CN108452370B

CN108452370B - 一种复合型超分子水凝胶及其制备方法

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Publication number: CN108452370B
Application number: CN201810421517.6A
Authority: CN
Inventors: 张翼; 宋茹茹; 王杨; 郑俊; 刘依林
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2018-05-04
Filing date: 2018-05-04
Publication date: 2020-09-11
Anticipated expiration: 2038-05-04
Also published as: CN108452370A

Abstract

本发明公开了一种复合型超分子水凝胶及其制备方法，属于超分子水凝胶技术领域。以壳聚糖为凝胶因子，采用“冷冻‑解冻法”，在PBS缓冲溶液中与中药单体虫草素形成了乳白色复合型超分子水凝胶。该水凝胶成分均为生物相容性良好的天然产物，壳聚糖和虫草素的协同作用增强了本发明的抗菌性能。本发明具有自愈合，可涂抹等性能，所述复合型超分子水凝胶的两组分通过协同作用不仅提高了复合材料的抗菌性能,而且能减少皮肤伤口疤痕形成，在抗菌材料和伤口敷料等领域有广阔的应用前景。

Description

一种复合型超分子水凝胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合型超分子水凝胶及其制备方法，属于超分子水凝胶技术领域。

背景技术

到目前为止，各种伤口愈合材料已经商品化；然而，临床实践表明，仍然有新的需求，因为它们只是作为防止感染和体液流失的临时屏障。伤口愈合不足容易形成慢性伤口或导致危及生命的并发症。伤口愈合是一个复杂而动态的过程，分为可预测的阶段：血液凝固(止血)，炎症，组织生长(增殖)和组织重塑(成熟)。在每个阶段，由炎症细胞分泌的一系列细胞因子和生长因子对于恢复受损的细胞结构和组织层具有重要作用。在这方面，人们已经将注意力集中在使用生长因子功能化的和/或基于细胞的皮肤移植物。在涉及伤口愈合过程的细胞中，巨噬细胞可能在感染，组织修复和解决炎症。作为宿主防御者，巨噬细胞识别和破坏外来生物，清除死亡和受损的组织成分(经典活化)，并产生调节组织生长和重塑的细胞因子，生长因子和血管生成因子激活)。因此，开发具有生物相容性良好，无副作用的水凝胶伤口敷料是本领域非常需要的。

水凝胶(Hydrogel)是以水为分散介质的凝胶。它具有良好的生物相容性与生物降解能力，常常用于组织工程的支架，创伤修复，药物输送等领域。目前越来越多的研究者关注其作为伤口敷料的应用。水凝胶作为伤口敷料具有吸收伤口渗出物、杀菌、保湿、促进伤口的愈合的作用。设计具有理想的抗菌性和生物相容性的超分子水凝胶复合材料对于开发新型伤口敷料具有十分重要的意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有良好抗菌性的复合型超分子水凝胶及其制备方法，该复合型超分子水凝胶具有自愈合性、可涂抹的性能，在抗菌材料及伤口敷料方面的有良好的应用前景。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种复合型超分子水凝胶，包括虫草素溶液、壳聚糖溶液和PBS缓冲溶液。

作为本发明的一种优选方案，所述虫草素溶液的浓度为100mg/mL。

作为本发明的一种优选方案，所述壳聚糖溶液的溶剂为1％HAc，所述壳聚糖溶液的浓度为20～40mg/L。

作为本发明的一种优选方案，所述PBS缓冲溶液的溶剂为超纯水，所述PBS缓冲溶液的PH为8.3～8.5，所用的每种磷酸盐浓度均为0.1mol/L。

作为本发明的一种优选方案，所述复合型超分子水凝胶应用于抗菌剂或/和伤口敷料中。

一种复合型超分子水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，虫草素溶液的制备；用二甲基亚砜溶解虫草素固体粉末，超声分散得到虫草素溶液；

步骤2，壳聚糖溶液的制备；用1％HAc溶解壳聚糖，磁力搅拌以加速壳聚糖溶解，配成壳聚糖溶液；

步骤3，PBS缓冲溶液的制备；用Na₂HPO₄和NaH₂PO₄溶液配置成不同Ph的PBS缓冲溶液；

步骤4，将所述虫草素溶液、壳聚糖溶液和PBS缓冲溶液混合均匀后，放入-20℃冰箱冷冻至完全冻结后放置于室温下解冻，形成所述复合型超分子水凝胶。

作为对上述制备方法的优化方案，步骤1中，所述二甲基亚砜溶解虫草素固体粉末经过超声分散的时间为5～10min，所得虫草素溶液浓度为100mg/mL，在配制所述虫草素溶液的过程中进行避光处理。

作为对上述制备方法的优化方案，步骤2中，所述壳聚糖溶液的浓度为20～40mg/ml；步骤3中，所述PBS缓冲溶液的Ph为8.3～8.5，所述PBS缓冲溶液中，Na2HPO4和NaH2PO4浓度均为0.1mol/L。

作为对上述制备方法的优化方案，步骤4，取80μL～100μL的所述虫草素溶液加入至洗净吹干的2.0mL避光处理的螺口瓶中，快速加入400～420μL的所述PBS缓冲溶液，迅速摇匀，再加入500μL的所述壳聚糖溶液，配成1.0mL的混合溶液，所述混合溶液的配制过程在磁力搅拌下进行；待所述混合溶液混合均匀后，将螺口瓶放入-20℃冰箱冷冻至完全冻结后放置于室温下解冻，形成所述复合型超分子水凝胶。

通过上述技术方案，本发明技术方案的有益效果是：本发明使用的水凝胶因子为壳聚糖，是通过非共价键自组装得到的，壳聚糖水凝胶呈海绵状结构。

虫草素是第一个从真菌中分离出来的核苷类抗菌素，分子式为C₁₀H₁₃N₅O₃。抗菌在伤口愈合过程中起到重要的作用，虫草素具有广谱抗菌的作用，它能抑制一些细菌、真菌等病原菌的生长。此外，虫草素还具有抗病毒、免疫调节、清除自由基、抗肿瘤、抗炎等非常广谱的生物学活性。

壳聚糖(Chitosan)是一种亲水性的天然高分子。壳聚糖有良好的广谱抗菌活性，能抑制一些真菌、细菌和病毒的生长繁殖。同时，壳聚糖具有促进凝血的作用，可用作止血剂。还可用于伤口愈合，有减少伤口细菌增长，吸收伤口渗出物、不易脱水收缩等作用，是优良的伤口愈合敷料成分。此外，壳聚糖具有增稠剂的作用，可以增强复合材料的机械强度。壳聚糖可以是负责伤口愈合的功能性生物材料之一。壳聚糖作为药物缓释基质有很大的优越性，能结合虫草素抗菌优势，在抗菌消炎领域起到协同作用。

1)本发明制备的复合型天然产物超分子水凝胶，生物相容性良好，易降解，无细胞毒性。

2)本发明制备的复合型天然产物超分子水凝胶具有适合的硬度，弹性和粘性，十分适合皮肤涂抹，为自愈合凝胶。

3)本发明制备过程中没有添加任何还原剂与分散剂，绿色环保。

4)本发明加入的壳聚糖可以和虫草素协同作用，增强了水凝胶的抗菌性，更易于涂抹，利于皮肤的吸收，使其更适于作伤口敷料。

5)本发明制备方法简单，成本低廉，可商品化，适于大规模生产。

6)本发明制备的复合型超分子水凝胶有良好的抗菌性，能有效促进伤口愈合，将会在抗菌剂与伤口敷料方面等领域有很好的应用前景。

附图说明

图1为壳聚糖水凝胶的扫描电子显微镜(SEM)图；

图2为本发明实施例1中复合型超分子水凝胶的扫描电子显微镜(SEM)图；

图3为本发明实施例1中复合型超分子水凝胶的成水凝胶之前数码照片图；

图4为本发明实施例1中复合型超分子水凝胶的成水凝胶之后数码照片图

图5实施例1中1-3号液体培养基中的菌液接种固体培养基上12h后细菌生长状况的数码照片图，1-3号从左往右排列；

图6、图7对对比效果图。图6为体重大小相似的SD大鼠伤口的数码照片图。图7为15天后伤口愈合情况的数码照片图，图7中左列为对伤口不做任何处理的数码照片图，中列为涂抹只含壳聚糖水凝胶的数码照片图，右列为涂抹本发明实施例2中复合型超分子水凝胶的数码照片图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

称取50.0mg的虫草素固体粉末，溶于500μL二甲基亚砜，超声分散5～10min，使其完全溶解，制得浓度为100mg/mL的虫草素溶液(避光保存)；称取400mg的壳聚糖，加入10mL体积比为1％的冰乙酸在磁力搅拌的作用下以促进壳聚糖的溶解，配成40mg/mL的壳聚糖溶液。

取100μL的虫草素溶液加入至洗净吹干避光处理的2.0mL螺口瓶中，快速加入400μL的PBS缓冲溶液，迅速摇匀，再加入500μL的壳聚糖溶液，迅速振荡，磁力搅拌使其混合均匀。结合图3、图4，将该螺口瓶放入-20℃冰箱冷冻，再室温解冻(注意夏季温度过高时在空调下解冻)即可得到复合型超分子水凝胶。对复合型超分子水凝胶进行扫描，得到图2所示的复合型超分子水凝胶的扫描电子显微镜(SEM)图。可以与图1进行对比，复合型超分子水凝胶内部呈更平滑且具有不同孔径的海绵状结构。

抗菌实验步骤：称取10.0g胰蛋白胨、5.0g酵母提取物和10.0g氯化钠于烧杯中，向烧杯中加入超纯水溶解，用玻璃棒搅拌促进溶解，用氢氧化钠调节混合液pH至7.4，然后用超纯水定容至1L的锥形瓶中制备液体培养基。

称取10.0g胰蛋白胨、5.0g酵母提取物、10.0g氯化钠和15.0g琼脂，向烧杯中加入超纯水溶解，用玻璃棒搅拌促进溶解，用氢氧化钠调节混合液pH至7.4，然后用超纯水定容至1L的锥形瓶中制备液体培养基将配制好的培养基，用棉花塞紧瓶口，用纱布包紧，再用锡箔纸包住，棉线系紧。密封好后经110℃高压灭菌30分钟。将3支10mL的离心管分别编号1-3，分别代表空白组(不做任何处理)；壳聚糖水凝胶组；壳聚糖/虫草素水凝胶组；将4℃冰箱中冻存的大肠杆菌(革兰氏阴性细菌)菌液取出，于无菌操作台，分别吸取100μL菌液，加入3支离心管。1号离心管中加入6mL的液体培养基；2号离心管中加入1.0mL壳聚糖水凝胶，再加入5mL的液体培养基；3号离心管中加入1.0mL的实例1中的复合型超分子水凝胶，再加入5mL的液体培养基；摇匀后置于37℃恒温空气震荡培养箱培养4小时。取3个灭菌过的细菌培养皿，分别编号1-3，将固体培养基加热融化，摇匀，在冷却未凝固前，分别倒入3个培养皿，每个倒20mL。从离心管中取10μL菌液，将其接种至固体培养基，待基底凝固后翻转过来，置于37℃恒温空气震荡培养箱培养12小时以形成菌落，观察，取出拍照，得到图5所示照片。

实施例2

取上述实施例1中的虫草素溶液100μL，加入至洗净吹干避光处理的2.0mL螺口瓶中，快速加入400μL与实施例1配制方法相同的PBS缓冲溶液，迅速摇匀，再加入500μL与实施例1配制方法相同的40mg/mL的壳聚糖溶液，在磁力搅拌器下混合均匀。将该螺口瓶放入-20℃的冰箱冷冻，室温下解冻即可得到复合型天然产物超分子水凝胶。

动物实验步骤：选用健康雄性Sprague-Dawley大鼠(180～220g)

制造大鼠全层皮肤伤口模型以研究本发明的复合型天然产物超分子水凝胶对伤口治愈的效果。整个动物实验过程于中南大学湘雅医学院新校区动物学部完成。先将大鼠称重，使用pentobarbital(戊巴比妥钠2％，2ml/kg)腹腔注射麻醉大鼠，用电动剃毛器刮除麻醉过的大鼠背部毛，皮肤在手术前用络合碘溶液消毒清洗。用模具在一只大鼠背部对称画三个直径为1cm的圆，再拿镊子辅助，用手术剪刀剪出直径为1cm的圆形伤口，如图6所示。每只大鼠的三个伤口对应三组：I组为空白组(对伤口不进行任何处理)、II组为壳聚糖水凝胶组(对照组)、III组为复合型超分子水凝胶组，每组5只大鼠。处理后分别单独关入笼子，提供等量的食物与水，拍照记录，连续观察饲养15天，每天更换垫料、水和食物并对老鼠的伤口愈合情况进行拍照记录。15天后观察，得到图7所述照片。壳聚糖可以和虫草素协同作用，可以应用于抗菌剂和伤口敷料中，能达到增强杀菌性能与促进伤口愈合的目的。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种复合型超分子水凝胶，其特征在于，包括虫草素溶液、壳聚糖溶液和PBS缓冲溶液；所述虫草素溶液的浓度为100mg/mL；所述壳聚糖溶液的溶剂为1％HAc，所述壳聚糖溶液的浓度为20～40mg/L。

2.根据权利要求1所述的复合型超分子水凝胶，其特征在于，所述PBS缓冲溶液的溶剂为超纯水，所述PBS缓冲溶液的PH为8.3～8.5，所用的每种磷酸盐浓度均为0.1mol/L。

3.根据权利要求1-2任一所述的复合型超分子水凝胶，其特征在于，所述复合型超分子水凝胶应用于抗菌剂或/和伤口敷料中。

4.一种权利要求1-2任一所述的复合型超分子水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的复合型超分子水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述二甲基亚砜溶解虫草素固体粉末经过超声分散的时间为5～10min，所得虫草素溶液浓度为100mg/mL，在配制所述虫草素溶液的过程中进行避光处理。

6.根据权利要求5所述的复合型超分子水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述壳聚糖溶液的浓度为20～40mg/ml；步骤3中，所述PBS缓冲溶液的Ph为8.3～8.5，所述PBS缓冲溶液中，Na2HPO4和NaH2PO4浓度均为0.1mol/L。

7.根据权利要求6所述的复合型超分子水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤4，取80μL～100μL的所述虫草素溶液加入至洗净吹干的2.0mL避光处理的螺口瓶中，快速加入400～420μL的所述PBS缓冲溶液，迅速摇匀，再加入500μL的所述壳聚糖溶液，配成1.0mL的混合溶液，所述混合溶液的配制过程在磁力搅拌下进行；待所述混合溶液混合均匀后，将螺口瓶放入-20℃冰箱冷冻至完全冻结后放置于室温下解冻，形成所述复合型超分子水凝胶。