CN114177342A - 一种纳米纤维抗菌敷料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种纳米纤维抗菌敷料，属于纳米医护用品技术领域，包括由以下原料：一氧化氮供体、光敏剂、聚乳酸羟基乙酸基底材料经复合工艺制备得到；其中，一氧化氮：光敏剂：基底材料的重量份数之比：0‑15:0‑1.5：5‑105；所述纳米纤维抗菌敷料在可见光照射下可同时产生一氧化氮和活性氧。本发明还提供一种纳米纤维抗菌敷料的制备方法。本发明提供的一种纳米纤维抗菌敷料及其制备方法，设计合成了一种具有光动力治疗和一氧化氮协同抗菌作用的纳米复合膜，在蓝光照射下，可以实现ROS‑NO(活性氧‑一氧化氮)的可控释放。该材料在可见光照射下可以同时产生一氧化氮和活性氧两种抗菌物质，实现对杀菌距离有效合理的互补，进而对真菌和细菌产生高效的杀灭作用。

Description

一种纳米纤维抗菌敷料及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米医护用品领域，更具体地说，是涉及一种纳米纤维抗菌敷料及其制备方法。
背景技术
随着广谱抗生素的应用以及免疫功能低下患者的不断增多，真菌感染率呈逐年上升趋势，已成为全球卫生医疗的主要威胁。据统计，每年约有150万人死于侵袭性真菌感染，其中念珠菌感染数量超过40万例/年，位居全球侵袭性真菌感染率前三。由念珠菌引起的浅部真菌感染人数更甚，全球每年超过9000万人。与抗真菌药物普遍应用相伴随而来的真菌耐药问题也日益突显。与细菌治疗的抗生素相比，临床上抗真菌药物种类相对较少，目前只有唑类、多烯类和棘白菌素类这3类药物被批准用于治疗真菌系统性感染。少数药物的长期使用易导致多重耐药菌株和新现感染菌种出现。而广谱抗生素和免疫抑制剂的应用也导致了耐药细菌的出现，现有技术中用于防治真菌、细菌感染的手段存在种类少、杀菌效果不理想的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米纤维抗菌敷料及其制备方法，旨在解决现有技术用于防治真菌、细菌感染的手段存在杀菌效果不理想的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种纳米纤维抗菌敷料，由以下原料：一氧化氮供体、光敏剂、基底材料经复合工艺制备得到；其中，一氧化氮供体：光敏剂：基底材料的重量份数之比：0-15:0-1.5:5-105；所述纳米纤维抗菌敷料在可见光照射下可同时产生一氧化氮和活性氧。
优选地，所述光敏剂内含有在可见光下产生活性氧的功能基团；所述一氧化氮供体可被活性氧激活产生一氧化氮；所述基底材料为生物可降解材料。
优选地，所述光敏剂为竹红菌素；所述一氧化氮供体为L-精氨酸。
优选地，所述竹红菌素内含有—3,10-二氢-氧-4,9-苝醌发色基团。
优选地，所述基底材料为聚乳酸羟基乙酸材料。
优选地，一氧化氮供体：光敏剂：纳米纤维的重量份数为：10:1:100。
优选地，所述纳米纤维抗菌敷料采用静电纺丝工艺制得；所述纳米纤维抗菌敷料用于在蓝光照射下，实现ROS(活性氧)-NO(一氧化氮)的可控释放。
本发明还提供一种纳米纤维抗菌敷料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、按预设比例分别称取光敏剂、聚乳酸羟基乙酸颗粒、L-精氨酸、有机溶剂；
步骤二、然后将聚乳酸羟基乙酸颗粒、光敏剂、L-精氨酸加入有机溶剂中，在室温条件下搅拌8-16h，得到聚乳酸羟基乙酸-光敏剂-L-精氨酸溶液；
步骤三、利用静电纺丝技术将步骤二得到的混合溶液纺丝成聚乳酸羟基乙酸-光敏剂-精氨酸纳米纤维膜；所述聚乳酸羟基乙酸-光敏剂-精氨酸纳米纤维膜即为权利要求1-7任一项所述的一种纳米纤维抗菌敷料。
优选地，在步骤三中静电纺丝技术中的纺丝参数为：电压：7.9kV，流速：0.6mL/h，纺丝间距：15cm，滚筒转速：1000rpm。
优选地，步骤一中的有机溶剂为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液。
本发明提供的一种纳米纤维抗菌敷料及其制备方法的有益效果在于：与现有技术相比，设计合成了一种具有光动力治疗和一氧化氮协同抗菌作用的纳米复合膜，在蓝光照射下，可以实现(活性氧)ROS-NO(一氧化氮)的可控释放。该材料在可见光照射下可以同时产生一氧化氮和活性氧两种抗菌物质，实现对杀菌距离有效合理的互补，进而对真菌和细菌产生高效的杀灭作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种纳米纤维抗菌敷料的制备方法的流程框图；
图2为本发明实施例提供的一种纳米纤维抗菌敷料的实物图；
图3为临床常用的传统抗真菌药物对念珠菌的半数抑菌浓度(MIC50范围)；
图4为1×1cm2大小纳米纤维膜-aPDT(抗菌光动力疗法)对念珠菌杀菌效果(念珠菌稀释涂布法)；PLGA为示例一所得；PLGA-HA为实例二所得；PLGA-HA-Arg为示例三所得；
图5为1×1cm2大小纳米纤维膜-aPDT(抗菌光动力疗法)对念珠菌杀菌效果；纵坐标为念珠菌存活率；PLGA为示例一所得；PLGA-HA为实例二所得；PLGA-HA-Arg为示例三所得。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。
请一并参阅图1至图5，现对本发明提供的一种纳米纤维抗菌敷料进行说明。一种纳米纤维抗菌敷料，由以下原料：一氧化氮供体、光敏剂、基底材料经复合工艺制备得到；其中，一氧化氮供体：光敏剂：基底材料的重量份数之比：0-15:0-1.5:5-105；纳米纤维抗菌敷料在可见光照射下可同时产生一氧化氮和活性氧。
在本实施例中，光敏剂内含有在可见光下产生活性氧的功能基团；一氧化氮供体可被活性氧激活产生一氧化氮。
光敏剂为竹红菌素；一氧化氮供体为L-精氨酸。竹红菌素内含有-3,10-二氢-氧-4,9-苝醌发色基团。
竹红菌素为传统药用真菌竹黄菌的次生代谢产物，也是其药效的主要成分。竹红菌素具有原料易得，提纯过程简单，三重态和单重态氧量子产率高，光毒性高而暗毒性低，体内清除速度快的优点。竹红菌素属于苝醌类化合物，是已知可见光区内优良的天然光敏色素。竹红菌素在蓝光照射下被激活，产生具有细胞毒性的活性氧物质(如单线态氧等活性氧自由基)失活微生物。竹红菌素包括竹红菌甲素、竹红菌乙素、竹红菌丙素和竹红菌丁素，四种天然产物均含有该发色基团，竹红菌甲素在自然界中含量最为丰富。竹红菌素具有特定的功能结构-3,10-二氢-氧-4,9-苝醌发色基团。竹红菌素在可见光的调节下，可产生活性氧。与传统光敏剂相比，竹红菌素具有单重态氧量子产率高、光毒性高、暗毒性低、半衰期短，生物相容性高等诸多优势，是一种非常有应用前景的光疗药物。竹红菌素作为一种优良的光敏剂，竹红菌素在光动力治疗领域主要集中在抗肿瘤和抗病毒方面。在抗真菌和细菌方面，竹红菌素均展现出显著的抑制作用。由于光敏剂竹红菌素释放的活性氧，在生物系统中的寿命和释放距离都很短(寿命一般少于3.5μs，释放距离一般为几十到几百纳米)，因此仅可以影响其附近区域的物质。
一氧化氮可作为一种具有广谱活性的抗菌剂，一氧化氮的作用效果主要归因于其对微生物蛋白，DNA，代谢酶和外部膜结构造成的氧化和亚硝化破坏以及所产生的具有同等反应性能的副产物带来的损伤。
一氧化氮具有半衰期(ca.5s)长和释放半径大(40-200μm)的特点。故一氧化氮可以在一定程度上弥补活性氧的不足。一氧化氮的释放距离和寿命比活性氧的长，可以合理地弥补光动力治疗中抗菌疗效的缺陷。
基底材料为生物可降解材料。基底材料包括聚乳酸羟基乙酸(PLGA)、聚乳酸材料中的一种或多种。
基底材料为聚乳酸羟基乙酸材料。聚乳酸羟基乙酸材料是一种可用于人类的生物可降解材料。聚乳酸羟基乙酸材料是美国食品药品监督管理局(FDA)批准上市用于人类的一种生物可降解材料。静电纺丝纳米纤维材料具有比表面积高、高孔隙率、透气性好、吸附性好等优势，可有效抵御外源微生物入侵，并协助控制液体流向，对伤口液体的渗出具有重要意义，非常适合用于皮肤替代材料或伤口敷料。此外，将光敏剂、一氧化氮供体与可降解基底材料复合，能有效提高该复合材料的抗菌性。
竹红菌素被较好地负载于纳米纤维基材上。竹红菌素的加入使纳米纤维膜的横截面由圆形变得不规则，纤维粗细不匀度提高，疏水性增加。
皮肤各类急慢性创面是细菌、病毒及真菌侵犯人体局部组织或引起全身感染的重要途径。因此，赋予创面敷料局部给药抗感染功能，是治愈伤口和促进组织修复的有效途径。基于光动力疗法以及一氧化氮的独特优势，将其与伤口包扎材料相结合是新一代伤口敷料的发展方向。
纳米纤维抗菌敷料采用静电纺丝工艺制得。以聚乳酸羟基乙酸材料为基底，将竹红菌素、L-精氨酸(可被活性氧激活产生一氧化氮)与聚乳酸羟基乙酸材料结合，能制备得到生物相容性良好、可降解的静电纺丝纳米纤维膜。竹红菌素通过物理负载于基材上，不改变基材的化学结构。
示例性的是，静电纺丝的工艺过程为：将纺丝液倒入表面覆有锡纸的注射器中，并安装在注射泵上，在针头上加上正电势使纺丝液表面带正电荷。在高压静电场作用下通过静电纺丝机进行纺丝，纺丝液所受电场力克服溶液表面张力后，喷射出带电射流，随着溶剂的挥发，固化为纤维随机排布于收集装置上。静电纺丝在室温、避光的条件下进行作业。
纳米纤维抗菌敷料用于在蓝光照射下，实现ROS(活性氧)-NO(一氧化氮)的可控释放。
光动力抗菌疗法与传统抗菌疗法相比，该方法为应对真菌、细菌耐药性难题提供了一种截然不同的思路，为成功应对“超级真菌”“超级细菌”的挑战提供了新的选择。抗菌光动力治疗的杀菌机制为利用特定波长的光激发光敏剂产生活性氧，并引发一系列光化学反应，从而达到杀伤微生物(如细菌、真菌等)的目的。与传统抗菌药物治疗相比，光动力抗菌疗法治疗具有广谱抗菌、副作用小、几乎不产生耐药等特点，还可有效防止二次感染的优点。
在本实施例中，一氧化氮供体：光敏剂：基底材料的重量份数为：10:1:100。
本发明还提供一种纳米纤维抗菌敷料的制备方法，请参阅图1，包括以下步骤：
S1、按预设比例分别称取光敏剂、聚乳酸羟基乙酸颗粒、精氨酸、有机溶剂；
有机溶剂为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液。四氢呋喃与N,N-二甲基甲酰胺的体积比为3:1。
S2、然后将聚乳酸羟基乙酸颗粒、光敏剂、L-精氨酸加入有机溶剂中，在室温条件下搅拌8-16h，得到聚乳酸羟基乙酸-光敏剂-L-精氨酸溶液；
S3、利用静电纺丝技术将步骤S2得到的混合溶液纺丝成聚乳酸羟基乙酸-光敏剂-L-精氨酸纳米纤维膜。聚乳酸羟基乙酸-光敏剂-L-精氨酸纳米纤维膜即为上文任一实施例所述的一种纳米纤维抗菌敷料。
在本发明提供的任一实施例中，静电纺丝技术中的纺丝参数为：电压：7.9kV，流速：0.6mL/h，纺丝间距：15cm，滚筒转速：1000rpm。
示例一、
SSS1、按预设比例称取0.65g聚乳酸羟基乙酸颗粒、有机溶液(更具体的为1mL N,N-二甲基甲酰胺以及3mL四氢呋喃的混合溶液)；
SSS2、将聚乳酸羟基乙酸颗粒加入有机溶剂中，在室温(25℃)条件下搅拌12h，得到聚乳酸羟基乙酸溶液；
SSS3、将SSS2得到的混合溶液转移至体积大小为5mL的一次性塑料注射器中，然后利用静电纺丝技术，纺丝成聚乳酸羟基乙酸纳米纤维膜。
静电纺丝技术中的纺丝参数为：电压：6.3kV，流速：0.6mL/h，纺丝间距：15cm，滚筒转速：1000rpm。纺丝时间为5h。
示例二、
SSSS1、按预设比例称取0.65g聚乳酸羟基乙酸颗粒、0.0065g光敏剂(更具体的为竹红菌素)、有机溶液(更具体的为1mL N,N-二甲基甲酰胺以及3mL四氢呋喃的混合溶液)；
SSSS2、将聚乳酸羟基乙酸颗粒、光敏剂加入有机溶剂中，在室温(25℃)条件下搅拌12h，得到聚乳酸羟基乙酸-光敏剂溶液；
SSSS3、将SSSS2得到的混合溶液转移至体积大小为5mL的一次性塑料注射器中，然后利用静电纺丝技术，纺丝成聚乳酸羟基乙酸-光敏剂-精氨酸纳米纤维膜。
静电纺丝技术中的纺丝参数为：电压：7.4kV，流速：0.6mL/h，纺丝间距：15cm，滚筒转速：1000rpm。纺丝时间为5h。
示例三、
SS1、按预设比例称取0.65g聚乳酸羟基乙酸颗粒、0.0065g光敏剂(更具体的为竹红菌素)、0.065g精氨酸(更具体的为L-精氨酸)、有机溶液(更具体的为1mL N,N-二甲基甲酰胺以及3mL四氢呋喃的混合溶液)；
SS2、将聚乳酸羟基乙酸颗粒、光敏剂、精氨酸加入有机溶剂中，在室温(25℃)条件下搅拌12h，得到聚乳酸羟基乙酸-光敏剂-精氨酸溶液；
SS3、将SS2得到的混合溶液转移至体积大小为5mL的一次性塑料注射器中，然后利用静电纺丝技术，纺丝成聚乳酸羟基乙酸-光敏剂-精氨酸纳米纤维膜。
静电纺丝技术中的纺丝参数为：电压：7.9kV，流速：0.6mL/h，纺丝间距：15cm，滚筒转速：1000rpm。纺丝时间为5h。
由图3至图5中可知，所示念珠菌为氟康唑耐药菌，且对其他传统抗真菌药物敏感性不高。1×1cm2大小聚乳酸羟基乙酸-光敏剂-精氨酸纳米纤维膜在光照条件下杀菌率大于99％，即能高效杀灭耐药真菌。
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 (10)

1.一种纳米纤维抗菌敷料，其特征在于，由以下原料：一氧化氮供体、光敏剂、基底材料经复合工艺制备得到；其中，一氧化氮供体：光敏剂：基底材料的重量份数之比：0-15:0-1.5:5-105；所述纳米纤维抗菌敷料在可见光照射下可同时产生一氧化氮和活性氧。
2.如权利要求1所述的一种纳米纤维抗菌敷料，其特征在于：所述光敏剂内含有在可见光下产生活性氧的功能基团；所述一氧化氮供体可被活性氧激活产生一氧化氮；所述基底材料为生物可降解材料。
3.如权利要求2所述的一种纳米纤维抗菌敷料，其特征在于：所述光敏剂为竹红菌素；所述一氧化氮供体为L-精氨酸。
4.如权利要求3所述的一种纳米纤维抗菌敷料，其特征在于：所述竹红菌素内含-3,10-二氢-氧-4,9-苝醌发色基团。
5.如权利要求1所述的一种纳米纤维抗菌敷料，其特征在于：所述基底材料为聚乳酸羟基乙酸材料。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种纳米纤维抗菌敷料，其特征在于，一氧化氮供体：光敏剂：基底材料的重量份数为：10:1:100。
7.如权利要求1所述的一种纳米纤维抗菌敷料，其特征在于：所述纳米纤维抗菌敷料采用静电纺丝工艺制得；所述纳米纤维抗菌敷料用于在蓝光照射下，实现ROS(活性氧)-NO(一氧化氮)的可控释放。
8.一种纳米纤维抗菌敷料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、按预设比例分别称取光敏剂、聚乳酸羟基乙酸颗粒、L-精氨酸、有机溶剂；
步骤二、将聚乳酸羟基乙酸颗粒、光敏剂、L-精氨酸加入有机溶剂中，在室温条件下搅拌8-16h，得到聚乳酸羟基乙酸-光敏剂-L-精氨酸溶液；
步骤三、利用静电纺丝技术将步骤二得到的混合溶液纺丝成聚乳酸羟基乙酸-光敏剂-精氨酸纳米纤维膜；所述聚乳酸羟基乙酸-光敏剂-精氨酸纳米纤维膜即为权利要求1-7任一项所述的一种纳米纤维抗菌敷料。
9.如权利要求8所述的一种纳米纤维抗菌敷料的制备方法，其特征在于：在步骤三中静电纺丝技术中的纺丝参数为：电压：7.9kV，流速：0.6mL/h，纺丝间距：15cm，滚筒转速：1000rpm。
10.如权利要求8所述的一种纳米纤维抗菌敷料的制备方法，其特征在于：步骤一中的有机溶剂为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液。
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