CN114668883A - 一种姜黄素负载海藻酸钠/聚乙烯醇/丝素蛋白复合支架的制备方法 - Google Patents

一种姜黄素负载海藻酸钠/聚乙烯醇/丝素蛋白复合支架的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种姜黄素负载海藻酸钠/聚乙烯醇/丝素蛋白复合支架的制备方法，是在海藻酸钠、聚乙烯醇、丝素蛋白的混合溶液中添加姜黄素并冷冻干燥，从而获得。本发明所得复合支架具有良好的吸湿能力，可以及时吸收伤口渗出液，加快伤口的愈合。

Description

一种姜黄素负载海藻酸钠/聚乙烯醇/丝素蛋白复合支架的制 备方法
技术领域
本发明涉及一种姜黄素负载海藻酸钠/聚乙烯醇/丝素蛋白复合支架的制备方法，属于生物医药领域。
背景技术
皮肤是人体最大的器官之一，约占总体重的15％。它执行许多基本功能，包括抵御外部物理、化学和生物攻击者，有效阻断包括微生物在内的外部有害物质，但是皮肤也很容易受到损伤。伤口主要是由于事故、烧伤、手术等造成的组织损伤和功能的破坏，按愈合时间可分为急性伤口(愈合时间短于12周)、慢性伤口(愈合时间长于12周)和难愈合伤口。皮肤创伤治疗，尤其是慢性和难愈合伤口，及时有效的创面愈合尤为重要。
理想的伤口敷料应具有保持水分、对抗微生物、无毒、不粘附和促进伤口愈合的能力。现代伤口敷料理论认为它应该具备促进渗出液吸收，维持表面水分间动态平衡的性能。此外，它应该能够交换气体，为伤口提供足够的氧气。
丝素蛋白(SF)是一种来源于家蚕和蜘蛛的天然聚合物生物材料，成本低廉、制备方法简单，且作为医用生物材料具有诸多优势，包括生物相容性、可生物降解性和显著的力学性能等，因此成为了一种重要的生物材料。此外丝素蛋白能够形成多种可定制的形态，它们可以形成薄膜、胶囊、颗粒、泡沫、水凝胶、微米纤维和纳米纤维，这些形态可应用于多种不同的领域之中，例如组织工程、药物传递、癌症治疗、皮肤伤口愈合和伤口敷料应用。其中丝素蛋白作为伤口敷料具有诸多优势，包括良好的柔韧性、无细胞毒性以及支持细胞迁移、增殖和分化，有利于伤口的愈合。但是纯丝素蛋白载药敷料的吸湿和载药能力有限，因此提升伤口敷料各方面的性能是一项待解决的课题。
姜黄素(E100)是从姜黄根基中提取的一种天然多酚，广泛应用于生物医学领域。姜黄是一种多年生草本植物，属于姜科，在亚洲南亚和东南部广泛种植。姜黄中最活跃的成分是姜黄素，它占香料的2-5％。它不仅可以作为一种抗炎药物，而且还可以抗氧化、抗关节炎、抗艾滋病毒、抗菌和抑制血栓。此外，姜黄素正在被用于治疗囊性纤维化和阿尔茨海默症。因此姜黄素同样可应用于伤口敷料中，用作提升伤口敷料性能的药物。
发明内容
本发明旨在通过添加海藻酸钠和聚乙烯醇于丝素蛋白溶液中共混，而后运用冷冻干燥法制备出姜黄素负载海藻酸钠/聚乙烯醇/丝素蛋白复合支架，这种制备方法可以有效的控制支架中孔洞的形成，得到更致密的孔隙结构，赋予支架较好的吸湿能力和载药能力，可以有效的吸收伤口渗出液，降低伤口二次感染的可能。
本发明为实现目的，采用如下技术方案：
一种姜黄素负载海藻酸钠/聚乙烯醇/丝素蛋白复合支架的制备方法，是在海藻酸钠、聚乙烯醇、丝素蛋白的混合溶液中添加姜黄素并冷冻干燥，从而获得，具体包括如下步骤：
步骤1：将1.5g已脱胶的蚕丝加入到20mL由氯化钙、乙醇和水按摩尔比1:2:8构成的三元溶剂体系中，70℃溶解4h，然后倒入截留量为14000透析袋中用去离子水透析3d，透析结束后以12000rpm的转速离心13min去除不溶物杂质，再在聚乙二醇中浓缩获得2wt％的丝素蛋白(SF)溶液；
步骤2：将0.2g海藻酸钠(SA)加入到10g去离子水中，室温搅拌溶解2h，制得2wt％的海藻酸钠溶液；
步骤3：将0.2g聚乙烯醇(PVA)在10g去离子水中搅拌分散均匀，然后升温至90℃搅拌至溶解，制得2wt％的聚乙烯醇溶液；
步骤4：将2wt％的海藻酸钠溶液、2wt％的聚乙烯醇溶液与2wt％的丝素蛋白溶液以1：0.5～2：1.5～3的质量比混合并搅拌1h，获得混合溶液；
步骤5：取1mg药物姜黄素倒入1g步骤4获得的混合溶液中，搅拌均匀，然后冷冻干燥(置于-20℃冰箱中冷冻20h，再室温融化4h，连续冻融3次后，置于-20℃冰箱中冷冻过夜，再在真空冷冻干燥机中冷冻干燥12h)，即获得姜黄素负载海藻酸钠/聚乙烯醇/丝素蛋白(SA/PVA/SF)复合支架。
本发明的有益效果体现在：
1、本发明通过向丝素蛋白溶液中添加海藻酸钠溶液和聚乙烯醇溶液共混，而后利用冷冻干燥法制备姜黄素负载海藻酸钠/聚乙烯醇/丝素蛋白(SA/PVA/SF)的复合支架，该方法可以有效控制孔洞的形成，提高复合支架的吸水率和溶胀率，可以及时吸收伤口渗出液，加快伤口的愈合，降低二次感染的可能。
2、本发明的复合支架又具有较高的载药能力，可以负载大量姜黄素，有利于延长伤口敷料的使用时间。
3、本发明所用原材料均无毒无害，且制备工艺简单、成本低。
附图说明
图1为本发明各实施例和对比例所制备的空白支架断面的SEM图，其中图a对应实施例1所制备的SA(17％)/PVA(33％)/SF(50％)复合支架，图b对应实施例2所制备的SA(25％)/PVA(25％)/SF(50％)复合支架，图c对应实施例3所制备的SA(33％)/PVA(17％)/SF(50％)复合支架，图d对应对比例1所制备的SA(50％)/SF(50％)复合支架，图e对应对比例2所制备的PVA(50％)/SF(50％)复合支架，图f为对应对比例3所制备的纯SF支架。
图2为本发明各实施例和对比例所制备的空白支架的XRD图，其中a对应对比例3所制备的纯SF支架，b对应实施例1所制备的SA(17％)/PVA(33％)/SF复合支架，c对应实施例2所制备的SA(25％)/PVA(25％)/SF复合支架，d对应实施例3所制备的SA(33％)/PVA(17％)/SF复合支架。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，下述实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例按如下步骤制备姜黄素负载海藻酸钠/聚乙烯醇/丝素蛋白复合支架：
步骤1：将1.5g已脱胶的蚕丝加入到20mL由氯化钙、乙醇和水按摩尔比1:2:8构成的三元溶剂体系中，70℃溶解4h，然后倒入截留量为14000透析袋中用去离子水透析3d，透析结束后以12000rpm的转速离心13min去除不溶物杂质，再在聚乙二醇中浓缩获得2wt％的丝素蛋白(SF)溶液。
步骤2：将0.2g海藻酸钠(SA)加入到10g去离子水中，室温搅拌溶解2h，制得2wt％的海藻酸钠溶液。
步骤3：将0.2g聚乙烯醇(PVA)在10g去离子水中搅拌分散均匀，然后升温至90℃搅拌至溶解，制得2wt％的聚乙烯醇溶液。
步骤4：将2wt％的海藻酸钠溶液、2wt％的聚乙烯醇溶液与2wt％的丝素蛋白溶液以1：2：3的质量比混合并搅拌1h，获得混合溶液。
步骤5：取1mg药物姜黄素倒入1g步骤4获得的混合溶液中，搅拌均匀，然后冻干(置于-20℃冰箱中冷冻20h，再室温融化4h，连续冻融3次后，置于-20℃冰箱中冷冻过夜，再在真空冷冻干燥机中冷冻干燥12h)，即获得姜黄素负载海藻酸钠/聚乙烯醇/丝素蛋白(SA(17％)/PVA(33％)/SF(50％))复合支架。
为表征所得支架的性能，本实施例还制备了不载药(即步骤5中姜黄素用量为0)的空白支架。
实施例2
本实施例按如下步骤制备姜黄素负载海藻酸钠/聚乙烯醇/丝素蛋白复合支架：
步骤1：将1.5g已脱胶的蚕丝加入到20mL由氯化钙、乙醇和水按摩尔比1:2:8构成的三元溶剂体系中，70℃溶解4h，然后倒入截留量为14000透析袋中用去离子水透析3d，透析结束后以12000rpm的转速离心13min去除不溶物杂质，再在聚乙二醇中浓缩获得2wt％的丝素蛋白(SF)溶液。
步骤2：将0.2g海藻酸钠(SA)加入到10g去离子水中，室温搅拌溶解2h，制得2wt％的海藻酸钠溶液。
步骤3：将0.2g聚乙烯醇(PVA)在10g去离子水中搅拌分散均匀，然后升温至90℃搅拌至溶解，制得2wt％的聚乙烯醇溶液。
步骤4：将2wt％的海藻酸钠溶液、2wt％的聚乙烯醇溶液与2wt％的丝素蛋白溶液以1：1：2的质量比混合并搅拌1h，获得混合溶液。
步骤5：取1mg药物姜黄素倒入1g步骤4获得的混合溶液中，搅拌均匀，然后冻干(置于-20℃冰箱中冷冻20h，再室温融化4h，连续冻融3次后，置于-20℃冰箱中冷冻过夜，再在真空冷冻干燥机中冷冻干燥12h)，即获得姜黄素负载海藻酸钠/聚乙烯醇/丝素蛋白(SA(25％)/PVA(25％)/SF(50％))复合支架。
为表征所得支架的性能，本实施例还制备了不载药(即步骤5中姜黄素用量为0)的空白支架。
实施例3
本实施例按如下步骤制备姜黄素负载海藻酸钠/聚乙烯醇/丝素蛋白复合支架：
步骤1：将1.5g已脱胶的蚕丝加入到20mL由氯化钙、乙醇和水按摩尔比1:2:8构成的三元溶剂体系中，70℃溶解4h，然后倒入截留量为14000透析袋中用去离子水透析3d，透析结束后以12000rpm的转速离心13min去除不溶物杂质，再在聚乙二醇中浓缩获得2wt％的丝素蛋白(SF)溶液。
步骤2：将0.2g海藻酸钠(SA)加入到10g去离子水中，室温搅拌溶解2h，制得2wt％的海藻酸钠溶液。
步骤3：将0.2g聚乙烯醇(PVA)在10g去离子水中搅拌分散均匀，然后升温至90℃搅拌至溶解，制得2wt％的聚乙烯醇溶液。
步骤4：将2wt％的海藻酸钠溶液、2wt％的聚乙烯醇溶液与2wt％的丝素蛋白溶液以2：1：3的质量比混合并搅拌1h，获得混合溶液。
步骤5：取1mg药物姜黄素倒入1g步骤4获得的混合溶液中，搅拌均匀，然后冻干(置于-20℃冰箱中冷冻20h，再室温融化4h，连续冻融3次后，置于-20℃冰箱中冷冻过夜，再在真空冷冻干燥机中冷冻干燥12h)，即获得姜黄素负载海藻酸钠/聚乙烯醇/丝素蛋白(SA(33％)/PVA(17％)/SF(50％))复合支架。
为表征所得支架的性能，本实施例还制备了不载药(即步骤5中姜黄素用量为0)的空白支架。
对比例1
本对比例按如下步骤制备姜黄素负载海藻酸钠/丝素蛋白复合支架：
步骤1：将1.5g已脱胶的蚕丝加入到20mL由氯化钙、乙醇和水按摩尔比1:2:8构成的三元溶剂体系中，70℃溶解4h，然后倒入截留量为14000透析袋中用去离子水透析3d，透析结束后以12000rpm的转速离心13min去除不溶物杂质，再在聚乙二醇中浓缩获得2wt％的丝素蛋白(SF)溶液。
步骤2：将0.2g海藻酸钠(SA)加入到10g去离子水中，室温搅拌溶解2h，制得2wt％的海藻酸钠溶液。
步骤3：将2wt％的海藻酸钠溶液与2wt％的丝素蛋白溶液以1：1的质量比混合并搅拌1h，获得混合溶液。
步骤4：取1mg药物姜黄素倒入1g步骤3获得的混合溶液中，搅拌均匀，然后冻干(置于-20℃冰箱中冷冻20h，再室温融化4h，连续冻融3次后，置于-20℃冰箱中冷冻过夜，再在真空冷冻干燥机中冷冻干燥12h)，即获得姜黄素负载海藻酸钠/丝素蛋白(SA(50％)/SF(50％))复合支架。
为表征所得支架的性能，本实施例还制备了不载药(即步骤4中姜黄素用量为0)的空白支架。
对比例2
本对比例按如下步骤制备姜黄素负载聚乙烯醇/丝素蛋白复合支架：
步骤1：将1.5g已脱胶的蚕丝加入到20mL由氯化钙、乙醇和水按摩尔比1:2:8构成的三元溶剂体系中，70℃溶解4h，然后倒入截留量为14000透析袋中用去离子水透析3d，透析结束后以12000rpm的转速离心13min去除不溶物杂质，再在聚乙二醇中浓缩获得2wt％的丝素蛋白(SF)溶液。
步骤2：将0.2g聚乙烯醇(PVA)在10g去离子水中搅拌分散均匀，然后升温至90℃搅拌至溶解，制得2wt％的聚乙烯醇溶液。
步骤3：将2wt％的聚乙烯醇溶液与2wt％的丝素蛋白溶液以1：1的质量比混合并搅拌1h，获得混合溶液。
步骤4：取1mg药物姜黄素倒入1g步骤3获得的混合溶液中，搅拌均匀，然后冻干(置于-20℃冰箱中冷冻20h，再室温融化4h，连续冻融3次后，置于-20℃冰箱中冷冻过夜，再在真空冷冻干燥机中冷冻干燥12h)，即获得姜黄素负载聚乙烯醇/丝素蛋白(PVA(50％)/SF(50％))复合支架。
为表征所得支架的性能，本实施例还制备了不载药(即步骤4中姜黄素用量为0)的空白支架。
对比例3
本对比例按如下步骤制备姜黄素负载丝素蛋白支架：
步骤1：将1.5g已脱胶的蚕丝加入到20mL由氯化钙、乙醇和水按摩尔比1:2:8构成的三元溶剂体系中，70℃溶解4h，然后倒入截留量为14000透析袋中用去离子水透析3d，透析结束后以12000rpm的转速离心13min去除不溶物杂质，再在聚乙二醇中浓缩获得2wt％的丝素蛋白(SF)溶液。
步骤2：取1mg药物姜黄素倒入1g纯SF溶液中，搅拌均匀，然后冻干(置于-20℃冰箱中冷冻20h，再室温融化4h，连续冻融3次后，置于-20℃冰箱中冷冻过夜，再在真空冷冻干燥机中冷冻干燥12h)，即获得姜黄素负载丝素蛋白(SF)支架。
为表征所得支架的性能，本实施例还制备了不载药(即步骤2中姜黄素用量为0)的空白支架。
图1为各实施例和对比例所制备的空白支架断面的SEM图。从图f可以看出，纯SF支架为纤维网状结构；从图a、b、c可以看出，SA/PVA/SF复合支架主要表现为三维多孔结构且随着PVA含量的降低，复合支架的孔隙尺寸增加。图d为SA/SF复合支架的断面图，可以看出其形貌为片状的三维网络结构，孔隙结构不如实施例1～3致密；图e为PVA/SF复合支架的断面图，可以看出与实施例1～3的形貌相差不大，孔隙尺寸较大但孔隙大小分布不均。由上可知，聚乙烯醇主要影响了复合支架的形貌，且随着PVA含量的降低，复合支架的孔隙尺寸增加、孔隙结构越致密。
图2为本发明各实施例和对比例所制备的空白支架的XRD图。从a可以看出，纯SF支架在20.4°和24.6°处出现了特殊的结晶衍射峰；从b、c、d可以看出，SA/PVA/SF复合支架在20.4°和22.2°处出现了特殊的结晶衍射峰。在24.6°处出现的结晶衍射峰代表的是丝素蛋白silkⅠ(α-螺旋)结构，在20.4°处出现的结晶衍射峰代表着丝素蛋白silkⅡ(β-折叠)结构。这表明SA和PVA的加入，促进了SA/PVA/SF复合支架的丝素蛋白α-螺旋结构向β-折叠结构转变。
表1为各实施例和对比例所制备的空白支架分别在PBS缓冲溶液中15min、1h和20h时的溶胀率，其中：
Figure BDA0003607383020000061
表1
Figure BDA0003607383020000071
从表1可以看出：三种SA/PVA/SF复合支架在PBS缓冲溶液中是迅速溶胀的状态，且之后的时间里溶胀率基本稳定，说明复合支架在PBS缓冲溶液中有良好的的稳定性。15min时，可以看出随着PVA含量的提高，复合支架的溶胀率降低，这是因为PVA含量越高孔隙尺寸越小，可含水体积减小，因此溶胀率越低。SA(50％)/SF(50％)复合支架20h时溶胀率迅速下降，说明SA(50％)/SF(50％)复合支架在PBS缓冲溶液中不稳定，是因为复合支架的力学性能不好，不能长时间浸泡在PBS缓冲溶液中。PVA(50％)/SF(50％)复合支架则呈现溶胀率稳定的状态，一进入水中就饱和了，但是溶胀率低于纯SF支架。综上所述，六种样品中SA(33％)/PVA(17％)/SF(50％)复合支架的溶胀率最高，能够在短时间内迅速吸收大量的伤口积液，有利于保持创面敷料的形状，有效转移药物成分，对于促进高渗出性伤口的愈合具有一定的应用潜能。
表2为各实施例和对比例所制备的空白支架分别在15min、1h和20h时的吸水率，其中：
Figure BDA0003607383020000072
从表2可以看到：三种SA/PVA/SF复合支架在水中迅速吸水且立刻达到饱和，且之后的时间基本稳定。复合支架的吸水率随PVA含量降低而提高。这是由于PVA含量越低，复合支架的孔隙尺寸越大，增加了水分吸收；另一方面海藻酸钠含有大量的羧基和羟基，有利于吸水率的提高。SA(50％)/SF(50％)复合支架出现了吸水率下降的现象，说明该复合支架在去离子水中不稳定，是因为复合支架的力学性能不好，过量的吸入水分使其发生了消散。PVA(50％)/SF(50％)复合支架则呈现吸水率稳定的状态，一进入水中就饱和了但是吸水率略低于纯SF支架。综上所述，六种样品中SA(33％)/PVA(17％)/SF复合支架的吸水率最高，能够吸收大量的伤口积液，具备作为伤口敷料的应用优势。
表2
Figure BDA0003607383020000081
表3为各实施例和对比例所制备的负载姜黄素的支架的包封率和载药量。其中：
Figure BDA0003607383020000082
Figure BDA0003607383020000083
表3
Figure BDA0003607383020000084
从表3可以看出：姜黄素负载的SA(17％)/PVA(33％)/SF(50％)、SA(25％)/PVA(25％)/SF(50％)、SA(33％)/PVA(17％)/SF(50％)、SA(50％)/SF(50％)、PVA(50％)/SF(50％)、SF的包封率分别是97.43％、95.70％、93.87％、92.10％、92.69％、90.75％，并且对应的载药量分别为4.24％、3.86％、3.51％、3.39％、3.41％、2.91％。可以看出SA/PVA/SF复合支架的载药量和包封率随着聚乙烯醇含量的增多而提高。这是因为聚乙烯醇含量的增加促进了其结构从α-螺旋转变为β-折叠结构，更有利于药物姜黄素负载在复合支架上。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种姜黄素负载海藻酸钠/聚乙烯醇/丝素蛋白复合支架的制备方法，其特征在于：是在海藻酸钠、聚乙烯醇、丝素蛋白的混合溶液中添加姜黄素并冷冻干燥，从而获得。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将1.5g已脱胶的蚕丝加入到20mL由氯化钙、乙醇和水构成的三元溶剂体系中，70℃溶解，然后倒入透析袋中用去离子水透析3d，透析结束后离心去除不溶物杂质，再在聚乙二醇中浓缩获得2wt％的丝素蛋白溶液；
步骤2：将0.2g海藻酸钠加入到10g去离子水中，室温搅拌溶解，制得2wt％的海藻酸钠溶液；
步骤3：将0.2g聚乙烯醇在10g去离子水中搅拌分散均匀，然后升温至90℃搅拌至溶解，制得2wt％的聚乙烯醇溶液；
步骤4：将2wt％的海藻酸钠溶液、2wt％的聚乙烯醇溶液与2wt％的丝素蛋白溶液以1：0.5～2:1.5～3的质量比混合并搅拌1h，获得混合溶液；
步骤5：取1mg药物姜黄素加入1g步骤4获得的混合溶液中，搅拌均匀，然后冷冻干燥，即获得姜黄素负载海藻酸钠/聚乙烯醇/丝素蛋白复合支架。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤1所述的三元溶剂体系中氯化钙、乙醇和水的摩尔比为1:2:8。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤1所述的透析袋的截留量为14000。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤1所述的离心是以12000rpm的转速离心13min。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤5中所述冷冻干燥是置于-20℃冰箱中冷冻20h，再室温融化4h，连续冻融3次后，置于-20℃冰箱中冷冻过夜，再在真空冷冻干燥机中冷冻干燥12h。
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