0天和第19天伤口部位组织学染色图片。
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。下述实施例中，如无特殊说明，所使用的实验方法均为常规方法，所用材料、试剂等均可从生物或化学试剂公司购买。
实施例1
一种海藻酸-壳寡糖水凝胶的制备方法为：称取20 g海藻酸（粘度10 mPa·s）分散在75 mL乙醇中，然后向反应混合物缓慢滴入含高碘酸2.7 g的100 mL水溶液，常温避光机械搅拌反应48 h，反应结束后，加入乙二醇继续搅拌0.5 h终止反应。用4倍体积95%乙醇沉淀后，透析并冷冻干燥，得到氧化海藻酸。将0.5 mL 200 mg/mL的氧化海藻酸溶液与0.5 mL150 mg/mL的壳寡糖（3 kDa）溶液混合，搅拌混匀，得到海藻酸-壳寡糖水凝胶。
所述的水凝胶包括如下质量百分比的组分：氧化海藻酸20%，壳寡糖15%，余量为水。
实施例2
一种海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶的制备方法为：称取20 g海藻酸（粘度50mPa·s）分散在75 mL乙醇中，然后向分散体系中缓慢滴入含高碘酸10.8 g的100 mL水溶液，常温避光机械搅拌反应24 h，反应结束后，加入乙二醇继续搅拌1 h终止反应。用4倍体积95%乙醇沉淀后，透析并冷冻干燥，得到氧化海藻酸。将0.1 mol/L氢氧化钠溶液（溶剂为甲醇）滴入0.1 mol/L醋酸锌溶液（溶剂为甲醇），连续搅拌4 h，通过离心和洗涤除去副产物，将沉淀在300℃以上煅烧，获得氧化锌纳米粒子。将500 μg氧化锌纳米粒子分散于0.5mL 100 mg/mL的氧化海藻酸溶液中，获得氧化锌纳米粒子浓度为1 mg/mL的溶液，将0.5 mL含氧化锌纳米粒子的氧化海藻酸溶液与0.5 mL 200 mg/mL壳寡糖（1.5 kDa）溶液混合，混合均匀，得到海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶。
所述的复合水凝胶包括如下质量百分比的组分：氧化海藻酸10%，壳寡糖20%，氧化锌纳米粒子0.1%，余量为PBS缓冲液。
实施例3
一种海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶的制备方法为：称取20 g海藻酸（粘度80mPa·s）分散在75 mL乙醇中，然后向分散体系中缓慢滴入含高锰酸钾21.6 g的100 mL水溶液，常温避光机械搅拌反应2 h，反应结束后，加入乙二醇继续搅拌3 h终止反应。用4倍体积95%乙醇沉淀后，透析并冷冻干燥，得到氧化海藻酸。将0.1 mol/L氢氧化铵溶液（溶剂为甲醇）滴入0.1 mol/L硫酸锌溶液（溶剂为甲醇），连续搅拌6 h，通过离心和洗涤除去副产物，将沉淀在300℃以上马弗炉中煅烧，获得氧化锌纳米粒子。将250 μg氧化锌纳米粒子分散于0.5 mL 100 mg/mL氧化海藻酸溶液中，获得氧化锌纳米粒子浓度为0.5 mg/mL的溶液，将0.5 mL含氧化锌纳米粒子的氧化海藻酸溶液与0.5 mL 100 mg/mL壳寡糖溶液（3 kDa）混合，混合均匀后，得到海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶。
所述的复合水凝胶包括如下质量百分比的组分：氧化海藻酸10%，壳寡糖10%，氧化锌纳米粒子0.05%，余量为PBS缓冲液。
实施例4
一种海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶的制备方法为：称取20 g海藻酸（粘度120mPa·s）分散在75 mL乙醇中，然后向分散体系中缓慢滴入含高碘酸10.8 g的100 mL水溶液，常温避光机械搅拌反应6 h，反应结束后，加入乙二醇继续搅拌3 h终止反应。用4倍体积95%乙醇沉淀后，透析并冷冻干燥，得到氧化海藻酸。将0.1 mol/L氢氧化钠溶液（溶剂为甲醇）滴入0.1 mol/L醋酸锌溶液（溶剂为甲醇），连续搅拌6 h，通过离心和洗涤除去副产物，将沉淀在300℃以上马弗炉中煅烧，获得氧化锌纳米粒子。将500 μg氧化锌纳米粒子分散于0.5 mL 100 mg/mL氧化海藻酸溶液中，获得氧化锌纳米粒子浓度为1 mg/mL的溶液，将0.5mL含氧化锌纳米粒子的氧化海藻酸溶液与0.5 mL 200 mg/mL壳寡糖溶液（5 kDa）混合，混合均匀，得到海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶。
所述的复合水凝胶包括如下质量的百分比的组分：氧化海藻酸10%，壳寡糖20%，氧化锌纳米粒子0.1%，余量为MES缓冲液。
实施例5
一种海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶的制备方法为：称取20 g海藻酸（粘度150mPa·s）分散在75 mL乙醇中，然后分散体系中缓慢滴入含高碘酸21.6 g的100 mL水溶液，常温避光机械搅拌反应12 h，反应结束后，加入乙二醇继续搅拌3 h终止反应。用4倍体积95%乙醇沉淀后，透析并冷冻干燥，得到氧化海藻酸。将0.1 mol/L氢氧化铵溶液（溶剂为甲醇）滴入0.1mol/L硫酸锌溶液（溶剂为甲醇），连续搅拌4 h，通过离心和洗涤除去副产物，将沉淀在300℃以上煅烧，获得氧化锌纳米粒子。将750 μg氧化锌纳米粒子分散于0.5 mL 50mg/mL氧化海藻酸溶液中，获得氧化锌纳米粒子浓度为1.5 mg/mL的溶液，将0.5 mL含氧化锌纳米粒子的氧化海藻酸溶液与0.5 mL 250 mg/mL壳寡糖溶液（1.5 kDa）混合，混合均匀，得到海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶。
所述的复合水凝胶包括如下质量百分比的组分：氧化海藻酸5%，壳寡糖25%，氧化锌纳米粒子0.15%，余量为PBS缓冲液。
实施例6
（1）氧化海藻酸的结构表征
用溴化钾压片法和傅里叶红外光谱仪测定氧化海藻酸样品的红外光谱。图1a为氧化海藻酸的红外光谱图，海藻酸经氧化后在1732 cm-1处出现了明显的醛基吸收峰，可证明海藻酸中部分羟基被氧化成了醛基。将50 mg 待氧化海藻酸样品溶于氘代重水中，重复冻干3次，然后将其溶解在500 μL氘代重水中，加入氘代丙酮做内标，用核磁共振波谱仪测定。图1b为氧化海藻酸的核磁共振氢谱，其中5.50 ppm和5.73 ppm为醛基及其邻羟基形成的半缩醛质子的信号。
（2）凝胶形貌表征
将实施例2制备海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶，可观察到最初溶液有流动现象，静置片刻后，倒置试管，凝胶流动性消失，表示凝胶形成（图2a）。图2b为凝胶冻干后的形态，可以观察到多孔的海绵状结构。
将实施例1和实施例2制备的复合水凝胶进行冻干，掰开断面进行喷金90 s，在20.0 kV加速电压下，用扫描电子显微镜观察其表面形貌如图2c所示，可以观察到海藻酸-壳寡糖水凝胶、海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶均呈多孔的三维网状结构，孔隙致密，这种结构是其发挥保水性能的基础。
（3）复合水凝胶的机械性能测试
海藻酸水凝胶在模拟细胞外基质具有很大的潜力，但其机械性能和抗菌性能较差。将实施例1、实施例2和实施例3制备的复合水凝胶放置在37°C的流变仪下板上，使用20mm的平行板夹具，在1~30 Hz范围内进行频率扫描，保持应变为1%。
图3显示了海藻酸-壳寡糖水凝胶、海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶的频率扫描曲线。海藻酸-壳寡糖水凝胶的力学性能较差，当频率达到20 Hz时，机械结构遭到明显破坏。但负载氧化锌纳米粒子后，海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶的储能模量（G’）可增加到2000Pa以上，表明氧化锌纳米粒子可明显增强复合水凝胶的机械性能。
（4）溶胀度表征
水凝胶的溶胀度可以反映其吸水能力。将实施例1和实施例4所制备的水凝胶冻干称重后浸泡在伤口模拟溶液中，在不同的时间点将水凝胶取出，吸干表面水分后称量湿重，计算溶胀度，直到达到溶胀平衡。用以下公式计算：溶胀度(%)=(Wm-Wd)/Wd×100%。其中Wm和Wd分别是水凝胶吸水后的恒重和初始干重。如图4所示，海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶的溶胀度与海藻酸-壳寡糖水凝胶相似(约150%)，说明氧化锌纳米粒子的加入不影响水凝胶的吸水能力。
（5）透气性表征
在37℃下，正常人皮肤的水蒸气透过率（MVTR）约为204 g/m2/天，而受损皮肤的MVTR值在279~5138 g/m2/天，理想的伤口敷料需要最佳的水蒸气透过率，以控制皮肤通过蒸发失去水分。将实施例5制备的复合水凝胶冻干成20 mm、厚度为5 mm的薄片，将其固定在装有3 g CaCl2干燥剂的小瓶口，然后将小瓶放入含有饱和KCl溶液的干燥器中。记录其初始重量与在不同的时间点的瓶重。使用商用Colopast®海藻酸盐敷料作为对照。结果如图5所示，海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶的水蒸气透过率为746 g/m2/天，与Colplast®藻酸盐敷料的水蒸气透过率（639 g/m2/天）相近，显示出良好的透气性。
（6）锌离子在凝胶中的缓慢释放
将实施例2和实施例4冻干后的水凝胶浸泡在5 mL伤口模拟液中，在37 ℃恒温摇床中震荡孵育（100 rpm），在不同的时间点将缓冲液全部替换，用原子吸收分光光度计对释放到缓冲液中的Zn2+离子进行定量测试。图6为溶胀过程中Zn2+在海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶中的释放曲线。在24 h内大约有18%的Zn2+释放出来，在150 h内Zn2+释放率可达到60%，表明Zn2+在复合水凝胶中具有持续释放能力，这是其发挥长期抗菌作用的基础。
（7）抑菌圈实验
采用抑菌圈法测定复合水凝胶对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌和白色念珠菌的抗菌活性。将对数生长期中期的50 μL菌悬液涂抹在LB琼脂平板上，然后将复合水凝胶(直径0.5 cm)和对照滤纸(直径0.5 cm)放置在琼脂平板上，以30 mg/mL的抗性霉素溶液作为阳性对照。37°C培养24 h，测量抑菌区域的直径。图7显示了实施例2的复合水凝胶对大肠杆菌、白色念珠菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌具有明显的抑制作用，其中对革兰氏阳性菌枯草芽孢杆菌的抑菌圈直径达到了3.2 cm，表明本发明复合水凝胶具有广谱的抗菌活性。
（8）生物相容性测试
将培养的NIH-3T3成纤维细胞以5000个/孔的密度接种于96孔板中，培养过夜后吸去原培养基，加入不同浓度的水凝胶浸出液，培养48 h后测定每孔的细胞存活率。图8为实施例1和实施例5的复合水凝胶浸出液的细胞存活率统计图。从图8中可以看出，复合水凝胶对NIH-3T3成纤维细胞的存活率均高于80%，且细胞的存活率随水凝胶浓度的增加而增加，表明本发明复合水凝胶具有良好的生物相容性。
（9）体内促伤口愈合评价
将Sprague Dawley大鼠（雄性，250-280 g）麻醉脱毛后，将裸露皮肤用1%聚维酮碘溶液灭菌，并用生理盐水清洁。用烫伤仪在大鼠背部形成3个直径为1.5 cm的深Ⅱ度烫伤伤口，随机分为3组：分别为空白组（生理盐水），阳性对照药组（磺胺嘧啶银），海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶组，每组6只老鼠。凝胶敷料每隔一天更换（图9b）。每只大鼠单独饲养，实验期间自由饮水和进食。伤口在第0、5、12、19天用数码相机拍照，然后用专业软件（ImageJ）精确测量创面面积，并计算每个伤口的愈合率（由创面面积与初始创面面积的比值计算而得）。在规定的日期取新生创面组织及周围组织，多聚甲醛固定后用苏木精-伊红染色（H&E）观察组织学变化。
图9为实施例2的体内促伤口愈合作用研究结果。如图9a和图9c所示，复合水凝胶组在第12天创面愈合率为74.6%，高于生理盐水组（58.6%）和阳性药物组（62.2%）；在第19天复合水凝胶组创面接近愈合（89.9%），而对照组创面愈合率仅为73.1%和76.9%。H&E染色结果（图9d）显示，在第1天皮肤结构明显受损，表皮消失，真皮和皮下脂肪破坏，炎性细胞增多。在第19天，空白组和阳性对照组仍有炎症反应，新形成的成纤维细胞和胶原含量均低于复合水凝胶组。除皮肤再生外，复合水凝胶组还观察到毛囊、血管和皮脂腺的形成，表明复合水凝胶组治疗效果优于其他组。这些结果验证，本发明复合水凝胶可明显促进创面愈合，与生理盐水对照组和磺胺嘧啶银阳性药物对照组相比，在创面修复和皮肤再生方面具有明显优势。
本发明以氧化海藻酸、壳寡糖和氧化锌纳米粒子为原料，通过自发希夫碱反应制备了一种新型的复合水凝胶，该复合水凝胶具有多孔的三维结构。本发明在复合水凝胶中加入具有抗菌作用的壳寡糖和氧化锌纳米粒子，并使锌离子从凝胶中缓慢释放，为创面愈合提供了湿润的抗菌环境。而且氧化锌纳米粒子的加入还可以提高凝胶的机械性能，使得到的复合水凝胶具有更强的机械性能，且复合水凝胶具有与商用海藻酸盐敷料相似的透湿性。该复合水凝胶还具有良好的生物相容性，对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌都显示出较强的广谱抗菌活性。此外，该水凝胶对烫伤大鼠创面愈合有促进作用。这种新型海洋碳水化合物复合水凝胶在伤口愈合、抗菌感染和保水方面显示出明显的优势。本研究将为临床创面敷料的设计提供一种新的策略，具有广阔的市场应用前景。
以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案。尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶，其特征在于：所述海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶包括如下质量百分比的组分：氧化海藻酸5%~20%，壳寡糖10%~25%，氧化锌纳米粒子0%~0.15%，余量为溶剂；所述海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶是通过海藻酸氧化后与壳寡糖通过席夫碱交联形成水凝胶，同时负载氧化锌纳米粒子而形成的。
2.权利要求1所述的海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将海藻酸分散后，加入氧化剂反应并纯化后得到氧化海藻酸溶液；
（2）将沉淀剂溶液与锌盐溶液混合、离心得到的沉淀煅烧，得到氧化锌纳米粒子；
（3）将壳寡糖溶解于缓冲液中，得到壳寡糖溶液；
（4）将氧化锌纳米粒子分散在氧化海藻酸溶液中，得到含氧化锌纳米粒子的氧化海藻酸溶液；
（5）将所述壳寡糖溶液与含氧化锌纳米粒子的氧化海藻酸溶液混合，经席夫碱反应得到所述海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶。
3.根据权利要求2所述的海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶的制备方法，其特征在于：所述海藻酸的粘度为10 mPa·s-150 mPa·s；所述壳寡糖的分子量为1 kDa~5 kDa。
4.根据权利要求2所述的海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中氧化锌纳米粒子与氧化海藻酸溶液的质量体积比为1:2-3:2。
5.根据权利要求2所述的海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中壳寡糖溶液与含氧化锌纳米粒子的氧化海藻酸溶液的体积比为1:1-2:1。
6.根据权利要求2所述的海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶的制备方法，其特征在于：所述氧化剂为高碘酸钠、高锰酸钾或高溴酸钠。
7.权利要求1所述的海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶在用于制备抑菌和/或修复创面损伤的生物医用材料中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶能够有效抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌和枯草芽孢杆菌。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶能够通过促进毛囊、血管、皮脂腺的形成、增加成纤维细胞以及提高胶原含量来达到促进创面愈合，修复创面损伤的作用。
CN202110299844.0A 2021-03-22 2021-03-22 一种海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶及其制备方法和应用 Active CN113174060B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110299844.0A CN113174060B (zh) 2021-03-22 2021-03-22 一种海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110299844.0A CN113174060B (zh) 2021-03-22 2021-03-22 一种海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113174060A CN113174060A (zh) 2021-07-27
CN113174060B true CN113174060B (zh) 2022-04-29

Family

ID=76922477

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110299844.0A Active CN113174060B (zh) 2021-03-22 2021-03-22 一种海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113174060B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114796597B (zh) * 2022-04-24 2023-08-04 福建师范大学 一种鞘氨醇基水凝胶及其制备方法和应用
CN116173286B (zh) * 2023-04-19 2024-01-16 清泽医疗科技(广东)有限公司 医用粘合剂及其制备方法和应用
CN116586043A (zh) * 2023-06-20 2023-08-15 众德肥料（平原）有限公司 海藻酸复合凝胶的制备方法和应用
CN116836536B (zh) * 2023-07-10 2024-02-02 烟台众德集团有限公司 一种制备海藻酸树脂的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104940979A (zh) * 2015-06-17 2015-09-30 陈红 一种多微孔壳寡糖/海藻酸钠止血颗粒及其制备方法
CN109289074A (zh) * 2018-10-08 2019-02-01 青岛博益特生物材料股份有限公司 一种创面愈合材料及其制备方法和应用
CN109294001A (zh) * 2018-08-08 2019-02-01 佛山科学技术学院 一种均匀内交联海藻酸钠膜及其制备方法
CN110128682A (zh) * 2018-02-02 2019-08-16 华东理工大学 巯基-醛基交联水凝胶材料及其制备方法与应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104940979A (zh) * 2015-06-17 2015-09-30 陈红 一种多微孔壳寡糖/海藻酸钠止血颗粒及其制备方法
CN110128682A (zh) * 2018-02-02 2019-08-16 华东理工大学 巯基-醛基交联水凝胶材料及其制备方法与应用
CN109294001A (zh) * 2018-08-08 2019-02-01 佛山科学技术学院 一种均匀内交联海藻酸钠膜及其制备方法
CN109289074A (zh) * 2018-10-08 2019-02-01 青岛博益特生物材料股份有限公司 一种创面愈合材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"氧化锌纳米颗粒-海藻酸钠/壳聚糖双层复合膜的制备及特性";莫新迎等;《食品工业科技》;20201203;第42卷(第9期);214-220 *
"海藻酸盐医用敷料研究进展";朱鹏等;《上海纺织科技》;20201130;第48卷(第11期);13-18 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113174060A (zh) 2021-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113174060B (zh) 一种海藻酸-壳寡糖-氧化锌复合水凝胶及其制备方法和应用
Xie et al. Carboxymethyl konjac glucomannan-crosslinked chitosan sponges for wound dressing
CN110448722B (zh) 一种可注射含单宁酸的温敏复合抗菌水凝胶材料及其制备和应用
Yu et al. A self-healing and injectable oxidized quaternized guar gum/carboxymethyl chitosan hydrogel with efficient hemostatic and antibacterial properties for wound dressing
Archana et al. Evaluation of chitosan nano dressing for wound healing: Characterization, in vitro and in vivo studies
CN111662464B (zh) 一种壳聚糖/海藻酸钠双网络水凝胶的制备方法
CN109432496B (zh) 一种可原位注射成型的巯基化多糖基水凝胶及其药物载体的制备方法和应用
CN111019162A (zh) 以氧化透明质酸为交联剂的壳聚糖多肽衍生物自交联水凝胶的制备方法及应用
Liu et al. Preparation of gelatin/poly (γ-glutamic acid) hydrogels with stimulated response by hot-pressing preassembly and radiation crosslinking
CN111617309A (zh) 一种抗菌止血海绵及其制备方法
Hu et al. In-situ formable dextran/chitosan-based hydrogels functionalized with collagen and EGF for diabetic wounds healing
CN104784744A (zh) 一种人发角蛋白复合伤口敷料的制备方法
CN114392388A (zh) 一种水凝胶组合物及其应用
CN114569784B (zh) 负载艾叶提取物水凝胶及其制备方法
Yang et al. Integrated photo-inspired antibacterial polyvinyl alcohol/carboxymethyl cellulose hydrogel dressings for pH real-time monitoring and accelerated wound healing
Qiu et al. Biocompatible and biodegradable Bletilla striata polysaccharides hydrogels crosslinked by BDDE for wound healing through the regulating of macrophage polarization
CN112870429A (zh) 一种壳聚糖基聚电解质复合止血海绵、制备方法和应用
Shipovskaya et al. Structure and properties of chitosan-based films for biomedical purposes
CN114225097B (zh) 一种负载抗菌肽的可自愈水凝胶创面敷料及其制备方法
CN114874479A (zh) 一种海绵状大孔水凝胶的制备方法及在抗菌中的应用
CN113980326A (zh) 一种高抗菌性壳聚糖-银复合海绵及其制备方法、应用
KR20210120520A (ko) 폴리페놀 화합물을 통해 가교된 하이드로젤 스캐폴드, 이의 제작법 및 이의 응용
CN115624647B (zh) 一种复合创口愈合药物与膜精华液的生物膜医用敷料及其制备方法和应用
CN113041405B (zh) 一种含透明质酸和四氢嘧啶的人体润滑液及其制备方法和应用
CN114716817B (zh) 一种二氧化铈纳米棒杂化多功能水凝胶、制备方法及应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant