CN113181416B - 一种易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料及其制备方法，该易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料包括依次结合的基材无纺布层、转移层和敷贴层；转移层为由具有水溶性的聚合物A经静电纺丝制备得到的纳米纤维薄膜层；敷贴层为由聚合物B经静电纺丝制备得到的纳米纤维薄膜层；转移层和/或敷贴层中含有抗菌成分。该纳米纤维抗菌敷料对作为基材的无纺布的种类没有特殊要求，均能够方便地将敷贴层从基材上转移至伤口表面并与皮肤贴合，兼具易转移、自粘性佳、抗菌效果优异的多重优点。

Description

一种易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料及其制备方法
技术领域
本发明涉及医用抗菌敷料的技术领域，尤其涉及一种易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料及其制备方法。
背景技术
医用抗菌敷料是一类具有抗菌作用的创面敷料，它能覆盖在受损皮肤表面起到临时屏障作用的同时，为受损皮肤提供抗菌保护，防止创面感染，进一步促进创面愈合。
静电纺丝是一种借助高压静电作用对聚合物溶液或熔体进行喷射拉伸而获得纳米级纤维的纺丝方法。通过静电纺丝技术制备的纳米纤维具有较高的比表面积和可控的孔径及孔隙率，能够模仿细胞外基质的结构和生物功能，不但有利于生长因子、酶等生物大分子的吸附，还能促进细胞的附着和铺展，有利于细胞在三维方向上的生长，便于细胞和环境之间进行物质交换。采用静电纺丝技术制备医用抗菌敷料的技术屡见不鲜。
由于静电纺丝工艺的特殊性，纳米纤维薄膜须在基材上进行收集。纳米纤维膜一般薄而柔软，力学性能较差且表面易磨损，基材能在一定程度上起到保护作用。合适的基材需要一定的密度和均匀性以承载和保护纳米纤维膜，同时厚度也不宜过大，以保证电场的稳定性。实验室制备样品时一般用铝箔接收，用于医用、过滤等领域时通常需纺制在特定的无纺布上。
目前关于静电纺丝的文献报道大多着重于研究纳米纤维本身的形貌或性能，而纳米纤维与基材间的结合关系则少有报道。但在实际使用过程中，纳米纤维薄膜有时需要从基材上分离下来，但由于二者之间存在静电作用、范德华力作用以及溶剂残留等因素，使得纳米纤维薄膜很难完整地从基材上分离，或分离时因二者间的部分粘连导致纳米纤维薄膜表面结构被破坏，这也限制了某些材料作为基材的使用，如棉纤维、熔喷布，或表面粗糙的无纺布等。
此外，传统的敷料在使用时需要用纱布及胶带固定在患处周围，为患者带来诸多不便；或者通过背胶粘在皮肤上，但由于背胶材料一般是具有一定厚度的海绵，也不适宜作为静电纺丝的基材。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明公开了一种纳米纤维抗菌敷料，对作为基材的无纺布的种类没有特殊要求，均能够方便地将敷贴层从基材上转移至伤口表面并与皮肤贴合，同时对伤口提供抗菌保护，防止伤口感染，具有易转移、自粘性佳、且抗菌效果优异的多重优点。
具体技术方案如下：
一种易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料，包括依次结合的基材无纺布层、转移层和敷贴层；
所述转移层为由具有水溶性的聚合物A经静电纺丝制备得到的纳米纤维薄膜层，所述水溶性的聚合物A选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙二醇中的一种或多种；
所述敷贴层为由聚合物B经静电纺丝制备得到的纳米纤维薄膜层，所述聚合物B选自聚乳酸、聚羟基乙酸、乳酸-羟基乙酸共聚物、聚己内酯、聚氨酯、聚己内酰胺、聚己二酰己二胺、聚偏氟乙烯中的一种或多种；
所述转移层和/或所述敷贴层中含有抗菌成分。
本发明公开了一种易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料，在传统的作为基材的无纺布层与纳米纤维层(即敷贴层)之间加入了由水溶性聚合物形成的纳米纤维转移层(即转移层)，该三层结构能使该纳米纤维抗菌敷料在干燥条件下时，基材与纳米纤维层可稳定结合，实现对纳米纤维层的保护；而当该纳米纤维抗菌敷料作用于湿润的皮肤上时，转移层会迅速溶解，从而降低基材与纳米纤维层间的剥离强度，实现二者间的快速分离，这也使得该纳米纤维抗菌敷料对于作为基材的无纺布的种类没有特殊要求，如在棉纤维、熔喷布，或表面粗糙的无纺布上均可实现快速分离；当湿润的皮肤逐渐干燥时，溶解的转移层中的水溶性的聚合物A会进入敷贴层，极少部分会随着基材无纺布层被分离，该进入敷贴层的水溶性的聚合物A还可起到粘接作用，实现该纳米纤维抗菌敷料与皮肤的自粘性；同时纳米纤维层和/或转移层中负载的抗菌物质还可对伤口提供抗菌保护，防止伤口感染。从而具有易转移、自粘性佳、且抗菌效果优异的多重优点。
该易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料中，转移层的厚度对于其易转移与自粘性的影响巨大，经试验发现，当所述转移层的厚度过薄，小于10μm时，即使在湿润状态下，基材无纺布层与敷贴层的剥离强度也较大，不易实现分离；而当转移层的厚度过厚，大于30μm时，大量的水溶性的聚合物A渗透至敷贴层与皮肤之间，导致敷贴层与皮肤间的结合变弱，分离基材无纺布层时敷料整体从皮肤上脱落，也无法实现基材无纺布层与敷贴层的有效分离。优选的，所述转移层的厚度为10～30μm。
所述转移层为具有水溶性的静电纺纳米纤维薄膜，纳米纤维的直径为50～500nm，所述转移层的克重为1～5g/m2；
所述基材无纺布层中的无纺布，可选自纺粘无纺布、熔喷无纺布、针刺无纺布、水刺无纺布等等常见种类。所述基材无纺布层的克重为20～50g/m2。
所述敷贴层为具有生物安全性的静电纺纳米纤维薄膜，纳米纤维的直径为50～500nm，所述敷贴层的厚度为20～80μm，克重为30～60g/m2。
所述抗菌成分选自壳聚糖、ε-聚赖氨酸、莫匹罗星、纳米银、碘伏、醋酸氯己定、聚六亚甲基双胍、三氯生、苯扎氯铵、苯扎溴铵中的一种或多种。
本发明还公开了所述易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将具有水溶性的聚合物A、可选择性加入的抗菌成分与溶剂A混合配制得到静电纺丝液A，经静电纺丝、接收后得到基材无纺布层/转移层复合薄膜；
(2)将聚合物B、可选择性加入的抗菌成分与溶剂B混合配制得到静电纺丝液B，经静电纺丝、接收后得到所述易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料。
步骤(1)中，所述溶剂A选自水、乙醇、乙酸、丙酮、四氢呋喃、二甲基亚砜中的一种或多种；
优选的，所述静电纺丝液A中，具有水溶性的聚合物A的质量分数为8～15％，在上述质量分数下，所述静电纺丝液A具有更佳的可纺性。
所述抗菌成分可以选择在制备转移层时加入，也可以选择在制备敷贴层时加入，或者两步骤中同时加入。
若在制备转移层时加入，优选的，所述抗菌成分的质量分数为0.05～5％；
所述静电纺丝的工艺参数为：纺丝电压5～60kV，接收距离5～30cm。
若采用间歇式静电纺丝设备，优选的，所述静电纺丝的时间为10～30min；若采用连续式静电纺丝设备，优选的，所述收卷速率为3～10cm/min。将静电纺丝时间或收卷速率控制在上述优选范围内，可保证制备得到的基材无纺布层/转移层复合薄膜中，转移层的厚度为10～30μm。
步骤(2)中，所述溶剂B选自二氯甲烷、三氯甲烷、甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、六氟异丙醇、丙酮、四氢呋喃中的一种或多种；
为保证可纺性，所述静电纺丝液B中，聚合物B的质量分数为5～20％。
若抗菌成分在制备敷贴层时加入，优选的，所述抗菌成分的质量分数为0.05～5％；
所述静电纺丝的工艺参数为：纺丝电压5～60kV，接收距离5～30cm。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明采用现有的静电纺丝技术，在传统的作为基材的无纺布层与敷贴层之间加入了转移层，干燥条件下，无纺布层与敷贴层间通过转移层可稳定结合，实现对敷贴层的保护，而当该敷料作用于湿润的皮肤上时，由水溶性聚合物组成的转移层会迅速溶解，降低无纺布层与敷贴层的剥离强度，实现二者间的快速分离；更重要的是，当湿润的皮肤逐渐干燥时，该转移层中的水溶性聚合物进入敷贴层后，还起到粘结作用，可实现敷料与皮肤的自粘性，无需额外固定。并且，该敷贴层具有多孔结构，其高比表面积和高孔隙率不仅有利于水蒸气的渗透，促进伤口渗液的排出，使伤口处于干燥舒适的环境中，还能够模仿细胞外基质的结构，可促进组织再生和皮肤胶原纤维生长，敷料中负载的抗菌成分又可为伤口提供抗菌保护，防止伤口感染。兼顾易转移、自粘性佳、抗菌效果优异的多重优点。
附图说明
图1为本发明制备的易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料的结构示意图，其中，1-敷贴层，2-转移层，3-基材无纺布层；
图2为实施例1制备的易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料中敷贴层纳米纤维的扫描电镜图片，其中箭头所指为负载的壳聚糖颗粒；
图3为实施例2制备的易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料的抑菌实验，其中，(a1～a2)系列实验菌种为大肠杆菌，(a1)为对照组，(a2)为实验组；(b1～b2)系列实验菌种为金黄色葡萄球菌，(b1)为对照组，(b2)为实验组。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
将一定量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP，Acros K90，平均分子量130万)溶于水/乙醇的混合溶剂中制成纺丝溶液A，其中PVP的质量分数为10％，水与乙醇的质量比为8:1；将聚己内酯(PCL，Esun 1000C，平均分子量10万)溶于氯仿/二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶剂中，待溶解完全后，加入壳聚糖粉末(浙江金壳，医用专用壳聚糖)并继续搅拌均匀制得纺丝溶液B，其中PCL的质量分数为17％，壳聚糖的质量分数为1％，氯仿与DMF的质量比为4:1。将纺丝溶液A进行静电纺丝(Elmarco NS Lab型静电纺丝机)，纺丝电压30kV，接收距离17cm，收卷速率25cm/min，用30g/m2聚丙烯熔喷无纺布为基材进行接收，得到基材无纺布层/转移层复合薄膜，其中作为转移层的PVP纳米纤维薄膜层的厚度为15μm。将纺丝溶液B进行静电纺丝，纺丝电压28kV，接收距离20cm，收卷速率5cm/min，用上述基材无纺布层/转移层复合薄膜进行接收，得到载有壳聚糖抗菌成分的基材无纺布层/转移层/敷贴层复合纳米纤维抗菌敷料，其中，敷贴层的厚度为40μm。
经GB/T 2792-2014测试，本实施例制备的复合纳米纤维抗菌敷料在干燥状态下，基材无纺布层与敷贴层间剥离强度为12.8N/m；在湿润状态下，剥离强度降为1.2N/m；与皮肤贴合并恢复干燥后，剥离强度恢复至11.3N/m，具有良好的转移性和自粘性。
实施例2
将一定量的聚乙烯醇(PVA，Greagent 1788型)、ε-聚赖氨酸(将来试剂J000334)溶于去离子水中制成纺丝溶液A，其中PVA的质量分数为10％，ε-聚赖氨酸的质量分数为0.5％；将聚氨酯(TPU，巴斯夫1185A55型)溶于二甲基甲酰胺(DMF)/四氢呋喃(THF)的混合溶剂中，其中TPU的质量分数为15％，DMF与THF的质量比为1:1。将纺丝溶液A进行静电纺丝(Elmarco NS Lab型静电纺丝机)，纺丝电压20kV，接收距离20cm，收卷速率30cm/min，用20g/m2 PET纺粘无纺布为基材进行接收，得到载有ε-聚赖氨酸抗菌成分的基材无纺布层/转移层复合薄膜，其中作为转移层的PVA纳米纤维薄膜层的厚度为10μm。将纺丝溶液B进行静电纺丝，纺丝电压15kV，接收距离15cm，收卷速率3cm/min，，用上述基材无纺布层/转移层复合薄膜进行接收，得到基材无纺布层/转移层/敷贴层复合纳米纤维抗菌敷料，其中，敷贴层的厚度为50μm。
采用与实施例1中相同的测试条件，本实施例制备的复合纳米纤维抗菌敷料在干燥状态下，基材无纺布层与敷贴层间剥离强度为17.2N/m；在湿润状态下，剥离强度降为1.8N/m；与皮肤贴合并恢复干燥后，剥离强度恢复至16.6N/m，具有良好的转移性和自粘性。
实施例3
原料组成与制备工艺与实施例2中类似，区别仅在于在对纺丝溶液A进行静电纺丝时，收卷速率为10cm/min，此时得到载有ε-聚赖氨酸抗菌成分的基材无纺布层/转移层复合薄膜，其中作为转移层的PVA纳米纤维薄膜层的厚度为30μm。再采用与实施例2中相同的工艺对纺丝溶液B进行静电纺丝，得到基材无纺布层/转移层/敷贴层复合纳米纤维抗菌敷料。
采用与实施例1中相同的测试条件，本实施例制备的复合纳米纤维抗菌敷料在干燥状态下，基材无纺布层与敷贴层间剥离强度为18.5N/m；在湿润状态下，剥离强度降为1.3N/m；与皮肤贴合并恢复干燥后，剥离强度恢复至19.3N/m，具有良好的转移性和自粘性。
对比例1
原料组成与制备工艺与实施例2中类似，区别仅在于在对纺丝溶液A进行静电纺丝时，收卷速率为60cm/min，此时得到载有ε-聚赖氨酸抗菌成分的基材无纺布层/转移层复合薄膜，其中作为转移层的PVA纳米纤维薄膜层的厚度为5μm。再采用与实施例2中相同的工艺对纺丝溶液B进行静电纺丝，得到基材无纺布层/转移层/敷贴层复合纳米纤维抗菌敷料。
采用与实施例1中相同的测试条件，本对比例制备的复合纳米纤维抗菌敷料在干燥状态下，基材无纺布层与敷贴层间剥离强度为16.4N/m；在湿润状态下，剥离强度仍高达13.5N/m；与皮肤贴合并恢复干燥后，剥离强度为0.7N/m，转移层厚度过低，无法有效降低基材无纺布层与敷贴层间的剥离强度，且干燥后没有自粘性。
对比例2
原料组成与制备工艺与实施例2中类似，区别仅在于在对纺丝溶液A进行静电纺丝时，收卷速率为8cm/min，此时得到载有ε-聚赖氨酸抗菌成分的基材无纺布层/转移层复合薄膜，其中作为转移层PVA纳米纤维薄膜层的厚度为35μm。再采用与实施例2中相同的工艺对纺丝溶液B进行静电纺丝，得到基材无纺布层/转移层/敷贴层复合纳米纤维抗菌敷料。
采用与实施例1中相同的测试条件，本对比例制备的复合纳米纤维抗菌敷料在干燥状态下，基材无纺布层与敷贴层间剥离强度为18.4N/m；在湿润状态下，剥离强度降为1.1N/m；但在湿润状态下与皮肤贴合时，过量的转移层水溶性聚合物渗透至敷贴层与皮肤之间，导致敷贴层与皮肤间的结合变弱，分离基材时敷料整体从皮肤上脱落。说明转移层厚度过高也无法实现基材与敷贴层的有效分离。
应用例纳米纤维抗菌敷料的抑菌实验。
参照GB/T15979-2002中的相关要求和方法，以实施例2制备的复合纳米纤维抗菌敷料为例，考察此材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果，具体操作如下：
在无菌操作下将甘油保种菌接种到10mL营养肉汤培养基中，置37℃恒温摇床中培养18小时。到规定时间后，用生理盐水对菌液进行梯度稀释至102cfu/ml数量级，备用。
取复合纳米纤维抗菌敷料试样剪成若干份2cm×3cm大小的样片，紫外灭菌30min后，在每份试样上分别滴加400μL菌悬液，室温下放置5h。到规定时间后，将每份试样转移至15mL无菌生理盐水中洗脱，分别吸取洗脱液1mL进行倒板培养计数。剪取同样大小的滤纸片并紫外灭菌30min，按上述步骤滴加菌悬液并洗脱，倒板培养计数结果作为对照组。
抑菌实验结果如图3所示，说明实施例2制备的复合纳米纤维抗菌敷料对大肠杆菌和金黄色葡萄球均的抑菌率均达到了约100％，表现出了极强的抑菌性能。再结合上述湿润状态下基材无纺布层与敷贴层间剥离强度数据，以及与皮肤贴合并恢复干燥后的剥离强度数据，证明了本发明制备的复合纳米纤维抗菌敷料兼具易转移、自粘性佳、抗菌效果优异的多重优点。

Claims (9)

1.一种易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料，其特征在于，包括依次结合的基材无纺布层、转移层和敷贴层；
所述转移层为由具有水溶性的聚合物A经静电纺丝制备得到的纳米纤维薄膜层，所述水溶性的聚合物A选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙二醇中的一种或多种；
所述敷贴层为由聚合物B经静电纺丝制备得到的纳米纤维薄膜层，所述聚合物B选自聚乳酸、聚羟基乙酸、乳酸-羟基乙酸共聚物、聚己内酯、聚氨酯、聚己内酰胺、聚己二酰己二胺、聚偏氟乙烯中的一种或多种；
所述转移层和/或所述敷贴层中含有抗菌成分；
所述转移层的厚度为10~30μm。
2.根据权利要求1所述的易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料，其特征在于，所述基材无纺布层中，无纺布选自纺粘无纺布、熔喷无纺布、针刺无纺布、水刺无纺布中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料，其特征在于，所述基材无纺布层的克重为20~50 g/m2；
所述敷贴层的厚度为20~80 μm。
4.根据权利要求1所述的易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料，其特征在于，所述抗菌成分选自壳聚糖、ε-聚赖氨酸、莫匹罗星、纳米银、碘伏、醋酸氯己定、聚六亚甲基双胍、三氯生、苯扎氯铵、苯扎溴铵中的一种或多种。
5.一种根据权利要求1~4任一项权利要求所述的易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将具有水溶性的聚合物A、可选择性加入的抗菌成分与溶剂A混合配制得到静电纺丝液A，经静电纺丝、接收后得到基材无纺布层/转移层复合薄膜；
（2）将聚合物B、可选择性加入的抗菌成分与溶剂B混合配制得到静电纺丝液B，经静电纺丝，在所述基材无纺布层/转移层复合薄膜表面接收后得到所述易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料。
6.根据权利要求5所述的易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述溶剂A选自水、乙醇、乙酸、丙酮、四氢呋喃、二甲基亚砜中的一种或多种；
所述静电纺丝液A中，具有水溶性的聚合物A的质量分数为8~15 %，可选择性加入的抗菌成分的质量分数为0.05~5 %。
7.根据权利要求5所述的易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述静电纺丝的工艺参数为：纺丝电压5~60 kV，接收距离5~30 cm。
8.根据权利要求5所述的易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述溶剂B选自二氯甲烷、三氯甲烷、甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、六氟异丙醇、丙酮、四氢呋喃中的一种或多种；
所述静电纺丝液B中，聚合物B的质量分数为5~20 %，可选择性加入的抗菌成分的质量分数为0.05~5 %.
9.根据权利要求5所述的易转移的自粘性纳米纤维抗菌敷料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述静电纺丝的工艺参数为：纺丝电压5~60 kV，接收距离5~30 cm。
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