CN106215221A - 壳寡糖‑明胶‑镁黄长石纳米纤维生物敷料及其制备方法 - Google Patents

壳寡糖‑明胶‑镁黄长石纳米纤维生物敷料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了壳寡糖‑明胶‑镁黄长石纳米纤维生物敷料及其制备方法。具体而言，该敷料由包含壳寡糖、明胶、镁黄长石和溶剂的凝胶混悬液通过静电纺丝的方法制备而成。本发明的复合型纳米纤维生物敷料克服了单一敷料成分的弊端，更加适应皮肤组织的生物多样性和复杂性，既保证了创口处于湿性环境下，有利于加速血管形成，促进肉芽组织的形成，又保持了创面的恒温，有利于组织的无结痂愈合，并且具有良好的保湿性、透气性、抑菌性、生物相容性，并且操作方便，易于使用。

Description

壳寡糖-明胶-镁黄长石纳米纤维生物敷料及其制备方法
技术领域
本发明属于医用材料技术领域，涉及一种包含壳寡糖、明胶和镁黄长石的复合纳米纤维生物敷料及其制备方法。
背景技术
近年来，关于甲壳质和壳聚糖(脱乙酰甲壳质)的研究已在国内外广泛展开，它们在抗肿瘤、制备创伤敷料、防治病源微生物等方面的功能得到肯定。但因其不溶于水，在开发应用上受到很大限制。通过适当的方法将壳聚糖降解为壳寡糖(又称寡聚氨基葡萄糖、甲壳低聚糖，聚合度通常在2～20之间)后，发现其不但水溶性好，易被人体吸收，生物利用度高，而且具有抑菌、抗肿瘤、调血脂、调节免疫、促进伤口愈合等多种生理功能。研究发现，壳寡糖具有止血、加强炎症和修复细胞的功能，从而能够加速伤口愈合，将其用作伤口敷料可以得到更直接的治疗效果。
明胶是胶原蛋白部分水解的产物，其氨基酸组成和胶原相似，生物相容性好，并且具有亲水性强、成膜性好、可生物降解、呈典型的两性电介质特征等诸多优良的物理与化学性质，可用作止血海绵、敷料、药物载体，明胶超细纤维可以模拟人体各类组织和器官的细胞外基质结构，应用于生物医药、组织工程等领域。
镁黄长石(Ca2MgSi2O7)是一种含钙镁硅的生物活性陶瓷，具有足够的力学强度，良好的生物相容性，合适的降解速度和三维多孔结构，在构建组织工程骨方面已有报道。镁黄长石通过类似于羟基磷灰石的钙磷层与活体组织形成骨性结合，阻止了纤维囊的形成，同时也减小了组织修复失败的可能性。
目前，临床上对于创伤敷料的需求量日益增大(例如在烧伤、外部创伤、长期不愈性溃疡、手术后伤口护理等情况下)，而传统敷料却渐渐显露出不透气、换药易破坏新生肉芽组织、患者体感差等弊端。现代医学则提倡湿性愈合，认为湿性环境更容易促进伤口的愈合，原因在于湿性愈合加速血管形成，促进肉芽组织的形成，同时湿性环境保持了创面的恒温，有利于组织的无结痂愈合，避免了新生肉芽组织再次遭受机械性损伤，减轻疼痛。
由于皮肤组织的生物多样性和复杂性，单一成分的敷料远远不能满足皮肤组织修复需求，因此亟待开发一种利用复合材料制备的敷料，来满足相关需求。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的在于提供一种壳寡糖-明胶-镁黄长石纳米纤维生物敷料及其制备方法。本发明通过联合使用壳寡糖、明胶和镁黄长石，并利用静电纺丝技术将上述三种成分制成纳米纤维湿性敷料，所得产品具有良好的保湿性、透气性、抑菌性、生物相容性，能够促进血管生成和组织再生，操作方便，临床效果明显，在创伤修复领域发挥重要作用。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种壳寡糖-明胶-镁黄长石纳米纤维生物敷料，其由包含壳寡糖、明胶、镁黄长石和溶剂的凝胶混悬液通过静电纺丝的方法制备而成。
优选的，在上述生物敷料中，所述凝胶混悬液中壳寡糖的质量浓度为0.1～5g/100mL，优选0.3～3g/100mL。
优选的，在上述生物敷料中，所述壳寡糖为壳聚糖的降解产物，分子量为1000～2500Da，聚合度为2～8；所述降解通过物理法、化学法或酶法来完成。
优选的，在上述生物敷料中，所述凝胶混悬液中明胶的质量浓度为2～15g/100mL，优选4～14g/100mL。
优选的，在上述生物敷料中，所述凝胶混悬液中镁黄长石的质量浓度为1～20g/100mL，优选1.5～10g/100mL。
优选的，在上述生物敷料中，所述溶剂选自水、冰醋酸、甲酸、2,2,2-三氟乙醇(TFE)中的任意一种或其任意比例的混合物。
上述壳寡糖-明胶-镁黄长石纳米纤维生物敷料的制备方法，其包括下列步骤：
1)称取壳寡糖和明胶，加入到溶剂中溶胀过夜，于45～60℃搅拌0.5～2小时，得到凝胶状混合物；
2)研磨镁黄长石，直至粒径小于10μm，收集镁黄长石干粉，加入到步骤1)中得到的凝胶状混合物中，于45～60℃搅拌1～3小时，得到凝胶混悬液；
3)通过静电纺丝的方法，将步骤2)中得到的凝胶混悬液制成直径为100～1000nm的纳米纤维，平铺形成纤维毡，得到壳寡糖-明胶-镁黄长石纳米纤维生物敷料。
优选的，在上述制备方法中，步骤2)中所述研磨采用球磨机来完成，干法研磨4～6次，每次2～8分钟，转速为700～1200rpm。
优选的，在上述制备方法中，步骤3)中所述静电纺丝的参数如下：喷丝头内径为0.6mm，注射流量为0.2～1.5mL/h，电场强度为5～20kV/cm，电纺间距为10～20cm。
与现有技术相比，采用上述技术方案的本发明具有如下优点：
1、本发明的复合型纳米纤维生物敷料克服了现有技术中采用单一敷料成分带来的弊端，能够更加适应皮肤组织的生物多样性和复杂性；
2、本发明的复合型纳米纤维生物敷料属于湿性敷料的范畴，既保证了创口处于湿性环境下，有利于加速血管形成，促进肉芽组织的形成，又保持了创面的恒温，有利于组织的无结痂愈合，避免了新生肉芽组织再次遭受机械性损伤；
3、本发明的复合型纳米纤维生物敷料具有良好的保湿性、透气性、抑菌性、生物相容性，并且操作方便，易于使用。
具体实施方式
下面将通过具体的实施例对本发明做出进一步的详细说明，但是需要理解的是，下列实施例并非旨在限定本发明的保护范围。另外，除非特殊说明，下列实施例中所使用的仪器、材料、试剂等均可通过常规的商业手段获得。
实施例1：壳寡糖-明胶-镁黄长石纳米纤维生物敷料的制备。
(1)称取0.75g的壳寡糖(分子量为1000～2500Da，聚合度为2～8，由壳聚糖经化学法降解而得)和7.5g的明胶，加入到100mL的2％醋酸水溶液中溶胀过夜，于45℃搅拌2h，得到透明、粘稠的凝胶状混合物；
(2)使用球磨机研磨2g的镁黄长石，干法研磨4次，每次研磨8min，转速为1200rpm，直至镁黄长石的粒径小于10μm，收集干粉，加入到上述凝胶状混合物中，于45℃搅拌3h，得到均匀的凝胶混悬液；
(3)将上述凝胶混悬液经注射泵恒速挤出后，受到高压电场力作用被迫喷射拉伸至收集装置上(纤维直径为500nm)，平铺形成纤维毡，得到壳寡糖-明胶-镁黄长石纳米纤维生物敷料，其中：静电纺丝所用喷丝头内径为0.6mm，注射流量为0.5mL/h，电场强度为10kV/cm，电纺间距为12cm。
实施例2：壳寡糖-明胶-镁黄长石纳米纤维生物敷料的制备。
(1)称取1g的壳寡糖(分子量为1000～2500Da，聚合度为2～8，由壳聚糖经酶法降解而得)和13g的明胶，加入到100mL的去离子水中溶胀过夜，于60℃搅拌1h，得到透明、粘稠的凝胶状混合物；
(2)使用球磨机研磨5g的镁黄长石，干法研磨6次，每次研磨6min，转速为700rpm，直至镁黄长石的粒径小于10μm，收集干粉，加入到上述凝胶状混合物中，于60℃搅拌1h，得到均匀的凝胶混悬液；
(3)将上述凝胶混悬液经注射泵恒速挤出后，受到高压电场力作用被迫喷射拉伸至收集装置上(纤维直径为800nm)，平铺形成纤维毡，得到壳寡糖-明胶-镁黄长石纳米纤维生物敷料，其中：静电纺丝所用喷丝头内径为0.6mm，注射流量为1mL/h，电场强度为15kV/cm，电纺间距为18cm。
实施例3：壳寡糖-明胶-镁黄长石纳米纤维生物敷料的制备。
壳寡糖2g，明胶12g，镁黄长石10g，2,2,2-三氟乙醇定容至100ml。
操作步骤：
(1)称取2g的壳寡糖(分子量为1000～2500Da，聚合度为2～8，由壳聚糖经物理法降解而得)和12g的明胶，加入到2,2,2-三氟乙醇中溶胀过夜，于50℃搅拌1h，得到透明、粘稠的凝胶状混合物。
(2)使用球磨机研磨10g的镁黄长石，干法研磨5次，每次研磨6min，转速为1200rpm，直至镁黄长石粉粒径小于10μm，收集干粉，加入到上述凝胶状混合物中，于50℃搅拌1h，得到均匀的凝胶混悬液；
(3)将上述凝胶混悬液经注射泵恒速挤出后，受到高压电场力作用被迫喷射拉伸至收集装置上(纤维直径为1000nm)，平铺形成纤维毡，得到壳寡糖-明胶-镁黄长石纳米纤维生物敷料，其中：静电纺丝所用喷丝头内径为0.6mm，注射流量为0.6mL/h，电场强度为12kV/cm，电纺间距为15cm。
实施例4：复合纳米纤维生物敷料的吸湿性能测试。
将实施例1～3中所得生物敷料裁成10mm×10mm的小块，干燥至恒重后，放在相对湿度为60％的环境中，定时称重，直至达到吸湿平衡。吸湿率(M)按照下式计算，其中Mx为吸湿后的重量，M0为吸湿前干重。
M = M x - M 0 M 0 × 100 %
上述吸湿率测试实验的结果(以“平均值±标准差”表示)如表1所示。
表1.复合纳米纤维生物敷料的吸湿率结果
称重时间/h M/实施例1 M/实施例2 M/实施例3
4 1.5±0.43 1.8±0.32 1.9±0.24
8 3.6±0.66 4.2±0.45 5.7±0.38
12 7.4±0.25 8.8±0.43 9.2±0.22
24 10.2±0.35 12.8±0.16 14.6±0.37
48 11.4±0.25 14.2±0.31 16.1±0.28
72 11.7±0.17 14.7±0.36 16.3±0.31
由表1中的结果可知，本发明的生物敷料均具有较好的吸湿性，并且壳寡糖和明胶的含量不同也影响了生物敷料的吸湿率，因此可以保证创口处于湿性环境下，有利于加速血管形成，促进肉芽组织的形成；同时，湿性环境保持了创面的恒温，有利于组织的无结痂愈合，避免了新生肉芽组织再次遭受机械性损伤，减轻疼痛。

Claims (9)

1.一种壳寡糖-明胶-镁黄长石纳米纤维生物敷料，其由包含壳寡糖、明胶、镁黄长石和溶剂的凝胶混悬液通过静电纺丝的方法制备而成。
2.根据权利要求1所述的壳寡糖-明胶-镁黄长石纳米纤维生物敷料，其特征在于，所述凝胶混悬液中壳寡糖的质量浓度为0.1～5g/100mL，明胶的质量浓度为2～15g/100mL，镁黄长石的质量浓度为1～20g/100mL。
3.根据权利要求2所述的壳寡糖-明胶-镁黄长石纳米纤维生物敷料，其特征在于，所述凝胶混悬液中壳寡糖的质量浓度为0.3～3g/100mL，明胶的质量浓度为4～14g/100mL，镁黄长石的质量浓度为1.5～10g/100mL。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的壳寡糖-明胶-镁黄长石纳米纤维生物敷料，其特征在于，所述壳寡糖为壳聚糖的降解产物，分子量为1000～2500Da，聚合度为2～8。
5.根据权利要求4所述的壳寡糖-明胶-镁黄长石纳米纤维生物敷料，其特征在于，所述降解通过物理法、化学法或酶法来完成。
6.根据权利要求1所述的壳寡糖-明胶-镁黄长石纳米纤维生物敷料，其特征在于，所述溶剂选自水、冰醋酸、甲酸、2,2,2-三氟乙醇中的任意一种或其任意比例的混合物。
7.一种根据权利要求1至6中任一项所述的壳寡糖-明胶-镁黄长石纳米纤维生物敷料的制备方法，其包括下列步骤：
1)称取壳寡糖和明胶，加入到溶剂中溶胀过夜，于45～60℃搅拌0.5～2小时，得到凝胶状混合物；
2)研磨镁黄长石，直至粒径小于10μm，收集镁黄长石干粉，加入到步骤1)中得到的凝胶状混合物中，于45～60℃搅拌1～3小时，得到凝胶混悬液；
3)通过静电纺丝的方法，将步骤2)中得到的凝胶混悬液制成直径为100～1000nm的纳米纤维，平铺形成纤维毡，得到壳寡糖-明胶-镁黄长石纳米纤维生物敷料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述研磨采用球磨机来完成，干法研磨4～6次，每次2～8分钟，转速为700～1200rpm。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述静电纺丝的参数如下：喷丝头内径为0.6mm，注射流量为0.2～1.5mL/h，电场强度为5～20kV/cm，电纺间距为10～20cm。
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