CN116350840A - 一种抗菌、抗氧化、自粘附多功能复合水凝胶敷料及其制备方法 - Google Patents

一种抗菌、抗氧化、自粘附多功能复合水凝胶敷料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗菌、抗氧化、自粘附多功能复合水凝胶敷料及其制备方法，属于医疗卫生材料领域。本发明通过如下步骤制得多功能复合水凝胶敷料：(1)将壳聚糖粉末加入冰醋酸水溶液中完全溶解，之后滴加2,3‑环氧丙基三甲基氯化铵，离心收集上清液，过滤，透析，冷冻干燥得到季铵盐壳聚糖；(2)将季铵盐壳聚糖溶于去离子水中得到季铵盐壳聚糖溶液；将槲皮素溶于无水乙醇中配制槲皮素溶液；将多巴胺盐酸盐溶解于氢氧化钠溶液中；然后将三种溶液按一定比例混合均匀；(3)在上述混合液中加入丙烯酰胺、N,N‑亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、N,N,N’,N’‑四甲基乙二胺，搅拌均匀后超声脱泡，装入模具中，得到一种抗菌、抗氧化、自粘附多功能复合水凝胶敷料。

Description

一种抗菌、抗氧化、自粘附多功能复合水凝胶敷料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种抗菌、抗氧化、自粘附多功能复合水凝胶敷料及其制备方法，属于医疗卫生材料领域。
背景技术
水凝胶是一种三维网络结构聚合物，能够在保持结构完整性的同时吸收大量的水分，手感柔软、舒适。由于水凝胶可调的物理、化学、生物特性以及与生物软组织结构高度的相似性，使得水凝胶成为在组织工程、药物传递和创伤愈合等方面具有巨大应用前景的先进材料。尤其在创口愈合方面，水凝胶能够吸收多余的伤口渗出液，并为伤口提供湿润的环境，有利于上皮细胞的迁移和快速生长，从而促进伤口愈合，是一种性能优异的创伤敷料材料。
槲皮素是一种广泛存在于水果和蔬菜中的生物类黄酮，具有多重生物活性，如抗氧化、抗炎、抗菌、抗病毒、抗肥胖、抗抑郁等。目前，对槲皮素在医药领域的应用引起了广泛的关注。如专利CN111544387A公开了一种复方槲皮素抗菌纳米乳及其制备方法，加入表面活性剂24.00％～40.00％、助表面活性剂0％～20％、油3.00％～23.5％、槲皮素0.1976％～0.2056％、单宁0.0466％～0.0486％、川楝素0.7904％～0.8224％，余量为蒸馏水，质量百分比之和为100％，得到的复方槲皮素纳米乳具有良好的抗菌效果，且具有良好的热力学稳定性。专利CN109847062A公开了一种槲皮素金属纳米药物及其制备方法和应用，将槲皮素和过渡金属元素通过配位键进行配位，并采用含有羰基或羟基的高分子聚合物的表面修饰，形成槲皮素金属纳米药物，能够抑制肿瘤生长，长效的发挥抗肿瘤作用，在医药领域具有良好的应用前景。专利CN110664838A公开了一种负载槲皮素的纳米硒的制备方法，将槲皮素和亚硒酸钠物质加入配置好的含稳定剂的反应溶液中，室温搅拌反应一段时间，再加入适量吐温80，继续搅拌，旋转蒸发除去甲醇，最后冷冻干燥得到负载槲皮素的纳米硒，提供一种治疗阿尔茨海默症的药物的制备方法及应用。
然而将槲皮素负载到水凝胶中用做医用敷料的研究还鲜有报道。并且目前的水凝胶医用敷料抗菌、抗氧化性能较弱，与伤口的贴附能力不足，且抗生素的大量使用造成细菌的耐药性增加，增加临床工作者的用药困难。
发明内容
为了解决上述问题，本发明将壳聚糖进行改性，制备成具有较强抗菌活性的可溶性季铵盐壳聚糖，并加入具有多种生物活性的槲皮素做为抗氧化剂、多巴胺提高粘附性能，与合成高分子聚合物结合制备成一种抗菌、抗氧化、自粘附复合多功能水凝胶敷料。天然聚合物与高分子聚合物的结合有效地提高了水凝胶的力学强度，槲皮素地加入提高了水凝胶的抗氧化活性，多巴胺的加入提高了水凝胶的自粘附性能。本发明所制备的复合多功能水凝胶敷料具有较强的吸水性、保湿性，触感冰凉舒适，为伤口提供湿润的环境，具有良好的抗菌、抗氧化性能，能有效阻止细菌入侵，清除自由基，促进伤口愈合。
本发明的目的是提供一种抗菌、抗氧化、自粘附多功能复合水凝胶敷料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将壳聚糖粉末加入冰醋酸水溶液中剧烈搅拌直到完全溶解，得到壳聚糖溶液；之后逐滴加入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTMAC)继续剧烈搅拌，随后离心收集上清液，上清液经过滤、透析，最后冷冻干燥，得到季铵盐壳聚糖(QCS)；
(2)将所得季铵盐壳聚糖溶于去离子水中得到季铵盐壳聚糖溶液；将槲皮素(QT)溶于无水乙醇中配制不同浓度的槲皮素溶液；将多巴胺盐酸盐(DA)溶解于氢氧化钠溶液中，得到多巴胺盐酸盐溶液；将三种溶液按一定比例混合均匀，得到混合液；
(3)在上述混合液中加入丙烯酰胺(AM)作为单体、N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂、过硫酸铵作为引发剂、N,N,N’,N’-四甲基乙二胺作为催化剂，混匀后超声脱泡，装入模具中，得到一种抗菌、抗氧化、自粘附多功能复合水凝胶敷料，即多巴胺(DA)-槲皮素(QT)-季铵盐壳聚糖(QCS)-聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶，记作DA-QT-QP水凝胶。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述的壳聚糖溶液的浓度为3wt％。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述的冰醋酸溶液的浓度为0.5wt％。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述壳聚糖粉末加入冰醋酸水溶液中，在温度为50-60℃下剧烈搅拌直到完全溶解。温度具体可选55℃。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述2,3-环氧丙基三甲基氯化铵与冰醋酸溶液的体积比为0.5:100-1:100，优选0.8:100。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述透析所使用的透析袋规格是MW3500，透析时间为1-5天。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述的冷冻干燥的温度为-60℃。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的槲皮素溶液的浓度为0.01wt％～2wt％。优选1wt％。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的多巴胺盐酸盐溶液的浓度为0.1wt％～0.5wt％；优选0.25wt％。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的季铵盐壳聚糖溶液的浓度为1wt％～3wt％，优选2wt％。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的混合液中，多巴胺的浓度为0.05wt％～0.2wt％。优选1wt％。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的混合液中，槲皮素与多巴胺盐酸盐的质量比为0.5:1～2:1，优选1：1。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，季铵盐壳聚糖溶液、槲皮素溶液、多巴胺盐酸盐溶液的体积比为5:1:4。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中，丙烯酰胺相对混合液的用量为0.2-0.3g/mL，优选0.25g/mL。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中，N,N-亚甲基双丙烯酰与丙烯酰胺的质量比为0.0001:1～0.0002:1，优选0.00012:1。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中，过硫酸铵与丙烯酰胺的质量比为0.5:10～1.5:10，优选1:10。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中，N,N,N’,N’-四甲基乙二胺与所述混合液的体积比为0.5:1000～1:1000，优选0.5:1000。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中的搅拌条件为冰浴，搅拌均匀后超声脱泡，装入模具。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中模具的形状包括：圆柱状、薄片状、长条状。
本发明的第二个目的是本发明所述的方法制备得到一种抗菌、抗氧化、自粘附多功能复合水凝胶敷料。
本发明的第三个目的是本发明所述的抗菌、抗氧化、自粘附多功能复合水凝胶敷料在医疗卫生材料领域的应用。
有益效果：
(1)本发明通过将壳聚糖改性为季铵盐壳聚糖，大大提高了其水溶性和抗菌效果，有效的抑制伤口周围细菌的繁殖，为伤口敷料提供了良好的抗菌性能。
(2)本发明采用的槲皮素具有多种生物活性，能够有效的提高水凝胶的抗氧化活性，清除伤口表面的自由基，从而有效的加速伤口愈合。
(3)本发明加入的多巴胺表面含有大量的羟基基团，能够有效的提高水凝胶的粘附性能，使水凝胶敷料更好地贴附在伤口表面。
(4)本发明的制备方法简单，水凝胶敷料含水量高，吸水性好，具有较好的抗菌、抗氧化性能和粘附强度，为伤口提供湿润的环境，有效的清除自由基，促进创伤的愈合。该复合多功能敷料适用于人体各个部位的伤口护理。
附图说明
图1为实施例1与对照例1～3水凝胶的抗菌性能测试结果；图中的0、1、2、3、4分别代表对照组、实施例1、对照例1、对照例2、对照例3。
图2为实施例1与对照例1～3水凝胶的抗氧化性能测试结果。
图3为实施例1与对照例1～3水凝胶的自粘附性能测试结果。
图4为实施例1中水凝胶在(a)弯曲状态、(b)压缩状态和(c)粘附于皮肤上的状态图片。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。
抗菌性能测试：
根据GB/T 20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》对复合水凝胶的抗菌性能测试，评估了水凝胶样品对金黄色葡萄球菌(S.aureus,ATCC6538)和大肠杆菌(E.coli，ATCC8099)的抗菌效果。
抗氧化性能测试：
通过测试水凝胶样品对1，1-二苯基-2-苦酰肼(DPPH)自由基的清除能力来检测水凝胶的抗氧化活性。将DPPH试剂溶解在无水乙醇中配制100mM的试验溶液，样品浸泡在无水乙醇中制得样品浸提液，然后，将DPPH试验溶液与样品浸提液等体积混合后黑暗条件下孵育1h，测量样品在517nm处的吸光度，根据公式计算DPPH的清除能力：
Figure BDA0004118408550000051
式中，Ab是DPPH试验溶液的吸光度值，As是DPPH试验溶液与样品浸提液的吸光度值。粘附性测试：
水凝胶的粘附性测试是通过将水凝胶粘附在两片新鲜的猪皮上，置于单柱式万能电子试验机上进行拉伸测试，拉伸速度为10mm/min，每组样品重复测试5次。
实施例中使用的实验材料：
壳聚糖(CS，脱乙酰度为80～95％，粘度为50～800mPa·s)、盐酸多巴胺(DA)、环氧丙基三甲基氯化胺(GTMAC)、无水乙醇、冰醋酸、氢氧化钠、丙烯酰胺、过硫酸铵、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、N,N,N′,N′-四甲基乙二胺等均购买于国药集团化学试剂有限公司，槲皮素(QT)购买于麦克林试剂有限公司。
实施例1
一种抗菌、抗氧化、自粘附多功能复合水凝胶敷料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将3g壳聚糖粉末加入100mL浓度为0.5wt％的冰醋酸水溶液中，剧烈搅拌直到完全溶解，之后逐滴加入0.8mL 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵继续剧烈搅拌，将未溶解的壳聚糖通过离心去除，上清液经过布氏漏斗过滤，最后在去离子水中透析(透析袋规格为MW3500)，透析液经过冷冻干燥(-60℃)得到季铵盐壳聚糖。
(2)将0.1g季铵盐壳聚糖溶于5mL去离子水中得到2wt％的季铵盐壳聚糖溶液；将0.1g槲皮素溶于10mL无水乙醇中配制浓度为1wt％的槲皮素溶液；将0.01g的多巴胺盐酸盐溶解于4mL氢氧化钠溶液中配制浓度为0.25wt％的多巴胺盐酸盐溶液；将所得季铵盐壳聚糖溶液、槲皮素溶液、多巴胺盐酸盐溶液按照体积比为5:1:4进行混合，搅拌均匀后得到混合液(其中，混合液中DA的浓度为0.1％、QT的浓度为0.1％)。
(3)在上述10mL混合液中加入2.5g丙烯酰胺(AM)作为单体、0.0003g N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂、0.25g过硫酸铵作为引发剂、5μL N,N,N’,N’-四甲基乙二胺作为催化剂，搅拌均匀后超声脱泡，装入圆柱状的模具中得到一种抗菌、抗氧化、自粘附多功能复合水凝胶敷料，命名为0.1DA-0.1QT-QP水凝胶。
对照例1
将实施例1步骤(2)中槲皮素的重量改为0.025g，其他条件保持不变，得到0.1DA-0.025QT-QP水凝胶。
对照例2
将实施例1步骤(2)中槲皮素的重量改为0.050g，其他条件保持不变，得到0.10DA-0.050QT-QP水凝胶。
对照例3
将实施例1步骤(2)中槲皮素的重量改为0.075g，其他条件保持不变，得到0.10DA-0.075QT-QP水凝胶。
将实施例1和对照例1～3得到的多功能复合水凝胶敷料进行了抗菌性能测试，结果如图1所示。观察到除了对照组(不添加的情况)有菌落存活，其余几组均无活菌落存在。实验结果证明实施例1和对照例1～3的水凝胶对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均具有良好的抗菌效果。
将实施例1和对照例1～3得到的多功能复合水凝胶敷料进行了抗氧化性能测试，结果如图2所示。可以观察到与对照例1～3相比，实施例1的DPPH清除率最高，可达到60％左右，随着槲皮素含量的增加，抗氧化性能逐渐提高，说明槲皮素具有优秀的抗氧化能力。
将实施例1和对照例1～3得到的多功能复合水凝胶敷料进行了粘附性测试，测试结果如图3所示。从图3可以看出实施例1的粘附强力最高，对照例1～3随着槲皮素含量的降低，粘附强力逐渐减弱。对照例3的粘附强力与实施例1相当，但对照例3的伸长率较小，因此实施例1的粘附性能最优。通过比较对照例1～3和实施例1发现，槲皮素的含量增加有利于提高水凝胶的粘附强力，主要是因为槲皮素的分子结构中含有大量的羟基、酚羟基等结构。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种抗菌、抗氧化、自粘附多功能复合水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将壳聚糖粉末加入冰醋酸水溶液中剧烈搅拌直到完全溶解，得到壳聚糖溶液；之后逐滴加入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵继续剧烈搅拌，随后离心收集上清液，上清液经过滤、透析，最后冷冻干燥，得到季铵盐壳聚糖；
(2)将所得季铵盐壳聚糖溶于去离子水中得到季铵盐壳聚糖溶液；将槲皮素溶于无水乙醇中配制不同浓度的槲皮素溶液；将多巴胺盐酸盐溶解于氢氧化钠溶液中，得到多巴胺盐酸盐溶液；将三种溶液按一定比例混合均匀，得到混合液；
(3)在上述混合液中加入丙烯酰胺作为单体、N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂、过硫酸铵作为引发剂、N,N,N’,N’-四甲基乙二胺作为催化剂，混匀后超声脱泡，装入模具中，得到一种抗菌、抗氧化、自粘附多功能复合水凝胶敷料，即多巴胺-槲皮素-季铵盐壳聚糖-聚丙烯酰胺水凝胶，记作DA-QT-QP水凝胶。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的壳聚糖溶液的浓度为3wt％；冰醋酸溶液的浓度为0.5wt％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述2,3-环氧丙基三甲基氯化铵与冰醋酸溶液的体积比为0.5:100-1:100。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的槲皮素溶液的浓度为0.01wt％～2wt％；多巴胺盐酸盐溶液的浓度为0.1wt％～0.5wt％；季铵盐壳聚糖溶液的浓度为1wt％～3wt％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的混合液中，多巴胺的浓度为0.05wt％～0.2wt％；槲皮素与多巴胺盐酸盐的质量比为0.5:1～2:1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，季铵盐壳聚糖溶液、槲皮素溶液、多巴胺盐酸盐溶液的体积比为5:1:4。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，丙烯酰胺相对混合液的用量为0.2-0.3g/mL。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，N,N-亚甲基双丙烯酰与丙烯酰胺的质量比为0.0001:1～0.0002:1；过硫酸铵与丙烯酰胺的质量比为0.5:10～1.5:10；N,N,N’,N’-四甲基乙二胺与所述混合液的体积比为0.5:1000～1:1000。
9.权利要求1-8任一项所述的方法制备得到的一种抗菌、抗氧化、自粘附多功能复合水凝胶敷料。
10.权利要求9所述的抗菌、抗氧化、自粘附多功能复合水凝胶敷料在医疗卫生材料领域的应用。
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