CN116139331A - 负载生物活性玻璃的多功能创面修复敷料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种负载生物活性玻璃的多功能创面修复敷料及其制备方法,敷料的制备方法包括:合成季铵盐改性聚合物材料;合成苯硼酸改性聚合物材料;采用牺牲模板法溶胶‑凝胶制备介孔生物活性玻璃微球;通过苯硼酸酯和静电作用动态键,制备敷料。该敷料具有自愈合性、抗菌性和生物活性,能够很好地注射并粘附在创面处,能够加速糖尿病创面的高质量愈合,具有良好的创面修复效果。
Description
技术领域
本发明涉及生物医用材料、组织工程和再生医学的技术领域,尤其是指一种用于糖尿病溃疡的负载生物活性玻璃的多功能创面修复敷料及其制备方法。
背景技术
糖尿病性溃疡是糖尿病最严重的并发症之一,伴有愈合延迟和过度炎症以及细胞外基质功能受损。糖尿病足溃疡已成为许多国家截肢的主要原因。影响糖尿病溃疡愈合主要原因是血管网损伤和细菌感染。血管网络的重建和细菌的消除对糖尿病溃疡的治疗至关重要。除了对患者进行血糖的控制,糖尿病溃疡的治疗常常借助一些功能材料来实现。然而目前临床上的大多数材料存在功能单一且生物活性低的缺点,无法有效地修复创面。
水凝胶能够吸附组织渗出液,保持创面水分及时交换创面附近的气体(O2、CO2等),是创面修复的最佳材料。更重要的是,水凝胶的性能具有可设计性,能够根据临床实际需求设计出具有抗菌、自愈合、黏附等多功能水凝胶,以提高其实用性。同时水凝胶也是生物活性物质的优良载体。具有生物活性的敷料能够从内源性通道来加快创面修复。临床上常常使用生长因子来实现生物活性,然而由于其存在价格昂贵且半衰期短的缺点限制了应用。介孔生物活性玻璃(MBGs)是一种具有高比表面积、高生物活性和相容性的无机修复材料,能够促进血管的形成、细胞外基质(ECM)和胶原纤维的沉积加快创面愈合。因此,基于实用性的负载生物活性玻璃的多功能创面修复敷料为糖尿病溃疡的治疗提供一种可替代材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足,提出了一种用于糖尿病溃疡的负载生物活性玻璃的多功能创面修复敷料及其制备方法,该敷料通过苯硼酸酯和静电作用动态键制得,具有可注射性、自适应性、自愈合性、粘附性、抗菌性以及生物活性,能够很好地注射并粘附在创面处,具有良好的创面修复效果。
为实现上述目的,本发明所提供的技术方案为:负载生物活性玻璃的多功能创面修复敷料的制备方法,包括以下步骤:
1)使用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和乙酸乙酯(EA)形成微乳体系,加入碱溶液腐蚀模板并作为体系催化剂,接着依次加入正硅酸四乙酯、磷酸三乙酯、四水合硝酸钙进行溶胶-凝胶反应制得介孔生物活性玻璃微球;
将季铵盐改性聚合物材料溶解在PBS中,得到A溶液,将苯硼酸改性聚合物材料溶解在PBS中,得到B溶液;其中,季铵盐改性聚合物材料和苯硼酸改性聚合物材料是以不同的浓度溶解在PBS中;
2)将制备的介孔生物活性玻璃微球以特定浓度加入到A溶液或者B溶液中并搅拌均匀,得到C溶液,然后再将没有加入介孔生物活性玻璃微球的A溶液或者B溶液与C溶液混合,即可快速制得具有自愈合性、抗菌性和生物活性的水凝胶作为创面修复敷料使用,最后,在室温下继续搅拌预设时间,以确保生成的水凝胶稳定。
优选的,在步骤1)中,所述碱溶液为氨水溶液、氢氧化钠溶液或十二胺溶液;所述四水合硝酸钙的加入量为2-20g。
优选的,在步骤1)中,所述季铵盐改性聚合物材料为明胶、壳聚糖、胶原、羧甲基壳聚糖中的一种或两种以上的组合。
优选的,在步骤1)中,所述苯硼酸改性聚合物材料为海藻酸钠、壳聚糖、明胶、葡聚糖、透明质酸中的一种或两种以上的组合。
优选的,在步骤1)中,所述季铵盐改性聚合物材料的浓度为1-5wt%,所述苯硼酸改性聚合物材料的浓度为1-5wt%。
优选的,在步骤2)中,所述介孔生物活性玻璃微球的添加量为0.2-2wt%。
优选的,在步骤1)中,所述介孔生物活性玻璃微球的制备方法如下:将0.5-5mLCTAB溶解在去离子水中,待CTAB完全溶解后,加入5-50mL的EA形成微乳体系;待微乳体系稳定后,逐滴加入5-50mL的碱溶液;搅拌预设时间后,滴加5-20mL正硅酸乙酯(TEOS)继续搅拌预设时间;接着,每隔一段时间依次加入0.5-5mL磷酸三乙酯(TEP)、2-20g四水合硝酸钙(CN);然后在设定温度下再搅拌2-12h;静置陈化12-24h后,用无水乙醇和去离子水离心洗涤,得到粗产物;最后,将粗产物在500-800℃空气中烧结2-8h去除CTAB、EA、乙醇和反应单体,得到最终产品,即为介孔生物活性玻璃微球。
优选的,在步骤1)中,所述季铵盐改性聚合物材料的制备方法如下:将聚合物材料2-10wt%的浓度溶于醋酸的水溶液中,在25-55℃下完全溶解,得到混合物;接着,将缩水甘油基三甲基氯化铵GTMAC加入上述混合物中,其中按照缩水甘油基三甲基氯化铵GTMAC与聚合物材料上的氨基1:1-5:1的比例加入,加入后在25-55℃下搅拌反应10-24h;然后将反应产物离心,去除未反应物质;最后,在去离子水透析后通过冷冻干燥得到季铵盐改性聚合物材料。
优选的,在步骤1)中,所述苯硼酸改性聚合物材料的制备方法如下:将聚合物材料溶于2-(N-吗啉)乙磺酸(MES)溶液中得到浓度为0.5-2wt%的溶液,加入羧基活化剂活化20-60分钟,再加入氨基苯硼酸,在避光条件下连续搅拌12-48h,将反应液在去离子水中透析后冻干,得到苯硼酸改性聚合物材料。
本发明也提供了一种由上述方法制备得到的负载生物活性玻璃的多功能创面修复敷料,用于糖尿病溃疡的创面愈合,该敷料具有自愈合性、抗菌性和生物活性,能够很好地注射并粘附在创面处,能够加速糖尿病创面的高质量愈合,具有良好的创面修复效果。
本发明与现有技术相比,具有如下优点与有益效果:
1、本发明将多功能水凝胶和生物活性玻璃结合,不仅为伤口愈合提供湿润的愈合环境,同时具备优异的抗菌、促成血管以及促愈合等功能,有效地解决了糖尿病溃疡病理环境复杂的问题,促进糖尿病创面的高质量愈合。
2、本发明引入生物活性玻璃能够促进血管化相关因子的表达,有效解决了直接使用生长因子所带来的价格昂贵、利用度低等问题。
3、本发明对壳聚糖进行季铵盐修饰,不仅解决了壳聚糖水溶性差的问题,而且还提高了壳聚糖的抗菌性能。
4、本发明所制备水凝胶的原料均为天然高分子聚合物,不需要使用化学交联试剂,具有良好的生物相容性。
5、本发明所制备的水凝胶由静电作用和苯硼酸酯键制得,具有一定的力学强度,且具有优异的可注射,使其适用于各种不规则的伤口。同时良好的自愈合和黏附性能使其能够应用于关节处伤口,有效避免使用时因敷料脱落和断裂所导致的失效。
附图说明
图1为实施例2本发明介孔生物活性玻璃的SEM图。
图2为实施例2中所得到水凝胶的可注射性验证实物图。
图3为实施例2中所得到水凝胶的粘附性验证图。
图4为实施例2中所得到水凝胶的自愈合性验证图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。若未特别指明,实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
以下所用季铵盐改性羧甲基壳聚糖的制备包括以下步骤:
将羧甲基壳聚糖以3wt%的浓度溶于醋酸的水溶液中,在40℃下完全溶解30min。接着按照缩水甘油基三甲基氯化铵(GTMAC)与羧甲基壳聚糖的氨基1:1加入GTMAC到上述混合物中,在55℃下搅拌反应10h。然后将反应产物以4500rpm的转速离心30min,去除未反应物质。将上清液倒入预冷的丙酮中,得到粗产物。将粗产物在去离子水中再溶解,然后在去离子水透析7d。最后通过冷冻干燥得到季铵盐改性羧甲基壳聚糖。
以下所用苯硼酸改性明胶的制备包括以下步骤:
取5.33g 2-(N-吗啉)乙磺酸(MES)于500mL去离子水中,得到浓度为0.05mol/L的MES缓冲溶液;将5g明胶溶于500mL的MES缓冲溶液中得到浓度为1wt%的溶液,加入羧基活化剂活化30分钟,再加入适量的氨基苯硼酸,在避光条件下连续搅拌48h,将反应液在去离子水中透析3d后冻干,得到苯硼酸改性明胶。
以下所用季铵盐改性胶原的制备包括以下步骤:
将胶原以10wt%的浓度溶于醋酸的水溶液中,在25℃下完全溶解30min。接着按照缩水甘油基三甲基氯化铵(GTMAC)与胶原的氨基3:1加入GTMAC到上述混合物中,在55℃下搅拌反应24h。然后将反应产物以4500rpm的转速离心30min,去除未反应物质。然后在去离子水透析7d。最后通过冷冻干燥得到季铵盐改性胶原。
以下所用苯硼酸改性海藻酸钠的制备包括以下步骤:
取5.33g 2-(N-吗啉)乙磺酸(MES)于500mL去离子水中,得到浓度为0.05mol/L的MES缓冲溶液。将4g海藻酸钠溶于200mL的MES缓冲溶液中得到浓度为2wt%的溶液,加入羧基活化剂活化60分钟,再加入适量的氨基苯硼酸,在避光条件下连续搅拌12h,将反应液在去离子水中透析3d后冻干,得到苯硼酸改性海藻酸钠。
以下所用季铵盐改性壳聚糖的制备包括以下步骤:
将壳聚糖以2wt%的浓度溶于醋酸的水溶液中,在55℃下完全溶解30min。接着按照缩水甘油基三甲基氯化铵(GTMAC)与壳聚糖的氨基5:1加入GTMAC到上述混合物中,在55℃下搅拌反应15h。然后将反应产物以4500rpm的转速离心30min,去除未反应物质。将上清液倒入预冷的丙酮中,得到粗产物。将粗产物在去离子水中再溶解,然后在去离子水透析7d。最后通过冷冻干燥得到季铵盐改性壳聚糖。
以下所用苯硼酸改性透明质酸的制备包括以下步骤:
取5.33g 2-(N-吗啉)乙磺酸(MES)于500mL去离子水中,得到浓度为0.05mol/L的MES缓冲溶液。将1g透明质酸溶于200mL的MES缓冲溶液中得到浓度为0.5wt%的溶液,加入羧基活化剂活化20分钟,再加入适量的氨基苯硼酸,在避光条件下连续搅拌24h,将反应液在去离子水中透析3d后冻干,得到苯硼酸改性透明质酸。
实施例1
1、将2mL CTAB溶解在100mL去离子水中。待CTAB完全溶解后,加入30mL的EA形成微乳体系。待微乳体系稳定后,逐滴加入25mL十二胺溶液(2mol/L)。搅拌15min后,滴加10mL正硅酸乙酯(TEOS)继续搅拌30min。接着每隔30min依次加入1mL磷酸三乙酯(TEP)、8g四水合硝酸钙(CN)。然后在40℃下再搅拌4h。静置陈化12h后,用无水乙醇和去离子水离心洗涤三次,得到粗产物。最后将粗产物在500℃空气中烧结2h去除CTAB、EA、乙醇、反应单体等,得到介孔生物活性玻璃微球。
2、将20mg季铵盐改性羧甲基壳聚糖和50mg苯硼酸改性明胶分别加入到1mLPBS中,然后在室温下搅拌24h,得到浓度为2wt%季铵盐改性羧甲基壳聚糖和5wt%苯硼酸改性明胶溶液。
3、将20mg介孔生物活性玻璃微球分散在1mL苯硼酸改性明胶溶液中,然后将季铵盐改性羧甲基壳聚糖快速加入上述体系,在室温下搅拌30min,即可得到稳定的水凝胶作为创面修复敷料使用,能够有效用于糖尿病溃疡的糖尿病创面的高质量愈合。
实施例2
1、将0.5mL CTAB溶解在50mL去离子水中。待CTAB完全溶解后,加入5mL的EA形成微乳体系。待微乳体系稳定后,逐滴加入5mL的氨水溶液(2mol/L)。搅拌15min后,滴加5mL正硅酸乙酯(TEOS)继续搅拌30min。接着每隔30min依次加入0.5mL磷酸三乙酯(TEP)、2g四水合硝酸钙(CN)。然后在40℃下再搅拌12h。静置陈化24h后,用无水乙醇和去离子水离心洗涤三次,得到粗产物。最后将粗产物在800℃空气中烧结8h去除CTAB、EA、乙醇、反应单体等,得到介孔生物活性玻璃微球。
2、将50mg季铵盐改性胶原和10mg苯硼酸改性透明质酸分别加入到1mLPBS中,然后在室温下搅拌24h,得到浓度为5wt%季铵盐改性胶原和1wt%苯硼酸改性透明质酸溶液。
3、将5mg介孔生物活性玻璃微球分散在1mL苯硼酸改性透明质酸溶液中,然后将季铵盐改性胶原快速加入上述体系,在室温下搅拌30min,即可得到稳定的水凝胶作为创面修复敷料使用,能够有效用于糖尿病溃疡的糖尿病创面的高质量愈合。
本实施例的介孔生物活性玻璃微球的形貌如图1所示,介孔生物活性玻璃微球的制备首先由CTAB和EA形成微乳体系作为模板剂,接着加入碱溶液促进EA的水解,腐蚀微乳结构。TEOS和TEP加入后,随着碱溶液对模板剂的腐蚀,溶胶-凝胶反应由外向内逐步进行,进而得到具有介孔结构的生物活性玻璃微球。SEM显示生物活性玻璃微球具有规则的球形结构且表面存在有明显的孔结构,粒径均一,在300nm左右。
本实施例水凝胶的可注射性能展示如图2所示,水凝胶的网络结构由苯硼酸酯和静电作用构成,苯硼酸酯是一种可逆的动态化学键,静电作用是一种可逆的物理作用力,都具备快速的断裂和生成的能力。因此,水凝胶在受到强的剪切力作用时会发生断裂,剪切力撤去后能够快速地恢复其作用力。宏观上表现为水凝胶能够从16G针头中注射而出,且能够快速成型,说明了水凝胶具备良好的注射性。
本实施例水凝胶的黏附性能如图3所示,苯硼酸的结构类似于多巴胺,可以与皮肤组织形成氢键等作用力,进而实现良好的黏附作用。从图3可知,水凝胶能够黏附在人类手指上,且随着手指的拉伸也不会出现脱落的现象,证实了水凝胶良好的组织黏附性。
本实施例的自愈合性能如图4所示,敷料在应用于关节处伤口时常常会因为运动导致敷料的断裂而失效,因而具备自愈合性能的水凝胶敷料是十分必要的。水凝胶由动态的苯硼酸酯和静电作用键形成,遭到外界作用破坏后,当再次接触时能够迅速结合,使得水凝胶愈合。宏观上表现为两个断裂的水凝胶在30s接触后,能够快速地愈合,形成整块凝胶。
实施例3
1、将5mL CTAB溶解在一定量的去离子水中。待CTAB完全溶解后,加入50mL的EA形成微乳体系。待微乳体系稳定后,逐滴加入50mL的氢氧化钠溶液(2mol/L)。搅拌15min后,滴加20mL正硅酸乙酯(TEOS)继续搅拌30min。接着每隔30min依次加入5mL磷酸三乙酯(TEP)、20g四水合硝酸钙(CN)。然后在40℃下再搅拌2h。静置陈化16h后,用无水乙醇和去离子水离心洗涤三次,得到粗产物。最后将粗产物在650℃空气中烧结3h去除CTAB、EA、乙醇、反应单体等,得到介孔生物活性玻璃微球。
2、将10mg季铵盐改性壳聚糖和50mg苯硼酸改性海藻酸钠分别加入到1mLPBS中,然后在室温下搅拌24h,得到浓度为1wt%季铵盐改性壳聚糖和5wt%苯硼酸改性海藻酸钠溶液。
3、将2mg介孔生物活性玻璃微球分散在1mL苯硼酸改性海藻酸钠溶液中,然后将季铵盐改性壳聚糖快速加入上述体系,在室温下搅拌30min,即可得到稳定的水凝胶作为创面修复敷料使用,能够有效用于糖尿病溃疡的糖尿病创面的高质量愈合。
本发明的实施例仅仅是为清楚地说明本发明所举的例子,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的专业人员而言,在上述实施例的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动,这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改,等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.负载生物活性玻璃的多功能创面修复敷料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)使用十六烷基三甲基溴化铵CTAB和乙酸乙酯EA形成微乳体系,加入碱溶液腐蚀模板并作为体系催化剂,接着依次加入正硅酸四乙酯、磷酸三乙酯、四水合硝酸钙进行溶胶-凝胶反应制得介孔生物活性玻璃微球;
将季铵盐改性聚合物材料溶解在PBS中,得到A溶液,将苯硼酸改性聚合物材料溶解在PBS中,得到B溶液;其中,季铵盐改性聚合物材料和苯硼酸改性聚合物材料是以不同的浓度溶解在PBS中;
2)将制备的介孔生物活性玻璃微球以特定浓度加入到A溶液或者B溶液中并搅拌均匀,得到C溶液,然后再将没有加入介孔生物活性玻璃微球的A溶液或者B溶液与C溶液混合,即可快速制得具有自愈合性、抗菌性和生物活性的水凝胶作为创面修复敷料使用,最后,在室温下继续搅拌预设时间,以确保生成的水凝胶稳定。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤1)中,所述碱溶液为氨水溶液、氢氧化钠溶液或十二胺溶液;所述四水合硝酸钙的加入量为2-20g。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤1)中,所述季铵盐改性聚合物材料为明胶、壳聚糖、胶原、羧甲基壳聚糖中的一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤1)中,所述苯硼酸改性聚合物材料为海藻酸钠、壳聚糖、明胶、葡聚糖、透明质酸中的一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤1)中,所述季铵盐改性聚合物材料的浓度为1-5wt%,所述苯硼酸改性聚合物材料的浓度为1-5wt%。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤2)中,所述介孔生物活性玻璃微球的添加量为0.2-2wt%。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤1)中,所述介孔生物活性玻璃微球的制备方法如下:将0.5-5mL CTAB溶解在去离子水中,待CTAB完全溶解后,加入5-50mL的EA形成微乳体系;待微乳体系稳定后,逐滴加入5-50mL的碱溶液;搅拌预设时间后,滴加5-20mL正硅酸乙酯继续搅拌预设时间;接着,每隔一段时间依次加入0.5-5mL磷酸三乙酯、2-20g四水合硝酸钙;然后在设定温度下再搅拌2-12h;静置陈化12-24h后,用无水乙醇和去离子水离心洗涤,得到粗产物;最后,将粗产物在500-800℃空气中烧结2-8h去除CTAB、EA、乙醇和反应单体,得到最终产品,即为介孔生物活性玻璃微球。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤1)中,所述季铵盐改性聚合物材料的制备方法如下:将聚合物材料2-10wt%的浓度溶于醋酸的水溶液中,在25-55℃下完全溶解,得到混合物;接着,将缩水甘油基三甲基氯化铵GTMAC加入上述混合物中,其中按照缩水甘油基三甲基氯化铵GTMAC与聚合物材料上的氨基1:1-5:1的比例加入,加入后在25-55℃下搅拌反应10-24h;然后将反应产物离心,去除未反应物质;最后,在去离子水透析后通过冷冻干燥得到季铵盐改性聚合物材料。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤1)中,所述苯硼酸改性聚合物材料的制备方法如下:将聚合物材料溶于2-(N-吗啉)乙磺酸溶液中得到浓度为0.5-2wt%的溶液,加入羧基活化剂活化20-60分钟,再加入氨基苯硼酸,在避光条件下连续搅拌12-48h,将反应液在去离子水中透析后冻干,得到苯硼酸改性聚合物材料。
10.由权利要求1-9任一项所述方法制备得到的负载生物活性玻璃的多功能创面修复敷料,用于糖尿病溃疡的创面愈合,该敷料具有自愈合性、抗菌性和生物活性,能够很好地注射并粘附在创面处,能够加速糖尿病创面的高质量愈合,具有良好的创面修复效果。
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