CN115814140A - 一种兼具排液和防粘连功能的抗菌伤口敷料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种伤口敷料，其具有基体层，基体层表面附着有超疏水颗粒，基体层上进一步具有由多个亲水点组成的阵列，亲水点经抗菌材料处理。本公开还提供伤口敷料的制备方法。本公开的伤口敷料具有长期稳定的疏血性能，可以有效防止伤口粘连，血痂易于从伤口处剥离，还可导出伤口处过多的血液、组织液等，利于伤口恢复；本公开的伤口敷料还进一步具有持久的抗菌性能。
Description
技术领域
本公开属于新材料领域，具体地涉及一种伤口敷料及其制备方法，特别是一种使组织液易于排出、可防止血痂粘连、可持久抗菌的伤口敷料及其制备方法。
背景技术
伤口敷料是常见的医用材料。但一些特殊类型的伤口处理难度较大，例如化脓的伤口处常伴随有大量的血液、组织液等，局部极易滋生细菌。常规的医用敷料对化脓伤口缺乏特殊针对性的功能与措施，不利于伤口恢复愈合。
针对各种伤口状况，现阶段研制出了各种功能性敷料，但大多功能单一，如止血、抗菌、促愈合等，无法满足多方面的要求。临床上常用的医用敷料往往只能够起到短期抑菌、抑制血液过量渗出的作用，使用时间稍长就必须更换，但更换敷料时剥离粘连的血痂容易对患者造成二次伤害。
近年来有一些报道提出从表界面角度进行伤口敷料的设计，例如，使用超亲水石墨烯海绵快速吸收血液中的水分，形成一层致密的血细胞与血小板，从而促进凝血，或使用儿茶酚衍生物修饰敷料，使血液定向浸润敷料，血细胞堆积，从而促进凝血。也有一些研究表明超疏水的伤口敷料在防止伤口粘连所致的二次创伤上有得天独厚的优势。这主要是血液在超疏水表面以Cassie状态存在时，三相界面中的空气层使得固液界面的接触减小，从而降低了敷料的脱离力。这一现象可以降低伤口二次创伤的可能。但是，对于化脓伤口，临床上认为，快速将组织液排出，并保持伤口处无菌，有利于促进化脓伤口的快速愈合。然而这些敷料均无法同时满足排出过量组织液/血液、抑菌、防止血痂粘连等多方面的要求。
发明内容
发明要解决的问题
有鉴于现有的伤口敷料在排出过量组织液、防止血痂粘连、抑菌等功能上存在不足，本公开提供一种伤口敷料及其制备方法，以解决现有技术一方面或多方面的问题。
用于解决问题的方案
为实现上述目的，本公开提供一种伤口敷料，其具有基体层，所述基体层表面附着有超疏水颗粒，所述基体层上进一步具有由多个亲水点组成的阵列。
进一步地，本公开提供一种伤口敷料，其中所述亲水点经抗菌材料处理。
进一步地，本公开提供一种伤口敷料，其中，所述超疏水颗粒为选自甲基SiO2颗粒、辛基SiO2颗粒、聚二甲基硅氧烷改性SiO2颗粒、十八烷基SiO2颗粒、全氟十八烷基SiO2颗粒的一种或多种。
进一步地，本公开提供一种伤口敷料，其中，所述亲水点的孔径为400-2000μm，相邻亲水点的间距为500-20000μm。
进一步地，本公开提供一种伤口敷料，其中，所述多个亲水点的总面积占所述伤口敷料面积的比例为0.5％-20％。
本公开还提供一种用于制备伤口敷料的方法，包括以下步骤：
将超疏水颗粒、聚合物、溶剂按比例混合制成混悬液；
将基体层在所述混悬液中浸泡，取出，干燥固化，得到经超疏水处理的伤口敷料；
用带孔的模板覆盖经超疏水处理的伤口敷料，进行等离子活化处理，制得带有亲水点的超疏水伤口敷料。
进一步地，本公开提供的用于制备伤口敷料的方法还包括以下步骤：
将制得的带有亲水点的超疏水伤口敷料浸泡在抗菌材料溶液中，取出，烘干，得到经抗菌处理的伤口敷料。
进一步地，在本公开提供的用于制备伤口敷料的方法中：
所述超疏水颗粒为选自甲基SiO2颗粒、辛基SiO2颗粒、聚二甲基硅氧烷改性SiO2颗粒、十八烷基SiO2颗粒、全氟十八烷基SiO2颗粒的一种或多种；
所述聚合物为选自聚氨酯、聚烯烃、含有固化剂的聚二甲基硅氧烷、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚己内酯、聚乙烯醇、聚乳酸、环氧树脂的一种或多种；
所述溶剂为选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、乙醇、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲乙酮、甲苯、二甲苯的一种或多种。
进一步地，在本公开提供的用于制备伤口敷料的方法中，所述超疏水颗粒分散在所述溶剂中的比例为1mg/mL-100mg/mL，所述聚合物稀释在所述溶剂中的比例为1mg/mL-100mg/mL。
进一步地，在本公开提供的用于制备伤口敷料的方法中，所述带孔的模板的孔径为400-2000μm，相邻孔的间距为500-20000μm。
发明的效果
综上所述，本公开具备以下优点：
1、本公开的伤口敷料具有长期稳定的疏血性能，可以有效防止伤口粘连，血痂易于从伤口处剥离，有效防止伤口处的二次创伤；
2、本公开的伤口敷料具有局部亲水点设计，在保持敷料超疏血性能、防止血痂粘连性能的同时，又可导出伤口处过多的血液/组织液等，利于伤口恢复；
3、本公开的敷料进一步具有持久的抗菌性能，使敷料长效抗菌，在整体疏血的同时提供局部持久的亲水性，能够防止细菌在伤口处的滋生，有利于化脓伤口的愈合；
4、本公开提供的敷料制备方法简便，对多种材质的敷料基体层均可处理，应用范围广。
附图说明
参考以下附图，根据一个或多个不同实施例对本公开进行详细描述。提供的附图是为了便于理解本公开，而不应认为是对本公开的广度、范围、尺寸或适用性的限制。为了便于说明，附图不一定按比例绘制。
图1为普通无纺布和本公开的伤口敷料表面的扫描电子显微镜图像。
图2为经不同处理的敷料表面血痂脱离力的测试结果图。
图3为经不同处理的敷料亲疏水性质随时间变化的结果图。
图4为液滴浸润不同敷料过程的高速摄影图。
图5为对照组及本公开的敷料抗菌能力测试的结果图。
图6为带有不同孔径亲水点的敷料抗菌能力和血痂脱离力测试结果图。
图7为带有不同面积比例亲水点的敷料的抗菌能力和血痂脱离力测试结果图。
具体实施方式
伤口敷料
本公开提供一种伤口敷料，其具有基体层，基体层表面附着有超疏水颗粒，基体层上进一步分布有亲水点阵列。
基体层可以是各种医用敷料的材质，例如无纺布、纱布、无菌敷贴、创可贴等。
伤口敷料的基体层表面附着有超疏水颗粒。超疏水颗粒可以在基体层的纤维表面构建微纳结构，并降低表面能，是提供超疏血防粘连性能的基本成分。超疏水颗粒的实例包括但不限于甲基SiO2颗粒、辛基SiO2颗粒、PDMS(聚二甲基硅氧烷)改性SiO2颗粒、十八烷基SiO2颗粒、全氟十八烷基SiO2颗粒等。可选择单一种类的超疏水颗粒，也可选择多种超疏水颗粒的组合。超疏水纳米颗粒的尺寸可以是10-20nm，200-300nm，1-10μm，优选10-20nm。
可利用聚合物将超疏水颗粒均匀粘合在基体层上。聚合物可以是选自聚氨酯、聚烯烃、含有固化剂的PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PVDF(聚偏二氟乙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)、PCL(聚己内酯)、PVA(聚乙烯醇)、PLA(聚乳酸)、环氧树脂的一种或多种。
伤口敷料的基体层上进一步分布有亲水点阵列。亲水点是通过等离子体处理而得到的局部结构，液体可浸润亲水点，由此提供将组织液、血液等液体导流排出的性能。亲水点的形状为圆形，其孔径可以是400-2000μm，优选500-1200μm，进一步优选800–1000μm。多个亲水点组成亲水点阵列，相邻亲水点的间距可以是500-20000μm，优选2000-5000μm。亲水点总面积占伤口敷料面积的比例为0.5％-20％，优选4％-8％。
进一步地，本公开的伤口敷料可经抗菌材料处理。抗菌材料的实例包括但不限于壳聚糖季铵盐、抗菌肽、银离子、铜离子。将伤口敷料浸泡在抗菌材料的溶液中，抗菌材料主要分布于亲水点阵列的部位。亲水点阵列是导出伤口处过量血液、组织的主要部位，抗菌材料分布在亲水点阵列处，有利于防止细菌增殖，帮助伤口愈合。
伤口敷料的制备方法
本公开还提供伤口敷料的制备方法。
制备本公开的伤口敷料，需对基体层进行超疏水处理。超疏水处理混悬液的示例性配方如下：
组分A：超疏水颗粒，例如选自甲基SiO2颗粒、辛基SiO2颗粒、PDMS(聚二甲基硅氧烷)改性SiO2颗粒、十八烷基SiO2颗粒、全氟十八烷基SiO2颗粒的一种或多种。超疏水纳米颗粒的尺寸可以是10-20nm，200-300nm，1-10μm，优选10-20nm；
组分B：聚合物，用于将超疏水颗粒与基体层牢固结合。聚合物可以是选自聚氨酯、聚烯烃、含有固化剂的PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PVDF(聚偏二氟乙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)、PCL(聚己内酯)、PVA(聚乙烯醇)、PLA(聚乳酸)、环氧树脂的一种或多种。
组分C：溶剂，其为组分A、组分B的稀释、均匀分散和混合提供环境，有助于混悬液浸润和涂覆基体层。可根据组分A、B的成分极性选择合适的组分C。通常而言，组分C可以是选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、乙醇、四氢呋喃、DMF(N,N-二甲基甲酰胺)、DMSO(二甲基亚砜)、甲乙酮、甲苯、二甲苯的一种或多种。
组分A稀释分散在组分C中，稀释比例可以是1mg/mL-100mg/mL，优选5mg/mL-40mg/mL。组分B稀释在组分C中，稀释比例可以是1mg/mL-100mg/mL，优选5mg/mL-20mg/mL。
按比例取组分A、B、C混合，制成混悬液。为了使聚合物以及颗粒均匀地分散在溶剂中，可进行10-60分钟的超声处理。混悬液分散均匀后，将裁剪成合适尺寸的基体层在混悬液中浸泡5-1000秒，优选60-600秒。浸泡后，取出基体层，在40-120℃(优选60-80℃)的温度下干燥固化1-48小时(优选4-12小时)。固化过程结束后，降温至室温，得到经超疏水处理的伤口敷料。
制备出经超疏水处理的伤口敷料后，为了在敷料上进一步加工亲水点阵列，可采用等离子活化处理。一种示例性的方法是：根据设计的敷料亲水点的孔径和间距，对应地制备带孔的模板。例如，以激光打孔制备不锈钢板，孔径可以是400-2000μm，优选500-1200μm，进一步优选800-1000μm；相邻孔的间距可以是500-20000μm，优选2000-5000μm。用制成的带孔的不锈钢板覆盖经超疏水处理的伤口敷料，用夹子固定，置于等离子清洁器中活化，活化时间为30-1000秒，优选240-420秒。经等离子活化处理后，伤口敷料暴露于不锈钢板孔洞的部分转化为亲水点阵列。
在经超疏水处理的伤口敷料上加工出亲水点阵列后，可进一步用抗菌材料对敷料进行处理。配制适当浓度的抗菌材料溶液，将带有亲水点阵列的超疏水伤口敷料浸泡在溶液中，浸泡时长可根据敷料和抗菌材料溶液的实际情况而确定，例如5-60秒。充分浸泡后取出，烘干，得到具有抗菌性能的敷料。由于敷料总体具有超疏水性，而在亲水点局部为亲水性，抗菌材料主要分布于亲水点阵列的部位。
下面将结合实施例对本公开的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本公开，而不应视为对本公开的范围的限定。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，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
将购买的不同粒径的SiO2颗粒进行疏水化改性。使用甲基三氯硅烷、辛基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、聚二甲基硅氧烷等试剂，以SiO2颗粒：试剂＝10:1的比例稀释到溶剂中。溶剂为极性与试剂相似的试剂，如正己烷、乙醇、乙酸乙酯、甲苯等。搅拌2-6小时后，使用真空干燥箱60-80℃使溶剂挥发，得到超疏水纳米颗粒。
实施例2
配置20mL混悬液(20mg/mL超疏水纳米颗粒，超疏水纳米颗粒wt％：PDMS wt％＝5:1，PDMS wt％：PDMS固化剂wt％＝10:1，溶剂为乙酸乙酯)。使用超声波清洗机超声处理20分钟，使聚合物与超疏水纳米颗粒混合、分散均匀。
取裁剪好的5cm×5cm的无纺布，浸泡在配置好的混合溶液中。5分钟后，将无纺布取出，放入60℃烘箱中干燥固化8小时，结束固化后，将无纺布取出并降至室温，压至平整并进行后续测试。
如图1所示，随机选取样品的若干位置，用扫描电子显微镜观察，可见超疏血伤口敷料的表面具有明显的由超疏水纳米颗粒形成的粗糙结构，而未经超疏水处理的无纺布表面较为光滑。将20μL添加柠檬酸钠抗凝剂的新鲜猪血滴加到超疏血伤口敷料表面，37℃下静置凝结形成血痂，通过SEM截面观察血痂与敷料连接处，观察到超疏血敷料的纤维依旧未被血液浸润。
实施例3
将200μL添加了柠檬酸钠抗凝剂的新鲜猪血滴加到猪皮表面，并将样品放置在血液表面，室温静置12小时，使血液凝固在超疏血伤口敷料上形成血痂。样品包括：未经超疏水处理的普通无纺布，经超疏水处理的无纺布，经超疏水处理并加工有孔径为500、800、1000、1200微米亲水点阵列的无纺布。
使用万能力学试验机测试各样品表面的血痂脱离力，如图2所示。实验结果表明，凝结在超疏血伤口敷料表面的血痂脱离力极小，敷料实际应用时不易产生剥离二次创伤。在敷料表面制备不同尺寸亲水点的敷料，随亲水点孔径的增加，脱离力有所增加，但带有较小尺寸亲水点的敷料仍可保持较满意的防粘连易剥离性能。
实施例4
将制备的超疏血无纺布不加掩蔽整体放置在等离子清洁器中活化，然后放置在抗菌材料水溶液中浸泡。将经过等离子活化处理但未经抗菌材料浸泡的超疏血无纺布作为对照组。干燥后放置在常规环境下不同时间，进行水接触角测试，统计各敷料的亲疏水性质变化。如图3所示。实验结果表明，1天后对照组敷料已经恢复到疏水性，在2天时几乎恢复到超疏水性。而在抗菌材料水溶液中浸泡过的等离子活化敷料可以在7天后依旧保持亲水性。这表明：通过等离子体处理在超疏血敷料上制备亲水部位，如果用抗菌材料处理该亲水部位，将显著改善亲水部位的稳定性，使该部位的亲水性能长久保持。
实施例5
将5μL甲基蓝染色的水滴加到不同尺寸的抗菌材料修饰的亲水点上，以不含有亲水点的超疏水敷料作为对照组。使用高速相机对整个液滴的浸润过程进行观察。如图4所示，液滴无法浸润不含有亲水点的超疏水敷料，亲水点孔径越大，液滴浸润速率越快。
实施例6
将大肠杆菌悬液滴加在本公开制备的抗菌伤口敷料上(经超疏水处理，带有孔径为1000μm、孔间距为5000μm的亲水点阵列，经壳聚糖季铵盐处理)，对照组为未经特殊处理的普通无纺布，以及不带亲水点阵列、未经抗菌材料处理的伤口敷料，12小时后，将样品轻轻取出，将细菌培养基涂板，拍照，如图5所示，结果表明，与常规无纺布以及不修饰抗菌材料的伤口敷料相比，本公开制备的伤口敷料具有较强的抗菌能力。
实施例7
取未经特殊处理的无纺布(作为对照)，经超疏水处理的无纺布，经超疏水处理并加工有直径500、800、1000、1200微米亲水点且用抗菌溶液处理的无纺布，将等量大肠杆菌悬液分别滴加在各样品上。12小时后，将样品轻轻取出，将细菌培养基涂板，拍照，统计与无特殊处理无纺布相比时的抗菌效率(抗菌伤口敷料样品上残留的细菌/无特殊处理无纺布表面残留的细菌×100％)。另外对各样品作血痂脱离测试，测试条件同实施例3。实验结果如图6所示，可见：当超疏水敷料不具有亲水点时，抗菌效能不足，原因在于，虽然超疏水材料本身具有一定的防止细菌粘附的性能，但还不足以高效抑菌，此外抗菌液也难以有效修饰疏水表面。随着亲水点孔径增加，抗菌效能提高，但血痂脱离力也呈现上升趋势。综合考虑敷料易剥离和抑菌的性能，亲水点的孔径以800-1000微米为优选。
实施例8
取未经特殊处理的无纺布(作为对照)，经超疏水处理的无纺布，经超疏水处理并加工有亲水点且用抗菌溶液处理的无纺布(亲水点的总面积占敷料总面积的比例分别为1％，2.5％，5％，10％，15％)。按照与实施例7相同的方式测试抗菌效率和血痂脱离力。实验结果如图7所示，可见：当亲水点的总面积占敷料总面积的比例达5％时，抗菌效率即可达到99.0％。随着亲水点面积占比增加，血痂脱离力缓慢增加。因此，在满足抗菌性能的情况下，为了尽可能防止血痂粘附，优选亲水点的总面积占敷料总面积的比例在5％左右，例如4％-8％。
虽然已经参考优选实施例详细地示出和描述了本公开的特征，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的精神的情况下，可以在其中进行其他改变。本公开不限于所示出的示例架构或配置，而是可以使用各种替代架构和配置来实现。另外，尽管以上根据各种示例性实施例和实现描述了本公开，但是应当理解，在一个或多个单独实施例中描述的各种特征和功能不限于它们对于它们所属的特定实施例的适用性的描述。本公开的广度和范围不应受任何上述示例性实施例的限制。
Claims (10)
1.一种伤口敷料，其特征在于：具有基体层，所述基体层表面附着有超疏水颗粒，所述基体层上进一步具有由多个亲水点组成的阵列。
2.根据权利要求1所述的伤口敷料，其中，所述亲水点经抗菌材料处理。
3.根据权利要求1所述的伤口敷料，其中，所述超疏水颗粒为选自甲基SiO2颗粒、辛基SiO2颗粒、聚二甲基硅氧烷改性SiO2颗粒、十八烷基SiO2颗粒、全氟十八烷基SiO2颗粒的一种或多种。
4.根据权利要求1至3任一项所述的伤口敷料，其中，所述亲水点的孔径为400-2000μm，相邻亲水点的间距为500-20000μm。
5.根据权利要求1至3任一项所述的伤口敷料，其中，所述多个亲水点的总面积占所述伤口敷料面积的比例为0.5％-20％。
6.一种用于制备伤口敷料的方法，包括以下步骤：
将超疏水颗粒、聚合物、溶剂按比例混合制成混悬液；
将基体层在所述混悬液中浸泡，取出，干燥固化，得到经超疏水处理的伤口敷料；
用带孔的模板覆盖经超疏水处理的伤口敷料，进行等离子活化处理，制得带有亲水点的超疏水伤口敷料。
7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括以下步骤：
将制得的带有亲水点的超疏水伤口敷料浸泡在抗菌材料溶液中，取出，烘干，得到经抗菌处理的伤口敷料。
8.根据权利要求6所述的方法，其中：
所述超疏水颗粒为选自甲基SiO2颗粒、辛基SiO2颗粒、聚二甲基硅氧烷改性SiO2颗粒、十八烷基SiO2颗粒、全氟十八烷基SiO2颗粒的一种或多种；
所述聚合物为选自聚氨酯、聚烯烃、含有固化剂的聚二甲基硅氧烷、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚己内酯、聚乙烯醇、聚乳酸、环氧树脂的一种或多种；
所述溶剂为选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、乙醇、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲乙酮、甲苯、二甲苯的一种或多种。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述超疏水颗粒分散在所述溶剂中的比例为1mg/mL-100mg/mL，所述聚合物稀释在所述溶剂中的比例为1mg/mL-100mg/mL。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述带孔的模板的孔径为400-2000μm，相邻孔的间距为500-20000μm。
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