一种透湿、止血、抗菌伤口敷料及其制备方法转让专利
申请号 : CN202110347436.8
文献号 : CN113069587B
文献日 : 2022-04-29
发明人 : 任学宏 , 汪杨 , 刘颖
申请人 : 江南大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种透湿、止血、抗菌伤口敷料的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:(1)制备季铵盐抗菌剂QAS18:将N,N‑二甲基乙醇胺(DMEA)、异氰酸丙基三乙氧基硅烷(IPTS)、二月桂酸二丁基锡(DBEU)以及溶剂DMF加入到反应容器中,惰性氛围下80~100℃反应18~24h,之后加入1‑溴十八烷和碘化钾(KI),惰性氛围下升温至110~120℃继续反应
18~24h,之后过滤、旋蒸、提纯、干燥后即制备得到季铵盐抗菌剂QAS18;
(2)制备ZnO‑QAS18颗粒:将ZnO分散在乙醇中制得ZnO悬浮液,将同等质量的步骤(1)制备得到的QAS18溶解于乙醇中制得QAS18溶液,再将两者混合,然后加水后95~105℃冷凝回流18~24h,之后抽滤、提取、干燥即可得到ZnO‑QAS18颗粒;
(3)配制得到浓度为15wt%的聚己内酯(PCL)纺丝液,溶剂为甲酸,进行静电纺丝,干燥后得到PCL纤维膜;
(4)喷涂zein和ZnO‑QAS18:配制得到5wt%的zein溶液,溶剂为75wt%的乙醇溶液,利用喷雾瓶将溶解好的zein溶液均匀喷涂在步骤(3)得到的PCL纤维膜表面,之后干燥得到PCL/zein膜;再配制5mg/mL的ZnO‑QAS18乙醇分散液,利用喷雾瓶将ZnO‑QAS18乙醇分散液均匀喷涂在PCL/zein膜表面,干燥即可。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述N,N‑二甲基乙醇胺(DMEA)、异氰酸丙基三乙氧基硅烷(IPTS)和1‑溴十八烷的摩尔比为5:6:5。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述二月桂酸二丁基锡(DBEU)的加入量为反应体系中DMEA摩尔量的0.5~1%,所述碘化钾(KI)的加入量为反应体系中DMEA摩尔量的0.5~1%。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述惰性氛围是指氮气、氩气氛围的任一种或两种。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,静电纺丝的工艺参数为:电压20kV,注射速率0.5mL/h,环境温度20~25℃,相对湿度40‑50%,纺丝距离15cm,滚筒转速100rpm/min。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,喷涂的操作参数为:氮气出口压力为
0.2MPa,持续时间30s。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述干燥为在45℃真空干燥24h。
8.权利要求1~7任一项所述的制备方法制备得到的透湿、止血、抗菌伤口敷料。
9.包含权利要求8所述的透湿、止血、抗菌伤口敷料的医疗器械。
10.权利要求8所述的透湿、止血、抗菌伤口敷料在医疗行业中的应用。
说明书 :
一种透湿、止血、抗菌伤口敷料及其制备方法
技术领域
背景技术
会造成机体死亡。在自然环境中,皮肤受损后很容易受到细菌等微生物的入侵,因此及时的
处理伤口可以很大程度的避免感染。
基酸,所以zein分子链间容易形成二硫键和疏水键,这也使得zein分子具有一定的自组装
(self‑assembly)特性。Zein已经被证明有利于促进细胞生长和组织再生,因此在生物医用
领域中受到了越来越多的关注。
细胞毒性。此外,研究表明ZnO颗粒具有一定的体外凝血效果,可以作为伤口处的止血材料,
而季铵盐抗菌剂由于具有带正电荷的季铵基团,对血浆中的红细胞具有一定的吸附作用,
因此可以促进血液的凝固。
防止细菌等微生物的滋生和防止伤口细胞脱水。
发明内容
ZnO纳米颗粒表面,制备成ZnO‑QAS18颗粒,之后通过静电纺丝以及喷涂zein蛋白的方式制备
得到了伤口敷料。本发明的伤口敷料透湿性良好、具有一定的止血能力且抗菌效果显著,生
物相容性良好,制备过程便捷、无污染。
℃反应18~24h,之后加入1‑溴十八烷和碘化钾(KI),惰性氛围下升温至110~120℃继续反
应18~24h,之后过滤、旋蒸、提纯、干燥后即制备得到季铵盐抗菌剂QAS18;
凝回流18~24h,之后抽滤、提取、干燥即可得到ZnO‑QAS18颗粒;
PCL/zein膜;再配制5mg/mL的ZnO‑QAS18乙醇分散液,利用喷雾瓶将ZnO‑QAS18乙醇分散液均
匀喷涂在PCL/zein膜表面,干燥即可。
的0.5~1%。
到PCL纺丝液。
单、环保。
附图说明
b为PCL/zein/ZnO‑QAS18样品表面的红细胞观察;图c为PCL/zein/ZnO‑QAS18样品的血小板
黏附测试;图d为PCL,PCL/zein,PCL/zein/ZnO,PCL/zein/ZnO‑QAS18敷料的血细胞相容性。
试菌种为S.aureus和E.coli O157:H7;图b为细胞毒性测试,A为对照组,B,C,D,E分别为实
施例2制备得到的PCL,PCL/zein,PCL/zein/ZnO以及实施例3制备得到的PCL/zein/ZnO‑
QAS18样品。
具体实施方式
备4个圆柱型玻璃瓶,瓶口面积为1.44cm ,瓶中装有10mL去离子水,用不同的样品将每个玻
璃瓶的瓶口密封,边缘用封口膜封住防止水分的流失。样品为实施例制备得到的膜。将所用
玻璃瓶放置于37℃恒温培养箱中。定时测量玻璃瓶的重量,重量变化代表了水分的流失,水
蒸气透过率(WVTR)按公式(1)计算:
缓慢滴加到预热后的样品表面,随后滴加10mL CaCl2溶液(0.2N)中和血液中的抗凝剂。
5min后沿培养皿的边缘缓慢加入25mL去离子水,以30rpm的速度摇晃10min,此时没有被凝
固的血红细胞会发生溶血现象。所得的血红蛋白溶液于540nm处测定其紫外吸光度
(ABSsample)。全血溶于去离子水中的紫外吸光度作为对照样(ABSblank)。所得样品的BCI按公
式(2)计算:
85%,90%,95%,100%)对样品上的血细胞进行脱水。45℃干燥24h用于SEM观察。
浸泡1h。浸泡后的样品用PBS溶液冲洗3次并在2.5wt%戊二醛/PBS溶液中浸泡2h。采用不同
浓度梯度的乙醇/PBS溶液(25%,50%,75,85%,90%,95%,100%)对血小板进行脱水。随
后将样品放置于45℃干燥24h用于SEM观察。
养30min,然后加入0.2mL稀释的抗凝血液,继续培养1h。培育完成后先倒置离心管使内部混
合均匀,然后以3000rpm的速率离心5min。收集上清液测量其在540nm处的吸光度,根据公式
(3)计算溶血率:
6
×10CFU/mL)滴加在两块样品膜(2.54cm×2.54cm)之间,并用无菌砝码压紧以确保良好接
触。在接触5min、10min、30和60min后,将样品转移到无菌试管中涡旋250s洗脱细菌。随后,
取上述洗脱液连续稀释10、100、1000倍,并将每种稀释液100μL均匀滴加在胰蛋白酶琼脂平
板上,于37℃恒温培养24h,计算杀菌率。
DMEM培养基中,5%CO2分为中37℃复苏细胞。将复苏的细胞用胰蛋白酶消化,然后将细胞悬
液接种到96孔板中,培养24h。24h后将培养基替换为样品的液体提取物并继续培养24h。之
后向每个孔中加入50μL XTT/PMS试剂,并于黑暗中于37℃培养4h。测量每个孔在450nm处的
OD值来显示细胞活力,空白培养基作为对照。
80kDa)购自美国圣路易斯Sigma‑Aldrich公司,ZnO(OD=80nm,99.9%)购自北京德科道金
科技有限公司,玉米蛋白Zein,购自1‑溴十八烷购自百灵威科技有限公司。其他化学试剂购
自国药控股化学试剂有限公司。以上所有试剂按原样使用,无需进一步纯化。
溶剂为DMF,在氮气氛围下90℃反应24h。24h后向体系中加入20mmol的1‑溴十八烷和DMEA摩
尔量的1%碘化钾(KI)升温至120℃继续反应24h,保持氮气氛围。反应后混合物经布氏漏斗
过滤,将滤液旋蒸得到粗产物。经乙酸乙酯提纯、干燥得到季铵盐产物QAS18。
100℃冷凝回流24h。24h后抽滤,将所得固体用滤纸包裹,置于索氏提取器中,选择乙醇作为
溶剂回流12h,干燥,得到产物ZnO‑QAS18。
50%,纺丝距离15cm,滚筒转速100rpm/min。纺丝完成后放入45℃真空干燥箱干燥24h,得到
纯的PCL纳米纤维垫,标记为PCL。
置为0.2Mpa,持续时间为30s,干燥12h,该敷料标记为PCL/zein。
为PCL/zein/ZnO‑QAS18。
2 2 2 2
28mL/m/day,3589±52mL/m/day,3561±42mL/m /day,3533±93mL/m/day。可以看出经过
zein和ZnO‑QAS18涂覆的纤维垫仍然具有良好的透湿性。通常正常皮肤的水蒸气透过率为
2 2 2
204mL/m/day,损伤的皮肤表面水蒸气透过量应该控制为279mL/m /day到5138mL/m/day,4
类样品的水蒸气透过率均在此范围类,可以看出实施例3得到的PCL/zein/ZnO‑QAS18敷料的
透湿性既可以保持伤口处相对干燥的微环境,也可以防止伤口细胞脱水。
敷料的BCI值以及血液凝固的图片。BCI值是描述血液凝固特性的参数,BCI值越低表示材料
的凝血性能越好,图a中PCL,PCL/zein,PCL/zein/ZnO,PCL/zein/ZnO‑QAS18敷料的BCI值依
次降低,经过zein喷涂后凝血性能提高,这是由于PCL纤维垫表面的zein膜可以吸附血液中
的纤连蛋白和血小板,使纤连蛋白和血小板发生聚集从而促进血凝块的形成,ZnO的加入也
可以提高材料的凝血性能,ZnO‑QAS18颗粒表面带有含正电荷的季铵盐基团,也可以提高其
对红细胞的吸附能力,使得凝血性能进一步提高,从凝血图片可以看出随着BCI值得降低,
样品表面具有更加明显的血块凝集。
形态变成球型。图c中可以观察到黏附在敷料表面的血小板变得不规则,有多个方向的突
起,证明此时的血小板处于激活状态,证明PCL/zein/ZnO‑QAS18敷料可以促使血液中的血小
板活化,达到凝血的效果。为了测试样品的学细胞相容性,对PCL,PCL/zein,PCL/zein/ZnO,
PCL/zein/ZnO‑QAS18敷料进行了溶血测试(图d),结果表明PCL/zein/ZnO‑QAS18敷料具有最
高的溶血百分率,为0.98%。一般生物医用材料的溶血百分率要求≤5%,因此可以认为
PCL/zein/ZnO‑QAS18敷料对血红细胞损害小,具有良好的血细胞相容性。以上测试结果表
明,PCL/zein/ZnO‑QAS18敷料可以激活血小板并促进血凝块的形成,因此该材料具有良好的
止血性能。
S.aureus(ATCC 6538)和革兰氏阴性大肠肝菌E.coli O157:H7(ATCC 43895)。PCL/zein样
品作为空白组,PCL/zein/ZnO,PCL/zein/ZnO‑QAS18样品作为对照组,接种60min后,PCL/
zein样品分别对S.aureus和E.coli O157:H7造成0.41log和0.2log的降低,导致这一数据
的原因可能是样品表面对细菌的黏附而不是样品本身对细菌的杀灭作用。从PCL/zein/ZnO
样品的杀菌数据图中可以看出,接种60min后PCL/zein/ZnO样品分别对S.aureus和E.coli
O157:H7造成2.58log和1.14log的降低,与PCL/zein样品相比,它的抗菌性能提高,这是由
于ZnO颗粒在中性条件下具有部分正电性,可以通过其表面的静电相互作用吸引带负电的
细菌,破坏细菌的细胞膜结构,进而抑制细菌的增殖。从PCL/zein/ZnO‑QAS18样品的测试数
据图中可以看出,PCL/zein/ZnO‑QAS18抗菌样可以在接种30min内全部杀死S.aureus,接种
60min可以全部杀死E.coli O157:H7。与PCL/zein和PCL/zein/ZnO样品相比,PCL/zein/
ZnO‑QAS18样品的抗菌性能显著提高,这是由于表面接枝了季铵盐QAS18的纳米ZnO颗粒正电
性变强,对细菌的吸附作用更明显,同时,由于季铵盐本身具有破坏细菌细胞膜的作用,从
而使得表面接枝有QAS18的ZnO杂化颗粒抗菌效果更佳显著。从图a中还可以看出,与
S.aureus相比,E.coli O157:H7更难被杀死,这可能是因为E.coli O157:H7具有更复杂的
细胞壁结构,而S.aureus的细胞壁更为简单。以上数据表明,PCL/zein/ZnO‑QAS18敷料具有
优异的抗菌性能。
这是因为zein可以提高小鼠细胞的黏附能力,促进其增殖。ZnO颗粒和ZnO‑QAS18颗粒喷涂在
zein表面后,它们的细胞存活率分别降低为81%和74%,根据ISO/EN 10993‑5:2009的最低
细胞活力标准为70%,所以仍然可以认为PCL/zein/ZnO和PCL/zein/ZnO‑QAS18样品不具有
细胞毒性。因此,PCL/zein/ZnO‑QAS18敷料可以作为生物相容性材料应用于医用领域。
50%,纺丝距离15cm,滚筒转速100rpm/min。纺丝完成后放入45℃真空干燥箱干燥24h,得到
纯的PCL纳米纤维垫,标记为PCL。
zein/ZnO*。
敷料标记为PCL/zein/ZnO‑QAS18*。
到的PCL/zein/ZnO‑QAS18样品均明显减弱,但是其水蒸气通过率和生物相容性分别和实施
例2制备得到的PCL/zein/ZnO和实施例3制备得到的PCL/zein/ZnO‑QAS18样品基本一致。
围应该以权利要求书所界定的为准。