CN115998943B

CN115998943B - 促进皮肤伤口愈合的水凝胶及其应用

Info

Publication number: CN115998943B
Application number: CN202211639892.0A
Authority: CN
Inventors: 徐安龙; 黄光瑞; 耿少辉; 刘丽; 曾加; 兰馨怡; 高瑜若
Original assignee: Beijing University of Chinese Medicine
Current assignee: Beijing University of Chinese Medicine
Priority date: 2022-12-20
Filing date: 2022-12-20
Publication date: 2024-05-24
Anticipated expiration: 2042-12-20
Also published as: CN115998943A

Abstract

本发明公开了一种促进皮肤伤口愈合的水凝胶及其应用，包括以下原料：硼砂、葛根素、聚乙烯醇，水凝胶的制备方法为：将葛根素加入水中混合，得到混合液，然后将硼砂加入混合液中混合，得到澄清溶液，向澄清溶液中加入聚乙烯醇混合，即得到水凝胶。葛根素的含量为0.5～2wt％，硼砂的含量为0.1～1wt％，聚乙烯醇的含量为1～10wt％。本发明通过将葛根素与硼砂同时使用可有效改善葛根素的水溶性，并可增加葛根素促进皮肤伤口愈合的效果。

Description

促进皮肤伤口愈合的水凝胶及其应用

技术领域

本发明涉及水凝胶技术领域。更具体地说，本发明涉及一种促进皮肤伤口愈合的水凝胶及其应用。

背景技术

葛根素来源于中药葛根的主要有效成分，具有舒张血管，治疗心血管系统疾病，同时还促进皮肤再生的作用，由于葛根素较差的水溶性，临床一般用凡士林等固体软膏与其混合，但因其较差的水溶性，为其临床疗效带来了很大的折扣。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种促进皮肤伤口愈合的水凝胶及其应用，其通过将葛根素与硼砂同时使用可有效改善葛根素的水溶性。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种促进皮肤伤口愈合的水凝胶，其特征在于，包括以下原料：硼砂、葛根素、聚乙烯醇。

优选的是，水凝胶的制备方法为：将葛根素加入水中混合，得到混合液，然后将硼砂加入混合液中混合，得到澄清溶液，向澄清溶液中加入聚乙烯醇混合，即得到水凝胶。

优选的是，葛根素的含量为0.5～2wt％，硼砂的含量为0.1～1wt％，聚乙烯醇的含量为1～10wt％。

本发明还提供了一种水凝胶在促进皮肤伤口愈合方面的应用。

本发明至少包括以下有益效果：

葛根素的引入改善了聚乙烯醇-硼砂水凝胶物理特性，使其具有了适合皮肤缺损创面的可注射性，可塑形，自适应，自愈合与可延展性的特性，并通过葛根素的引入赋予该凝胶促进皮肤缺损愈合的能力，疗效显著优于改良前的单体葛根素与聚乙烯醇-硼砂水凝胶；水凝胶是由高分子复合而成，利用硼酸酯键以及氢键相互作用实现快速自愈合，具有良好的抗拉强度、黏附性能以及抗菌性能，作为伤口敷料可以促进伤口很好愈合。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明硼砂提高葛根素水溶性的示意图；

图2为本发明葛根素的氢谱图；

图3为本发明葛根素与硼砂反应后的氢谱图；

图4为本发明葛根素硼砂反应的产物与葛根素氢原子化学位移对比图；

图5为本发明应变振幅下水凝胶的G’与G”；

图6为本发明交替变化扫描下水凝胶的G’与G”；

图7为本发明水凝胶自适应性、可注射性、可塑形性、自愈合性和可延展性图；

图8为本发明在各个脏器组织上的粘附效果图；

图9为本发明葛根素、硼砂、葛根素-硼砂的红外光谱图；

图10为本发明聚乙烯醇、聚乙烯醇-硼砂、聚乙烯醇-硼砂-葛根素的红外光谱图；

图11为本发明聚乙烯醇、聚乙烯醇-葛根素的红外光谱图；

图12为本发明所需原料、制作过程及反应原理示意图；

图13为本发明促进糖尿病大鼠伤口愈合的效果评价图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

<实施例1>

一种促进皮肤伤口愈合的水凝胶，包括以下原料：硼砂、葛根素、聚乙烯醇。

水凝胶的制备方法为：将葛根素加入水中混合，得到混合液，然后将硼砂加入混合液中混合，得到澄清溶液，向澄清溶液中加入聚乙烯醇混合，即得到水凝胶。

葛根素的含量为0.5wt％，硼砂的含量为0.1wt％，聚乙烯醇的含量为1wt％，其余为水。

<实施例2>

葛根素的含量为1wt％，硼砂的含量为0.5wt％，聚乙烯醇的含量为5wt％，其余为水。

<实施例3>

葛根素的含量为2wt％，硼砂的含量为1wt％，聚乙烯醇的含量为10wt％，其余为水。

<实施例4>

葛根素的含量为1wt％，硼砂的含量为1wt％，聚乙烯醇的含量为5wt％，其余为水。

<实施例5>

水凝胶在促进皮肤伤口愈合方面的应用。

<实验表征>

一、硼砂提高葛根素水溶性

1.1硼砂提高葛根素水溶性的研究

通过引入矿物中药硼砂(十水四硼酸钠)至葛根素水溶液，发现硼砂可显著提高葛根素在水中的溶解性，1份硼砂可以溶解2份葛根素，实验数据如表1和图1所示，图1中P表示葛根素，B表示硼砂，从图中可以看出1wt％的葛根素静置后有明显针芒状沉淀，加入0.5wt％或1wt％的硼砂充分混合后，葛根素溶液变为澄清；2wt％的葛根素静置后有大量明显针芒状沉淀，加入0.5wt％硼砂充分混合后，葛根素溶解一部分，仍有部分沉淀；加入1wt％硼砂充分混合后，葛根素全部溶解，溶液变为澄清(葛根素不溶于水，静置后呈絮状沉淀。加入不同浓度硼砂后，葛根素逐渐溶解，溶液变为澄清透明)。

表1为硼砂与葛根素的水溶性

注：×表示未完全溶解，有明显沉淀；√表示完全溶解，溶液澄清透明。

1.2硼砂提高葛根素的水溶性机理

将硼砂、葛根素以及硼砂与葛根素等比混合后的物质冻干后，检测其核磁表征(条件：600MHz，溶剂：氘代甲醇)。

根据文献报道，葛根素的信号归属如下：¹H-NMR(600MHz,Methanol-d4)δ3.44-3.60(3H,m,H-3”,4”,5”),3.76(1H,dd,J＝2.2,12.1Hz,H-6”α),3.89(1H,dd,J＝2.2,12.1Hz,H-6”β),4.12(1H,m,H-2”),5.10(1H,d,J＝10.0Hz,H-1”),6.85(2H,d,J＝8.6Hz,H-3',5'),6.99(1H,d,J＝8.8Hz,H-6),7.37(2H,d,J＝8.6Hz,H-2',6'),8.05(1H,d,J＝8.8Hz,H-5),8.18(1H,s,H-2)；

葛根素硼酸复合物的信号归属如下：¹H-NMR(600MHz,Methanol-d4)δ3.44-3.60(3H,m,H-3”,4”,5”),3.77(1H,m,H-6”α),3.87(1H,m,H-6”β),4.21(1H,m,H-2”),5.04(1H,m,H-1”),6.85(2H,d,J＝8.3Hz,H-3',5'),6.93(1H,m,H-6),7.37(2H,d,J＝8.3Hz,H-2',6'),7.97(1H,d,J＝8.6Hz,H-5),8.15(1H,s,H-2)；(如图2、3所示)

发现与硼砂混合后，葛根素在H-5、H-6、H-1”、H-2”处氢原子的化学位移发生了明显的变化，推测硼酸能与7位和2”位的羟基发生交联反应，这由于葛根素7位和2”位的羟基在空间上类似顺式邻二羟基结构，硼酸能同时与7位和2”位的羟基发生交联反应，形成稳定的螯合结构。我们认为硼酸能与葛根素7位和2”位的羟基发生交联反应形成硼酸酯键。离子化的硼酸是一个强大的给电基团，存在+I效应，使得交联后与硼酸离子相邻的氢原子普遍向高场区(化学位移小的方向)位移，如图4。

因此，硼砂改善葛根素水溶性的反应原理如下：

二、葛根素改善聚乙烯醇-硼砂水凝胶物理性能

2.1可注射性、可塑形、自适应、自愈合和可延展性研究

经典的聚乙烯醇-硼砂水凝胶是一种广泛使用的生物性相容性水凝胶，是将一定比例的聚乙烯醇与硼砂混合，硼砂作为交联剂可以促进聚乙烯醇的成胶化，经过在水溶液中充分吸水溶胀后可形成含水量丰富的水凝胶，具有良好的生物相容性，可用于皮肤伤口愈合的水凝胶敷料。但其物理性能较差，脆性高，弹性弱，不能拉伸，愈合性差，抵御外力的能力弱等缺点，并限制了其临床使用寿命，影响了药效的发挥。

我们通过将葛根素引入到聚乙烯醇-硼砂水凝胶体系，随着葛根素浓度的提高，凝胶逐渐由凝胶态转换为流体态，经过一系列浓度筛选，确定硼砂质量分数为1wt％，葛根素质量分数为1wt％，聚乙烯醇质量分数为5wt％时(即实施例4)，凝胶物理性质最优，具体配比及凝胶物理特征见表2。

表2不同配比水凝胶配比及形状特征描述

进一步我们使用应变扫描与交替变化的剪切应变测试了水凝胶的流变特性。如图5所示，B1(表示硼酸1wt％、聚乙烯醇5wt％)，B1P0.5(表示硼砂1wt％、葛根素0.5wt％、聚乙烯醇5wt％)与B1P1(表示硼砂1wt％、葛根素1wt％、聚乙烯醇5wt％)水凝胶在线性粘弹区域内呈凝胶状态(G’>G”)，水凝胶表现出弹性，随着振幅增大，G’与G”相交，当G’<G”时，水凝胶表现出流体状态。对于B1P2水凝胶，线性粘弹区域内处于流体状态(G’<G”),随着振幅的增加，G’与G”并没有产生交点。

B1，B1P0.5与B1P1水凝胶具有剪切稀化的特性，但剪切储存模量存在差异。随着葛根素浓度的增加，线性粘弹区的范围呈现出先降后升的趋势，除了B1P0.5外，随着葛根素的浓度，线性粘弹区域逐渐递增，G'max也随之变化，其中B1P1表现出最长的线性粘弹区与最优的G'max，提示B1P1水凝胶适应性最强(398％)，强度最优(4310Pa)，具有良好的抵御外界破坏的能力，同时保持了胶体的特性。而B1P2虽然线性粘弹区范围较广(631％)，但强度显著降低至558Pa。这可能与葛根素的加入，与硼砂间形成了硼酸盐键与大量氢键，增加了水凝胶的自适应性与强度。

交替变化的剪切稀化测试，水凝胶在较低应变(1％)时G’>G”，表现出胶体特性，在高应变(800％)时G’<G”，表现出流体特性，如图6所示。在从高应变恢复至低应变时，水凝胶可迅速恢复初始值，表明水凝胶具有良好的自愈性能。

基于上述流变测试，我们选择了B1P1(硼砂1wt％，葛根素1wt％，聚乙烯醇5wt％)水凝胶(即实施例4所获得的水凝胶)研究其物理特性，水凝胶具有良好的自适应性、可注射性、可塑形与自修复特性可通过图7中AB表征，水凝胶在接触的瞬间，迅速愈合为一个完整的水凝胶，这得益于聚乙烯醇-硼砂-葛根素水凝胶中大量的硼酸盐键。葛根素的加入显著提升了水凝胶的延展性(图7中C)，提高了水凝胶的使用寿命。

图7中A为水凝胶的重力自适应(可在重力作用下从注射器中流出)，可注射性与可塑形性(可通过注射出来的水凝胶制作各种字母和图案)，B为水凝胶的自适应与自修复特性(水凝胶剪成小块，放在靠近的位置，水凝胶可通过自适应性彼此靠近，并重新融合为一个新的水凝胶)，C为可延展性，水凝胶可拉伸长条状，以适应外界压力更好的保护伤口。

2.2组织粘附性

使用水凝胶在空气中与水中粘附新西兰兔各个脏器组织(肝、心、脾、肺、肾、眼、脑、胃、肌肉、骨)，从而评价水凝胶在机体各个系统中以及在体内有组织液的存在下的粘附效果，结果如图8所示。

由10可以看出，由实施例4所获得的水凝胶可在肝心脾肺肾、眼脑胃肌肉骨骼生物组织中(兔)上粘附，并可抵御外界水流冲击。模拟高于体液的水流环境，粘附在胃组织上的水凝胶在水流冲洗10分钟后仍可粘附在组织上(如图8中CD)，表明其在体液环境下良好的组织粘附性，体现了其在各个组织中均有广阔的应用前景。

2.3葛根素改善聚乙烯醇-硼砂水凝胶物理性能的机理

我们通过对红外吸收光谱对硼砂、葛根素、聚乙烯醇、葛根素-硼砂、硼砂-聚乙烯醇、硼砂-聚乙烯醇-葛根素(实施例4所获得的水凝胶)的冻干品进行扫描。

结果表明，在葛根素中，可以观察到O-H在3200-3400cm^-1处的伸缩振动(v_OH)，2900cm^-1处饱和烷基的伸缩振动(v_CH)，1628cm^-1附近C＝O键的伸缩振动(v_C＝O)，以及1233cm^-1和1056cm^-1附近酚羟基和糖基上羟基的C-O键伸缩振动(v_C-O)。葛根素与硼砂混合后，葛根素位于3340cm^-1和3495cm^-1处尖锐的酚类和醇类的O-H伸缩振动吸收峰变为3311cm^-1的宽峰，位于1056cm^-1的C-O键伸缩振动也向低波数移动形成1015cm^-1和1056cm^-1的双峰。并且1428cm^-1处的吸收峰和1332cm^-1处的肩峰提示B-O-C键的形成表明葛根素糖基上羟基与硼酸离子之间交联形成了配位键，如图8。

在PVA分子中，3320cm^-1处的吸收峰为PVA分子的O-H伸缩振动(v_OH)，2939cm^-1、2913cm^-1、1429cm^-1处分别为PVA分子CH₂的不对称伸缩振动(v_asCH2)、对称伸缩振动(v_sCH2)和弯曲振动(δ_CH2)，1090cm^-1处为C-O键的伸缩振动(v_C-O)。在1734cm^-1附近出现的C＝O键伸缩振动吸收峰说明聚乙烯醇原料中存在未完全醇解的甲氧甲酰基。硼砂水凝胶显示出硼酸盐的几个特征峰，1421cm^-11338cm^-1处的吸收峰与B-O-C键的不对称伸缩振动有关，1106cm^-1处的吸收峰与B-O-C键的不对称伸缩振动有关，在835cm^-1来源于残留硼酸盐的B-O键伸缩振动。并且交联后PVA的O-H伸缩振动吸收峰由尖锐变为更矮更宽，证实了PVA能与硼酸发生交联反应生成水凝胶，如图10所示。

PVA与葛根素混合后，PVA的O-H伸缩振动峰逐渐向低波数移动(3323cm^-1～3290cm^-1)，峰变矮变宽，表明葛根素与PVA的-OH键存在氢键交联。并且葛根素位于1056cm^-1的C-O键伸缩振动也向低波数移动形成1015cm^-1和1056cm^-1的双峰，提示PVA与葛根素的-OH键也存在氢键交联(如图11所示)。

因此，葛根素改善硼砂-聚乙烯醇水凝胶物理性质的反应机理如下：第一步，葛根素与硼砂反应，硼砂可提高葛根素的水溶性，溶液由浑浊变澄清，使其更充分与聚乙烯醇发生相互作用；第二步，将硼砂与葛根素的澄清溶液，加入聚乙烯醇充分搅拌混匀，可变成凝胶状，制得葛根素-硼砂-聚乙烯醇水凝胶；使用的物质示意图见图12A，反应的实拍图见图12B，反应机理图见图12C。

三、葛根素-硼砂-聚乙烯醇水凝胶促进皮肤缺损愈合的实验研究

40只SPF级SD大鼠经过适应性饲养，随机分为普通伤口模型组(wildtype，WT)组，葛根素(WT-P，葛根素1wt％)组，硼砂-聚乙烯醇水凝胶(WT-B，硼砂1wt％，葛根素1wt％，聚乙烯醇5wt％)组与葛根素-硼砂-聚乙烯醇水凝胶(WT-BP，实施例4所获得的水凝胶)组，每组10只。

构建全层皮肤缺损模型：各组大鼠异氟烷吸入麻醉，脊椎左侧与右侧各旁2cm作为造模区域，经过剪毛、脱毛处理，碘伏消毒局部皮肤。打孔器将造模区中心皮肤进行全层切除，直径约8mm，深及皮下，不破坏筋膜，碘伏消毒包扎，制成皮肤全层缺损模型。

各组干预措施：模型组采用常规伤口处理方案，即每天使用碘伏消毒，使用凡士林保护伤口，外加凡士林纱布与普通纱布包扎；WT-P组在常规护理方案基础上加入葛根素(1wt％)与凡士林混合软膏，用量以填满伤口为准；WT-B组在常规护理方案基础上加入硼砂-聚乙烯醇水凝胶，用量以填满伤口为准；WT-BP组在常规护理方案基础上加入葛根素-硼砂-聚乙烯醇水凝胶，用量以填满伤口为准。第3天，第7天，与第10天记录拍摄伤口创面愈合情况，对比各组愈合效果差异。

结果分析：如图13所示，第3天时，WT-P组，WT-B组与WT-BP组与模型组相比均表现出促进伤口愈合的作用(^**P<0.01，^****P<0.0001，^****P<0.0001)。葛根素-硼砂-聚乙烯醇水凝胶促进伤口愈合的效果显著优于未加葛根素的硼砂-聚乙烯醇水凝胶(^#P<0.05)与葛根素和凡士林的混合物(^####P<0.001)。第7天时，WT-P组，WT-B组与WT-BP组均表现出促进伤口愈合的作用(^*P<0.05，^**P<0.01，^****P<0.0001)。葛根素-硼砂-聚乙烯醇水凝胶促进伤口愈合的效果显著优于未加葛根素的硼砂-聚乙烯醇水凝胶(^#P<0.05)与葛根素和凡士林的混合物(^#P<0.05)。第10天时，WT-P组，WT-B组与WT-BP组均表现出促进伤口愈合的作用(^*P<0.05，^****P<0.0001，^****P<0.0001)。葛根素-硼砂-聚乙烯醇水凝胶促进伤口愈合的效果显著优于未加葛根素的硼砂-聚乙烯醇水凝胶(^##P<0.01)与葛根素和凡士林的混合物(^####P<0.0001)。

结果表明，葛根素-硼砂-聚乙烯醇水凝胶促进皮肤伤口愈合的效果显著优于各个组分，该凝胶在物理性质与促进伤口愈合的效果上均得到显著提升，具有良好的应用前景。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明促进皮肤伤口愈合的水凝胶及其应用的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims

1.促进皮肤伤口愈合的水凝胶，其特征在于，包括以下原料：硼砂、葛根素、聚乙烯醇；

2.如权利要求1所述的促进皮肤伤口愈合的水凝胶，其特征在于，葛根素的含量为0.5~1wt%，硼砂的含量为0.1~1wt%，聚乙烯醇的含量为1~5wt%。

3.如权利要求1~2中任意一项所述的水凝胶在制备促进皮肤伤口愈合的药物中的应用。