CN115845114A

CN115845114A - 一种纳米纤维医用伤口敷料及其制备方法

Info

Publication number: CN115845114A
Application number: CN202211716250.6A
Authority: CN
Inventors: 沈卫阳; 王咏星; 殷婷婕; 杨勇; 李娅丽; 刘晶
Original assignee: Nanjing Edberg Pharmaceutical Technology Co ltd; China Pharmaceutical University
Current assignee: Nanjing Edberg Pharmaceutical Technology Co ltd; China Pharmaceutical University
Priority date: 2022-12-30
Filing date: 2022-12-30
Publication date: 2023-03-28

Abstract

本发明公开了一种纳米纤维医用伤口敷料及其制备方法，属于医用伤口敷料技术领域；纳米纤维医用伤口敷料包括背衬层、粘贴层、纳米纤维膜层和防粘层，背衬层、粘贴层、纳米纤维膜层和防粘层从上到下依序设置；纳米纤维膜是以高分子聚合物、pH响应性材料和抗生素为原料，通过静电纺丝技术制备而成；pH响应性材料为N‑异硫氰酸二乙基氨基丙胺化羟乙基壳聚糖。本发明通过pH响应性材料N‑异硫氰酸二乙基氨基丙胺化羟乙基壳聚糖和抗生素制备的纳米纤维医用伤口敷料，增强吸水性能，随着纳米纤维的溶胀和降解，促进纳米纤维中抗生素的释放，增强纳米纤维医用伤口敷料的抗菌作用，避免细菌的入侵和定植，防止伤口被感染，加速伤口愈合。

Description

一种纳米纤维医用伤口敷料及其制备方法

技术领域

本发明属于医用伤口敷料技术领域，具体涉及一种纳米纤维医用伤口敷料及其制备方法。

背景技术

皮肤是人体最大的器官，在保护身体、排泄、调节体温和提供感觉等方面起着十分重要的作用。由于皮肤与外部环境直接接触，很容易受到外部伤害造成皮肤损伤，破坏皮肤结构，从而影响其正常功能。皮肤伤口是日常生活中最常见的皮肤损伤之一，伤口愈合是一个复杂的过程，主要由四个阶段组成，包括止血期、炎症期、增生期和成熟期。在伤口愈合过程中，由于伤口处理不当或其他原因伤口很容易受到各种细菌的感染，如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和绿脓杆菌等。细菌感染将严重影响伤口愈合进程，感染的伤口会导致大量的白细胞聚集，引起长时间的炎症反应，白细胞的过度聚集还会增加蛋白质和基质的降解，导致细胞衰老。因此如果不采取有效的措施避免伤口发生感染，伤口可能转化为慢性伤口，甚至出现溃疡、坏疽等更严重的情况。

目前，医用伤口敷料已广泛应用于伤口愈合领域，是一类重要的医用材料。医用伤口敷料覆盖于伤口上不仅可以作为屏障有效防止细菌在伤口定植，抵御细菌入侵，而且可以发挥抗菌作用，避免伤口感染。除此之外，理想的医用伤口敷料还应具有良好的吸收伤口渗出液的功能，并具有合适的透气透湿性，以保证渗出液不会在伤口堆积，这可以为伤口的愈合提供有利的环境。最重要的是安全性，医用伤口敷料应具有良好的生物相容性，因此生物可降解的材料常被用来制作医用伤口敷料。

静电纺丝技术是一种高效且简单的制造纳米纤维膜的工艺，制备的纳米纤维膜具有高比表面积和高孔隙率和可调节的透气透湿性，非常适合作为医用伤口敷料。此外，纳米纤维膜具有纳米尺寸的结构，与细胞外基质相似，有利于细胞的粘附、迁移和增殖。合适的材料对于静电纺丝制备医用伤口敷料十分重要，生物相容性的高分子聚合物作为骨架材料是常见的选择，例如聚己内酯、聚乳酸等，这些高分子聚合物都是人体可降解材料，制备成的纳米纤维膜具有良好的机械强度，可以很好的应用于医用伤口敷料。另外，纳米纤维膜是合适的药物载体，其理化性质可以通过静电纺丝工艺参数和原材料的改变进行调控。当纳米纤维膜应用于伤口上，随着纳米纤维的溶胀和降解，药物可以以可控的方式释放并发挥药效。近几年，基于对伤口微环境的深入研究，pH响应性材料逐渐地被添加入医用伤口敷料。研究显示，在伤口愈合过程的早期阶段，由于乳酸的产生和局部二氧化碳压力的增加，伤口会呈现出弱酸性。利用这个特点，pH响应性材料的添加可以赋予医用伤口敷料更多的功能。目前，医用伤口敷料中常见的pH响应性材料就是壳聚糖及其衍生物，这是因为壳聚糖及其衍生物本身具有抗菌和止血作用，而且生物相容性好。壳聚糖及其衍生物一般含有对pH敏感的基团、如氨基，在低pH值环境中可以质子化，转变为带正电荷的阳离子，从而能与带负电荷的细菌细胞膜发生静电相互作用，改变细菌细胞膜的渗透性，致使蛋白质和细菌的其他细胞成分泄漏，从而产生抗菌作用。但传统医用伤口敷料功能单一，透气透湿性较差，且抗菌作用不强，导致伤口愈合效果不加，有些高含量壳聚糖伤口敷料和金属离子相关的伤口敷料甚至还存在较强的安全问题。因此，医用伤口敷料仍然拥有巨大的市场，迫切需要开发出各项性能都优异的智能化医用伤口敷料。

发明内容

本发明针对上述的不足之处提供一种纳米纤维医用伤口敷料及其制备方法。

本发明目的是这样实现的：一种纳米纤维医用伤口敷料，其特征在于：所述纳米纤维医用伤口敷料包括背衬层、粘贴层、纳米纤维膜层和防粘层，将背衬层、粘贴层、纳米纤维膜层和防粘层从上到下的顺序依次设置；

所述纳米纤维膜层是以高分子聚合物、pH响应性材料和抗生素为原料，通过静电纺丝技术制备纳米纤维膜；

所述pH响应性材料为N-异硫氰酸二乙基氨基丙胺化羟乙基壳聚糖。

优选的，所述高分子聚合物为聚己内酯、聚乳酸、聚偏氟乙烯中的一种。

优选的，所述N-异硫氰酸二乙基氨基丙胺化羟乙基壳聚糖的结构如下所示：

。

优选的，所述抗生素为喹诺酮类、β-内酰胺类、氨基糖苷类抗细菌抗生素中的一种或多种。

优选的，所述高分子聚合物、pH响应性材料和抗生素的质量比为10~30：1~3：1~5。

一种纳米纤维医用伤口敷料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤1）：静电纺丝溶液的制备

将所述高分子聚合物、pH响应性材料和抗生素加入到六氟异丙醇中，搅拌均匀，制备成静电纺丝溶液；

步骤2）：将步骤1）中的静电纺丝溶液注入静电纺丝针头，在电压12 – 25kV、接收距离10 – 20cm，进液流速0.3 – 1.5mL/h的条件下进行静电纺丝，制成纳米纤维膜；

步骤3）：将步骤2）中的纳米纤维膜作为纳米纤维膜层，将背衬层、粘贴层、纳米纤维膜层和防粘层从上到下的顺序依次设置，制备成纳米纤维医用伤口敷料。

优选的，所述步骤1）中静电纺丝溶液的质量体积百分比为8%-25%，质量体积百分比的单位为g/mL。

优选的，所述步骤1）中静电纺丝针头的内径为0.20-2.00mm。

优选的，所述步骤3）中背衬层为棉布、无纺布和弹力布中的一种，粘贴层为低致敏性的医用压敏胶层；所述防粘层为医用离型纸、有机硅纸、聚乙烯膜、聚酯-聚乙烯复合膜和铝-聚酯膜中的一种。

本发明的有益效果为：1、通过选用pH响应性材料N-异硫氰酸二乙基氨基丙胺化羟乙基壳聚糖和抗生素制备纳米纤维医用伤口敷料， N-异硫氰酸二乙基氨基丙胺化羟乙基壳聚糖在早期伤口微酸环境下的快速质子化使其显示出良好的抗菌作用，快速的质子化同时也改变了纳米纤维的构象，增强吸水性能，随着纳米纤维的溶胀和降解，促进纳米纤维中抗生素的释放，进一步增强纳米纤维医用伤口敷料的抗菌作用，有效避免细菌的入侵和定植，防止伤口被感染，从而加速伤口愈合。

2、通过采用静电纺丝技术制备纳米纤维医用伤口敷料，工艺简单，可操作性强，生产成本低；制得的纳米纤维医用伤口敷料具有高比表面积，高孔隙率，合适的透气透湿性，良好的机械性能和生物相容性。

附图说明

图1为本发明一种纳米纤维医用伤口敷料的断面结构示意图。

图2为本发明纳米纤维膜的扫描电镜纤维形貌图。

图3为本抗生素pH响应性释放曲线图。

图4为纳米纤维膜抗菌性能综合考察结果图。

图5为本发明制备的纳米纤维膜上吸附金黄色葡萄球菌的扫描电镜形貌图。

图6为纳米纤维医用伤口敷料生物相容性测试结果图。

图7为纳米纤维医用伤口敷料与壳聚糖抗菌敷贴的伤口愈合率对比图。

其中，1、背衬层；2、粘贴层；3、纳米纤维膜层；4、防粘层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步概述。为更好的说明本发明的技术方案和有益效果，下面将结合本发明实施例及附图进行进一步说明，所作是对本发明的解释而不是限定。

如图1所示，一种纳米纤维医用伤口敷料，纳米纤维医用伤口敷料包括背衬层1、粘贴层2、纳米纤维膜层3和防粘层4，将背衬层1、粘贴层2、纳米纤维膜层3和防粘层4从上到下的顺序依次设置；纳米纤维膜层是以高分子聚合物、pH响应性材料和抗生素为原料，通过静电纺丝技术制备纳米纤维膜。

进一步，高分子聚合物为聚己内酯、聚乳酸、聚偏氟乙烯中的一种。

进一步，pH响应性材料为N-异硫氰酸二乙基氨基丙胺化羟乙基壳聚糖，N-异硫氰酸二乙基氨基丙胺化羟乙基壳聚糖的结构如下所示：

。

进一步，所述抗生素为喹诺酮类、β-内酰胺类、氨基糖苷类抗细菌抗生素中的一种或多种。

进一步，高分子聚合物、pH响应性材料和抗生素的质量比为（10~30）：（1~3）：（1~5）。

一种纳米纤维医用伤口敷料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）：静电纺丝溶液的制备：将10份聚己内酯（PCL）、1.5份N-异硫氰酸二乙基氨基丙胺化羟乙基壳聚糖（GC-DEAP）和1份环丙沙星（Cip）加入到六氟异丙醇中，搅拌均匀，制备成质量体积百分比为12.5%的静电纺丝溶液；

步骤2）：将步骤1）中的静电纺丝溶液注入内径为0.50mm的静电纺丝针头，在电压17.5kV、接收距离15cm，进液流速1.0mL/h的条件下进行静电纺丝，制成纳米纤维膜；纳米纤维采用PCL/GC-DEAP/Cip 表示；

步骤3）：将步骤2）中的纳米纤维膜作为纳米纤维膜层，将背衬层1、粘贴层2、纳米纤维膜层3和防粘层4从上到下的顺序依次设置，制备成纳米纤维医用伤口敷料。

如图2所示：经力学性能测试结果显示，制得的PCL/GC-DEAP/Cip膜的拉伸强度为14.68±1.66Mpa，断裂伸长率为78.78±10.85%，适合作为医用伤口敷料使用。PCL/GC-DEAP/Cip膜的扫描电镜可以发现纤维丝分布致密，表面光滑，形态较好。

通过配置pH为6.5和7.4的磷酸盐缓冲溶液来模拟急性伤口渗出液和正常体液环境，将PCL/GC-DEAP/Cip膜灭菌后裁剪成质量为10mg的大小，分别浸泡于pH为6.5和7.4磷酸盐缓冲溶液中，在37℃培养箱中以110r/min的条件下释放，在规定的时间点采集接收液，并及时补充等量同温新鲜磷酸盐缓冲溶液，接收液以0.45μm的微孔滤膜过滤，以紫外可见光吸光度法测定280nm处的吸光度，计算Cip在各时间点的释放率并绘制体外药物释放曲线。如图3所示，结果显示该敷料具有明显的pH响应性，能稳定快速的释放Cip，表明纳米纤维医用伤口敷料在避免伤口感染，促进伤口愈合方面具有较大潜力。

（1）将本发明方法制备的纳米纤维医用伤口敷料进行生物医学性能测试：

本发明的一种纳米纤维医用伤口敷料具有较强的抗菌作用。采用抑菌圈法对本发明所制备的PCL/GC-DEAP/Cip膜进行了抗菌能力测试；按本发明的制备方法以PCL和GC-DEAP为原料制备了PCL/GC-DEAP膜，以PCL、羟乙基壳聚糖（GC）和Cip为原料制备了PCL/GC/Cip膜。本次实验设置3组平行组，分别为PCL/GC-DEAP膜、PCL/GC/Cip膜和PCL/GC-DEAP/Cip膜，通过测量不同组别的抑菌圈直径，对纳米纤维医用伤口敷料抗菌作用进行描述表征；结果如图4所示，其中，A图为大肠杆菌，B图为金黄色葡萄球菌。结果表明GC-DEAP和Cip 在抗菌方面都有较强作用，PCL/GC-DEAP/Cip膜的抗菌作用明显强于其他实验组，PCL/GC-DEAP/Cip膜作为纳米纤维医用伤口敷料中的唯一活性部分，结果表明纳米纤维医用伤口敷料具有较强的抗菌作用。将纳米纤维医用伤口敷料浸泡于金黄色葡萄球菌溶液中，通过扫描电镜观察可以发现纳米纤维医用伤口敷料上吸附了大量金黄色葡萄球菌，结果如图5所示，A图显示了金黄色葡萄球菌被杀灭前的形貌，B图显示了金黄色葡萄球菌被杀灭后的形貌。

（2）将本发明的纳米纤维医用伤口敷料进行生物相容性测试：

纳米纤维医用伤口敷料通过NIH 3T3细胞存活率间接反映其细胞毒性。设置4组平行组，其中包括一组空白组作为参照，另3组为PCL/GC-DEAP膜、PCL/GC/Cip膜和PCL/GC-DEAP/Cip膜。如图6中A所示，结果显示PCL/GC-DEAP/Cip膜的细胞存活率为90.5 ± 2.5%表明其具有良好的细胞相容性。另外，测试了3种纳米纤维膜在不同pH值的磷酸盐缓冲液中的溶血性，结果如图6中B所示，测得不同pH值的磷酸盐缓冲液中PCL/GC-DEAP/Cip膜的溶血率均低于5%，表明纳米纤维医用伤口敷料无溶血作用。

（3）纳米纤维医用伤口敷料的促进伤口愈合性能：

促进伤口愈合实验以医用纱布为阴性对照组，市售“壳聚糖抗菌敷贴”为阳性对照组，以SD大鼠作为纳米纤维医用伤口敷料治疗效果实施的动物模型。在手术创伤后的第5天，第10天和第15天分别记录伤口实时图片，并通过Image J软件对收集的图片进行处理，计算并统计伤口的愈合率，如图7所示。在伤口给药后的第5天，第10天和第15天，纳米纤维医用伤口敷料伤口愈合率分别为66.1±3.0%，83.5±1.5%和96.4±0.7%，明显高于其他组别，具有显著性差异，结果表明纳米纤维医用伤口敷料具有较好的促进伤口愈合功效。

从以上结果可以看出，本发明制备的纳米纤维医用伤口敷料具有较强的机械性能，灵敏的pH响应释放抗生素能力，还具有良好的生物相容性、止血、抗菌和促进伤口愈合的功效。

以上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。

Claims

1.一种纳米纤维医用伤口敷料，其特征在于：所述纳米纤维医用伤口敷料包括背衬层（1）、粘贴层（2）、纳米纤维膜层（3）和防粘层（4），所述背衬层（1）、粘贴层（2）、纳米纤维膜层（3）和防粘层（4）从上到下的依序设置；

所述纳米纤维膜是以高分子聚合物、pH响应性材料和抗生素为原料，通过静电纺丝技术制备而成；

2.根据权利要求1所述的一种纳米纤维医用伤口敷料，其特征在于：所述高分子聚合物为聚己内酯、聚乳酸、聚偏氟乙烯中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种纳米纤维医用伤口敷料，其特征在于：所述N-异硫氰酸二乙基氨基丙胺化羟乙基壳聚糖的结构如下所示：

。

4.根据权利要求1所述的一种纳米纤维医用伤口敷料，其特征在于：所述抗生素为喹诺酮类、β-内酰胺类、氨基糖苷类抗细菌抗生素中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种纳米纤维医用伤口敷料，其特征在于：所述高分子聚合物、pH响应性材料和抗生素的质量比为10~30： 1~3： 1~5。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种纳米纤维医用伤口敷料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤1）：静电纺丝溶液的制备

步骤3）：将步骤2）中的纳米纤维膜作为纳米纤维膜层（3），将背衬层（1）、粘贴层（2）、纳米纤维膜层（3）和防粘层（4）从上到下的顺序依次设置，制备成纳米纤维医用伤口敷料。

7.根据权利要求6所述的一种纳米纤维医用伤口敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中静电纺丝溶液的质量体积百分比为8%-25%，质量体积百分比的单位为g/mL。

8.根据权利要求6所述的一种纳米纤维医用伤口敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中静电纺丝针头的内径为0.20-2.00mm。

9.根据权利要求6所述的一种纳米纤维医用伤口敷料的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中背衬层（1）为棉布、无纺布和弹力布中的一种，粘贴层（2）为低致敏性的医用压敏胶层；所述防粘层（4）为医用离型纸、有机硅纸、聚乙烯膜、聚酯-聚乙烯复合膜和铝-聚酯膜中的一种。