CN113248736A - 一种抗黏连水凝胶及制备方法与制备表皮创伤敷料的应用 - Google Patents

一种抗黏连水凝胶及制备方法与制备表皮创伤敷料的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗黏连水凝胶及制备方法与制备表皮创伤敷料的应用，属于水凝胶敷料技术领域。制备方法为将过氧化钙分散于水中，再滴入聚乙二醇溶液并搅拌，使聚乙二醇包裹所述过氧化钙，再与海藻酸钠混合，并滴入含有钙离子的盐溶液中，得到聚乙二醇和海藻酸钠双重包裹的过氧化钙产氧微球；将聚乙烯醇溶液与含有钙离子的盐溶液混合，再加入产氧微球，再加入海藻酸钠，将得到的混合液进行至少一次冷冻和解冻过程，聚乙烯醇通过冷冻结晶形成物理交联，海藻酸钠与钙离子形成离子交联，聚乙烯醇与钙离子形成离子交联，得到抗黏连水凝胶，产氧微球位于水凝胶的网络空隙中。

Description

一种抗黏连水凝胶及制备方法与制备表皮创伤敷料的应用
技术领域
本发明涉及水凝胶敷料技术领域，更具体地，涉及一种抗黏连水凝胶及制备方法与制备表皮创伤敷料的应用。
背景技术
传统敷料的使用可能会恶化创面，主要原因有：纱布可能会引起严重的感染，因为伤口挤压物被纱布吸收后，就为细菌的生长提供了合适的湿润的营养环境；伤口渗出物会渗入纱布内部，从而使纱布紧紧粘在受伤皮肤上，在换药时会导致皮肤形成新的“继发性损伤”。伤口感染和频繁的继发性损伤会严重影响伤口的愈合过程，并且会导致严重的并发症，特别是对有基础疾病的患者。使用传统敷料很大几率会使伤口转变为慢性伤口，慢性伤口的产生是没有通过有序的和及时的修复来恢复结构和功能完整性，从而导致创伤部位的有限氧合。目前，外界供氧在伤口愈合中起着至关重要的作用，它为缺血组织的细胞提供足够的氧气，使其存活、增殖和发挥功能。在文献《Dissolved oxygen from microalgae-gelpatch promotes chronic wound healing in diabetes》中研发出一种由活微藻水凝胶组成的产氧贴片，在贴片中填充直径为1mm的含有活微藻的水凝胶珠，这种水凝胶珠可以消耗碳酸盐，通过呼吸和光合作用产生O2和CO2。亲水聚四氟乙烯(PTFE)膜作为AGP的里衬，可使洁净气体和水进行双向渗透，具有细菌过滤的性能。背衬采用不渗透的聚氨酯(PU)薄膜，在敷料和伤口之间形成了一个密封系统。该贴片能促进糖尿病小鼠的细胞增殖、迁移和分化，促进创面的慢性愈合。在文献《Peroxide-based oxygen generating topical wounddressing for enhancing healing of dermal wounds》中研发出一种高度便携的、使用过碳酸钠(SPO)和过氧化钙(CPO)作为化学氧源的原位氧生成创面敷料。创面氧敷料由四层不同的层组成，第1层是接触伤口的明胶层。第2层是在聚己内酯(PCL)和聚乙烯醇(PVA)聚合物基体中以过碳酸钠(SPO)和过氧化钙(CPO)作为化学氧源的氧生成层。第3层是硅基层，为敷料提供机械稳定性和灵活性，第4层是一种薄的聚偏二氯乙烯(PVDC)的层，它形成了敷料的最外层，具有较低的气体和蒸汽渗透性。
在第一种水凝胶敷料的设计中，虽然使用活微藻水凝胶珠通过光合作用和呼吸作用产生溶解氧作用于伤口处，整体设计绿色环保，但产氧的时间非常局限，若需要持续为伤口提供氧气进行愈合，则在夜晚无阳光时敷料本身就形同虚设，延长了伤口的愈合周期；在第二种水凝胶敷料的设计中，虽然利用过碳酸钠与过氧化钙可以持续产生氧气进行治疗，但两种材料均通过产生过氧化氢，经过氯化锰催化过氧化氢的分解才获得所需要的氧气。但氯化锰为有毒物质且高毒，即使通过对敷料进行结构上的设计，也无法保证在使用这种敷料后，是否会产生其他并发症。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在通过氧气促进伤口愈合被提出的基础上，提供一种供氧过程更加安全，敷料设计更加系统化的策略，即设计一种抗黏连、提供溶解氧且降低伤口活性氧的医用敷料。聚乙烯醇经过冷冻解冻循环产生结晶交联形成第一层网络。海藻酸钠与钙离子交联形成第二层网络，并且有一部分钙离子通过离子键使聚乙烯醇形成离子交联，形成双网络三交联的水凝胶。
根据本发明的第一方面，提供了一种抗黏连水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将过氧化钙分散于水中，再滴入聚乙二醇溶液并搅拌，使聚乙二醇包裹所述过氧化钙，再与海藻酸钠混合，得到混合体系，将该混合体系滴入含有钙离子的盐溶液中，得到聚乙二醇和海藻酸钠双重包裹的过氧化钙产氧微球；
(2)将聚乙烯醇溶液与含有钙离子的盐溶液混合，再加入步骤(1)得到的产氧微球，再加入海藻酸钠，将得到的混合液进行至少一次冷冻和解冻过程，所述聚乙烯醇通过冷冻结晶形成物理交联，所述海藻酸钠与钙离子形成离子交联，所述聚乙烯醇与钙离子形成离子交联，得到抗黏连水凝胶，所述产氧微球位于水凝胶的网络空隙中。
优选地，所述水凝胶为方体结构，水凝胶方体的下表面的边缘与聚丙烯酸水凝胶粘合。
优选地，所述水凝胶方体的上表面和侧面与聚二甲基硅氧烷贴合。
优选地，所述冷冻和解冻过程为2-3次。
按照本发明的另一方面，提供了任一所述方法制备得到的抗黏连水凝胶。
按照本发明的另一方面，提供了所述的抗黏连水凝胶用于制备表皮创伤敷料的应用。
优选地，将所述抗黏连水凝胶浸泡在过氧化氢酶溶液中，过氧化氢酶通过自身的羟基与海藻酸钠的羧基结合接枝在水凝胶网络中；所述抗黏连水凝胶中的产氧微球内部的过氧化钙溶于水产生过氧化氢，生成的过氧化氢与水凝胶网络中的过氧化氢酶反应，产生氧气。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
(1)本发明中水凝胶主体中海藻酸钠通过钙离子形成交联网络，一些游离的钙离子存在于水凝胶内部，钙离子本身具有止血的功效，水凝胶在与伤口床接触的时候，一小部分钙离子会作用在伤口表面，从而起到加快伤口止血的效果。
(2)伤口愈合过程中产生的新生肉芽组织会生长到敷料表面，在普通敷料对细胞黏附的作用下，剥离更换时会导致皮肤形成新的“继发性损伤”，这种损伤不仅对患者的治疗状态产生影响，还会使伤口感染的几率增加，进而产生并发症。抗黏连敷料避免了这种情况，因为其并没有与皮肤作用的官能团，所以即使肉芽组织沿着敷料表面生长，在敷料剥离更换时，也不会破坏新生组织，降低了更换敷料的难度与更换过程中患者的舒适度。
(3)从水凝胶材料的选择到制备过程中使用的材料，价格相比之下很低，既保证了敷料的作用效果，同时还降低了敷料的制作成本，在应用过程中更换敷料方面减轻负担，物美价廉。
附图说明
图1是敷料的整体结构示意图。
图2是产氧微球的结构示意图。
图3是水凝胶的交联网络示意图。
图4是单层包裹产氧微球的傅立叶变换红外吸收光谱图。
图5是产氧微球的产氧量与时间之间的关系图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面实施例的描述仅仅是为了通过本发明的示例获得更好的理解，本发明绝不限于所提出的试剂和参数，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了试剂和参数的任何修改、替换和改进。
本发明提供了一种水凝胶敷料的制造方法，敷料的水凝胶主体由聚乙烯醇(PVA)与海藻酸钠(Sodium Alginate)形成双网络交联水凝胶提供。将聚乙烯醇(PVA)、产氧微球、海藻酸钠以及氯化钙溶液进行混合，均匀混合后放置于冰箱冷冻层。聚乙烯醇(PVA)经过冷冻解冻循环产生结晶交联形成第一层网络。海藻酸钠与钙离子交联形成第二层网络，并且有一部分钙离子通过离子键使聚乙烯醇形成离子交联，形成双网络三交联的水凝胶。将水凝胶浸泡在过氧化氢酶溶液内，过氧化氢酶通过自身的羟基与海藻酸钠的羧基结合接枝在水凝胶网络中。水凝胶内部混合由海藻酸钠(Sodium Alginate)和聚乙二醇(PEG)双重包裹的过氧化钙微球，过氧化钙溶于水产生过氧化氢，生成的过氧化氢与水凝胶网络中的过氧化氢酶反应，进而产生氧气作用于伤口处，降低活性氧的形成。敷料与皮肤粘合的水凝胶选取为聚丙烯酸水凝胶(PAA)，丙烯酸水凝胶用作将敷料与皮肤粘贴的材料。敷料主体水凝胶的外层由一层聚二甲基硅氧烷(PDMS)包裹，聚二甲基硅氧烷(PDMS)的边侧与粘附性聚丙烯酸水凝胶(PAA)相连接，对敷料水凝胶主体进行封装，聚二甲基硅氧烷(PDMS)起到抗菌抗水凝胶失水的作用。
实施例1
首先制备产氧微球。制作方法为：1g过氧化钙溶于10ml水中，再将20ml聚乙二醇溶液滴入搅拌。再加入15mL 0.5M HCl溶液，室温下600rpm不断搅拌24小时，得到白色浓稠溶液。沉淀后包裹物经离心分离，乙醇洗涤3次以去除杂质，干燥24小时后室温保存。再将包裹物与2wt％海藻酸钠溶液混合，通过注射器逐滴滴入2wt％CaCl2溶液中，双重包裹微球制得。过氧化钙外侧通过聚乙二醇PEG进行包裹，起到控制产氧速率的作用。聚乙二醇PEG薄膜外侧再包裹一层海藻酸钠水凝胶，二次控释。图2为产氧微球的结构设计。产氧微球由过氧化钙作为主体，过氧化钙颗粒经盐酸处理表面，在干燥后聚乙二醇物理包裹在过氧化钙颗粒表面，形成第一层包裹；再通过注射形成水凝胶微球的方式，由海藻酸钠水凝胶在聚乙二醇外部形成第二层包裹。
本发明水凝胶的制作方法为：首先，水浴加热溶解10wt％聚乙烯醇24小时，水浴加热台的温度为200℃；60℃磁力搅拌2小时，溶解1wt％海藻酸钠；配置2wt％的CaCl2溶液，磁力搅拌5分钟；配置好溶液后，先将聚乙烯醇溶液与CaCl2溶液按体积比1：1的比例混合，再加入产氧微球，再将混合溶液吸入医用注射器，通过双母鲁尔直通医用接头将混合溶液与海藻酸钠溶液均匀混合。混合完成后，将溶液注射进亚克力板模具中，放入冰箱，-20℃条件下进行冷冻24小时。冷冻完成后进行8小时的解冻，而后再循环冻融一次。
聚丙烯酸水凝胶的制作方法为：配置质量分数20wt％的丙烯酸，0.5wt％过硫酸铵与0.5wt％N,N-亚甲基双丙烯酰胺。将溶液均匀混合后放入60℃的烘箱中加热3个小时。过硫酸铵用于引发丙烯酸的聚合，N,N-亚甲基双丙烯酰胺用于交联丙烯酸形成聚丙烯酸水凝胶。
本发明绝不限于本实施例提出的聚乙烯醇的浓度、氯化钙溶液、海藻酸钠的浓度，以及冷冻的温度和时间，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了试剂和参数的任何修改、替换和改进。
图1为水凝胶敷料的设计。水凝胶主体网络由聚乙烯醇与海藻酸钠构成，在其中添加产氧微球。聚丙烯酸水凝胶粘结在水凝胶主体下表面，对皮肤起到粘附的作用。在水凝胶的上表面覆盖一层聚二甲基硅氧烷，通过将聚二甲基硅氧烷与聚丙烯酸水凝胶相粘结，对水凝胶主体形成一个抗失水的结构封装。
图3为水凝胶敷料的交联网络。水凝胶由两个网络组成。第一层网络为聚乙烯醇通过冷冻结晶物理交联而成。第二层网络为海藻酸钠与氯化钙通过离子交联形成。过氧化氢酶通过羟基与海藻酸钠的羧基反应，接枝在海藻酸钠链上。一小部分钙离子会与聚乙烯醇形成离子交联，同时聚乙烯醇本身链与链之间存在氢键作用。整个网络呈现的是双网络三交联。
图4为单层包裹产氧微球的傅立叶变换红外吸收光谱图。在558-567cm-1波长范围内存在一个很微弱的吸收峰，这个吸收峰是CaO2中O-CaO键的吸收峰；在871-875cm-1波长范围内存在一个较强的吸收峰，这个吸收峰是CaO2中O-O键的吸收峰；在1430cm-1波长处存在一个较弱的吸收峰，这个吸收峰是CaO2中O-Ca-O键的吸收峰；在1490cm-1波长处和2990cm-1波长处存在各一个较强的吸收峰，这两个吸收峰是均为聚乙二醇PEG中C-H键的吸收峰；在3000-3650cm-1波长范围内存在一个非常强的吸收峰，这个吸收峰是聚乙二醇PEG中-OH键的吸收峰。
图5为产氧微球的产氧量与时间之间的关系图。图5中的(a)为产氧微球连续2小时内的产氧量与时间之间的关系。1g的产氧微球在10分钟内迅速产氧，产出溶解氧量可达620μM。而后在2小时内逐渐产氧量稳定在625μM左右。图5中的(b)为产氧微球连续一周的产氧量与时间之间的关系。1g的产氧微球经过前期短时间内快速产氧的反应后，最高溶解氧量可达到650μM，并在之后的一周内溶解氧量维持在600μM。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种抗黏连水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将过氧化钙分散于水中，再滴入聚乙二醇溶液并搅拌，使聚乙二醇包裹所述过氧化钙，再与海藻酸钠混合，得到混合体系，将该混合体系滴入含有钙离子的盐溶液中，得到聚乙二醇和海藻酸钠双重包裹的过氧化钙产氧微球；
(2)将聚乙烯醇溶液与含有钙离子的盐溶液混合，再加入步骤(1)得到的产氧微球，再加入海藻酸钠，将得到的混合液进行至少一次冷冻和解冻过程，所述聚乙烯醇通过冷冻结晶形成物理交联，所述海藻酸钠与钙离子形成离子交联，所述聚乙烯醇与钙离子形成离子交联，得到抗黏连水凝胶，所述产氧微球位于水凝胶的网络空隙中。
2.如权利要求1所述的抗黏连水凝胶的制备方法，其特征在于，所述水凝胶为方体结构，水凝胶方体的下表面的边缘与聚丙烯酸水凝胶粘合。
3.如权利要求2所述的抗黏连水凝胶的制备方法，其特征在于，所述水凝胶方体的上表面和侧面与聚二甲基硅氧烷贴合。
4.如权利要求1-3任一所述的抗黏连水凝胶的制备方法，其特征在于，所述冷冻和解冻过程为2-3次。
5.如权利要求1-4任一所述方法制备得到的抗黏连水凝胶。
6.如权利要求5所述的抗黏连水凝胶用于制备表皮创伤敷料的应用。
7.如权利要求6所述的应用，其特征在于，将所述抗黏连水凝胶浸泡在过氧化氢酶溶液中，过氧化氢酶通过自身的羟基与海藻酸钠的羧基结合接枝在水凝胶网络中；所述抗黏连水凝胶中的产氧微球内部的过氧化钙溶于水产生过氧化氢，生成的过氧化氢与水凝胶网络中的过氧化氢酶反应，产生氧气。
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