CN113304302A - 促进高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种促进高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料及其制备方法，以聚丙烯腈、硼酸和羧甲基壳聚糖为原料，采用静电纺丝技术制备出复合纳米纤维膜，得到促进高渗出性伤口愈合、具有高压电效应、高吸液、防粘连、抑菌和防感染的微电流伤口敷料。本发明制备的用于高渗透性伤口治疗的微电流伤口敷料，具有微电流输出电压稳定、高吸液、抑菌防感染特点、以及防粘连等优点，更加适用于高渗出性伤口的治疗。

Description

促进高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料及其制备方法
技术领域
本发明属于生物医用纺织品技术领域，具体涉及一种促进高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料及其制备方法。
背景技术
随着现代社会老龄化和工业化的发展，各类皮肤疾病不仅严重威胁人类生活健康，而且给社会经济带来了沉重的负担，是全世界共同关注的热点问题。对于皮肤渗出性的炎症反应或者是急性湿疹、急性皮炎，以及继发感染而形成的渗出性的反应，同时还包括高渗出性外科切口及创面，这类皮肤疾病和伤口不仅加重了患者的痛苦及经济负担，同时严重影响着医院床位周转。因此，高渗出性皮肤创面的治疗已得到现代社会越来越多的关注。
传统医用敷料多以纱布、棉巾等为原料，由于成本较低，目前在我国医用敷料市场上占较大比重。但是其通透性太高，容易造成创面脱水、难以实现有效促进伤口愈合、更换时有可能造成二次机械性损伤、掉落棉絮不卫生等问题不容忽视，更有甚者，严重时会造成伤口的交叉感染使创面情况进一步恶化。而理想的敷料应该吸收伤口过多的渗出物、组织碎片和其他有害物质，防止这些物质对伤口产生刺激作用，以便于更换和不影响伤口愈合。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种促进高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料及其制备方法，制备一种柔软轻薄、透气性好、高吸液、抗菌、防粘连且可以产生微电流的伤口愈合的敷料，具有较大的临床价值和社会意义。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种促进高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料及其制备方法，以聚丙烯腈、硼酸和羧甲基壳聚糖为原料，采用静电纺丝技术制备出复合纳米纤维膜，得到促进高渗出性伤口愈合、具有高压电效应、高吸液、防粘连、抑菌和防感染的微电流伤口敷料。
其中，所述的用于促进高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料及其制备方法包括如下步骤：
S1、纺丝液配制
S1.1、聚丙烯腈/硼酸混合纺丝液：以DMF为溶剂，加入一定质量硼酸粉末，并超声分散60min，超声完成之后在混合溶液里加入一定量的聚丙烯腈粉末，放入恒温加热磁力搅拌器中85℃下搅拌至完全溶解，均匀之后得到不同质量分数的硼酸混合溶液；
S1.2、羧甲基壳聚糖纺丝液：以水为溶剂，加入一定质量羧甲基壳聚糖粉末，搅拌均匀后得到不同质量的羧甲基壳聚糖溶液；
S2、静电纺丝
将步骤S1.1的纺丝液和步骤S1.2的纺丝液分别注入两个不同的注射器中，且分别安装到1#推进器和2#推进器中进行静电纺丝，设置纺丝电压18kV、接收距离15cm、纺丝速率0.016mL/min，选用内径25G的纺丝针头在标准温湿度条件下纺丝；
S3、纳米纤维后处理
对步骤S2得到的复合纳米纤维膜进行抗水溶性后处理：先在乙醇和CaCl2水溶液的混合溶液中交联10min，后续在CaCl2水溶液中交联1h；交联后的复合纳米纤维在去离子水中浸泡2d除去水溶性助纺剂聚环氧乙烷。
其中，步骤S1.1中所用聚丙烯腈粉末为10%。
其中，步骤S1.1中所用硼酸粉末的质量百分数为3%。
其中，步骤S1.2中所用羧甲基壳聚糖溶液的质量百分数为4%。
其中，步骤S1.3中所用乙醇和CaCl2水溶液体积比为5:1。
其中，步骤S1.3中所用混合溶液的CaCl2水溶液质量百分数为2%。
其中，步骤S1.3中所用CaCl2水溶液质量分数为4%。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：本发明采用静电纺丝技术制备具有压电效应的微电流伤口促愈抗菌敷料，聚丙烯腈纳米纤维在一定压力情况下可产生微电流，硼酸可以改变聚丙烯腈晶型和结构，可进一步提高其压电效应，通过压电效应产生的微电流可以促进伤口部位细胞增殖分化；羧甲基壳聚糖可吸收伤口中多余的组织液，保持伤口湿润，促进肉芽生长和防止伤口发生粘，并具有一定的抗菌作用，从而达到促进伤口愈合的效果。本发明丰富了高性能医用敷料的种类，为开发可替代进口的高端医用敷料提供了新的解决方案。
附图说明
图1为本发明制备的用于高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料的结构示意图；
图2为本发明中不同质量分数硼酸的复合膜与纱布的伤口愈合率关系图。
附图标记说明：
1、聚丙烯腈纤维；2、羧甲基壳聚糖纤维。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种促进高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料及其制备方法，以聚丙烯腈、硼酸和羧甲基壳聚糖为原料，采用静电纺丝技术制备出复合纳米纤维膜，得到促进高渗出性伤口愈合、具有高压电效应、高吸液、防粘连、抑菌和防感染的微电流伤口敷料。
其中，所述的用于促进高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料及其制备方法包括如下步骤：
S1、纺丝液配制
S1.1、聚丙烯腈/硼酸混合纺丝液：以DMF为溶剂，加入一定质量硼酸粉末，并超声分散60min，超声完成之后在混合溶液里加入一定量的聚丙烯腈粉末，放入恒温加热磁力搅拌器中85℃下搅拌至完全溶解，均匀之后得到不同质量分数的硼酸混合溶液；
S1.2、羧甲基壳聚糖纺丝液：以水为溶剂，加入一定质量羧甲基壳聚糖粉末，搅拌均匀后得到不同质量的羧甲基壳聚糖溶液；
S2、静电纺丝
将步骤S1.1的纺丝液和步骤S1.2的纺丝液分别注入两个不同的注射器中，且分别安装到1#推进器和2#推进器中进行静电纺丝，设置纺丝电压18kV、接收距离15cm、纺丝速率0.016mL/min，选用内径25G的纺丝针头在标准温湿度条件下纺丝；
S3、纳米纤维后处理
对步骤S2得到的复合纳米纤维膜进行抗水溶性后处理：先在乙醇和CaCl2水溶液的混合溶液中交联10min，后续在CaCl2水溶液中交联1h。交联后的复合纳米纤维在去离子水中浸泡2d除去水溶性助纺剂聚环氧乙烷。
其中，步骤S1.1中所用聚丙烯腈粉末为10%。步骤S1.1中所用硼酸粉末的质量百分数为3%。步骤S1.2中所用羧甲基壳聚糖溶液的质量百分数为4%。步骤S1.3中所用乙醇和CaCl2水溶液体积比为5:1。步骤S1.3中所用混合溶液的CaCl2水溶液质量百分数为2%。步骤S1.3中所用CaCl2水溶液质量分数为4%。
图1所示为本发明制备的用于高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料的结构示意图，包括聚丙烯腈纤维1和羧甲基壳聚糖纤维2。
将防粘连医用敷料敷于患者伤口处，在患者运动过程中，纳米纤维膜被挤压或者拉伸，使聚丙烯腈1发生离子电荷的分离，在外力作用下会产生一定的电荷；硼酸的加入增强了聚丙烯腈的表面形貌和晶体结构，从而增强聚丙烯腈的输出电压与电流，所产生的微电流可模仿人体内源电场促进伤口愈合；羧甲基壳聚糖2具有良好的水溶性和生物相容性，可为伤口提供高保湿环境，而且可以有效抗菌及防止伤口发生粘连，为伤口愈合提供舒适的微环境，有助于伤口愈合。
已有研究证明，人体内源电场产生的微电流可促进细胞的增值分化，聚丙烯腈纳米纤维产生的微电流可与人体内源电场产生的微电流共同作用，进一步提高细胞增值分化的速率。硼酸的加入可增强聚丙烯腈的输出电流，也有利于加速伤口愈合；羧甲基壳聚糖可吸收伤口处多余的组织渗出液、保持伤口湿润，同时具有一定的防粘连性和抑菌性能，可以有效抵抗细菌的侵入，防止伤口感染。
聚丙烯腈是一种非晶态乙烯基聚合物，在每个重复单元中含有氰基(-CN)。在固体状态下，聚丙烯腈有两种典型的构象：平面之字形(也称锯齿形)和31-螺旋形。锯齿形确认具有全反向(TTTT)结构，偶极矩为3.5D，大于β相的聚偏氟乙烯，但与聚偏氟乙烯相比，聚丙烯腈具有更小的介电损耗、更高的热稳定性和更低的价格，因此静电纺丝制备出的聚丙烯腈纳米纤维膜具有压电效应可以用作微电流伤口促愈抗菌敷料。
羧甲基壳聚糖是壳聚糖的一种水溶性衍生物，在体外诊断、诊疗、生物成像、生物传感器、伤口愈合、基因治疗等领域已有广泛研究。与壳聚糖相比，羧甲基壳聚糖具有可功能化的化学集团（-NH2和-COOH）、可调的分子量、良好的水溶性和生物相容性、生物降解性、高保湿能力、抗氧化性，良好的抗菌性和抗真菌活性以及无毒性，可作为防粘连材料、抗菌生物材料、加速伤口愈合中的应用。
利用静电纺丝制备出的敷料具有质轻、孔隙率高、抗菌、压电以及高弹性等性质：柔软轻薄的质感可以为患者带来舒适的使用感；较高的孔隙率可以保证敷料与外界进行气液之间的交换，有利于维持创面愈合所需的湿度与含氧量；纳米级多孔结构可实现对细菌的物理阻隔，同时羧甲基壳聚糖所具有的抗菌性能进一步提高了敷料的抗菌性；静电纺聚丙烯腈赋予了敷料一定的压电性能，而硼酸的加入可以增加敷料的压电效应，从而促进伤口愈合；羧甲基壳聚糖的加入可以改善敷料的吸液及保湿性能，使敷料具有防伤口粘连的作用。
本发明中，聚丙烯腈（PAN）/硼酸（B(OH)3）与羧甲基壳聚糖（CMCS）进行混合静电纺丝后对复合纳米纤维膜进行后处理，制备出的防粘连医用敷料的结构示意图如图1所示：PAN与B(OH)3的压电效应可以促进伤口愈合、CMCS所具有的抗菌性能可以防止细菌侵入同时可以使敷料具有较高的保湿性能性，有效防止伤口发生粘连。
相比传统敷料和其他类型的敷料，本发明静电纺PAN和B(OH)3的共同作用使得压电性进一步协同作用，可以使压电性能大大提高，产生一定的微电流，进一步促进伤口愈合；利用CMCS的高保湿性能，赋予伤口愈合过程中舒适的微观环境，同时敷料在应用过程中可有效防止伤口粘连。
下面结合具体实施例进一步阐述本发明的技术方案。
实施例1
1.1、纺丝液配制
1.1.1、聚丙烯腈/硼酸混合纺丝液：以DMF为溶剂，加入1%硼酸粉末0.112g，并超声分散60min。超声完成之后在混合溶液里加入10%的聚丙烯腈粉末1.126g，放入恒温加热磁力搅拌器中85℃下搅拌至完全溶解，均匀之后得到不同质量分数的硼酸混合溶液；
1.1.2、羧甲基壳聚糖纺丝液：以水为溶剂，加入1%羧甲基壳聚糖粉末0.112g，搅拌均匀后得到不同质量的羧甲基壳聚糖溶液。
1.2、静电纺丝
将步骤1.1.1的纺丝液和步骤1.1.2的纺丝液分别注入两个不同的注射器中，且分别安装到1#推进器和2#推进器中进行静电纺丝，设置纺丝电压18kV、接收距离15cm、纺丝速率0.016mL/min，选用内径25G的纺丝针头在标准温湿度条件下纺丝。
1.3、纳米纤维后处理
对步骤1.2得到的复合纳米纤维膜进行抗水溶性后处理：先在乙醇和2%CaCl2水溶液的混合溶液中交联10min，后续在4%CaCl2水溶液中交联1h。交联后的复合纳米纤维在去离子水中浸泡2d除去水溶性助纺剂聚环氧乙烷。
实施例2
2.1、纺丝液配制
2.2.1、聚丙烯腈/硼酸混合纺丝液：同样以DMF为溶剂，加入2%硼酸粉末0.227g，并超声分散60min。超声完成之后在混合溶液里加入10%的聚丙烯腈粉末1.136g，放入恒温加热磁力搅拌器中85℃下搅拌至完全溶解，均匀之后得到不同质量分数的硼酸混合溶液；
2.2.2、羧甲基壳聚糖纺丝液：以水为溶剂，加入2%羧甲基壳聚糖粉末0.227g，搅拌均匀后得到不同质量的羧甲基壳聚糖溶液。
2.2、静电纺丝
将步骤2.1.1的纺丝液和步骤2.1.2的纺丝液分别注入两个不同的注射器中，且分别安装到1#推进器和2#推进器中进行静电纺丝，设置纺丝电压18kV、接收距离15cm、纺丝速率0.016mL/min，选用内径25G的纺丝针头在标准温湿度条件下纺丝。
2.3、纳米纤维后处理
对步骤2.2得到的复合纳米纤维膜进行抗水溶性后处理：先在乙醇和2%CaCl2水溶液的混合溶液中交联10min，后续在4%CaCl2水溶液中交联1h。交联后的复合纳米纤维在去离子水中浸泡2d除去水溶性助纺剂聚环氧乙烷。
实施例3
3.1、纺丝液配制
3.1.1、聚丙烯腈/硼酸混合纺丝液：同样以DMF为溶剂，加入3%硼酸粉末0.345g，并超声分散60min。超声完成之后在混合溶液里加入10%的聚丙烯腈粉末1.149g，放入恒温加热磁力搅拌器中85℃下搅拌至完全溶解，均匀之后得到不同质量分数的硼酸混合溶液；
3.1.2、羧甲基壳聚糖纺丝液：以水为溶剂，加入4%羧甲基壳聚糖粉末0.465g，搅拌均匀后得到不同质量的羧甲基壳聚糖溶液。
3.2、静电纺丝
将步骤3.1.1的纺丝液和步骤3.1.2的纺丝液分别注入两个不同的注射器中，且分别安装到1#推进器和2#推进器中进行静电纺丝，设置纺丝电压18kV、接收距离15cm、纺丝速率0.016mL/min，选用内径25G的纺丝针头在标准温湿度条件下纺丝。
3.3、纳米纤维后处理
对步骤3.2得到的复合纳米纤维膜进行抗水溶性后处理：先在乙醇和2%CaCl2水溶液的混合溶液中交联10min，后续在4%CaCl2水溶液中交联1h。交联后的复合纳米纤维在去离子水中浸泡2d除去水溶性助纺剂聚环氧乙烷。
实施例4
4.1、纺丝液配制
4.1.1、聚丙烯腈/硼酸混合纺丝液：同样以DMF和丙酮为溶剂，加入4%硼酸粉末0.465g，并超声分散60min。超声完成之后在混合溶液里加入10%的聚丙烯腈粉末1.126g，放入恒温加热磁力搅拌器中85℃下搅拌至完全溶解，均匀之后得到不同质量分数的硼酸混合溶液；
4.1.2、羧甲基壳聚糖纺丝液：以水为溶剂，加入3%羧甲基壳聚糖粉末0.345g，搅拌均匀后得到不同质量的羧甲基壳聚糖溶液。
4.2、静电纺丝
将步骤4.1.1的纺丝液和步骤4.1.2的纺丝液分别注入两个不同的注射器中，且分别安装到1#推进器和2#推进器中进行静电纺丝，设置纺丝电压18kV、接收距离15cm、纺丝速率0.016mL/min，选用内径25G的纺丝针头在标准温湿度条件下纺丝。
4.3、纳米纤维后处理
对步骤4.2得到的复合纳米纤维膜进行抗水溶性后处理：先在乙醇和2%CaCl2水溶液的混合溶液中交联10min，后续在4%CaCl2水溶液中交联1h。交联后的复合纳米纤维在去离子水中浸泡2d除去水溶性助纺剂聚环氧乙烷。
通过控制硼酸和羧甲基壳聚糖的含量，得到不同类型的高渗出性伤口促愈敷料，并对其进行性能测试。
一、压电性能测试：静电纺后的聚丙烯腈复合纳米纤维膜在26N的外力作用下会产生一定的电压，不同硼酸浓度下不同类型复合膜的输出电压、输出电流如表1；
表1：不同硼酸浓度下的输出电压
Figure DEST_PATH_IMAGE001
二、抗菌性能：由于羧甲基壳聚糖具有一定的抗菌、抑菌性能，对复合纳米纤维膜的抗菌性能进行测试：复合纳米纤维膜对金黄色葡萄球菌与大肠杆菌的抗菌结果如表2。
表2：不同CMCS质量分数下的抗菌效果
Figure 327657DEST_PATH_IMAGE002
三、小鼠全层伤口愈合率：对比不同质量分数硼酸的复合膜与纱布对小鼠伤口愈合的影响，在3、7、14天对小鼠伤口进行测量，并计算其伤口愈合率，计算结果如图2。
由以上实验结果表明：
（1）硼酸质量分数为3%时，复合膜的输出电压最高为9.7伏、输出电流最大为130.5纳安，这是由于硼酸的加入，改变了聚丙烯腈原有的结构和晶型，进一步提高其压电性能。
（2）从表2可以看出随着羧甲基壳聚糖质量分数的增大，两种菌落的抑菌率是呈先上升后下降的趋势，羧甲基壳聚糖链上的带正电荷的质子化铵穿过带负电荷的细胞壁，进入细菌内部，影响细菌的新陈代谢，起到抗菌的效果，同时从表中可以看出，对金黄色葡萄球菌的抗菌效果比大肠杆菌的好，原因主要是两种细菌的细胞膜组成存在很大的差异。
（3）从图2可以看出，加入硼酸的复合膜在3、7、14天的伤口愈合率均较纱布高，在第14天时，1%、2%、3%、4%硼酸的复合膜和纱布组的伤口愈合率分别为91.25±2.52%、93.71±1.67%、95.62±2.86%、93.20±3.95%、69.81±2.34%，3%硼酸的复合膜伤口愈合率最高，与压电和抗菌结果相符。这是因为在电流刺激下，促进了细胞的生长，加速小鼠伤口愈合的速率。
本发明制备的用于高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料，具有微电流输出电压稳定、羧甲基壳聚糖抑菌性能好、高吸液等优点，更加适用于高渗出性伤口的治疗。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种促进高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料及其制备方法，其特征在于，以聚丙烯腈、硼酸和羧甲基壳聚糖为原料，采用静电纺丝技术制备出复合纳米纤维膜，得到促进高渗出性伤口愈合、具有高压电效应、高吸液、防粘连、抑菌和防感染的微电流伤口敷料。
2.根据权利要求1所述的用于高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、纺丝液配制
S1.1、聚丙烯腈/硼酸混合纺丝液：以DMF为溶剂，加入一定质量硼酸粉末，并超声分散60min，超声完成之后在混合溶液里加入一定量的聚丙烯腈粉末，放入恒温加热磁力搅拌器中85℃下搅拌至完全溶解，均匀之后得到不同质量分数的硼酸混合溶液；
S1.2、羧甲基壳聚糖纺丝液：以水为溶剂，加入一定质量羧甲基壳聚糖粉末，溶解完全后加入聚环氧乙烷粉末，混合溶液搅拌24h；
S2、静电纺丝
将步骤S1.1的纺丝液和步骤S1.2的纺丝液分别注入两个不同的注射器中，且分别安装到1#推进器和2#推进器中进行静电纺丝，设置纺丝电压18kV、接收距离15cm、纺丝速率0.016mL/min，选用内径25G的纺丝针头在标准温湿度条件下纺丝；
S3、纳米纤维后处理
对步骤S2得到的复合纳米纤维膜进行抗水溶性后处理：先在乙醇和CaCl2水溶液的混合溶液中交联10min，后续在CaCl2水溶液中交联1h；交联后的复合纳米纤维在去离子水中浸泡2d除去水溶性助纺剂聚环氧乙烷。
3.根据权利要求2所述的用于高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料的制备方法，其特征在于，步骤S1.1中所用聚丙烯腈为10%。
4.根据权利要求2所述的用于高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料的制备方法，其特征在于，步骤S1.1中所用硼酸粉末的质量百分数为3%。
5.根据权利要求2所述的用于高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料的制备方法，其特征在于，步骤S1.2中所用羧甲基壳聚糖溶液的质量百分数为4%。
6.根据权利要求2所述的用于高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料的制备方法，其特征在于，步骤S1.2中所用聚环氧乙烷质量分数为4%。
7.根据权利要求2所述的用于高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料的制备方法，其特征在于，步骤S1.3中所用乙醇和CaCl2水溶液体积比为5:1。
8.根据权利要求2所述的用于高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料的制备方法，其特征在于，步骤S1.3中所用混合溶液中CaCl2水溶液质量分数为2%。
9.根据权利要求2所述的用于高渗出性伤口愈合的防粘连医用敷料的制备方法，其特征在于，步骤S1.3中CaCl2水溶液质量分数为4%。
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