TWI424860B - High water absorption antibacterial dressing - Google Patents

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Description

高吸水性抗菌敷材
本發明是有關於一種抗菌敷材，特別是指一種高吸水性的抗菌敷材。
一般常見的高吸水性材料主要有兩類：第一類是以丙烯酸系化合物為主，此類型的高吸水性材料雖然其價格便宜，且具有不錯的吸水性，但是由於其不具生物可分解性，在環境中不易被微生物分解，因此將其棄置於環境中或掩埋於土壤中均會對環境造成危害，且作為傷口敷材時的生物相容性亦不佳，易產生過敏排斥反應。而另一類則是以碳水化合物為主，如澱粉、幾丁聚醣、海藻酸鈉及羧基甲基纖維素(carboxymethyl cellulose;CMC)等多醣類材料，此類天然材料具有良好之生物相容性，但是其對於水的吸收倍率有限，所以當傷口所流出的滲出液過多時，傷口周圍的原先未受傷的皮膚會因為長期處於潮濕的環境下，產生浮腫甚至潰爛的現象，或是影響該敷材的黏貼性，使其容易脫落。
傳統敷材大多是緊實的膜層結構，但是近年來發現具有纖維結構之材料，由於與水的接觸面積大且具有毛細現象，有助於吸水與排除傷口滲液，故目前之研究方向大多著重於發展纖維類型的敷材。例如：US 6,075,177即揭示一種天然的傷口敷材，該傷口敷材的傷口接觸表面的材質主要是由羧基甲基纖維素(carboxymethylcellulose)長絲所構成，且可以吸收相當於其自身重量之15倍的含鹽水溶液，但是對於有大量滲液之傷口而言仍是略顯不足，而且若是該傷口敷材又沒有足夠的抗菌成分，敷材便很容易在吸收滲液後，因細菌孳生而使傷口感染發炎。
US 6,458,460則是揭示一種含有至少兩種纖維的敷材，而該敷材主要是由一種經改質的纖維素凝膠成型纖維(gel-forming fiber)與一種海藻酸鹽類凝膠成型纖維為主體，其纖維結構與傷口的接觸面積會比傳統膜層結構來得大，故與其相較之下，吸收速度確實有提升，但纖維素與海藻酸鈉本身之吸水能力不強，約略在其重量之20倍以內，因此，仍無法有效地吸收滲液，且也沒有抗菌效果。
現有常見使敷材具有抗菌性的方式就是在敷材中加入銀，如US 7,576,255、US 7,329,417及US 7,323,614專利案皆是於不同材質的敷材上添加銀以使其具有抗菌效果。銀的抗菌原理為在破壞細菌細胞膜後，迅速與細菌體中之硫氫基結合，進而產生抗菌作用，但是銀也會對人體造成毒害，故在使用上仍有風險存在。此外，外添加銀的方式，銀易自敷材上剝離，致使此種敷材之抗菌性降低或喪失。
因此，仍有需要發展出一種天然、具抗菌性且吸水性佳的高吸水性抗菌敷材。
於是，本發明之目的，即在提供一種天然、具抗菌性且吸水性佳的高吸水性抗菌敷材。
本發明高吸水性抗菌敷材包含一高吸水性纖維基材及一抗菌背層。
該高吸水性纖維基材具有多數條纖維，且該等纖維係由一帶負電之聚合物所構成，該帶負電之聚合物是選自於聚麩胺酸(polyglutamic acid)、聚麩胺酸之衍生物、聚天門冬胺酸(polyaspartic acid)、聚天門冬胺酸之衍生物，或其組合，且該高吸水性纖維基材的單位體積重量為30 mg/cm3 ~220 mg/cm3 ，厚度為0.15 cm~0.4 cm。
該抗菌背層係至少部份地與該高吸水性纖維基材的一上層部相結合，且係由一帶正電之聚合物所構成，該帶正電之聚合物是選自於幾丁聚醣、幾丁聚醣之衍生物，或其組合；且該抗菌背層係藉由該帶正電之聚合物與該帶負電之聚合物間的正負電相吸作用而與該高分子纖維基材的上層部相結合，且該帶正電之聚合物係附著於該高分子纖維基材的上層部的纖維表面上。
本發明之功效在於：本發明藉由該帶正電之聚合物與該帶負電之聚合物間的正負電相吸作用，使得該抗菌背層與該高分子纖維基材的上層部有良好的結合性，且因為是使用天然吸水性佳的生物可相容性纖維與具抗菌性的材料，所以製得的敷材具有良好的吸水性與抗菌性，故確實能達成本發明之目的。
本發明高吸水性抗菌敷材包含一高吸水性纖維基材及一抗菌背層。
高吸水性纖維基材具有多數條纖維，且該等纖維係由一帶負電之聚合物所構成，而該帶負電之聚合物是選自於聚麩胺酸、聚麩胺酸之衍生物、聚天門冬胺酸、聚天門冬胺酸之衍生物，或其組合，且該高吸水性纖維基材的單位體積重量為30 mg/cm3 ~220 mg/cm3 ，厚度為0.15 cm~0.4 cm。
市面上所販售的聚麩胺酸與聚天門冬胺酸類材料，有些會因為要調整其溶解度，會進一步對聚麩胺酸與聚天門冬胺酸進行官能基改質，亦即藉由調整其中的羧基(COOH)與COONa之比例來進行改質，藉以製得其衍生物。
上述聚麩胺酸之衍生物與聚天門冬胺酸之衍生物除了包含經改質的聚麩胺酸與經改質的聚天門冬胺酸外，還包含聚麩胺酸鹽與聚天門冬胺酸鹽，例如鎂鹽、鈣鹽、鈉鹽等。
抗菌背層係至少部份地與該高吸水性纖維基材的一上層部相結合，且係由一帶正電之聚合物所構成，該帶正電之聚合物是選自於幾丁聚醣、幾丁聚醣之衍生物，或其組合。
該抗菌背層係藉由該帶正電之聚合物與該帶負電之聚合物間的正負電相吸作用而與該高分子纖維基材的上層部相結合，且該帶正電之聚合物係附著於該高分子纖維基材的上層部的纖維表面上。
當該高吸水性纖維層的單位體積重量小於30 mg/cm3 時，代表其中的纖維密度過於稀疏，除了致使纖維表面具有許多空隙外，也可能讓所形成之敷材無法達成敷料之基本功能(如無法完全覆蓋傷口)；當該高吸水性纖維層的單位體積重量大於220 mg/cm3 時，代表其中的纖維密度過於密實，則以其製得的抗菌敷材在吸水後，會因膨脹後的大小過大而不符合使用上的需求。更佳地，該高吸水性纖維層的單位體積重量為40 mg/cm3 ~200 mg/cm3 。
當該高吸水性纖維層的厚度小於0.15 cm時，則在製作該抗菌背層時，抗菌背層之材料容易覆蓋整個高吸水性纖維層，而非僅與其上層部的纖維結合而已，進而影響到高吸水性纖維層的吸水性；當該高吸水性纖維層的厚度大於0.4 cm時，則以其製得的抗菌敷材在吸水後，會因膨脹後的大小過大而不符合使用上的需求。更佳地，該高吸水性纖維層的厚度為0.2 cm~0.3 cm。
較佳地，該抗菌背層是藉由將一含有該帶正電之聚合物的溶液塗佈於該高吸水性纖維層之一表面上而製得的。
較佳地，該含有帶正電之聚合物的溶液的黏度為200 cp~4300 cp；更佳地，該含有帶正電之聚合物的溶液的黏度為240 cp~3050 cp。當該黏度低於200 cp時，代表該溶液中的固含量(即帶正電之聚合物的含量)太低，以致於該溶液在與該高吸水性纖維層接觸後，無法在纖維表面上形成均勻分佈的抗菌背層，進而影響到其抗菌效果；當該黏度高於4300 cp時，代表該溶液太過黏稠，會增加操作上的難度，亦容易造成抗菌背層無法均勻分佈於各纖維表面上，導致乾燥後的成品容易產生皺摺現象，而敷材型態亦較不理想。
較佳地，該帶正電之聚合物的重量平均分子量為6,600~900,000；更佳地，該帶正電之聚合物的重量平均分子量為100,000~800,000。當該重量平均分子量低於6,600時，其抗菌能力較差；當該重量平均分子量高於900,000時，該帶正電之聚合物的溶解度較差，使其難以操作，且要製作重量平均分子量大的帶正電之聚合物也較不容易。
較佳地，該帶正電之聚合物是選自於幾丁聚醣、幾丁聚醣之衍生物，或其組合。現有帶正電且具有生物可相容性的幾丁聚醣衍生物皆可適用於本案。
較佳地，該帶正電之聚合物的去乙醯度大於75%；更佳地，該帶正電之聚合物的去乙醯度大於85%。當該帶正電之聚合物的去乙醯度小於75%，抗菌能力較差。
如圖1所示，本發明高吸水性抗菌敷材之一較佳實施例包含一高吸水性纖維基材1及一抗菌背層2。該高分子纖維基材1包括一上層部11與一基層部12。
在本案之具體實施例中，該高吸水性纖維基材中的基層部12是一由聚麩胺酸纖維所構成的片材，而該抗菌背層2是一由幾丁聚醣所構成的膠體層，至於高吸水性纖維基材中的上層部11則是由多數條表面覆蓋有幾丁聚醣膠的聚麩胺酸纖維所構成。
本發明高吸水性抗菌敷材的製備方法包含：(a)先將自行製作的纖維材料經過裁切，進而得到一具有特定單位體積重量與厚度的纖維片，以作為上述之高吸水性纖維基材；(b)將具抗菌性的帶正電之聚合物溶於適當的溶液中，以得到一含有帶正電之聚合物的溶液；及(c)將該步驟(b)之含有帶正電之聚合物的溶液塗佈於該步驟(a)的高吸水性纖維基材的一側面上，或將該步驟(a)的高吸水性纖維基材部分含浸於該步驟(b)之含有帶正電之聚合物的溶液，藉此得到一具有三層結構(即高吸水性纖維基材的上層部與基層部，以及抗菌背層)的成品，最後再將其乾燥，即可得到一本發明高吸水性抗菌敷材。
實施例
本發明將就以下實施例作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。
＜化學品來源＞
1.　聚麩胺酸：購自於味丹；型號為Gamma-PGA Na form。
2.　幾丁聚醣：購自於Aldrich；品名為Poly(D-glucosamine)。
3.　醋酸：購自於景明；分析等級(Analytical grade)。
4.　蘋果酸：購自於Aldrich；純度99%
<製備聚麩胺酸纖維片>
本案所使用的聚麩胺酸纖維片的製備過程大致是參照TW 201037110一案中所揭露的方式。發明人利用藉由調整滾輪速度及收集時間來調控製得的聚麩胺酸纖維片的單位體積重量(mg/cm3 )與厚度(cm)，而各實施例與比較例中的聚麩胺酸纖維片的製備之操作參數如下表1所示。
製備高吸水性抗菌敷材 ＜實施例1＞
實施例1的製備步驟如下：
(1)　以上述製備聚麩胺酸纖維片的方式製作出一單位體積重量為67 mg/cm3 且厚度為0.3 cm的聚麩胺酸纖維片。
(2)　將適量的去乙醯度為95%且Mw =350,000之幾丁聚醣溶於適量的1 wt%之醋酸水溶液中，以得到一濃度為1 wt%的幾丁聚醣溶液，其黏度為916 cp。
(3)　將步驟(2)之幾丁聚醣溶液倒入一培養盤中，使其厚度不超過1.5 mm，並確定其均勻平鋪於該培養盤底部後，再將步驟(1)之聚麩胺酸纖維片放入，並於靜置十分鐘後，以氫氧化鈉溶液沖洗數次中和成中性，再將該聚麩胺酸纖維片浸於純水中，歷時約30分鐘(測得純水之pH值介於6~8即可)，最後將其置於一溫度為60℃的烘箱內2小時進行乾燥，即得到一具有聚麩胺酸纖維基材與幾丁聚醣背層的本發明高吸水性抗菌敷材。
<實施例2至7>
實施例2至7分別是以與實施例1相同的步驟製備本發明高吸水性抗菌敷材，不同的地方在於：各步驟中的操作參數不盡相同，而該等數據如下表2所示。
<比較例1與2>
比較例1與2分別是以與實施例1相同的步驟製備抗菌敷材，不同的地方在於：各步驟中的操作參數不盡相同，而該等數據如下表2所示。
<比較例3與4>
比較例3與4分別是以與實施例1相似的步驟製備抗菌敷材，不同的地方在於：比較例3是以一體積重量為67mg/cm3 且厚度為0.3cm之棉花纖維(購自於強利有限公司，棉墊5"×8")取代實施例1中的聚麩胺酸纖維片；比較例4是以一天然抗菌劑柑橘萃取物(Citrofresh)(購自於Citrofresh公司)取代實施例1中的幾丁聚醣溶液。
<比較例5>
比較例5是以與實施例1相似的步驟製備抗菌敷材，不同的地方在於：比較例5之步驟(1)是製備一聚麩胺酸薄膜，並以此聚麩胺酸薄膜取代實施例1中的聚麩胺酸纖維片，該步驟係先配製一濃度為20wt%的聚麩胺酸水溶液，並於該水溶液中加入適量的乙二醇二缩水甘油醚(Ethylene glycol diglycidyl ether)，使其濃度為6μ l/g，接著，在溫度為60℃且攪拌速度為50rpm的環境下反應，並於歷時1小時後獲得一塗液。將兩片厚度0.5cm之間隙片平行間隔設置於玻璃片上並進行塗佈，再放置於60℃之烘箱中。12小時後取出並移除兩間隙片，即可得到一形成於該玻璃片上且厚度約為0.5cm的聚麩胺酸薄膜。
抗菌測試 [菌株之培養]
從一保存的瓊脂培養基上挑選出一單一菌落(single colony)的金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus )(BCRC Number 15211)，並將之接種至一含有2000μL的LB肉湯 培養液(LB broth)的15mL的離心管中，接著將該離心管震盪歷時10分鐘以充分散浮菌體，繼而將所形成的庫存(stock)菌液以LB肉湯培養液進行10倍連續稀釋(10-fold serial dilution)，以得到具有不同稀釋倍數(10-1 、10-2 、10-3 、10-4 以及10-5 倍)的經稀釋的菌液。之後，將100μL的具有不同稀釋倍數的菌液分別接種至不同的瓊脂培養基上並以三角玻璃棒予以均勻地塗佈。接著，將塗佈有菌液的瓊脂培養基置於37℃的培養箱中進行培養，歷時14~24小時。根據經計算的瓊脂培養基的菌落形成單位，取適量庫存菌液以滅菌水調整菌液濃度，以得到一濃度為106 ~107 CFU/mL的試驗菌液。
[抗菌定性測試]
將100μ l之上述試驗菌液分別接種至不同的瓊脂培養基上並以三角玻璃棒予以均勻地塗佈。接著，將實施例1~7以及比較例3及4所製得之樣品分別製造成一錠狀物，並分別以幾丁聚醣背層朝下水平地貼在上述含有試驗菌液的瓊脂培養基上，繼而將該等瓊脂培養基置於37℃的培養箱中進行培養歷時14~24小時。之後，觀察該等錠狀物表面及其周圍之菌落生長狀況，其結果如下表3所示，此實驗被重複進行兩次。
此外，為了進一步證實本發明高吸水性抗菌敷材中的纖維基材與抗菌背層是緊密結合，發明人還設計另一組抗菌定性測試，其係先以蒸餾水分別沖洗實施例1及比較例3與4之錠狀物10次後，再以前述相同之方式進行培養與觀 察，其結果如下表3所示。
從表3之結果可知，實施例1~7的樣品皆具有抗菌效果，此外，由上述數據還可看出高吸水性纖維基材的單位體積重量與厚度，以及幾丁聚醣的重量平均分子量與去乙醯度都會對樣品的抗菌效果有影響。
再者，從比較例3與4之樣品的測試結果，可以看出若是纖維基材與抗菌劑結合強度不夠時，抗菌劑會因為被水沖刷而流失，進而導致抗菌效果不佳，然，實施例1之樣品，在經過水洗後，仍有良好的抗菌效果，因為其中的纖維基材與抗菌背層結合強度高。
吸水性測試
在吸水率的測試中，發明人係先測量實施例1與2以及比較例3與5之抗菌敷材吸水前的重量後，再將該等抗菌敷材浸置於過量的去離子水中30秒，待其充分吸水後，取出敷材，待無水份自敷材滴落，立即利用水分測定儀(moisture analyzer；購自於A&D；型號為MX-50)烘乾測量其含水量。接著，量測該等抗菌敷材吸水後之重量，並藉由下式(I)計算出各抗菌敷材可吸收多少倍本身重量的水分，其結果如下表4所示。
(吸水後重量-吸水前重量)/吸水前重量 (I)
由表4可以看出，實施例1與2之抗菌敷材的吸水能力遠比比較例3與5來得好。另，由比較例3之結果亦可知，以聚麩胺酸纖維製成之高吸水性敷材，吸水倍數較一般棉花纖維高出許多，而由比較例5之結果亦可知，除了敷材的材質對於吸水性有影響外，敷材的結構亦會影響其吸水性。以同樣尺寸來看，纖維結構之敷材的接觸面積遠比薄膜結構來得大，而與水接觸面積越大的敷材，越能快速地傳導水分，並使滲出物快速地被移除，避免傷口過於濕潤，而引起周圍皮膚潰爛及細菌孳生等問題。
綜上所述，本發明藉由正負電相吸原理來增強該抗菌背層與該高分子纖維基材的上層部間的結合強度，且因為是使用天然吸水性佳的生物可相容性纖維與具抗菌性的材 料，所以製得的敷材具有良好的吸水性與抗菌性，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1．．．高吸水性纖維基材
11．．．上層部
12．．．基層部
2．．．抗菌背層
圖1為一剖面示意圖，顯示本發明高吸水性抗菌敷材。
1．．．高吸水性纖維基材
11．．．上層部
12．．．基層部
2．．．抗菌背層

Claims (9)

  1. 一種高吸水性抗菌敷材，包含：一高吸水性纖維基材，具有多數條纖維，且該等纖維係由一帶負電之聚合物所構成，該帶負電之聚合物是選自於聚麩胺酸、聚麩胺酸之衍生物、聚天門冬胺酸、聚天門冬胺酸之衍生物，或其組合，且該高吸水性纖維基材的單位體積重量為30 mg/cm3 ~220 mg/cm3 ，厚度為0.15 cm~0.4 cm；及一抗菌背層，至少部份地與該高吸水性纖維基材的一上層部相結合，且係由一帶正電之聚合物所構成，該帶正電之聚合物是選自於幾丁聚醣、幾丁聚醣之衍生物，或其組合；且該抗菌背層係藉由該帶正電之聚合物與該帶負電之聚合物間的正負電相吸作用而與該高分子纖維基材的上層部相結合，且該帶正電之聚合物係附著於該高分子纖維基材的上層部的纖維表面上。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之高吸水性抗菌敷材，其中，該高吸水性纖維基材的單位體積重量為40 mg/cm3 ~200 mg/cm3 。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之高吸水性抗菌敷材，其中，該高吸水性纖維基材的厚度為0.2 cm~0.3 cm。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述之高吸水性抗菌敷材，其中，該抗菌背層是藉由將一含有該帶正電之聚合物的溶液塗佈於該高吸水性纖維層之一表面上而製得的。
  5. 依據申請專利範圍第1項所述之高吸水性抗菌敷材，其中，該含有帶正電之聚合物的溶液的黏度為200 cp~4300 cp。
  6. 依據申請專利範圍第1項所述之高吸水性抗菌敷材，其中，該帶正電之聚合物的重量平均分子量為6,600~900,000。
  7. 依據申請專利範圍第6項所述之高吸水性抗菌敷材，其中，該帶正電之聚合物的重量平均分子量為100,000~800,000。
  8. 依據申請專利範圍第1項所述之高吸水性抗菌敷材，其中，該帶正電之聚合物的去乙醯度大於75%。
  9. 依據申請專利範圍第8項所述之高吸水性抗菌敷材，其中，該帶正電之聚合物的去乙醯度大於85%。
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