CN109966540B

CN109966540B - 一种纳米甲壳素复合海藻酸钙医用敷料的制备方法及应用

Info

Publication number: CN109966540B
Application number: CN201910271457.9A
Authority: CN
Inventors: 杜予民; 庞知益; 高慧敏; 钟自彪; 夏浩洋; 叶啟发
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2019-04-04
Filing date: 2019-04-04
Publication date: 2020-06-23
Anticipated expiration: 2039-04-04
Also published as: CN109966540A

Abstract

本发明公开了一种纳米甲壳素复合海藻酸钙医用敷料的制备方法及应用，涉及生物医用材料领域。本发明方法为：将通过TEMPO氧化得到的纳米甲壳素与海藻酸钠、碳酸钙、柔顺剂按不同比例混合，搅拌均匀，加入一定量葡萄糖酸内酯，搅拌数分钟，倒入模具，静止数小时以充分凝胶，冷冻干燥，得到海绵状医用敷料。与传统纱布相比，该敷料具有显著的促进伤口愈合的效果。该方法生产工艺简单，加工可控，成本低、无毒性，适合大规模生产。可作生物医用材料，特别是在创面修复等领域具有广泛应用前景。

Description

一种纳米甲壳素复合海藻酸钙医用敷料的制备方法及应用

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种纳米甲壳素复合海藻酸钙医用敷料的制备方法及应用。

背景技术

全球每年数亿人需要进行外科手术，使用医用敷料包扎伤口，对伤口起到暂时性屏障作用，避免或控制伤口感染以保护人体。目前，外科伤口仍然普遍使用纱布等传统单一敷料，但传统敷料具有抗菌性差及对渗出液吸收能力较差，愈合时间缓慢等缺点。随着人们生活质量的提高，外科患者对伤口愈合、舒适度等要求也相应提高，更希望缩短康复时间。故开发有利于伤口愈合和疾病康复的新型医用敷料也越来越受到人们的关注。一般地，新型医用敷料具有良好的透气性；吸液能力强；一定的保湿性，可保持伤口湿润环境从而有利于伤口愈合；能止血；具有抗菌性等性能。与传统敷料相比，新型医用敷料可以缩短伤口愈合时间，减少医用敷料用量，显著缩短护理时间，迎合患者要求。因此，具有更高舒适度、加速伤口愈合和生物相容性的新型医用敷料也迎来了更高速的发展期。

海藻酸钠是从海藻中提取的一种天然多糖，具有良好的生物相容性、生物可降解性和优异的吸湿性，对人体无毒副作用，是制备新型医用敷料的理想原料。以海藻酸钠为原料设计合成的医用敷料种类很多，主要形式包括海绵、纤维以及凝胶等形态。但是，单一的海藻酸钠医用敷料存在细胞粘附较低的缺点，干态的海藻酸钙海绵质脆且不宜弯折，不易包扎。

甲壳素是一种具有重要生物功能的天然多糖，广泛存在于甲壳动物、昆虫及鱿鱼顶骨中。具有优良的细胞相容性、生物相容性好及生物可降解性，能增强免疫功能、加速伤口愈合、止痛止血。

因此，如何对甲壳素和海藻酸钠进行复合，使制成的敷料兼具多种材料的优势以满足伤口愈合的需求，是新型医用敷料的发展所面临的难题。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的首要目的在于提供一种用于烧伤、烫伤及手术伤口等创面治疗的纳米甲壳素复合海藻酸钙医用敷料的制备方法。将通过TEMPO氧化得到的纳米甲壳素与海藻酸钠、碳酸钙、柔顺剂按不同比例混合，搅拌均匀，加入一定量葡萄糖酸内酯，搅拌数分钟，倒入模具，静止数小时以充分凝胶，冷冻干燥，得到海绵状医用敷料。该方法制备过程简单，适合大规模生产。

本发明第二目的在于提供上述制备方法获得的医用敷料，该敷料具有优异的透气性、吸水性、柔韧性、生物相容性和可降解性。与传统纱布相比，该敷料具有显著的促进伤口愈合的效果。

本发明第三目的在于提供上述医用敷料在生物医用材料领域中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，提供一种纳米甲壳素复合海藻酸钙医用敷料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将α-甲壳素或β-甲壳素通过TEMPO氧化分别得到α-甲壳素纳米晶须、β-甲壳素纳米纤维，配置成水分散液，组分含量为0.05～2.5wt％纳米甲壳素，余量为水；

(2)在步骤(1)的水分散液加入碳酸钙，搅拌分散，加入海藻酸钠粉末，使其浓度为0.5～3wt％，加入柔顺剂，使其浓度为0～10wt％，搅拌溶解，其中，碳酸钙质量为海藻酸钠质量的5-20％；

(3)配置新鲜的葡萄糖酸内酯溶液，加入到步骤(2)中混合液，搅拌或涡旋1-2分钟，倒入模具，其中，添加的葡萄糖酸内酯的物质的量为步骤(2)碳酸钙物质的量的2倍，静置数小时，一次冷冻干燥即可得到多孔的三维纳米甲壳素/海藻酸钙海绵；

(4)对海绵进行切割、封装，Co⁶⁰辐照消毒，即得纳米甲壳素/海藻酸钙医用敷料。

进一步地，上述制备方法步骤(1)所述的α-甲壳素或β-甲壳素通过TEMPO氧化分别得到α-甲壳素纳米晶须、β-甲壳素纳米纤维的过程，包含：

将1gα-甲壳素或β-甲壳素分散在100g蒸馏水中，依次加入0.016g 2,2,6,6-四甲基-1-哌啶氧化铝(TEMPO)和0.1g NaBr，搅拌溶解，滴加5mmol NaClO溶液，并用NaOH溶液维持反应体系的pH等于10，至不再消耗NaOH时用少量乙醇结束反应，用HCl溶液调节至中性，离心3次，收集沉淀，将沉淀分散在水中，超声即得α-甲壳素纳米晶须或β-甲壳素纳米纤维悬浮液，4℃保存待用。

优选地，上述制备方法步骤(1)所述的纳米甲壳素的组分含量0.5～1wt％。

优选地，上述制备方法步骤(2)所述的柔顺剂为聚乙二醇或丙三醇。

优选地，上述制备方法步骤(2)所述的海藻酸钠加入后的浓度为1～2wt％。

优选地，上述制备方法步骤(2)中纳米甲壳素与海藻酸钠的质量比为1:10～1:1。

进一步地，上述制备方法步骤(2)中纳米甲壳素与海藻酸钠的质量比为1:2～1:4

第二方面，提供上述制备方法制得的医用敷料。

第三方面，提供上述医用敷料在生物医用材料领域中的应用。

本发明的原理：甲壳素TEMPO氧化得到的甲壳素晶须或纳米纤维具有较高的长径比、比表面积大，模量高，还保持了甲壳素固有的生物活性。表面含有大量羧基，与海藻酸钠很容易进行复合，得到三维多孔结构海绵。甲壳素的加入可增加细胞粘附性，更有利于伤口愈合。

与现有技术比较，本发明的有益效果是：

1、本发明所述敷料的基体材料(海藻酸钠)、复合物种类、复合量、产品形态可控，大大提高了其应用范围。

2、本发明制备的医用敷料具有优异的透气性、柔韧性、吸水性、保湿性、生物相容性和生物可降解性。可加速细胞生长，抵抗细菌入侵，防止伤口感染，不会粘连伤口，易去除，为进一步临床应用奠定了基础。

3、本发明制备方法简单、反应温和、易操作、能耗低、环境友好，适用于工业化生产。

4、本发明制备的医用敷料一次成型，具有三维多孔结构，可替代纯海藻酸钙医用敷料，预计该发明产品未来将在生物医用材料等领域得到广泛应用，尤其适合烧伤、烫伤等创面的治疗。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的海绵敷料的截面的扫描电镜(SEM)图。

图2为本发明实施例1、2及对比制得海绵的细胞毒性试验数据，

选用MC3T3-E1细胞进行实验检测，空白对照为PBS溶液。

图3为本发明实施例1制得的海绵敷料处理大鼠烧伤伤口，不同天数伤口的外观照片及炎症因子浓度变化情况，

A为不同天数伤口的外观照片；B为不同天数伤口面积的统计图；C炎症因子TNFα浓度变化。

具体实施方式

通过以下详细说明结合附图可以进一步理解本发明的特点和优点。所提供的实施例仅是对本发明方法的说明，而不以任何方式限制本发明揭示的其余内容。

以下实施例所使用的甲壳素为源于虾蟹等甲壳动物的外壳、鱿鱼、乌贼顶骨等市面上常见的甲壳素。

α-甲壳素或β-甲壳素通过TEMPO氧化分别得到α-甲壳素纳米晶须、β-甲壳素纳米纤维的过程，包含：

【实施例1】

取10g 0.5wt％β-甲壳素纳米纤维，加入0.0182g碳酸钙，搅拌分散；加入0.2g海藻酸钠粉末和0.05g丙三醇，搅拌溶解；加入0.0647g葡萄糖酸内酯，搅拌2分钟，倒入模具。静止24小时，冷冻干燥；切割、封装，Co⁶⁰辐照消毒，得到所述的纳米甲壳素/海藻酸钙医用敷料。

【实施例2】

取10g 0.5wt％α-甲壳素纳米晶须，加入0.0182g碳酸钙，搅拌分散；加入0.2g海藻酸钠粉末和0.05g丙三醇，搅拌溶解；加入0.0647g葡萄糖酸内酯，搅拌2分钟，倒入模具。静止24小时，冷冻干燥；切割、封装，Co⁶⁰辐照消毒，得到所述的纳米甲壳素/海藻酸钙医用敷料。

【实施例3】

取10g 0.25wt％β-甲壳素纳米纤维，加入0.0182g碳酸钙，搅拌分散；加入0.2g海藻酸钠粉末和0.025g丙三醇，搅拌溶解；加入0.0647g葡萄糖酸内酯，搅拌2分钟，倒入模具。静止24小时，冷冻干燥；切割、封装，Co⁶⁰辐照消毒，得到所述的纳米甲壳素/海藻酸钙医用敷料。

【实施例4】

取10g 0.05wt％β-甲壳素纳米纤维，加入0.0045g碳酸钙，搅拌分散；加入0.05g海藻酸钠粉末，搅拌溶解；加入0.0162g葡萄糖酸内酯，搅拌1分钟，倒入模具。静止6小时，冷冻干燥；切割、封装，Co⁶⁰辐照消毒，得到所述的纳米甲壳素/海藻酸钙医用敷料。

【实施例5】

取10g 0.5wt％β-甲壳素纳米纤维，加入0.0045g碳酸钙，搅拌分散；加入0.05g海藻酸钠粉末和0.0125g丙三醇，搅拌溶解；加入0.0162g葡萄糖酸内酯，搅拌1分钟，倒入模具。静止6小时，冷冻干燥；切割、封装，Co⁶⁰辐照消毒，得到所述的纳米甲壳素/海藻酸钙医用敷料。

【实施例6】

取10g 0.125wt％β-甲壳素纳米纤维，加入0.0091g碳酸钙，搅拌分散；加入0.1g海藻酸钠粉末和0.2g聚乙二醇，搅拌溶解；加入0.0324g葡萄糖酸内酯，搅拌1分钟，倒入模具。静止12小时，冷冻干燥；切割、封装，Co⁶⁰辐照消毒，得到所述的纳米甲壳素/海藻酸钙医用敷料。

【实施例7】

取10g 1wt％α-甲壳素纳米晶须，加入0.0091g碳酸钙，搅拌分散；加入0.1g海藻酸钠粉末和0.5g聚乙二醇，搅拌溶解；加入0.0324g葡萄糖酸内酯，搅拌1分钟，倒入模具。静止12小时，冷冻干燥；切割、封装，Co⁶⁰辐照消毒，得到所述的纳米甲壳素/海藻酸钙医用敷料。

【实施例8】

取10g 2wt％α-甲壳素纳米晶须，加入0.0273g碳酸钙，搅拌分散；加入0.3g海藻酸钠粉末和1g丙三醇，搅拌溶解；加入0.0971g葡萄糖酸内酯，搅拌2分钟，倒入模具。静止24小时，冷冻干燥；切割、封装，Co⁶⁰辐照消毒，得到所述的纳米甲壳素/海藻酸钙医用敷料。

对比例

分别将0.2g海藻酸钠粉末、0.0182g碳酸钙加入到10g蒸馏水中，搅拌溶解；加入0.0647g葡萄糖酸内酯，搅拌2分钟，倒入模具。静止24小时，冷冻干燥；切割、封装，Co60辐照消毒，得到纯海藻酸钙海绵。

细胞毒性试验

将实施例1、2及对比例所得海绵放在装有MC3T3-E1细胞的PBS溶液中，室温下进行培养。图2为海绵的MTT细胞毒性数据，通过数据可看出复合海绵的细胞数量都高于纯海藻酸钙海绵，表明纳米甲壳素引入有效提高海绵的细胞相容性，并促进了成骨细胞的生长和增殖。

伤口愈合试验

评价实施例1所述敷料的促进伤口愈合效果。以大鼠全层皮肤伤口为模型，烧伤伤口直径为15mm，研究了实施例1所述敷料和对照组医用纱布作为伤口敷料的时效关系。其中，大鼠周龄：7～8周；体重：250～300g；雄性，随机分为2组：纱布组、实施例1组，每组5只。

愈合过程的典型照片如图3A和3B所示，可观察到实施例1组的愈合明显增快。结果表明，与纱布组相比，实施例1组大鼠伤口的收缩愈合均明显加快。术后6天，实施例1组表现出明显的伤口收缩现象。第9天，实施例1组具有良好的创面愈合效果，再生上皮已基本覆盖创面。实施例1组除上皮再生过程更快、更好，其的肉芽组织厚度较纱布组更加均一，而伤口愈合过程将受益于一个更好的肉芽组织形成。此外，在促进伤口愈合同时，实施例1具有较好的生物相容性，其刺激机体所产生的炎症因子TNFα未较纱布有明显变化(第3天，P＝0.3054；第9天，P＝0.3502)(图3C)。研究结果表明，新型纳米甲壳素/海藻酸钙敷料可通过促进上皮再生来促进伤口愈合。实施例1组所述敷料和纱布作为敷料，伤口完全愈合的天数分别为14天和16天。

Claims

1.一种纳米甲壳素复合海藻酸钙医用敷料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将α-甲壳素或β-甲壳素通过TEMPO 氧化分别得到α-甲壳素纳米晶须、β-甲壳素纳米纤维，即纳米甲壳素，将纳米甲壳素配置成水分散液，组分含量为0.05~2.5 wt%纳米甲壳素，余量为水；

（2）在步骤（1）的水分散液加入碳酸钙，搅拌分散，加入海藻酸钠粉末，使其浓度为0.5~3 wt%，加入柔顺剂，使其浓度为0~10 wt%，搅拌溶解，其中，纳米甲壳素与海藻酸钠的质量比为1:10~1:1，碳酸钙质量为海藻酸钠质量的5-20%；

（3）配置新鲜的葡萄糖酸内酯溶液，加入到步骤（2）中混合液，搅拌或涡旋1-2分钟，倒入模具，其中，添加的葡萄糖酸内酯的物质的量为步骤（2）碳酸钙物质的量的2倍，静置数小时，一次冷冻干燥即可得到多孔的三维纳米甲壳素/海藻酸钙海绵；

（4）对海绵进行切割、封装，Co⁶⁰辐照消毒，即得纳米甲壳素/海藻酸钙医用敷料。

2.根据权利要求1所述的纳米甲壳素复合海藻酸钙医用敷料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的纳米甲壳素的组分含量0.5~1 wt%。

3.根据权利要求1所述的纳米甲壳素复合海藻酸钙医用敷料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的柔顺剂为聚乙二醇或丙三醇。

4.根据权利要求1所述的纳米甲壳素复合海藻酸钙医用敷料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的海藻酸钠加入后的浓度为1~2 wt%。

5.根据权利要求1所述的纳米甲壳素复合海藻酸钙医用敷料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中纳米甲壳素与海藻酸钠的质量比为1:2~1:4。

6.权利要求1-5任一项所述的制备方法制得的医用敷料。

7.权利要求6所述的医用敷料在生物医用材料领域中的应用。