CN107137748B - 一种核壳静电纺丝壳聚糖纳米纤维伤口敷料及其制备方法 - Google Patents
一种核壳静电纺丝壳聚糖纳米纤维伤口敷料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种核壳静电纺丝壳聚糖纳米纤维伤口敷料及其制备方法，先将壳聚糖、羧甲基纤维素钠、聚氧乙烯加入到含有少量醋酸和乙醇的水溶液中得到外层溶液；再将聚氧乙烯加入水溶液中得到溶液A，另外配制锂藻土溶液，加入少量焦磷酸钠得到溶液B，将溶液A和溶液B混合得到内层溶液；采用同轴静电纺丝法，将上述外、内层溶液分别通过双通道注射泵传输至两个针头内，在一定湿度、电压和流速下接收同轴纺丝，得到核壳纳米纤维敷料。本发明制备工艺简单，生产成本低廉，制备的产品可吸收血液和过量渗出液，同时具有止血、促进毛细血管生长、保留渗出液中活性物质等特点，保证了创面的适度湿润，避免伤口粘连，减少疼痛并使愈合后的创面更加平整光洁。
Description
技术领域
本发明属于医用伤口敷料技术领域，具体涉及一种核壳静电纺丝壳聚糖纳米纤维伤口敷料及其制备方法。
背景技术
皮肤是人体最大的器官，也是维持人体环境平衡稳定的重要保障，对人体起到保护的作用，包括调节体温、抵抗外来细菌等。但是日常生活中皮肤的受伤在所难免，例如各种外在因素造成的皮肤的损坏，皮肤损伤会引起新陈代谢和内分泌及免疫功能失调等问题。
伤口按时间分类可以分为急性伤口和慢性伤口，按受伤累及皮肤深度来划分，又可以分为浅层伤口和全层伤口。导致伤口延迟愈合的原因，内在因素主要与患者的年龄、自体敏感度、营养状况、糖尿病等因素有关，外在因素可能与伤口的损伤程度、感染情况、以及脂肪液化等情况有关系。所以要避免伤口的延迟愈合，必须遵循一定的伤口护理原则，首先我们要控制和减少影响伤口愈合的因素，同时要维持局部伤口的正常生理环境，而这样的要求是传统的干性愈合理论及其敷料所不能满足的。1962年，英国的WINTER博士通过动物实验证明，湿性环境下伤口愈合速度比干性愈合快1倍；1981年，加州大学外科系发现血管增生与伤***氧量有关，含氧量越低，增生速度越快；1990年，再次证实湿性环境对伤口愈合的重要性；直到2000年8月，美国FDA在新颁布的行业指南中正式指出，保持创面湿润环境是标准的伤口处理方法。现代创面护理的发展方向也早已上升到了湿性愈合阶段。传统的敷料用于伤口主要发挥隔离和抑菌作用，但常常导致伤口干燥、破坏健康的生长因子且容易粘连在新生组织上，在敷料去除时会导致伤口的二次创伤，因此，理想的医用伤口敷料除了具备细菌阻隔作用外，还必须具备良好的保湿性能。
静电纺丝是将聚合物在高压电场的作用下制备成纳米纤维的一种技术，作为制备纳米纤维薄膜的方法，在过去三十年里引起了广泛的关注。静电纺丝法制备的纳米纤维薄膜具有较大的比表面积和均匀分布的纳米孔径，目前已被广泛应用于医药和生物技术领域。
壳聚糖是一种天然的阳离子多糖，由于它独特的物理特性，足以模拟人体皮肤组织的生理环境，并且直接干预到了创面愈合的三个阶段，因此对创面起到了很好的促愈合、防粘连、防感染、止血、抑制疤痕形成等作用。然而壳聚糖作为一种阳离子聚合物，在高压电场下由于排斥作用很难进行静电纺丝。针对此问题，本发明提供了一种核壳静电纺丝壳聚糖纳米纤维伤口敷料及其制备方法，最终的目标是提供一种理想的抗菌伤口敷料。因为核壳静电纺丝得到的纳米纤维膜制成的医用敷料有利于伤口渗出液的蒸发，有利于氧气透过，也有利于创面组织的生长和再生，从而可加速伤口的愈合。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种核壳静电纺丝壳聚糖纳米纤维伤口敷料及其制备方法，该敷料制备工艺简单，生产成本低廉，具有较好的安全性和生物相容性，可吸收血液和过量渗出液，同时具有止血、促进毛细血管生长、保留渗出液中活性物质等特点，保证了创面的适度湿润，避免伤口粘连，减少疼痛并使愈合后的创面更加平整光洁，对于慢性难愈合或烧烫伤创面的护理效果尤其显著。
本发明采取的技术方案为：一种核壳静电纺丝壳聚糖纳米纤维伤口敷料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将壳聚糖、羧甲基纤维素钠、聚氧乙烯加入到含有少量醋酸和乙醇的水溶液中，搅拌均匀，得到外层溶液；
(2)将聚氧乙烯加入水溶液中，搅拌使其充分溶解，得到溶液A；另外配制锂藻土溶液，加入少量焦磷酸钠，充分搅拌使其分散均匀，得到溶液B；将溶液A和溶液B混合搅拌均匀，得到内层溶液；
(3)采用同轴静电纺丝法，将上述外、内层溶液分别通过双通道注射泵传输至两个针头内，在一定湿度、电压和流速下接收同轴纺丝，得到核壳纳米纤维敷料。
本发明通过同轴静电纺丝的方法制备出纳米纤维敷料具有核壳纤维结构，提高了敷料的物理性能和维持敷料使用时的形状完整性，并使得产品更适合作为湿性敷料使用，在吸收伤口渗出液、耐长期使用性和抗菌性等方面均具有优势。同时在敷料纤维的内核负载了锂藻土，而锂藻土是一种人工合成的硅酸镁锂无机粘土，具有无毒、耐高温和良好的生物相容性及抗菌性能，在水中能够快速地剥离分散成单片层，形成无色透明的胶体分散液，其片层粒径具有单分散性，片层直径约25～30nm，厚度约1～2nm。这就使得敷料具有透气网状结构的高分子纳米层，将创面封闭形成一个理想的湿性愈合环境，一方面，隔绝了空气中的细菌及水，维持创面局部低氧状态，且敷料孔隙率高、空隙致密均匀，具有良好的透气率、吸水率；另一方面，保留了渗出液中大量的活性物质，使生长因子充分发挥作用，有利于细胞的分化和移行。将这样的敷料贴敷于伤口能够保持伤口有一个正常的生理环境，加快细胞的有丝***，抑制细菌的繁殖和扩散，极大地缩短创面愈合时间；保持伤口局部湿润，不会形成干痂，避免二次损伤，减少疼痛，同时降低了感染几率。在敷料纤维的外壳负载了壳聚糖，壳聚糖作为一种阳离子聚合物，在高压电场下由于排斥作用很难进行静电纺丝，本发明通过掺入聚氧乙烯，并采用核壳静电纺丝的方式，使得敷料中壳聚糖含量非常高，有利于预防和治疗各种细菌性皮肤感染，并对伤口的感染起到良好的预防作用。
优选的，步骤(3)所述的同轴静电纺丝条件为：外层针头内径为0.8～1.5mm，内层针头内径为0.4～1mm，接收距离为15～40cm，湿度控制在20％～50％以内，内、外层流速分别为1～2ml/h和4～6ml/h，电压13～16kv。
优选的，步骤(1)中壳聚糖：羧甲基纤维素钠：聚氧乙烯的质量比为(1～5):(1～5):(0.5～5)。
优选的，步骤(2)中聚氧乙烯：锂藻土：焦磷酸钠的质量比为(1～5):(15～25):(0.5～1)。
优选的，步骤(1)、(2)所述溶液分别在温度5～25℃，转速150～200rpm条件下磁力搅拌2～30min。
本发明还包括采用上述任一所述制备方法制备的核壳静电纺丝壳聚糖纳米纤维伤口敷料。
上述敷料原料的质量占比范围及同轴静电纺丝条件是本发明发明人通过大量试验确定的，上述敷料原料的质量比及同轴静电纺丝条件使得本发明制备的敷料具有现代敷料的机械、物理和化学、生物学性能，既有天然生物材料的良好生物相容性、可控生长调解、良好吸湿性与消炎、抗菌性，可以有效改善伤口局部的血流供应，促进组织生长，加快创面愈合，同时具有良好的孔隙度、透气性和吸水性，手感柔软舒适，顺应性好，使用方便，适合在现代生物医学领域，对于慢性难愈合或烧烫伤创面的护理效果尤其显著。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明操作过程方便，制备条件简单，生产成本较低，产品性能优异，易于批量化生产，具有广阔的工业化应用前景；2、利用核壳同轴静电纺丝技术制备具有核壳纤维结构的敷料，将壳聚糖作为外壳层，使得敷料具有天然生物材料的良好生物相容性及良好吸湿性与消炎、抗菌性，改善伤口局部的血流供应，促进组织生长，加快创面愈合；将纳米锂藻土作为内核，有效地改善了产品理化性能，同时将细菌阻隔和保湿作用发挥至最佳；3、本发明制备的敷料具有较好的安全性和生物相容性，可吸收血液和过量渗出液，同时具有止血、促进毛细血管生长、保留渗出液中活性物质等特点，保证了创面的适度湿润，避免伤口粘连，减少疼痛并使愈合后的创面更加平整光洁。
附图说明
图1为实施例1制备的敷料的透射电子显微镜图；
图2为对比例1制备的敷料的透射电子显微镜图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种核壳静电纺丝壳聚糖纳米纤维伤口敷料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将2g壳聚糖、1g羧甲基纤维素钠、2g聚氧乙烯加入到含有少量醋酸和乙醇的100ml水溶液中，搅拌均匀，得到外层溶液。
(2)将3g聚氧乙烯加入50ml水溶液中，搅拌使其充分溶解；另外配置50ml锂藻土水溶液，其中包含锂藻土20g，加入0.6g焦磷酸钠，充分搅拌使其分散均匀，然后将以上两种溶液混合搅拌均匀得到内层溶液。
(3)核壳纳米纤维敷料是通过同轴纺丝得到，装置由内径不同的两层针头组成，外层针头内径为1.2mm，内层针头内径为0.6mm，接收距离为26cm，内外层溶液通过双通道注射泵传输至两个针头内，湿度控制在35％左右，内外层流速分别为1.5ml/h和5ml/h，在电压15kv下接收同轴纺丝得到纳米纤维敷料。
其中，步骤(1)、(2)所述溶液分别在温度10～15℃，转速150～200rpm条件下搅拌10～20min。
实施例2
一种核壳静电纺丝壳聚糖纳米纤维伤口敷料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将5g壳聚糖、5g羧甲基纤维素钠、5g聚氧乙烯加入到含有少量醋酸和乙醇的100ml水溶液中，搅拌均匀，得到外层溶液；
(2)将1g聚氧乙烯加入50ml水溶液中，搅拌使其充分溶解；另外配置50ml锂藻土水溶液，其中包含锂藻土25g，加入1g焦磷酸钠，充分搅拌使其分散均匀，然后将以上两种溶液混合搅拌均匀得到内层溶液；
(3)核壳纳米纤维敷料是通过同轴纺丝得到，装置由内径不同的两层针头组成，外层针头内径为1.2mm，内层针头内径为0.6mm，接收距离为26cm，内外层溶液通过双通道注射泵传输至两个针头内，湿度控制在35％左右，内外层流速分别为1.5ml/h和5ml/h，在电压15kv下接收同轴纺丝得到纳米纤维敷料。
其中，步骤(1)、(2)所述溶液分别在温度10～15℃，转速150～200rpm条件下搅拌10～20min。
实施例3
一种核壳静电纺丝壳聚糖纳米纤维伤口敷料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将3g壳聚糖、3g羧甲基纤维素钠、1g聚氧乙烯加入到含有少量醋酸和乙醇的100ml水溶液中，搅拌均匀，得到外层溶液；
(2)将5g聚氧乙烯加入50ml水溶液中，搅拌使其充分溶解；另外配置50ml锂藻土水溶液，其中包含锂藻土15g，加入0.5g焦磷酸钠，充分搅拌使其分散均匀，然后将以上两种溶液混合搅拌均匀得到内层溶液；
(3)核壳纳米纤维敷料是通过同轴纺丝得到，装置由内径不同的两层针头组成，外层针头内径为1.2mm，内层针头内径为0.6mm，接收距离为26cm，内外层溶液通过双通道注射泵传输至两个针头内，湿度控制在35％左右，内外层流速分别为1.5ml/h和5ml/h，在电压15kv下接收同轴纺丝得到纳米纤维敷料。
其中，步骤(1)、(2)所述溶液分别在温度10～15℃，转速150～200rpm条件下搅拌10～20min。
实施例4
本实施例的制备方法与实施例1的区别仅在于：步骤(3)核壳纳米纤维敷料是通过同轴纺丝得到，装置由内径不同的两层针头组成，外层针头内径为1.5mm，内层针头内径为0.8mm，接收距离为15cm，内外层溶液通过双通道注射泵传输至两个针头内，湿度控制在30％左右，内外层流速分别为2ml/h和6ml/h，在电压16kv下接收同轴纺丝得到纳米纤维敷料。
实施例5
本实施例的制备方法与实施例1的区别仅在于：步骤(3)核壳纳米纤维敷料是通过同轴纺丝得到，装置由内径不同的两层针头组成，外层针头内径为1.0mm，内层针头内径为0.5mm，接收距离为40cm，内外层溶液通过双通道注射泵传输至两个针头内，湿度控制在40％左右，内外层流速分别为1ml/h和4ml/h，在电压13kv下接收同轴纺丝得到纳米纤维敷料。
对比例1
一种伤口敷料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将2g壳聚糖、1g羧甲基纤维素钠、2g聚氧乙烯加入到含有少量醋酸和乙醇的100ml水溶液中，搅拌均匀，得到壳聚糖溶液。
(2)将步骤(1)所得壳聚糖溶液进行静电纺丝得到敷料，纺丝条件：针头孔径1.2mm，接收距离为26cm，湿度控制在30％左右，进样流速分别为5ml/h，在电压16kv下接收纺丝得到纳米纤维敷料。
对比例2
一种伤口敷料的制备方法，与实施例1的区别仅在于：步骤(2)将3g聚氧乙烯、加入100ml水溶液中，搅拌使其充分溶解；将0.6g焦磷酸钠加入50ml的水溶液中，充分搅拌使其分散均匀，然后将以上两种溶液混合搅拌均匀得到内层溶液。
对比例3
一种伤口敷料的制备方法，与实施例1的区别仅在于：步骤(1)将2g壳聚糖、1g羧甲基纤维素钠加入到含有少量醋酸和乙醇的100ml水溶液中，搅拌均匀，得到外层溶液。
采用实施例1～5以及对比例1～3的方法制备规格相同的伤口敷料，分别对敷料的各项性能、微观形貌及创面恢复效果进行了测试。
一、材料性能测试
以透气率和保液量作为检测敷料性能的指标，分别对实施例1～5以及对比例1～3制备的敷料进行了测试，测试结果见表1。
表1敷料的性能指标测试结果
由上述试验结果可知，实施例1～5制备的伤口敷料较对比例1～3制备的伤口敷料综合性好，且显著优于国内外著名凝胶伤口敷料产品。其中实施例1制备的敷料的综合性能最佳，其透射电镜图如图1所示，采用本发明的方法能够制备得到形貌良好且具有核壳纤维结构的敷料；对比例1制备的敷料直接由壳聚糖的混合溶液静电纺丝所得，其透射电镜图如图2所示，由表1可知，对比例1制备的敷料性能相对较差，表明采用核壳静电纺丝的方法制备具有核壳纤维结构的敷料综合性能高，并且较对比例1的制备方法更适合作为湿性敷料使用；对比例2不含锂藻土，所得敷料的性能较实施例1略差，表明锂藻土的引入有效地改善了产品理化性能；对比例3壳聚糖溶液不含聚氧乙烯，由于壳聚糖在高压电场下由于排斥作用很难进行静电纺丝，使得外层溶液在静电纺丝过程中难以形成连续的纳米纤维结构，所得敷料性能最差。
二、动物实验
取健康40只SD大鼠，随机平均分为8组，戊巴比妥麻醉(30mg/kg)，在其背部脊柱一侧旁开1cm，利刀全层切除皮肤，形成面积3cm2的圆形全层皮肤切除创面，对侧对称部位皮肤作为正常自身对照。将实施例1～5以及对比例1～3制备的敷料贴合于创面，使敷料与创面紧密贴合。观察大鼠创面恢复情况。
现象：实施例1～5所得敷料对应的大鼠创面1～3分钟，出血逐渐停止，5h创面有所缩小，可见新生肉芽组织生成，伤后3～5d时，95％以上的创面愈合，在受伤至痊愈后未见明显细菌感染情况，且无脂肪液化现象发生，痊愈后创面平整。对比例1敷料对应的大鼠创面8分钟出血逐渐停止，伤后7d时，90％以上的创面愈合，在受伤至痊愈后未见明显细菌感染情况，痊愈后创面处有轻微疤痕。对比例2敷料对应的大鼠创面18分钟出血逐渐停止，伤后25d时，90％以上的创面愈合，在受伤至痊愈后少量细菌感染情况，出现小面积脂肪液化，痊愈后创面处有明显疤痕。对比例3敷料对应的大鼠创面15分钟出血逐渐停止，伤后21d时，90％以上的创面愈合，在受伤至痊愈后少量细菌感染情况，痊愈后创面处有明显疤痕。由此可见：本发明实施例1～5制备的敷料较对比例1～3敷料的止血速度以及伤口恢复速率更快，抗菌效果更明显，创面恢复状况更好，愈合后的创面更加平整光洁。
另外还对实施例1～5的伤口敷料进行了细胞毒性、急性试验、皮肤刺激以及致敏试验，结果：在细胞毒性试验中显示本发明敷料无潜在的细胞毒性，在急性试验，皮肤刺激和皮肤致敏试验中均无不良反应。
因此，本发明提供的方法制备的具有核壳纤维结构的伤口敷料，性能优异，既可以预防伤口脂肪液化，又可以护理慢性难愈合创面、烧烫伤创面的伤口敷料，一次性解决了伤口护理中的重点及难点问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种核壳静电纺丝壳聚糖纳米纤维伤口敷料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将壳聚糖、羧甲基纤维素钠和聚氧乙烯加入到含有少量醋酸和乙醇的水溶液中，搅拌均匀，得到外层溶液；(2)将聚氧乙烯加入水溶液中，搅拌使其充分溶解，得到溶液A；另外配制锂藻土溶液，加入0.5～1g焦磷酸钠，充分搅拌使其分散均匀，得到溶液B；将溶液A和溶液B混合搅拌均匀，得到内层溶液；(3)采用同轴静电纺丝法，将上述外、内层溶液分别通过双通道注射泵传输至两个针头内，在一定湿度、电压和流速下接收同轴纺丝，得到核壳纳米纤维敷料；步骤(1)中壳聚糖：羧甲基纤维素钠：聚氧乙烯的质量比为(1～5):(1～5):(0.5～5)。
2.根据权利要求1所述的一种核壳静电纺丝壳聚糖纳米纤维伤口敷料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的同轴静电纺丝条件为：外层针头内径为0.8～1.5mm，内层针头内径为0.4～1mm，接收距离为15～40cm，湿度控制在20％～50％，内、外层流速分别为1～2ml/h和4～6ml/h，电压13～16kv。
3.根据权利要求1所述的一种核壳静电纺丝壳聚糖纳米纤维伤口敷料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中聚氧乙烯：锂藻土：焦磷酸钠的质量比为(1～5):(15～25):(0.5～1)。
4.根据权利要求1所述的一种核壳静电纺丝壳聚糖纳米纤维伤口敷料的制备方法，其特征在于，步骤(1)、(2)所述溶液分别在温度5～25℃，转速150～200rpm条件下磁力搅拌2～30min。
5.采用权利要求1～4任一所述制备方法制得的核壳静电纺丝壳聚糖纳米纤维伤口敷料。
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