CN114569786B - 一种用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料及其制备方法,该制备方法包括以下步骤:将丙烯酸和水混合后,依次加入氯化铁和壳聚糖,然后加入引发剂,除气,最后聚合,制得壳聚糖/聚丙烯酸‑Fe3+水凝胶;然后冷冻、研磨、干燥,制得壳聚糖/聚丙烯酸‑Fe3+水凝胶粉末;然后添加交联液,静置20‑40min,制得用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料。本发明引入了水凝胶粉末的概念,通过将水凝胶粉末进行体内运送,可以在体外除去反应单体,同时相对于传统水凝胶,水凝胶粉末具有更大的比表面积和更强的吸水性,更有利于湿组织表面的粘附,可以解决体内运输、湿组织粘附及生物安全性问题。

Description

一种用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料及其制备方法
技术领域
本发明涉及医用创伤敷料制备技术领域,具体涉及一种用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料及其制备方法。
背景技术
水凝胶具有生物相容性、可调节的物理和化学性能、软组织样含水量和类似于天然细胞外基质的三维多孔网络结构等独特性质,是一种高效的组织工程材料。与传统的止血方法相比,水凝胶基生物材料显示出许多优势:基于注射凝胶的可注射性和流动性,水凝胶可应用于各种不规则伤口,这对于快速有效止血具有重要意义,此外,优异的生物相容性和生物降解性确保了水凝胶基生物材料在体内应用的安全性。然而,水凝胶基生物材料的进一步临床应用受到某些缺点的限制,包括湿表面附着力弱、机械性能差和不可控降解,对于体内创面的修复,块状凝胶因体内通道狭窄而存在运输问题,注射凝胶在体内则存在原位凝胶延迟问题,同时也会因为聚合不充分导致反应单体的残留,从而引发生物安全问题。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料及其制备方法,以解决现有的用于体内创伤的水凝胶敷料运输不便及单体残留的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:提供一种用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料的制备方法,包括:
(1)将丙烯酸和水混合后,依次加入氯化铁和壳聚糖,搅拌1.5-2.5h,然后加入引发剂,除气,再于25-35℃条件下,聚合10-15h,制得壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶;
(2)将壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶透析2-4天,然后于-190~-200℃条件下冷冻,再研磨,最后冷冻干燥,制得壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末;
(3)在壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末中添加交联液,静置20-40min,制得用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料。
本发明的有益效果为:本发明引入了水凝胶粉末的概念,将壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末作为用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料,该粉末可以通过胃镜等方式进行体内运输,将该粉末置于体内创伤的湿组织表面,然后添加交联液进行交联,得到用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料。相比于块状水凝胶因体内通道狭窄而难以运输及注射水凝胶在体内存在凝胶延迟和反应单体残留,通过将水凝胶粉末进行体内运送,不仅解决了运输问题,还可以在体外通过透析除去反应单体,不存在体内单体残留的问题;此外,相对于传统水凝胶,水凝胶粉末具有更大的比表面积和更强的吸水性,更有利于湿组织表面的粘附,可以解决体内运输、湿组织粘附及生物安全性问题。
聚丙烯酸无毒且分子链中拥有大量的羧基,在Fe3+的存在下,可以发生配位反应,使其制备的水凝胶具有良好的粘附性、力学性以及自修复性;基于多糖的水凝胶是非常理想的,因为它们本质上是可生物降解和可再生的,并且在自然界中含量丰富,壳聚糖是一种半结晶生物高聚物,含有多个氢键形成的官能团,包括氨基和羟基,这些官能团沿着壳聚糖链的存在有助于其与各种试剂交联以形成水凝胶,也可以建立非共价相互作用,如离子、聚电解质、氢键、疏水相互作用,壳聚糖的丰富可用性及其卓越的性能,包括抗菌活性、粘液粘附性、生物降解性和生物相容性,使其在药物递送、组织工程、光动力治疗和血液抗凝等各种医药和生物医学领域有广阔应用前景,因此将壳聚糖、聚丙烯酸和氯化铁一锅法制备水凝胶,并通过低温研磨和冷冻干燥的方法制备出壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末,该凝胶粉末可以通过胃镜等方式进行体内运输,并实现湿组织表面的快速黏附,再通过加入交联液的方式,使凝胶粉末和组织表面的氨基和羧基化学交联,进而制备出化学稳定的水凝胶敷料,该凝胶粉末在水凝胶敷料领域尤其是体内损伤组织的修复方面具有广阔的应用前景。
在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进:
进一步,步骤(1)中丙烯酸和水的混合溶液中,丙烯酸的浓度为15-25wt%,丙烯酸、氯化铁和壳聚糖的质量比为18-22:0.1-0.4:1-3。
进一步,步骤(1)中丙烯酸和引发剂的质量比为18-22:0.08-0.1。
进一步,步骤(1)中引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。
进一步,步骤(1)中除气通过室温、真空条件下除气8-12min完成除气。
进一步,步骤(2)中研磨的条件为-18~0℃,冷冻干燥的条件为-40~-60℃。
进一步,步骤(2)中壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末的粒径≤100μm。
进一步,步骤(2)中透析是采用去离子水透析。
进一步,步骤(3)中壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末和交联液的质量体积比为(0.8-1.2)g:(3-5)mL。
进一步,步骤(3)中交联液通过以下方法制得:将EDC和NHS溶解在MES缓冲液中,制得;其中,EDC、NHS和MES缓冲液的质量体积比为(10-13)mg:(10-13)mg:1mL。
本发明还提供上述方法制得的用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料。
本发明具有以下有益效果:
1、本发明通过将壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶低温研磨并冷冻干燥制备成凝胶粉末的方法,解决了水凝胶敷料体内运输的问题。
2、本发明通过将壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末和组织表面的氨基和羧基化学交联,可以解决水凝胶敷料在湿环境中吸水溶胀分解的问题,因为依靠氢键、静电作用力、金属配位键等非共价键结合的水凝胶,易受pH、温度、光强等因素的影响而发生断裂,在不断吸水溶胀时,非共价键在动态平衡的过程中非共价键断裂,但分子之间的间距不断增大,不能再及时形成,因此造成凝胶分解,而本发明的水凝胶粉末之间不仅可以交联,同时水凝胶粉末和组织表面的氨基和羧基也能化学交联,因此解决了水凝胶敷料在湿环境中吸水溶胀分解的问题。
3、本发明制得的用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料分别浸泡在0.1M盐酸、磷酸盐缓冲盐溶液(PBS)、模拟体液(SBF)中14天,可以保持较好的化学稳定性。
附图说明
图1为用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料的制备示意图;
图2为实施例1制得的壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末的扫描电镜图;
图3为实施例1制得的水凝胶敷料的化学稳定性测试图;
图4为实施例2制得的水凝胶敷料的化学稳定性测试图;
图5为实施例3制得的水凝胶敷料的化学稳定性测试图;
图6为对比例1制得的水凝胶敷料的化学稳定性测试图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
EDC的中文名称为1-乙基-(3-甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐,NHS的中文名称为N-羟基琥珀酰亚胺,MES的中文名称为吗啉乙磺酸。
实施例1:
一种用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料,其制备方法包括以下步骤:(制备示意图见图1)
(1)在室温下,将20g丙烯酸和80g水混合后,加入0.225g氯化铁,然后加入2g壳聚糖,搅拌1h充分溶解,再加入0.09g过硫酸铵作为引发剂,室温下,在真空烘箱中除气10min,最后转移到30℃的烘箱,聚合12h,制得壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶;
(2)将壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶用去离子水透析3天,然后利用液氮于-196℃条件下冷冻,然后在-15℃条件下,用粉碎机研磨,再于-50℃条件下,冷冻干燥,制得粒径为90μm的壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末;
(3)将1g壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末置于体内创伤的湿组织表面,然后添加4mL交联液,静置30min,制得用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料;其中,交联液通过以下方法制得:将48mg的EDC和48mg的NHS溶解在4mL的MES缓冲液中,制得。
实施例2:
一种用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料,其制备方法包括以下步骤:(制备示意图见图1)
(1)在室温下,将18g丙烯酸和102g水混合后,加入0.1g氯化铁,然后加入1g壳聚糖,搅拌1.5h充分溶解,再加入0.08g过硫酸铵作为引发剂,室温下,在真空烘箱中除气8min,最后转移到25℃的烘箱,聚合15h,制得壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶;
(2)将壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶用去离子水透析2天,然后利用液氮于-190℃条件下冷冻,然后在-18℃条件下,用粉碎机研磨,再于-40℃条件下,冷冻干燥,制得粒径为50μm的壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末;
(3)将0.8g壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末置于体内创伤的湿组织表面,然后添加3mL交联液,静置20min,制得用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料;其中,交联液通过以下方法制得:将30mg的EDC和30mg的NHS溶解在3mL的MES缓冲液中,制得。
实施例3:
一种用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料,其制备方法包括以下步骤:(制备示意图见图1)
(1)在室温下,将22g丙烯酸和66g水混合后,加入0.4g氯化铁,然后加入3g壳聚糖,搅拌2.5h充分溶解,再加入0.1g过硫酸铵作为引发剂,室温下,在真空烘箱中除气12min,最后转移到35℃的烘箱,聚合10h,制得壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶;
(2)将壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶用去离子水透析4天,然后利用液氮于-200℃条件下冷冻,然后在0℃条件下,用粉碎机研磨,再于-60℃条件下,冷冻干燥,制得粒径为100μm的壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末;
(3)将1.2g壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末置于体内创伤的湿组织表面,然后添加5mL交联液,静置40min,制得用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料;其中,交联液通过以下方法制得:将60mg的EDC和60mg的NHS溶解在5mL的MES缓冲液中,制得。
对比例1:
一种聚丙烯酸-Fe3+水凝胶敷料,其制备方法包括以下步骤:
(1)在室温下,将20g丙烯酸和80g水混合后,加入0.225g氯化铁,搅拌1h充分溶解,再加入0.09g过硫酸铵作为引发剂,室温下,在真空烘箱中除气10min,最后转移到30℃的烘箱,聚合12h,制得聚丙烯酸-Fe3+水凝胶;
(2)将聚丙烯酸-Fe3+水凝胶用去离子水透析3天,然后利用液氮于-196℃条件下冷冻,然后在-15℃条件下,用粉碎机研磨,再于-50℃条件下,冷冻干燥,制得粒径为90μm的聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末;
(3)将1g聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末置于体内创伤的湿组织表面,然后添加4mL去离子水,静置30min,制得聚丙烯酸-Fe3+水凝胶敷料。
试验例
一、将实施例1制得的壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末利用扫描电镜进行分析,结果见图2,由图2可知,可以看出该方法制备的水凝胶粉末表面具有致密的多孔结构,因而具有更大的比表面积,使其具有良好的吸水性。
二、将实施例1-3制得的用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料分别浸泡在0.1M盐酸、磷酸盐缓冲盐溶液(PBS)、模拟体液(SBF,购于福州飞净生物科技有限公司)中,观察14天后的状态;将对比例1制得聚丙烯酸-Fe3+水凝胶敷料浸泡在模拟体液(SBF,购于福州飞净生物科技有限公司)中,观察1天后的状态。
结果见图3-6,由图3-6可知,本发明制得的用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料具有较好的化学稳定性,因而其能够在体内创伤的湿组织表面稳定存在,能够对创面起到很好的保护作用,有助于创面的修复。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,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、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将丙烯酸和水混合后,依次加入氯化铁和壳聚糖,搅拌1.5-2.5h,然后加入引发剂,除气,再于25-35℃条件下,聚合10-15h,制得壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶;
(2)将壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶透析2-4天,然后于-190~-200℃条件下冷冻,再研磨,最后冷冻干燥,制得壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末;
(3)在壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末中添加交联液,静置20-40min,制得用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料;其中,交联液通过以下方法制得:将EDC和NHS溶解在MES缓冲液中,制得;EDC、NHS和MES缓冲液的质量体积比为(10-13)mg:(10-13)mg:1mL。
2.根据权利要求1所述的用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中丙烯酸和水的混合溶液中,丙烯酸的浓度为15-25wt%,丙烯酸、氯化铁和壳聚糖的质量比为18-22:0.1-0.4:1-3。
3.根据权利要求1所述的用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中丙烯酸和引发剂的质量比为18-22:0.08-0.1。
4.根据权利要求1或3所述的用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。
5.根据权利要求1所述的用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中除气通过室温、真空条件下除气8-12min完成除气。
6.根据权利要求1所述的用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中研磨的条件为-18~0℃,冷冻干燥的条件为-40~-60℃。
7.根据权利要求1所述的用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末的粒径≤100μm。
8.根据权利要求1所述的用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料的制备方法,其特征在于,步骤(3)中壳聚糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶粉末和交联液的质量体积比为(0.8-1.2)g:(3-5)mL。
9.采用权利要求1-8任一项所述的用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料的制备方法制得的用于体内创伤的化学稳定性水凝胶敷料。
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Preparation and electro-response of chitosan-g-poly (acrylic acid) hydrogel elastomers with interpenetrating network;Chen J等;《Materials Chemistry and Physics》;20161231;第169卷;全文 *
Tough and Self-Healing Chitosan/Poly (acrylamide-co-acrylic acid) Double Network Hydrogels;Shi A等;《Polymer Science, Series A》;20200610;第62卷(第3期);EXPERIMENTAL、RESULTS AND DISCUSSION小节 *
基于非共价键交联的聚丙烯酸导电水凝胶的制备及性能研究;王特等;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 (工程科技I.辑)》;20210115(第1期);全文 *

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