CN118045225A - 一种抗菌抗氧化自粘附三网络水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种优良粘接性能的抗菌抗氧化三网络水凝胶及其制备方法和应用。本发明采用丙烯酸与聚乙二醇二丙烯酸酯共聚形成第一网络，重组胶原蛋白通过互穿形成第二网络，单宁酸与硼酸通过硼酸酯键键合形成第三网络，制备了具有高粘附的抗菌抗氧化三网络水凝胶。制得的这种三网络水凝胶敷料的湿面粘附性能、抗菌和抗氧化能力能够促进皮肤上开放性伤口的恢复。与现有的常规皮肤和粘膜湿敷料相比，这种复合三网络水凝胶通过更简单且更经济环保的方法制备，并且具有更强的湿粘附能力、延展性、抗菌和抗氧化能力，从而促进伤口愈合。
Description
技术领域
本发明涉及医用敷料技术领域，具体涉及一种抗菌抗氧化自粘附三网络水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
创伤或手术损伤后伤口的闭合和修复具有重要的临床和研究意义。开放性皮肤/粘膜伤口通常需要8-12周才能愈合。然而，这一有序过程可能会受到不利因素的干扰，如细菌感染、免疫力低下、过度活动和局部皮肤/粘膜温度升高。为了避免这些并发症的发生，往往需要在伤口处覆盖一层具有保护作用的敷料，例如纱布等。尽管现在已经有了各种各样的伤口敷料，但他们通常显示出与组织的机械匹配性差和粘结性不强等缺点，当应用于动度较大的关节如腕关节、肘关节等处，很难将这些敷料牢固的覆盖在创口上，这就不能对创口起到很好的保护及促愈合的作用。
水凝胶是一类具有物理或化学交联结构的亲水性三维网络高分子聚合物，因其可调节的化学和物理特性，成为伤口处理和修复的合适材料。但传统水凝胶也存在不足，如力学性能较差、没有粘附性、没有抗菌能力、生物相容性差等。近年来，研究者们已经提出了各种方法来构建具有显著力学性能的多功能水凝胶。在公开号为CN 113274542 A的发明专利中，公开了一种可促进伤口愈合的水凝胶敷料，其制备方法是先分别将重组胶原蛋白、聚乙烯醇、单宁酸和硼砂配置成溶液，再将单宁酸溶液与硼砂溶液混合均匀，加入重组胶原蛋白溶液，最后加入聚乙烯醇溶液混匀，静止溶胀24h得到一种具备自愈合能力的抗菌促愈凝胶，但该凝胶粘附强度不高，制备繁琐。
公开号为CN 115626995 A的发明专利公开了一种双网络水凝胶，该水凝胶通过将季铵盐改性壳聚糖阳离子聚电解质引入含有丙烯基单体-co-磺酸盐阴离子共聚物中来构建一种聚电解质双网络水凝胶，其中以季铵化羧甲基壳聚糖阳离子聚电解质为第一网络，聚(丙烯基单体-co-磺酸盐)阴离子聚合物为第二网络，该水凝胶材料具有优异的抗菌性能和机械性能，拉伸应变可达1100％，但其在粘附性能方面稍有欠缺，对猪皮的粘附强度最高仅为6.2kPa。
鉴于此，临床上需要一种制备简单，操作方便快捷，具有优异力学性能的多功能水凝胶。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备简单，操作方便快捷，具有高粘附性能的抗菌抗氧化水凝胶敷料，该水凝胶敷料可以提供牢固的粘接，能应用于动度较大的关节部位，同时可以防止感染并促进伤口愈合而不形成疤痕。
本发明的技术方案如下：
所述的抗菌抗氧化自粘附三网络水凝胶，以丙烯酸与聚乙二醇二丙烯酸酯共聚形成第一网络，重组胶原蛋白通过互穿形成第二网络，单宁酸与硼酸通过硼酸酯键键合形成第三网络。
所述的抗菌抗氧化自粘附三网络水凝胶，由包括如下质量比的组分制成：丙烯酸30％～35％、聚乙二醇二丙烯酸酯2％～10％、重组胶原蛋白0.5％～5％、硼酸0.5％～5％、单宁酸0.1％～2％、光引发剂0.1％～0.4％，余量为水。
其中，所述聚乙二醇二丙烯酸酯的分子量为10000～20000。
所述重组胶原蛋白的分子量为20～50kDa。
所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、2,2'-偶氮(2-甲基-N-(2-羟基乙基)丙酰胺、I2959或苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐中的一种。
所述的抗菌抗氧化自粘附三网络水凝胶的制备方法如下：
将聚乙二醇二丙烯酸酯与丙烯酸溶于光引发剂溶液，依次加入重组胶原蛋白、硼酸和单宁酸溶液混合均匀制得预聚液，经紫外光照射即得抗菌抗氧化自粘附水凝胶。
其中，所述光引发剂溶液质量分数为0.1～1％。
所述单宁酸溶液的质量分数为15％～25％。
所述紫外灯照射时间为5～10min。
本发明具有以下有益效果：
1)本发明采用丙烯酸与聚乙二醇二丙烯酸酯通过自由基共聚形成水凝胶的第一网络，构成三网络结构水凝胶的刚性部分；重组胶原蛋白与聚丙烯酸/聚乙二醇二丙烯酸酯网络相互渗透互穿，形成水凝胶的第二网络，这种相互渗透互穿增强了水凝胶的刚性；单宁酸与硼酸通过硼酸酯键键合形成第三网络。在本发明的水凝胶中，单宁酸/硼酸、重组胶原蛋白和聚丙烯酸/聚乙二醇二丙烯酸酯之间发生非共价相互作用，在大变形下耗散能量，赋予了水凝胶很好的韧性。因而本发明的水凝胶，湿粘附能力强，延展性好。
2)在本发明的水凝胶体系中，硼酸赋予了水凝胶抗菌性能；单宁酸的加入，一方面通过动态硼酸酯键与硼酸结合，赋予了水凝胶自愈合性能，另一方面，因其丰富的酚羟基和优越的生物性能，进一步提高水凝胶对细菌的抗菌活性以及体外抗氧化能力，也赋予了水凝胶强湿面粘附能力。因而本发明的复合三网络水凝胶，具有粘附性能突出、生物相容性优异、优异延展性、抗菌和抗氧化等优点，有望作为伤口敷料应用于更广泛的生物医学领域。
3)本发明制备的抗菌抗氧化自粘附水凝胶通过一锅法制备，室温反应，操作简便快捷，光引发剂用量小，无残留毒害。
附图说明
图1为实施例1-3、对比例1-3制备的水凝胶粘附性能力学测试结果。
图2为实施例1-3、对比例3制备的水凝胶抗氧化性能测试结果。其中，图2(a)中，从左至右分别为对比例3、实施例1、实施例2和实施例3制备的水凝胶与DPPH溶液孵育30min的照片；图2(b)中，从左至右分别为对比例3、实施例1、实施例2和实施例3水凝胶的DPPH清除率。
图3为实施例2、对比例2和对比例3制备的水凝胶抗菌性能测试结果。其中，A1-A4依次为空白样、对比例2、对比例3和实施例2所制备的水凝胶对大肠杆菌抑制效果；B1-B4依次为空白样、对比例2、对比例3和实施例2所制备的水凝胶对金黄色葡萄球菌抑制效果。
图4为实施例1-3、对比例1-3制备的水凝胶拉伸性能测试结果。其中，曲线1为实施例1制得的水凝胶材料，曲线2为实施例2制得的水凝胶材料，曲线3为实施例3制得的水凝胶材料，曲线4为对比例1制得的水凝胶材料，曲线5为对比例2制得的水凝胶材料，曲线6为对比例3制得的水凝胶材料。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但这些实施例并不对本发明做任何形式的限定。实施例中若无特别说明，则都为常规试剂与常规方法。
实施例1
将40mg聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA-20k)与500μL丙烯酸(AAC)溶于1mL0.5％I2959溶液，加入20mg重组胶原蛋白(COL)和10mg硼酸(BA)溶解完全，最后加入10μL 20％单宁酸(TA)溶液得到预聚液。在室温下，将预聚液导入聚四氟乙烯模具中，紫外光照射10min得到一种高粘附的抗菌抗氧化水凝胶。
实施例2
将40mg聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA-20k)与500μL丙烯酸(AAC)溶于1mL0.5％I2959溶液，加入20mg重组胶原蛋白(COL)和10mg硼酸(BA)溶解完全，最后加入20μL 20％单宁酸(TA)溶液得到预聚液。在室温下，将预聚液导入聚四氟乙烯模具中，紫外光照射10min得到一种高粘附的抗菌抗氧化水凝胶。
实施例3
将40mg聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA-20k)与500μL丙烯酸(AAC)溶于1mL0.5％I2959溶液，加入20mg重组胶原蛋白(COL)和10mg硼酸(BA)溶解完全，最后加入30μL 20％单宁酸(TA)溶液得到预聚液。在室温下，将预聚液导入聚四氟乙烯模具中，紫外光照射10min得到一种高粘附的抗菌抗氧化水凝胶。
对比例1
将40mg聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA-20k)与500μL丙烯酸(AAC)溶于1mL0.5％I2959溶液。在室温下，将该混合液导入聚四氟乙烯模具中，紫外光照射10min得到一种粘附水凝胶。
对比例2
将40mg聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA-20k)与500μL丙烯酸(AAC)溶于1mL0.5％I2959溶液，加入20mg重组胶原蛋白(COL)混合均匀。在室温下，将该混合液导入聚四氟乙烯模具中，紫外光照射10min得到一种粘附水凝胶。
对比例3
将40mg聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)与500μL丙烯酸(AAC)溶于1mL 0.5％I2959溶液，加入20mg重组胶原蛋白(COL)和10mg硼酸(BA)混合均匀。在室温下，将该混合液导入聚四氟乙烯模具中，紫外光照射10min得到一种粘附的抗菌水凝胶。
性能测试
(1)粘附性能测试
将实施例1-3与对比例1-3制备的水凝胶进行粘附性能测试。
选用新鲜猪皮模拟人体皮肤，采用搭剪切试验对水凝胶的粘附性能进行评价。将15mm×15mm×1mm的矩形水凝胶粘附在两块猪皮的表面，用700g的重物按压10min，在室温下固化2h后采用万能试验机进行粘附性能测试。将样品以5mm/s的速率单轴拉伸，直到猪皮与水凝胶断开。将每个样品的相同实验重复3次。
粘附性能测试的结果如图1所示，其中PACBT-1表示实施例1制得的水凝胶材料，PACBT-2表示实施例2制得的水凝胶材料，PACBT-3表示实施例3制得的水凝胶材料，PA表示对比例1制得的水凝胶材料，PAC表示对比例2制得的水凝胶材料，PACBT-0表示对比例3制得的水凝胶材料。
根据图1的结果来看，实施例1-2制得的水凝胶材料的粘附强度均高于对比例1-3，随着单宁酸溶液添加量的增加，水凝胶的粘附性能先增加后降低，实施例3粘附性能下降，是因为单宁酸具有阻聚作用，随着它含量的增加，影响了自由基聚合，导致内部交联密度下降，使得实施例3水凝胶的粘附强度下降。实施例2的粘附性能最佳，粘附强度达到了36.68kPa。
(2)抗氧化性能测试
将实施例1-3、对比例3制备的水凝胶进行抗氧化性能测试。
用DPPH自由基清除法考察水凝胶的抗氧化能力。取50mg不同组分的水凝胶分散在2mL甲醇中，加入8mL 100mM的DPPH的甲醇溶液，黑暗中孵育30分钟。对反应液进行400-800nm的紫外波长扫描，记录515nm处的吸光度。空白为2mL不加水凝胶的甲醇混合8mLDPPH溶液。每个样品平行测定3次。DPPH清除率计算如下：
其中AX为DPPH溶液与水凝胶样品孵育30min后在515nm处的吸光度，A0为空白样在515nm处的吸光度。
图2(a)，从左至右分别为对比例3、实施例1、实施例2和实施例3制备的水凝胶与DPPH溶液孵育30min的照片。图2(b)为实施例1-3、对比例3水凝胶的DPPH清除率。其中PACBT-1表示实施例1制得的水凝胶材料，PACBT-2表示实施例2制得的水凝胶材料，PACBT-3表示实施例3制得的水凝胶材料，PACBT-0表示对比例3制得的水凝胶材料。
对比例3无抗氧化性，实施例1-3具有较好的抗氧化性能，其DPPH清除率均在60％以上，且随着添加的单宁酸(TA)的量增加，DPPH清除率逐渐增高，实施例3的DPPH清除率高达86.68％。
(3)抗菌性能测试
将实施例3、对比例2和对比例3进行抗菌性能测试。
选择金黄色葡萄球菌和大肠杆菌作为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的代表进行体外抗菌试验。将-80℃保存的菌种取出并恢复至室温，取1mL菌液加入到100mL已灭菌的LB液体培养基中。将接完菌的三角瓶置于37℃、120r/min培养箱中摇床培养过夜。取200μL过夜培养的菌液于96孔板中，使用酶标仪测定其OD600值。通过不断稀释，得到浓度为1×108CFU mL-1的菌液(OD600＝0.12-0.16)。再将其稀释102倍，得到浓度为1×106CFU mL-1的菌液备用。
取0.2g预先在紫外灯下灭菌过夜的水凝胶样品，加入到10mL的PV管中，加入5mL浓度为1×106CFU mL-1的菌液，在37℃、120r/min培养箱中共培养4h。另取0.2g无菌水作为空白对照，加入5mL浓度为1×106CFU mL-1的菌液共培养。取20μL共培养菌液稀释102倍，吸取50μL稀释后菌液涂布平板。将平板置于培养箱中培养18h，观察各平板上的菌落数。每个样品涂布3块平板。
图3为空白样、本发明实施例2、对比例2和对比例3所制备的水凝胶抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的效果。其中，A1-A4依次为空白样、实施例2、对比例2和对比例3所制备的水凝胶对大肠杆菌抑制效果，B1-B4依次为空白样、实施例2、对比例2和对比例3所制备的水凝胶对金黄色葡萄球菌抑制效果。结果显示，对比例2对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌无抑菌作用，对比例3对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有较为明显的抑菌作用，在添加单宁酸后，抑菌效果有了明显提升，实验例2的抗菌率接近100％。
(4)拉伸性能测试
将实施例1-3、对比例1-3制备的水凝胶材料进行拉伸实验测试。
使用万能材料试验机对水凝胶进行轴向拉伸实验。将水凝胶制成60mm×20mm×1mm的长条状，两夹具的初始间距为30mm。拉伸速率设定为50mm/min，样品拉伸至断裂停止，实验在室温下进行。拉伸强度(δ，kPa)计算如下公式所示：
其中F为破坏载荷(N)；l为水凝胶初始宽度(mm)；d为水凝胶初始厚度(mm)。
拉伸性能测试的结果如图4所示，其中1表示实施例1制得的水凝胶材料，2表示实施例2制得的水凝胶材料，3表示实施例3制得的水凝胶材料，4表示对比例1制得的水凝胶材料，5表示对比例2制得的水凝胶材料，6表示对比例3制得的水凝胶材料。
由图4可以看出，实施例1-3制备的水凝胶材料的拉伸率均高于对比例1-3，可拉伸至原长的15-22倍，具备优异的延展性，可适用于动度较大的关节创面，提供完全的伤口闭合，并成为细菌感染的屏障。
Claims (4)
1.一种抗菌抗氧化自粘附三网络水凝胶，其特征在于：以丙烯酸与聚乙二醇二丙烯酸酯共聚形成第一网络，重组胶原蛋白通过互穿形成第二网络，单宁酸与硼酸通过硼酸酯键键合形成第三网络；
由包括如下质量比的组分制成：丙烯酸30％～35％、聚乙二醇二丙烯酸酯2％～10％、重组胶原蛋白0.5％～5％、硼酸0.5％～5％、单宁酸0.1％～2％、光引发剂0.1％～0.4％，余量为水。
2.根据权利要求1所述的抗菌抗氧化自粘附三网络水凝胶，其特征在于：所述聚乙二醇二丙烯酸酯的分子量为10000～20000；
所述重组胶原蛋白的分子量为20～50kDa；
所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、2,2'-偶氮(2-甲基-N-(2-羟基乙基)丙酰胺、I2959或苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐中的一种。
3.权利要求1所述的抗菌抗氧化自粘附三网络水凝胶的制备方法，其特征在于采用如下制备步骤：
将聚乙二醇二丙烯酸酯与丙烯酸溶于光引发剂溶液，依次加入重组胶原蛋白、硼酸和单宁酸溶液混合均匀制得预聚液，经紫外光照射即得抗菌抗氧化自粘附水凝胶；
所述光引发剂溶液的质量浓度为0.1％～1.0％；
所述单宁酸溶液的质量分数为15％～25％；
所述紫外照射时间为5～10min。
4.权利要求1所述一种抗菌抗氧化自粘附三网络水凝胶在制备用作伤口治疗中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410251609.XA CN118045225A (zh) | 2024-03-06 | 2024-03-06 | 一种抗菌抗氧化自粘附三网络水凝胶及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410251609.XA CN118045225A (zh) | 2024-03-06 | 2024-03-06 | 一种抗菌抗氧化自粘附三网络水凝胶及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN118045225A true CN118045225A (zh) | 2024-05-17 |
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ID=91048512
Family Applications (1)
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| CN202410251609.XA Pending CN118045225A (zh) | 2024-03-06 | 2024-03-06 | 一种抗菌抗氧化自粘附三网络水凝胶及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN118045225A (zh) |
-
2024
- 2024-03-06 CN CN202410251609.XA patent/CN118045225A/zh active Pending
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