CN106492266A - 一种表面具有抗菌性纳米银/氧化锌复合水凝胶敷料的制备方法 - Google Patents

一种表面具有抗菌性纳米银/氧化锌复合水凝胶敷料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种表面具有抗菌性纳米银/氧化锌复合水凝胶敷料的制备方法，用以制备具有良好抗菌性的水凝胶抗菌敷料。本发明的目的之二是运用溶解‑再生的方法制备具有均一孔径的水凝胶载体。本发明的目的之三是将合成的水凝胶浸渍于一定浓度的硝酸银溶液中用紫外光照射，将Ag离子原位还原为粒径小的银纳米粒子均匀分布在水凝胶中，同时得到的银纳米粒子催化氧化锌纳米棒的生成，使纳米银和氧化锌棒在水凝胶上起到协同杀菌效果，提高水凝胶的抗菌性能。

Description

一种表面具有抗菌性纳米银/氧化锌复合水凝胶敷料的制备 方法
技术领域
本发明涉及一种水凝胶敷料的制备方法，特别是一种具有表面抗菌性纳米银/氧化锌复合水凝胶敷料的制备方法。
背景技术
生物医用材料是研究人工器官和医疗器械的基础，用于对生物体进行诊断、治疗疾患、外科修复或替换其病损组织、器官或增进其功能，而对生物体不会产生不良影响的材料。作为生物医用材料，应该是对人体无毒性、无致敏性、无刺激性、无遗传毒性和无致癌性等不良反应。
纤维素是自然界中最丰富的可再生天然有机聚合物，由于其优越的结构和性能而广受关注。但是纤维素在大多数溶剂中溶解度低导致其使用受限制，然而，随着纤维素溶剂比如说氢氧化钠的研究和发展，纤维素是越来越多的通过最常见的溶解-再生的方法作为原材料应用在水凝胶的合成中。
外科手术，高温，辐射和化学试剂等造成的皮肤损伤会导致由微生物尤其是大肠杆菌和金黄色葡萄球菌造成的细菌感染。在过去几年里，这种创伤和烧伤的治疗引起了广泛的关注，这种伤口的愈合需要一个湿润的环境。水凝胶是三维网络结构，具有良好的生物相容性和亲水性的一类高分子材料，能够在水环境中溶胀十至数千倍。因此水凝胶能够作为抗菌剂的载体并且能够促进组织再生，是由于它可以吸收伤口中的脓液并且杀死伤口中的细菌来促进伤口的愈合。因此，研究者们开始对水凝胶用一些有机和无机抗菌剂进行改性来增强其抗菌性。然而，无机抗菌剂吸引了更多的关注，因为它们相比于稳定性差，由于抗生素滥用而造成的细菌耐药性的有机抗菌剂，具有强大和持久的抗菌性能以及安全性。
为了得到具有良好抗菌性的水凝胶抗菌敷料，我们通过紫外还原的方法将水凝胶中与-COO-结合的Ag+还原成纳米尺度，粒径均一且均匀分散的银纳米粒子。然而纳米银粒子对革兰氏阳性菌譬如金黄色葡萄球菌表现出较低的抗菌效果。为此，我们通过用碱将水凝胶中与-COO-结合的Zn2+沉淀成纳米尺度的氧化锌纳米棒，金黄色葡萄球菌对氧化锌十分敏感。此外，由于银会提高与氧化锌抗菌有关的光催化活性，于是相比于单纯的氧化锌抗菌，氧化锌和银的混杂体系的抗菌性会显著提高。
中国专利201510770130.8公开了一种抗菌性水凝胶复合材料及其制备方法，所述的水凝胶材料是采用壳聚糖作为碱性多糖。具体：在酸性环境下，壳聚糖侧链质子化成为聚阳离子电解质，通过静电相互作用可以形成均一的水凝胶，再利用水凝胶的溶胀作用，使得用稳定剂均匀分散好的硝酸银中的银离子均匀吸附在水凝胶网状结构中，利用还原剂NaBH4，在水凝胶上原位合成纳米银粒子。优点在于：所得到的水凝胶复合材料纳米银粒径小，且均匀分布不易团聚，因而具有强抗菌性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种表面具有抗菌性纳米银、氧化锌复合水凝胶敷料，本发明还提供了一种复合水凝胶敷料的制备方法。
一种表面具有抗菌性纳米银/氧化锌复合水凝胶敷料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将重量份为20-35的羧甲基纤维素溶解在质量体积比为3-5％，重量份为20-35的NaOH溶液中并且机械搅拌30-50分钟，然后将重量份为50-90的环氧氯丙烷缓慢滴入上述混合液中并且机械搅拌2-6小时；
S2、将上述混合液缓慢注入玻璃容器中并放置于烘箱中，60-80℃下预聚合2-3小时制成预聚体，再将预聚体用去离子水清洗几次后放置于烘箱中，50-60℃下聚合18-30小时制得羧甲基纤维素水凝胶；
S3、将得到的水凝胶切成小圆片，并置于去离子水中10-12小时，取出后浸泡在浓度为1.25mM的硝酸银溶液中10-12小时后置于紫外灯下照射2-5小时，制得负载纳米银粒子的水凝胶；
S4、将S3得到的负载纳米银粒子的水凝胶浸泡在浓度为5mM的硝酸锌溶液中10-12小时，再将上述水凝胶洗净后浸泡于氢氧化钠溶液中2-5小时后清洗干净，即制得纳米银/氧化锌复合水凝胶。
步骤S1中用恒压滴液漏斗将环氧氯丙烷缓慢滴入上述混合液中，所述的玻璃容器为直径15cm的玻璃皿，将得到的水凝胶用模具切成小圆片；S1中NaOH溶液的优选浓度质量体积比为3％；S1所述的溶解羧甲基纤维素的搅拌时间为30分钟；步骤一所述的预聚合时烘箱温度设定为80℃；步骤S3所述的紫外灯照射时间为2小时；步骤S3所述的在硝酸锌中浸泡时间为12小时；步骤S4所述的在氢氧化钠中浸泡时间为12小时。
本发明所述的一种表面具有抗菌性纳米银/氧化锌复合水凝胶敷料的制备方法，对比现有技术具有如下优点：
(1)使用紫外还原制备纳米银和用碱沉淀氧化锌纳米棒，不需加热同时也没有有害气体产生，经济环保；
(2)由于银会提高与氧化锌抗菌有关的光催化活性，氧化锌和银的混杂体系的抗菌性会显著提高；
(3)制备方法简单易行，设备投入少，消耗资源少，实施难度小；
(4)所制备的水凝胶抗菌敷料具有良好抗菌性，水凝胶载体的孔径均一；
(5)通过紫外光照射将硝酸银溶液中的Ag离子原位还原为粒径小的银纳米粒子均匀分布在水凝胶中，同时得到的银纳米粒子催化氧化锌纳米棒的生成，使纳米银和氧化锌棒在水凝胶上起到协同杀菌效果，提高水凝胶的抗菌性能。
附图说明
图1为实施例1中复合水凝胶的SEM图；
图2为不同抗菌性复合水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抗菌率的比例图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明所述的水凝胶做进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例所述的范围。
实施例1：
(1)将3g羧甲基纤维素(CMC)溶解在100mL的3％W/V的NaOH溶液中并且机械搅拌30min，然后用恒压滴液漏斗将6mL的环氧氯丙烷缓慢滴入上述混合液中并且机械搅拌2h，紧接着将混合液缓慢注入直径为15cm的玻璃皿中并放置于烘箱中，80℃下预聚合2h，再将预聚体用去离子水清洗几次后放置于烘箱中，50℃下聚合24h制得羧甲基纤维素水凝胶圆片；
(2)将步骤1得到的水凝胶圆片用模具切成小圆片(直径18mm，厚度1.5mm)置于去离子水中12h，将得到的溶胀的水凝胶小圆片浸泡在100mL浓度为1.25mM的硝酸银溶液中12h后置于紫外灯下照射2h，制得负载纳米银粒子的水凝胶；
(3)将步骤2得到的负载纳米银粒子的水凝胶浸泡在100mL浓度为5mM的硝酸锌溶液中12h，再将上述水凝胶浸泡于100mL浓度为0.01M的氢氧化钠溶液中4h后清洗干净制得纳米银/氧化锌复合水凝胶。
实施例2：
(1)将3.2g羧甲基纤维素(CMC)溶解在100mL的3.5％W/V的NaOH溶液中并且机械搅拌40min，然后用恒压滴液漏斗将5mL的环氧氯丙烷缓慢滴入上述混合液中并且机械搅拌3h。紧接着将混合液缓慢注入直径为15cm的玻璃皿中并放置于烘箱中，80℃下预聚合3h。再将预聚体用去离子水清洗几次后放置于烘箱中，60℃下聚合30h制得羧甲基纤维素水凝胶圆片；
(2)将步骤一得到的水凝胶圆片用模具切成小圆片(直径18mm，厚度1.5mm)置于去离子水中12h，将得到的溶胀的水凝胶小圆片浸泡在100mL浓度为0.75mM的硝酸银溶液中12h后置于紫外灯下照射3h后清洗干净制得纳米银复合水凝胶；
(3)将得到的负载纳米银粒子的水凝胶浸泡在浓度为6mM的硝酸锌溶液中10小时，再将上述水凝胶洗净后浸泡于氢氧化钠溶液中2小时后清洗干净，即制得纳米银/氧化锌复合水凝胶。
实施例3：
(1)将3.5g羧甲基纤维素(CMC)溶解在100mL质量体积比为4.5％的NaOH溶液中并且机械搅拌50min，然后用恒压滴液漏斗将8ml的环氧氯丙烷缓慢滴入上述混合液中并且机械搅拌3h。紧接着将混合液缓慢注入直径为15cm的玻璃皿中并放置于烘箱中，55℃下预聚合4h。再将预聚体用去离子水清洗几次后放置于烘箱中，60℃下聚合25h制得羧甲基纤维素水凝胶圆片；
(2)将上述混合液缓慢注入玻璃容器中并放置于烘箱中，75℃下预聚合3小时制成预聚体，再将预聚体用去离子水清洗几次后放置于烘箱中，50℃下聚合20小时制得羧甲基纤维素水凝胶；
(3)将得到的水凝胶切成小圆片，并置于去离子水中12小时，取出后浸泡在浓度为3Mm/L的硝酸银溶液中10小时后置于紫外灯下照射3.5小时，制得负载纳米银粒子的水凝胶；
(4)将得到的溶胀的水凝胶小圆片浸泡在100mL浓度为5mM的硝酸锌溶液中10h，再将上述水凝胶浸泡于100mL浓度为0.01M的氢氧化钠溶液中4h后清洗干净制得纳米氧化锌复合水凝胶。
实施例4：
(1)将2.5g羧甲基纤维素溶解在质量体积比为3％的NaOH溶液中并且机械搅拌35分钟，然后将6g的环氧氯丙烷缓慢滴入上述混合液中并且机械搅拌3.5小时；
(2)将上述混合液缓慢注入玻璃容器中并放置于烘箱中，60℃下预聚合2小时制成预聚体，再将预聚体用去离子水清洗几次后放置于烘箱中，50℃下聚合18小时制得羧甲基纤维素水凝胶；
(3)将得到的水凝胶切成小圆片，并置于去离子水中10小时，取出后浸泡在浓度为0.75mM的硝酸银溶液中10小时后置于紫外灯下照射2.5小时，制得负载纳米银粒子的水凝胶；
(4)将得到的负载纳米银粒子的水凝胶浸泡在浓度为6mM的硝酸锌溶液中10小时，再将上述水凝胶洗净后浸泡于氢氧化钠溶液中2.5小时后清洗干净，即制得纳米银/氧化锌复合水凝胶。
实施例5：
(1)将2.2g羧甲基纤维素溶解在质量体积比为3.8％的NaOH溶液中并且机械搅拌45分钟，然后将6.5g的环氧氯丙烷缓慢滴入上述混合液中并且机械搅拌3.5小时；
(2)将上述混合液缓慢注入玻璃容器中并放置于烘箱中，75℃下预聚合2.5小时制成预聚体，再将预聚体用去离子水清洗几次后放置于烘箱中，55℃下聚合25小时制得羧甲基纤维素水凝胶；
(3)将得到的水凝胶切成小圆片，并置于去离子水中10小时，取出后浸泡在浓度为3mM的硝酸银溶液中10小时后置于紫外灯下照射5小时，制得负载纳米银粒子的水凝胶；
(4)将得到的负载纳米银粒子的水凝胶浸泡在浓度为3.5mM的硝酸锌溶液中10小时，再将上述水凝胶洗净后浸泡于氢氧化钠溶液中2.5小时后清洗干净，即制得纳米银/氧化锌复合水凝胶。
对比例1：
(1)步骤同实施例1；
(2)将得到的水凝胶切成小圆片，并置于去离子水中10小时，取出后浸泡在浓度为3mM的硝酸银溶液中10小时后置于紫外灯下照射5小时，制得负载纳米银粒子的水凝胶。
对比例2：
(1)步骤同实施例1；
(2)将步骤一得到的水凝胶圆片用模具切成小圆片(直径18mm，厚度1.5mm)置于去离子水中10h，将得到的溶胀的水凝胶小圆片浸泡在100mL浓度为5mM的硝酸锌溶液中10小时，再将上述水凝胶洗净后浸泡于氢氧化钠溶液中2小时后清洗干净，即制得负载氧化锌水凝胶。
附图说明和测定结果：1)图1为实施例1制得的水凝胶的电镜扫描图，扫描结果显示，所述的氧化锌为棒状结构，长度大概为1um，直径大概在100nm左右，显示其具有良好的复合性能。2)图2为实施例1、2，对比例1、2所制得的水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抗菌率的比例图，结果显示，所制得的水凝胶用于大肠杆菌的抗性验证，对比例1达到80％，实施例1为76％，对比例2为68％，实施例2的效果最差，为64％。对金黄色葡萄球菌，实施例1达到95％，其次是实施例2和对比例2，达到92％，对比例1的效果最差，大约为64％。
对上述实施例所制得的复合水凝胶敷料进行相关制备产物的测定结果分析，可以得出如下：
(1)上述实施例所制得的水凝胶利用紫外还原制备纳米银和用碱沉淀氧化锌纳米棒均匀分布在水，所制得的复合水凝胶具有优良的抗菌效果；
(2)通过碱沉淀氧化锌纳米粒子均匀分布在水凝胶内，这种情形下得到的是氧化锌纳米粒子而不是氧化锌棒，说明银确实对氧化锌棒的形成具有催化作用，但其对大肠杆菌的抗菌效果显得一般；
(3)采用紫外还原制备纳米银和用碱沉淀氧化锌纳米棒，均匀分布在水凝胶内，所制得的氧化锌棒的长度更长，且容易团聚，说明银的量是对氧化锌棒的长度有影响的，而且其抗菌效果要稍差于复合水凝胶的抗菌。
应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种表面具有抗菌性纳米银/氧化锌复合水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将重量份为20-35的羧甲基纤维素溶解在质量体积比为3-5％，重量份为20-35的NaOH溶液中并且机械搅拌30-50分钟，然后将重量份为50-90的环氧氯丙烷缓慢滴入上述混合液中并且机械搅拌2-6小时；
S2、将上述混合液缓慢注入玻璃容器中并放置于烘箱中，60-80℃下预聚合2-3小时制成预聚体，再将预聚体用去离子水清洗几次后放置于烘箱中，50-60℃下聚合18-30小时制得羧甲基纤维素水凝胶；
S3、将得到的水凝胶切成小圆片，并置于去离子水中10-12小时，取出后浸泡在浓度为0.75-3mM的硝酸银溶液中10-12小时后置于紫外灯下照射2-5小时，制得负载纳米银粒子的水凝胶；
S4、将S3得到的负载纳米银粒子的水凝胶浸泡在浓度为3-6mM的硝酸锌溶液中10-12小时，再将上述水凝胶洗净后浸泡于氢氧化钠溶液中2-5小时后清洗干净，即制得纳米银/氧化锌复合水凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种表面具有抗菌性纳米银/氧化锌复合水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，步骤S1中用恒压滴液漏斗将环氧氯丙烷缓慢滴入上述混合液中。
3.根据权利要求1所述的一种表面具有抗菌性纳米银/氧化锌复合水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，步骤S2将混合液注入玻璃容器后再并放置于烘箱中，所述的玻璃容器为直径15cm的玻璃皿。
4.根据权利要求1所述的一种表面具有抗菌性纳米银/氧化锌复合水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，将得到的水凝胶用模具切成小圆片。
5.根据权利要求1所述的一种表面具有抗菌性纳米银/氧化锌复合水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，S1中NaOH溶液的质量体积比浓度为3％。
6.根据权利要求1所述的一种表面具有抗菌性纳米银/氧化锌复合水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，S1所述的溶解羧甲基纤维素的搅拌时间为30分钟。
7.根据权利要求1所述的一种表面具有抗菌性纳米银/氧化锌复合水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，步骤一所述的预聚合时烘箱温度设定为80℃。
8.根据权利要求1所述的一种表面具有抗菌性纳米银/氧化锌复合水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，步骤S3所述的紫外灯照射时间为2小时。
9.根据权利要求1所述的一种表面具有抗菌性纳米银/氧化锌复合水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，步骤S3所述的在硝酸锌中浸泡时间为12小时。
10.根据权利要求1所述的一种表面具有抗菌性纳米银/氧化锌复合水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，步骤S4所述的在氢氧化钠中浸泡时间为12小时。
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