CN112294843A - 一种长效创面抗菌凝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长效创面抗菌凝胶，由以下质量百分含量的原料制备而成：载银缓释中空颗粒0.05‑25％、壳聚糖抗菌材料0.1‑5％、表面活性剂0.01‑2.5％、保湿剂1‑25％、凝胶基质0.1‑50％、络合剂0.01‑3％、余量为去离子水，以上组分总量为100％。本发明添加的载银缓释中空颗粒具有高比表面积、大孔容、可控孔径内部中空腔使其储藏大量药物银分子，增强了药物银输送能力。同时载银缓释中空颗粒有可控通道，能够控制银离子释放速度，延长银离子释放的时间。壳聚糖抗菌材料与载银缓释中空颗粒结合，将载银缓释中空颗粒连接到壳聚糖枝状分子结构上，控制载银缓释中空颗粒溶解速度，实现长效抗菌的功能。本发明提供了长效创面抗菌凝胶的制备方法，具有易于操作，便于批量化生产的特点。

Description

一种长效创面抗菌凝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种凝胶，尤其涉及一种长效创面抗菌凝胶及其制备方法。
背景技术
目前，银盐和银配合物，已在多种制药和卫生保健应用中对抗感染和控制腐败，所述应用包括医学装置中的抗感染涂层、术后伤口处理和烧伤处理。当微量银离子到达微生物细胞膜时，因后者带负电荷，依靠库仑引力，使两者牢固吸附，银离子穿透细胞壁进入胞内，使蛋白质凝固，破坏细胞体内可分解葡萄糖、蔗糖、尿素等酶的活性，主要破坏其羧基(-COOH)与硫氢基(-SH)而使细菌死亡。银对微生物体内含-SH酶的亲和力较强，形成不可逆的硫银化合物，束缚了-SH，干扰微生物的呼吸作用，导致细胞死亡。细菌结构破坏所造成的细胞渗透压及通透性改变，可导致细胞死亡。银是亲人体金属，银盐抗菌剂由于抗菌率高，药效持久而受欢迎，但是银盐是氧化型抗菌剂，使用不当容易对人体产生伤害。
传统水凝胶材料大多将银粒子与植入体直接复合，从而赋予植入体具有抗菌的功能。纳米银离子与水凝胶材料直接复合后，纳米银粒子与组织或细胞存在交互作用，但是当纳米银粒子的浓度超过一定范围时，会对细胞和组织产生一定毒性。由于水凝胶的孔多属于微米或亚微米级别，银纳米粒子很容易穿透这些孔而快速逸出到支架材料的外部，导致植入物不能实现长期的抗菌或抑菌的效果。
目前市场上存在的银离子抗菌剂多为与水粘度相似的液体形式，这种抗菌剂在伤口或者组织中停留时间较短，银离子杀菌有效成分很难充分发挥杀菌作用。同时目前的抗菌剂中所用的胶原带负电，会与带正电的银离子发生反应从而产生沉淀，使产品失效，且不利于杀灭细菌。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种长效创面抗菌凝胶，杀菌效果快速持久，具有长效抗菌的特点，并且对细胞和组织毒性低，使用安全。
本发明的目的之二在于提供一种长效创面抗菌凝胶的制备方法。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种长效创面抗菌凝胶，由以下质量百分含量的原料制备而成：载银缓释中空颗粒0.05-25％、壳聚糖抗菌材料0.1-5％、表面活性剂0.01-2.5％、保湿剂1-25％、凝胶基质0.1-50％、络合剂0.01-3％、余量为去离子水，以上组分总量为100％。
进一步地，所述载银缓释中空颗粒以聚丙烯酸为模板剂，以六甲基二硅烷、二羟基氨基乙酸铝、羟基磷酸钙、银源为无机盐前驱体制备而成，所述载银缓释中空颗粒比表面积为10-100m2/g，孔容0.1-1.6cm3/g，孔径内部中空腔为10-100nm。
进一步地，所述六甲基二硅烷、二羟基氨基乙酸铝、羟基磷酸钙和银源混合物的摩尔比为75∶10∶15，其中羟基磷酸钙和银源的摩尔比为10:1-10。
进一步地，所述银源为硝酸银、硫代硫酸银、硫酸银、氯化银中的至少一种。
进一步地，所述壳聚糖抗菌材料为天然壳聚糖、壳聚糖季铵盐或有机硅季铵盐中的至少一种。
进一步地，所述表面活性剂为聚己缩胍、甜菜碱、聚六亚甲基双胍、季铵盐类、汰垢中的至少一种。
进一步地，所述保湿剂为聚乙二醇、丙三醇、丁二醇、丙二醇、已二醇、透明质酸钠中的至少一种。
进一步地，所述凝胶基质为卡波姆940、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素钠、明胶、黄原胶、凡士林、乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素中的至少一种。
进一步地，所述络合剂为单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的至少一种。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
所述长效创面抗菌凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备载银缓释中空颗粒：取模板剂聚丙烯酸溶于乙醇溶液中，加入氨水搅拌，加入六甲基二硅烷，搅拌一段时间后加入二羟基氨基乙酸铝，搅拌均匀后加入羟基磷酸钙和银源混合物，搅拌均匀后经离心、干燥、煅烧，即得载银缓释中空颗粒；
(2)将上述步骤(1)的载银缓释中空颗粒与壳聚糖抗菌材料混合研磨后，加入去离子水中，水浴加热并搅拌，得载银缓释中空颗粒与壳聚糖抗菌材料螯合物；
(3)将凝胶基质加入去离子水中进行溶胀得到组分A，将保湿剂溶于去离子水中得到组分B，在搅拌状态下向组分A中加入组分B，混合均匀后加入表面活性剂，再加入上述步骤(2)的载银缓释中空颗粒与壳聚糖抗菌材料螯合物，在红外光的照射下搅拌一段时间，加入络合剂，充分搅拌后调节pH至6-8，静置除去气泡即得产品。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供一种长效创面抗菌凝胶，添加的载银缓释中空颗粒具有高比表面积(10-100m2/g)、大孔容(0.1-1.6cm3/g)、可控孔径内部中空腔(10-100nm)使其储藏大量药物银分子，增强了药物银输送能力。在接触皮肤创面后，载银缓释中空颗粒能够快速释放银离子，灭杀致病微生物，同时载银缓释中空颗粒有可控通道即孔径内部的中空腔，能够控制银离子释放速度，延长银离子释放的时间，实现长效抗菌的功能。载银缓释中空颗粒具有良好的生物活性和生物相容性，在接触创面后能够释放硅离子、钙离子，能够激活与伤口愈合相关的基因表达，促进成纤维细胞的增殖和分化，加速血管的生成，促进肉芽组织的生长，促进硬组织和软组织的修复和再生，促进伤口愈合。
壳聚糖抗菌材料具有良好的成膜性，在创面形成物理屏障的同时形成一层大分子正电荷屏障，起到杀菌和隔离双重抗感染作用。壳聚糖抗菌材料与载银缓释中空颗粒结合，将载银缓释中空颗粒连接到壳聚糖枝状分子结构上，使凝胶具有更加良好的成膜性，并且控制载银缓释中空颗粒溶解速度，实现长效抗菌的功能，使其杀菌效力更持久。该抗菌凝胶具有吸水保湿功能，形成湿润环境，伤口在湿润环境下愈合快，能使愈合速度加快一倍并减少疤痕增生。
表面活性剂能使载银缓释中空颗粒在凝胶中均匀分散，形成稳定的结构，同时与银离子协同抗菌，增强凝胶的杀菌性能，并且对细胞和组织毒性更低。
附图说明
图1为本发明实施例1中载银缓释颗粒的扫描电镜图；
图2为本发明实施例1中载银缓释中空颗粒与壳聚糖抗菌材料螯合物的扫描电镜图；
图3为本发明实施例1中载银缓释颗粒和抗菌凝胶在去离子水中银离子的释放曲线。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例1
一种长效创面抗菌凝胶，由以下质量百分含量的原料制备而成：载银缓释中空颗粒5％、天然壳聚糖3％、聚己缩胍1％、聚乙二醇10％、卡波姆940 25％、单乙醇胺2％、余量为去离子水，以上组分总量为100％。
其中载银缓释颗粒的组成为：六甲基二硅烷、二羟基氨基乙酸铝、羟基磷酸钙和银源混合物的摩尔比为75∶10∶15，其中羟基磷酸钙和银源的摩尔比为10:1。
上述长效创面抗菌凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备载银缓释中空颗粒：取1.0g聚丙烯酸溶于300mL乙醇溶液中，搅拌至澄清，加入20mL氨水磁力搅拌1h，加入0.2mol六甲基二硅烷，搅拌8h后加入0.0267mol二羟基氨基乙酸铝，搅拌2h后加入0.04mol羟基磷酸钙和银源混合物，搅拌6h后离心清洗三次、红外加热干燥10h，将得到的粉末置于升温速率3℃/min温度850℃的马氟炉中煅烧4h，即得载银缓释中空颗粒，如图1所示；
(2)将上述步骤(1)的载银缓释中空颗粒与壳聚糖抗菌材料混合充分快速研磨3h，加入去离子水中，水浴加热并搅拌，得载银缓释中空颗粒与壳聚糖抗菌材料螯合物；
(3)将凝胶基质加入去离子水中进行溶胀得到组分A，将保湿剂溶于去离子水中得到组分B，在搅拌状态下向组分A中加入组分B，混合均匀后加入表面活性剂，再加入上述步骤(2)的载银缓释中空颗粒与壳聚糖抗菌材料螯合物，在红外光的照射下搅拌一段时间，加入络合剂，充分搅拌后调节pH至6-8，静置除去气泡即得产品，如图2所示。
实施例2
一种长效创面抗菌凝胶，由以下质量百分含量的原料制备而成：载银缓释中空颗粒10％、壳聚糖季铵盐4％、甜菜碱2％、丙三醇5％、羟乙基纤维素30％、二乙醇胺3％、余量为去离子水，以上组分总量为100％。
其中载银缓释颗粒的组成为：六甲基二硅烷、二羟基氨基乙酸铝、羟基磷酸钙和银源混合物的摩尔比为75∶10∶15，其中羟基磷酸钙和银源的摩尔比为10:3。
该实施例的制备方法和实施例1相同。
实施例3
一种长效创面抗菌凝胶，由以下质量百分含量的原料制备而成：载银缓释中空颗粒0.05％、天然壳聚糖和有机硅季铵盐的混合物0.1％、甜菜碱和聚六亚甲基双胍的混合物0.01％、丁二醇和丙二醇1％、羧甲基纤维素钠和明胶1％、二乙醇胺和三乙醇胺的混合物0.01％、余量为去离子水，以上组分总量为100％。
其中载银缓释颗粒的组成为：六甲基二硅烷、二羟基氨基乙酸铝、羟基磷酸钙和银源混合物的摩尔比为75∶10∶15，其中羟基磷酸钙和银源的摩尔比为10:5。
实施例的制备方法和实施例1相同。
实施例4
一种长效创面抗菌凝胶，由以下质量百分含量的原料制备而成：载银缓释中空颗粒25％、天然壳聚糖5％、汰垢2.5％、透明质酸钠25％、羟乙基甲基纤维素40％、三乙醇胺3％、余量为去离子水，以上组分总量为100％。
其中载银缓释颗粒的组成为：六甲基二硅烷、二羟基氨基乙酸铝、羟基磷酸钙和银源混合物的摩尔比为75∶10∶15，其中羟基磷酸钙和银源的摩尔比为10:10。
实施例的制备方法和实施例1相同。
对比例1
对比例1提供一种抗菌凝胶，和实施例1的区别为：将载银缓释中空颗粒替换为同等银含量的硝酸银。
对比例2
对比例2提供一种抗菌凝胶，和实施例1的区别为：在载银缓释中空颗粒的制备过程中省去银源，将制备的产物在硝酸银溶液中浸泡12h，再和壳聚糖抗菌材料进行螯合，其余均和实施例1相同。
试验例
抑菌环实验：分别测试实施例1和对比例1至2对金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)、白色念珠菌(ATCC 10231)抑菌效果，过程如下：将菌种活化并稀释为2×106cfu/ml，用无菌棉蘸取试验菌悬液，在营养琼脂培养基平板表面均匀涂抹3次。将实施例1与对比例1至2的产品使用热的营养琼脂稀释至浓度200mg/l，吸取20μl滴到营养琼脂培养基上，置于37℃培养箱，培养24h，观察结果。用游标卡尺测量抑菌环的大小并进行比较。每种菌液平行做3只培养皿，实验结果下表1所示。
表1
Figure BDA0002348564760000071
Figure BDA0002348564760000081
由表1可以看出在第一天时，实施例1的抑菌环直径小于对比例1和对比例2，随着时间的增长，实施例1的抑菌环直径开始超过对比例1和对比例2，说明本发明提供的载银缓释中空颗粒能够控制银离子释放速度，延长银离子释放的时间，使其杀菌效力更持久，实现长效抗菌的功能。
将实施例1制备的载银缓释中空颗粒和相同银含量的实施例1制备的抗菌凝胶在去离子水中浸提，检测去离子水中银离子含量，描绘银离子在去离子水中的释放曲线，结果图3所示。由图3可以看出，随着时间的延长，载银缓释中空颗粒水溶液中银积累量高于抗菌凝胶，说明载银缓释中空颗粒的银释放的速度要大于抗菌凝胶，本申请通过将载银缓释中空颗粒连接到壳聚糖枝状分子结构上，使凝胶具有更加良好的成膜性，并且控制载银缓释中空颗粒溶解速度，使其杀菌效力更持久，实现长效抗菌的功能。
将实施例1的抗菌凝胶制成悬液检测其对微生物的杀灭效果，过程如下：使用脱脂棉布制作染菌载体。取无菌平皿，吸取15ml抗菌凝胶溶液注入平皿中。用无菌镊子分别放入染菌载体菌片3片，并使之浸透于抗菌凝胶溶液中。待菌药相互作用1、2、5min，用无菌镊子将菌片取出分别移入一含5.0ml中和剂试管中。用电动混合器混合20s，使菌片上的细菌被洗脱进入中和液中，再中和作用5min，最终进一步混匀后，吸取1.0ml直接接种平皿，每管接种2个平皿，测定存活菌数。试验样本均在37℃温箱中培养，结果如表2所示。
表2
Figure BDA0002348564760000082
Figure BDA0002348564760000091
由表2可以看出，1min时，该抗菌凝胶对金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、大肠杆菌灭杀指大于6.00，白色念珠菌杀灭指数大于5.00，5min时均大于6.0，说明本发明的抗菌凝胶有很好的的灭菌作用。
一次破损皮肤刺激试验：使用4只健康家兔作为实验对象，用灭菌刀片在皮区内划一个“井”形的破损伤口，皮肤破损仅达表皮，不伤及真皮，并在该破损皮区内染毒。然后将实施例1的抗菌凝胶涂抹在破损皮肤上，观察皮肤反应，结果如表3所示，表4皮肤刺激反应评分标准。
表3
家兔序号 皮肤刺激反应评分
1 0
2 0.15
3 0.12
4 0
注：(1)红斑形成：无0分，勉强可见1分，明显2分，严重3分；***红斑，并有焦痂4分；
(2)水肿形成:无0分，勉强可见1分，皮肤***、轮廓清楚2分，水肿***约1mm 3分；水肿***超过1mm 4分；
每天每只动物平均积分＝∑(每只动物14d的红斑和水肿总积分)/受试动物数×14
表4皮肤刺激反应评分标准
皮肤刺激指数 刺激强度级别
0～＜0.5 无刺激性
0.5～＜2.0 轻刺激性
2.0～＜6.0 中等刺激性
6.0～8.0 强刺激性
由表3可知：4只家兔皮肤刺激反应评分均小于0.5，结果表明本申请的抗菌凝胶无刺激性。
眼刺激实验：使用3只健康家兔作为实验对象，吸取实施例1的抗菌凝胶0.1ml，滴入家兔一侧眼结膜囊内。另一侧眼以生理盐水作为正常对照。滴受试物后，将眼被动闭合4s，30s后用生理盐水冲洗。于滴眼后1h、24h、48h、72h、7d、14d和21d，肉眼观察家兔眼结膜、虹膜和角膜的损伤与恢复情况，结果如表5所示。
表5
Figure BDA0002348564760000101
由表5可知，本申请的凝胶对三只家兔均表现为无刺激性，进一步说明本申请抗菌凝胶对细胞和组织毒性较低，使用安全。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种长效创面抗菌凝胶，其特征在于，由以下质量百分含量的原料制备而成：载银缓释中空颗粒0.05-25％、壳聚糖抗菌材料0.1-5％、表面活性剂0.01-2.5％、保湿剂1-25％、凝胶基质0.1-50％、络合剂0.01-3％、余量为去离子水，以上组分总量为100％。
2.根据权利要求1所述长效创面抗菌凝胶，其特征在于，所述载银缓释中空颗粒以聚丙烯酸为模板剂，以六甲基二硅烷、二羟基氨基乙酸铝、羟基磷酸钙、银源为无机盐前驱体制备而成，所述载银缓释中空颗粒比表面积为10-100m2/g，孔容0.1-1.6cm3/g，孔径内部中空腔为10-100nm。
3.根据权利要求2所述长效创面抗菌凝胶，其特征在于，所述六甲基二硅烷、二羟基氨基乙酸铝、羟基磷酸钙和银源混合物的摩尔比为75∶10∶15，其中羟基磷酸钙和银源的摩尔比为10:1-10。
4.根据权利要求1所述长效创面抗菌凝胶，其特征在于，所述银源为硝酸银、硫代硫酸银、硫酸银、氯化银中的至少一种。
5.根据权利要求1所述长效创面抗菌凝胶，其特征在于，所述壳聚糖抗菌材料为天然壳聚糖、壳聚糖季铵盐或有机硅季铵盐中的至少一种。
6.根据权利要求1所述长效创面抗菌凝胶，其特征在于，所述表面活性剂为聚己缩胍、甜菜碱、聚六亚甲基双胍、季铵盐类、汰垢中的至少一种。
7.根据权利要求1所述长效创面抗菌凝胶，其特征在于，所述保湿剂为聚乙二醇、丙三醇、丁二醇、丙二醇、已二醇、透明质酸钠中的至少一种。
8.根据权利要求1所述长效创面抗菌凝胶，其特征在于，所述凝胶基质为卡波姆940、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素钠、明胶、黄原胶、凡士林、乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素中的至少一种。
9.根据权利要求1所述长效创面抗菌凝胶，其特征在于，所述络合剂为单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的至少一种。
10.如权利要求2所述长效创面抗菌凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备载银缓释中空颗粒：取模板剂聚丙烯酸溶于乙醇溶液中，加入氨水搅拌，加入六甲基二硅烷，搅拌一段时间后加入二羟基氨基乙酸铝，搅拌均匀后加入羟基磷酸钙和银源混合物，搅拌均匀后经离心、干燥、煅烧，即得载银缓释中空颗粒；
(2)将上述步骤(1)的载银缓释中空颗粒与壳聚糖抗菌材料混合研磨后，加入去离子水中，水浴加热并搅拌，得载银缓释中空颗粒与壳聚糖抗菌材料螯合物；
(3)将凝胶基质加入去离子水中进行溶胀得到组分A，将保湿剂溶于去离子水中得到组分B，在搅拌状态下向组分A中加入组分B，混合均匀后加入表面活性剂，再加入上述步骤(2)的载银缓释中空颗粒与壳聚糖抗菌材料螯合物，在红外光的照射下搅拌一段时间，加入络合剂，充分搅拌后调节pH至6-8，静置除去气泡即得产品。
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