CN116459381B - 一种具有单向导液功能的pH敏感型慢性伤口医用敷料及其制备方法 - Google Patents

一种具有单向导液功能的pH敏感型慢性伤口医用敷料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于医用敷料领域，涉及一种具有单向导液功能的pH敏感型慢性伤口医用敷料及其制备方法。本发明利用姜黄素的抗炎和抗氧化特性对慢性伤口进行针对性治疗，依靠花青素制备对伤口的理化环境进行表征。当伤口从酸性pH值取为碱性pH值，两个苯酚基团中的一个被去质子化形成苯氧根离子，然后通过电子的重新分布稳定共振形成酮。本发明通过控制静电纺丝时间控制各层膜的厚度，使其具有良好的单向导液特性，在能直观反应伤口愈合状态的同时，又能防止伤口的过度水合，从而加快伤口愈合进程，避免进一步恶化。本发明能高效地制备出抗炎和抗氧化性能优异、绿色无毒且生物可降解的医用敷料材料，在一定程度上缓解焚烧医疗废弃物造成的环境污染问题。

Description

一种具有单向导液功能的pH敏感型慢性伤口医用敷料及其制 备方法
技术领域
本发明属于医用敷料技术领域，具体涉及一种具有单向导液功能的pH敏感型慢性伤口医用敷料及其制备方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
静电纺丝技术制备的纳米纤维敷料具有孔径比大、吸湿性好、孔隙率大等优异性能。临床上载药静电纺丝纳米纤维敷料可以用于烧伤创面及中重度渗液创面的护理。然而，由于层静电纺丝纳米纤维膜吸液能力有限且不能维持仍需进一步改善。
定向输水材料根据润湿性分布可分为两大类，即具有润湿性梯度的材料与具有Janus润湿性的材料。活性氧(ROS)是有氧呼吸产物，对于某些细胞和生化过程至关重要，例如充当细胞内信使、分化、免疫和凋亡。免疫系统还使用ROS来防止伤口中存在的微生物对愈合过程带来进一步的损伤。然而，长期暴露于高浓度ROS的环境会导致伤口氧化应激，从而损害细胞。氧化应激是阻碍伤口正常愈合的一个重要因素，通常会对伤口愈合的重塑阶段产生负面影响。氧化应激导致DNA分解，脂质过氧化和酶不活跃，被认为是伤口炎症的主要原因。抗氧化剂可以加速伤口愈合进程，并且在局部使用时能够清除自由基。姜黄素(Cur)是一种从姜科、天南星科中的一些植物的根茎中提取的一种二酮类天然化合物，已在印度和中国民间医学中用于治疗包括糖尿病、肝脏疾病和类风湿性关节炎在内的多种疾病，姜黄素能够促进伤口愈合过程中肉芽组织密度的增加，新生血管的形成，ECM的生物合成增强，细胞增殖增强并提供有效的自由基清除活性。姜黄素在调节炎症方面最重要的功能是防止肿瘤坏死因子α(TNF-α)和白细胞介素-1(IL-1)的产生，这两种细胞因子由参与调节炎症反应的单核细胞和巨噬细胞产生。姜黄素的另一个特性是能够抑制转录因子激活，即激活的B细胞(NF-κB)的核因子κ-轻链增强子(NF-B)，它调控参与炎症反应的各种基因。NF-κB被多种激酶激活，姜黄素影响参与这一激活的途径。值得注意的是，NF-κB也参与了氧化应激的反应，因此姜黄素可以同时影响氧化和炎症。纳米纤维的直径大小与天然细胞外基质(ECM)中胶原纤维的直径相似，且其高表面积也增加了与组织的相互作用，允许药物以持续的方式释放，还能够帮助调节细胞的功能。目前，基于天然化合物的单向导液慢性伤口医用敷料的研究较少。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种具有单向导液功能的pH敏感型慢性伤口医用敷料及其制备方法。本发明通过合理设计三层膜的厚度，使得该敷料在具有单向导液功能的同时又能对渗出液的pH进行表征，从而使得使用者能够及时对伤口愈合进程进行判定。本发明使用FDA认证高分子化合物聚丙烯腈(PAN)和醋酸纤维素(CA)进行静电纺丝，分别作为Janus膜的超亲水层和疏水层，聚己内酯(PCL)：明胶(GA)＝1:1为溶剂作为过渡层，三层纳米纤维膜按顺序依次进行静电纺丝，通过控制各层静电纺丝的时间制备出具备渐变润湿梯度的复合膜。本发明将所制备的Janus复合膜的亲水性一侧置于远离皮肤的位置，将疏水性纤维膜贴近皮肤一侧，使得渗出液在芯吸力、拒水力和静水压力等力的综合作用下单向泵送至远离皮肤一侧的亲水性纳米纤维膜中，从而维持皮肤相对干燥的环境，防止伤口的过度水合。该可降解复合纤维型敷料具有良好的抗氧化能力、单向导液能力及pH显色性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种具有单向导液功能的pH敏感型慢性伤口医用敷料的制备方法，包括：
将聚丙烯腈PAN、纳米二氧化硅和花青素溶于N,N-二甲基甲酰胺中，制备出亲水层静电纺丝原液；
将聚己内酯PCL和明胶GA溶于六氟异丙醇中，制备出过渡层电纺丝原液；
将醋酸纤维素CA和姜黄素Cur溶于DMF和二甲基乙酰胺的混合溶剂体系中，制备出疏水侧静电纺丝原液；
分别将上述三种静电纺丝原液转移至注射装置中，按照亲水层-过渡层-疏水层进行不间断静电纺丝，制得Janus复合膜；
将所述Janus复合膜进行后处理，得到纳米纤维膜；
其中，亲水层纳米纤维在1.5～1.8mL/h的推料速度和19～20kV电压下纺丝2～3h；
过渡层纳米纤维在2～2.4mL/h的推料速度和20～21kV正电压下纺丝3～4h；
疏水层纳米纤维在5～5.4mL/h的推料速度和16～17kV电压下纺丝0.5～1h。
本发明的第二个方面，提供了上述的方法制备的具有单向导液功能的pH敏感型慢性伤口医用敷料。
本发明的第三个方面，提供了上述的医用敷料在制备医用材料中的应用。
本发明的有益效果
(1)本发明通过合理设计亲水层-过渡层-疏水层三层膜的厚度，使得该敷料在具有单向导液功能的同时又能对渗出液的pH进行表征，从而使得使用者能够及时对伤口愈合进程进行判定。本发明将所制备的Janus复合膜的亲水性一侧置于远离皮肤的位置，将疏水性纤维膜贴近皮肤一侧，使得渗出液在芯吸力、拒水力和静水压力等力的综合作用下单向泵送至远离皮肤一侧的亲水性纳米纤维膜中，从而维持皮肤相对干燥的环境，防止伤口的过度水合。该可降解复合纤维型敷料具有良好的抗氧化能力、单向导液能力及pH显色性能。
(2)本发明提供的单向导液能力基于拉普拉斯压力和毛细力的综合作用，能够简单可控地通过改变膜的厚度实现液体运动方向的可控调节。通过改变CA的纺丝时间，可以制备出用于多种场合的具有不同导液速度的Janus复合膜。
(3)本发明提供的方法科学合理、简单易行且所用原材料均符合美国食品监管局(FDA)认证，对人体无害且能自然降解，复合绿色制造和可持续发展的理念。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示例性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的复合医用敷料制备及应用原理图。
图2为本发明制备的三层膜的SEM图及纤维直径分布图。
图3为本发明实施例1中制备的包覆姜黄素的复合敷料抗氧化性能验证。
图4为复合敷料单向导液能力验证图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
一种具有单向导液功能的pH敏感型慢性伤口医用敷料的制备方法，包括如下步骤：
(1)花青素的提取：将10g矢车菊干花瓣浸入在30mL甲醇和1mL浓盐酸混合溶液中，于黑暗环境中磁力搅拌1h，将所得溶液过滤后，转移至旋转蒸发器中得到干燥粉末。
(2)静电纺丝溶液的准备：将一定量聚丙烯腈、纳米二氧化硅和花青素溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，制备出亲水层纳米纤维膜纺丝原液；将一定量PCL和GA溶于六氟异丙醇(HFIP)中，制备过渡层纳米纤维膜纺丝原液；将一定量CA和Cur溶于DMF：二甲基乙酰胺(DMAc)＝3:2的混合溶剂体系中，制备疏水侧纳米纤维膜纺丝原液；
(3)Janus膜的制备：亲水层纳米纤维在1.5～1.8mL/h的推料速度和19～20kV电压下纺丝2～3h；
过渡层纳米纤维在2～2.4mL/h的推料速度和20～21kV正电压下纺丝3～4h；
疏水层纳米纤维在5～5.4mL/h的推料速度和16～17kV电压下纺丝0.5～1h。
通过静电纺丝工艺得到的Janus纳米纤维膜具有孔隙率大、表体比大、质量轻、负载药物能力强等优点。
进一步的，亲水层静电纺丝原液中PAN浓度为10％～12％，纳米二氧化硅浓度为1％～1.5％，花青素浓度为3％～4％；过渡层静电纺丝原液中PCL/GA的浓度为18％～20％，疏水层静电纺丝原液中CA浓度为12％～15％，姜黄素浓度为1％～1.5％。
进一步的，将上述三种纺丝原液注入10mL注射器中，固定在微量注射泵上，所述静电纺丝过程中的湿度保持在65％，温度控制在室温(20-25摄氏度)，接收距离为20-25cm，采用滚筒收集器作为接收装置，转速为60～80rpm，且所有纤维膜都收集在硅纸上，以防止剥离过程中粘附。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
一种具有单向导液功能的pH敏感型慢性伤口医用敷料的制备方法包括以下步骤(制备流程参见图1)：
(1)亲水层聚丙烯腈纺丝原液的制备：将2g PAN溶解于20mL DMF溶液中50℃均匀搅拌6h，得到10％ PAN均匀纺丝原液；然后向上述溶液中加入0.2g纳米二氧化硅，超声搅拌使其均匀分散，以增强PAN纳米纤维膜的粗糙度和亲水性；再向上述溶液中加入0.80g花青素配制成4％、的花青素溶液，均匀搅拌得到超亲水侧纳米纤维膜纺丝原液。
(2)过渡层PCL-GA纺丝原液的制备：以HFIP为溶剂，PCL：GA＝3:2的质量比配制浓度为18％的20mL过渡层PCL-GA纺丝溶液。
(3)疏水层CA纺丝原液的制备：以DMF：AC＝2:1的体积比配制溶剂体系，将2.4g CA溶于20mL上述溶剂体系中，配制浓度为12％ CA纺丝液，再向上述溶液体系中加入0.05g、0.10g、0.15g、0.20g姜黄素均匀搅拌得到2％、4％、6％、8％ Cur(基于CA)疏水层静电纺丝原液。
(4)Janus复合膜的制备：分别将8mL上述三种纺丝原液转移至10mL注射器中，按照亲水层-过渡层-疏水层进行不间断静电纺丝，推料速度分别设置为1.5mL/h、1mL/h、1.5mL/h，纺丝时间保持在5h、2.5h、1.5h。
(5)复合膜后处理方法：将上述制备的纳米纤维膜均匀铺展在两张光滑的玻璃板之间，然后附加1kg的重量，在60℃下进行热压3h，得到结合良好的复合纳米纤维膜。
将实施例1所得的复合纤维型敷料进行单向导液性能检测，具体检测方法如下：将复合纳米纤维膜剪切成20*20mm大小，用移液枪取10μL液滴，分别滴加在复合膜两侧，用手机摄像，记录导液时间。
使用2，2-二苯基-1-三硝基-肼基水合物(DPPH)自由基测定法检查负载不同质量分数Cur的PCL纳米纤维膜的抗氧化活性。简而言之，将DPPH溶解在乙醇中以制备39.4mg/LDPPH溶液。将10mg负载Cur的PCL纳米纤维膜放入12孔板中，然后快速加入3mL的DPPH溶液以浸没加载Cur的PCL纳米纤维膜。用铝箔覆盖板，并在预定时间点(即30，60，90，120，150，180分钟)收集反应溶液，以使用紫外分光光度计(Synergy H517，BioTek)测量425nm处的吸光度。单独使用DPPH溶液作为对照组。抗氧化活性根据如下公式计算：
其中Acontrol和Asample分别是对照组和样品组的吸光度值。
通过颜色测量测试了负载4wt％花青素的PAN纳米纤维膜在pH 4-9下的显色行为。具体实验步骤为将载有4wt％花青素的亲水层PAN纳米纤维(切成直径为8mm的圆圈)分别加入到具有不同pH值的20μL磷酸盐缓冲溶液中浸泡30s。通过CIE LAB(国际照明委员会)颜色坐标比较各组PAN纳米纤维的颜色和不同pH值的花青素水溶液。在相同的光照条件下，使用Linshang LS172型色差仪对负载有花青素的PAN纳米纤维膜的L值(亮度或亮度)、A值(红色或绿色)和B值(黄色或蓝色)进行测量。平均考虑10个读数进行分析。
表1
由表1的测试结果可知，在PH＝5时，复合敷料的颜色为玫红色，在PH＝7时，复合敷料的颜色为浅灰色，在PH＝9时，复合敷料的颜色为雾霾蓝色。本发明制备的可降解复合纤维型敷料具有良好的抗氧化能力、单向导液能力及pH显色性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有单向导液功能的pH敏感型慢性伤口医用敷料的制备方法，其特征在于，包括：
将聚丙烯腈PAN、纳米二氧化硅和花青素溶于N,N-二甲基甲酰胺中，制备出亲水层静电纺丝原液；
将聚己内酯PCL和明胶GA溶于六氟异丙醇中，制备出过渡层电纺丝原液；
将醋酸纤维素CA和姜黄素Cur溶于DMF和二甲基乙酰胺的混合溶剂体系中，制备出疏水侧静电纺丝原液；
分别将上述三种静电纺丝原液转移至注射装置中，按照亲水层-过渡层-疏水层进行不间断静电纺丝，制得Janus复合膜；
将所述Janus复合膜进行后处理，得到纳米纤维膜；
其中，亲水层纳米纤维在1.5～1.8mL/h的推料速度和19～20kV电压下纺丝2～3h；
过渡层纳米纤维在2～2.4mL/h的推料速度和20～21kV正电压下纺丝3～4h；
疏水层纳米纤维在5～5.4mL/h的推料速度和16～17kV电压下纺丝0.5～1h。
2.如权利要求1所述的具有单向导液功能的pH敏感型慢性伤口医用敷料的制备方法，其特征在于，所述亲水层静电纺丝原液中PAN浓度为10％～12％，纳米二氧化硅浓度为1％～1.5％，花青素浓度为3％～4％。
3.如权利要求1所述的具有单向导液功能的pH敏感型慢性伤口医用敷料的制备方法，其特征在于，所述花青素的提取方法包括：将矢车菊干花瓣浸入在甲醇和浓盐酸混合溶液中，于黑暗环境中搅拌1～1.5h，将所得溶液过滤后，旋转蒸干，即得。
4.如权利要求1所述的具有单向导液功能的pH敏感型慢性伤口医用敷料的制备方法，其特征在于，所述过渡层静电纺丝原液中PCL/GA的浓度为18％～20％。
5.如权利要求1所述的具有单向导液功能的pH敏感型慢性伤口医用敷料的制备方法，其特征在于，所述PCL与GA的摩尔比为1：1～1.2。
6.如权利要求1所述的具有单向导液功能的pH敏感型慢性伤口医用敷料的制备方法，其特征在于，所述疏水层静电纺丝原液中CA浓度为12％～15％，姜黄素浓度为1％～1.5％。
7.如权利要求1所述的具有单向导液功能的pH敏感型慢性伤口医用敷料的制备方法，其特征在于，所述混合溶剂中，DMF与二甲基乙酰胺的体积比为3:2。
8.如权利要求1所述的具有单向导液功能的pH敏感型慢性伤口医用敷料的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝过程中的湿度保持在65％，温度控制在室温，接收距离为20～25cm，采用滚筒收集器作为接收装置，转速为60～80rpm，且所有纤维膜都收集在硅纸上。
9.权利要求1-8任一项所述的方法制备的具有单向导液功能的pH敏感型慢性伤口医用敷料。
10.权利要求9所述的医用敷料在制备医用材料中的应用。
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