CN116617436B

CN116617436B - 一种抗菌敷料及其制备方法

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Publication number: CN116617436B
Application number: CN202310597243.7A
Authority: CN
Inventors: 郭志睿; 袁毅; 潘金顺; 张晨
Original assignee: 2nd Affiliated Hospital of Nanjing Medical University
Current assignee: 2nd Affiliated Hospital of Nanjing Medical University
Priority date: 2023-05-24
Filing date: 2023-05-24
Publication date: 2023-12-19
Anticipated expiration: 2043-05-24
Also published as: CN116617436A

Abstract

本发明提供一种抗菌敷料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：步骤10)依次将硝酸银、钴盐、含氮氧硫化合物和单宁酸加入盛有去离子水的容器中，搅拌均匀，升温后恒温进行反应，反应结束后过滤洗涤，干燥后得到二元金属有机框架化合物；步骤20)将二元金属有机框架化合物投入去离子水中，进行超声分散，加入抗生素，搅拌混匀，过滤干燥后得到载药金属有机框架化合物；步骤30)将载药金属有机框架化合物与医用聚氨酯加入N,N‑二甲基甲酰胺中，制得纺丝液，静电纺丝成纳米纤维膜，真空干燥，得到抗菌敷料。本发明提供的一种抗菌敷料及其制备方法，该敷料具有优良的抗菌作用，能够加速伤口愈合。

Description

一种抗菌敷料及其制备方法

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，具体来说，涉及一种抗菌敷料及其制备方法。

背景技术

随着耐药菌的出现和广泛传播，很多原先有效的抗生素不再显示出神奇的疗效，许多肺炎、结核等疾病的治疗也变得越来越困难，每年因感染耐药菌但无有效治疗手段而死亡的人数也呈现逐年增长的趋势。如今，抗生素耐药危机已经发展成为了一个全球关注的重点卫生健康问题。耐药菌感染不仅使得医疗费用负担增加，更重要的是，它提高了患者死亡的可能性或导致严重后遗症等问题。

外科手术必然会带来手术部位皮肤和组织的损伤，当手术切口的微生物污染达到一定程度时，会发生手术部位的感染。多重耐药菌引起的术后感染呈现复杂性和难治性的特点，近年来出现频率越来越高，严重威胁患者和医务人员的安全。而针对多重耐药菌引起的术后感染，目前多采用抗生素联合治疗，特别是毒性较大的抗生素的联用用药，会对患者身体造成较大的副作用。

发明内容

本发明针对上述不足，提供一种抗菌敷料及其制备方法，该敷料具有优良的抗菌作用，能够加速伤口愈合。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种抗菌敷料的制备方法，包括以下步骤：

步骤10)依次将硝酸银、钴盐、含氮氧硫化合物和单宁酸加入盛有去离子水的容器中，搅拌均匀，升温后恒温进行反应，反应结束后过滤洗涤，干燥后得到二元金属有机框架化合物；

步骤20)将所述二元金属有机框架化合物投入去离子水中，进行超声分散，加入抗生素，搅拌混匀，过滤干燥后得到载药金属有机框架化合物；

步骤30)将所述载药金属有机框架化合物与医用聚氨酯加入N,N-二甲基甲酰胺中，制得纺丝液，静电纺丝成纳米纤维膜，真空干燥，得到抗菌敷料。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤10)中，所述硝酸银、钴盐、含氮氧硫化合物、单宁酸和去离子水的用量比例为1g︰0.5～0.8g︰0.7～1.3g︰3～4g︰5～8mL。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤10)中，所述钴盐为氯化钴、溴化钴、碘化钴和硝酸钴中的一种。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤10)中，所述含氮氧硫化合物为麦角硫因、胱氨酸和5,5'-(二硫烷二基双(亚甲基))双(4-(羟甲基)-2-甲基吡啶-3-醇)中的一种。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤10)中，反应温度为95～121℃，反应时间为1～16h。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤20)中，所述抗生素为万古霉素、硫酸多粘菌素E和硫酸庆大霉素三种组合。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤20)中，所述金属有机框架化合物、去离子水、万古霉素、硫酸多粘菌素E和硫酸庆大霉素的用量比例为1g︰100～120mL︰0.3～0.5g︰20～75mg︰2～4g。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤30)中，所述载药金属有机框架化合物、医用聚氨酯和N,N-二甲基甲酰胺的用量比例为0.1～0.3g︰1g︰10～15mL。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤30)中，所述医用聚氨酯为TPU 2363-55DE、/>SP 806和/>TPU 5590中的一种。

第二方面，本发明实施例还提供一种抗菌敷料，采用上述制备方法制得。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

(1)本发明实施例中，含氮氧硫化合物的N、O原子上的孤对电子被Co²⁺的sp³d²轨道杂化产生的空轨道接收形成配位键，含氮氧硫化合物的S原子上的孤对电子被Ag⁺的sp轨道杂化产生的空轨道接收形成配位键，从而以含有巯基或二硫键的含氮氧硫化合物作为桥联配体，将Co²⁺和Ag⁺作为中心原子构成配位化合物，与抗生素混合后作为抗生素的载体，具有较高的载药量，抗菌性能好；

(2)本发明实施例中，单宁酸能够在水溶液中发生可逆自聚合，一部分自聚合单宁酸与配位化合物结合形成二元金属有机框架结构，另一部分自聚合大单宁酸包覆在二元金属有机框架外部，两部分自聚合单宁酸共价连接，使得二元金属有机框架结构处于氧化还原平衡态中，不易被氧化而遭到破坏，防止抗生素快速释放，降低药物副作用，达到长期抑菌效果；

(3)在后期抗生素释放基本完全时，单宁酸解聚释放，二元金属有机框架结构也发生一定的崩解，Ag⁺释放能够接替抗生素的作用，而Co²⁺能够调控血管内皮生长因子VEGF的表达，促进新生血管的形成，加速伤口愈合。

附图说明

图1是本发明实施例的抗菌敷料的制备方法的流程图；

图2是分别对实施例和对比例制备得到的敷料进行体外抗菌实验的结果对比图；

图3是分别采用医生纱布、实施例和对比例制备得到的敷料对大鼠全层感染创面进行处理的愈合情况结果对比图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明技术方案，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例提供一种抗菌敷料的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤10)依次将硝酸银、钴盐、含氮氧硫化合物和单宁酸加入盛有去离子水的容器中，搅拌均匀，升温后恒温进行反应，反应结束后过滤洗涤，干燥后得到二元金属有机框架化合物。

其中，硝酸银提供Ag⁺，可与氮氧硫化合物形成配位键，并具有一定的抗菌性能。且硝酸银溶解性好，使用安全。

钴盐为氯化钴、溴化钴、碘化钴和硝酸钴中的一种，提供Co²⁺，可与氮氧硫化合物形成配位键。

含氮氧硫化合物的硫的共价结合方式为巯基或二硫键，氮和氧原子可提供孤对电子。优选的，含氮氧硫化合物为麦角硫因、胱氨酸和5,5'-(二硫烷二基双(亚甲基))双(4-(羟甲基)-2-甲基吡啶-3-醇)中的一种。

优选的，硝酸银、钴盐、含氮氧硫化合物、单宁酸和去离子水的用量比例为1g︰0.5～0.8g︰0.7～1.3g︰3～4g︰5～8mL。

优选的，反应温度为95～121℃，反应时间为1～16h。在上述温度范围和时间范围条件下，硝酸银、钴盐、含氮氧硫化合物和单宁酸反应能够得到二元金属有机框架化合物。

步骤20)将二元金属有机框架化合物投入去离子水中，进行超声分散，加入抗生素，搅拌混匀，过滤干燥后得到载药金属有机框架化合物VCG_MOFs。

优选的，抗生素为万古霉素、硫酸多粘菌素E和硫酸庆大霉素中的一种、任意两种组合或三种组合。其中，万古霉素对耐甲氧西林葡萄球菌属作用较强，可以用于青霉素过敏者。硫酸多粘菌素E则对铜绿假单胞菌作用显著。硫酸庆大霉素对各种革兰阴性细菌及革兰阳性细菌都有良好抗菌作用，但是对耐甲氧西林葡萄球菌属、链球菌属、肺炎链球菌和肠球菌属作用较差。

进一步优选，抗生素为万古霉素、硫酸多粘菌素E和硫酸庆大霉素三种组合。本优选实施例的抗生素采用上述三种联用，三种抗生素的作用机制各不相同，能够较好地协同抗菌，而且相比常用抗生素，其耐药菌株更少，提高敷料的抗菌性能。

优选的，二元金属有机框架化合物、去离子水、万古霉素、硫酸多粘菌素E和硫酸庆大霉素的用量比例为1g︰100～120mL︰0.3～0.5g︰20～75mg︰2～4g。

步骤30)将载药金属有机框架化合物VCG_MOFs与医用聚氨酯加入N,N-二甲基甲酰胺中，制得纺丝液，静电纺丝成纳米纤维膜，真空干燥，得到抗菌敷料。

其中，医用聚氨酯为TPU 2363-55DE、/>SP 806和TPU 5590中的一种。

优选的，载药金属有机框架化合物VCG_MOFs、医用聚氨酯和N,N-二甲基甲酰胺的用量比例为0.1～0.3g︰1g︰10～15mL。

优选的，静电纺丝的条件为电压15～30kV，接收距离12～16cm，注射速率0.5～1.2mL/h。

本发明实施例还提供一种抗菌敷料，采用上述制备方法制得。

本发明实施例中，含氮氧硫化合物的N、O原子上的孤对电子被Co²⁺的sp³d²轨道杂化产生的空轨道接收形成配位键，含氮氧硫化合物的S原子上的孤对电子被Ag⁺的sp轨道杂化产生的空轨道接收形成配位键，从而以含有巯基或二硫键的含氮氧硫化合物作为桥联配体，将Co²⁺和Ag⁺作为中心原子构成配位化合物，与抗生素混合后作为抗生素的载体，具有较高的载药量，抗菌性能好。单宁酸能够在水溶液中发生可逆自聚合，一部分自聚合单宁酸与配位化合物结合形成二元金属有机框架结构，另一部分自聚合大单宁酸包覆在二元金属有机框架外部，两部分自聚合单宁酸共价连接，使得二元金属有机框架结构处于氧化还原平衡态中，不易被氧化而遭到破坏，防止抗生素快速释放，降低药物副作用，达到长期抑菌效果。在后期抗生素释放基本完全时，单宁酸解聚释放，二元金属有机框架结构也发生一定的崩解，Ag⁺释放能够接替抗生素的作用，而Co²⁺能够调控血管内皮生长因子VEGF的表达，促进新生血管的形成，加速伤口愈合。

下面提供具体实施例来验证本发明制备方法制备得到的抗菌敷料的优良性能。

实施例1

步骤1)将1.0g硝酸银、0.67g氯化钴、1.2g麦角硫因和3.2g单宁酸加入盛有5.5mL去离子水的三口烧瓶中，磁力搅拌，升温至115℃恒温反应14h，反应结束后，将样品过滤，用去离子水充分洗涤后，干燥得到二元金属有机框架化合物；

步骤2)将1.0g二元金属有机框架化合物，投入105mL水中，超声分散后，依次加入0.38g万古霉素、55mg硫酸多粘菌素E、3.6g硫酸庆大霉素，充分搅拌混匀，过滤干燥得到VCG_MOFs；

步骤3)将0.28g VCG_MOFs与1gTPU 2363-55DE加入12mL N,N-二甲基甲酰胺中，制得纺丝液，电压20kV、接收距离15cm，注射速率1.0mL/h电纺制得纳米纤维膜，真空干燥，得到抗菌敷料。

实施例2

步骤1)将1.0g硝酸银、0.50g硝酸钴、0.7g胱氨酸和3g单宁酸加入盛有5mL去离子水的三口烧瓶中，磁力搅拌，升温至95℃恒温反应1h，反应结束后，将样品过滤，用去离子水充分洗涤后，干燥得到二元金属有机框架化合物；

步骤2)将1.0g二元金属有机框架化合物，投入100mL水中，超声分散后，依次加入0.3g万古霉素、20mg硫酸多粘菌素E、2g硫酸庆大霉素，充分搅拌混匀，过滤干燥得到VCG_MOFs；

步骤3)将0.1g VCG_MOFs与1gSP 806加入10mL N,N-二甲基甲酰胺中，制得纺丝液，电压15kV、接收距离12cm，注射速率0.5mL/h电纺制得纳米纤维膜，真空干燥，得到抗菌敷料。

实施例3

步骤1)将1.0g硝酸银、0.80g溴化钴、1.3g 5,5'-(二硫烷二基双(亚甲基))双(4-(羟甲基)-2-甲基吡啶-3-醇)和4g单宁酸加入盛有8mL去离子水的三口烧瓶中，磁力搅拌，升温至121℃恒温反应16h，反应结束后，将样品过滤，用去离子水充分洗涤后，干燥得到二元金属有机框架化合物；

步骤2)将1.0g二元金属有机框架化合物，投入120mL水中，超声分散后，依次加入0.5g万古霉素、75mg硫酸多粘菌素E、4g硫酸庆大霉素，充分搅拌混匀，过滤干燥得到VCG_MOFs；

步骤3)将0.3g VCG_MOFs与1gTPU 5590加入15mL N,N-二甲基甲酰胺中，制得纺丝液，电压30kV、接收距离16cm，注射速率1.2mL/h电纺制得纳米纤维膜，真空干燥，得到抗菌敷料。

对比例1(无SNO化合物)

步骤1)将1.0g硝酸银、0.67g氯化钴和3.2g单宁酸加入盛有5.5mL去离子水的三口烧瓶中，磁力搅拌，升温至115℃恒温反应14h，反应结束后，将样品过滤，用去离子水充分洗涤后，干燥得到粉末；

步骤2)将1.0g粉末投入105mL水中，超声分散后，依次加入0.38g万古霉素、55mg硫酸多粘菌素E、3.6g硫酸庆大霉素，充分搅拌混匀，过滤干燥得到VCG_粉末；

步骤3)将0.28g VCG_粉末与1gTPU 2363-55DE加入12mL N,N-二甲基甲酰胺中，制得纺丝液，电压20kV、接收距离15cm，注射速率1.0mL/h电纺制得纳米纤维膜，真空干燥，得到敷料。

对比例2(无单宁酸)

步骤1)将1.0g硝酸银、0.67g氯化钴和1.2g麦角硫因加入盛有5.5mL去离子水的三口烧瓶中，磁力搅拌，升温至115℃恒温反应14h，反应结束后，将样品过滤，用去离子水充分洗涤后，干燥得到二元金属MOFs；

步骤2)将1.0g二元金属MOFs，投入105mL水中，超声分散后，依次加入0.38g万古霉素、55mg硫酸多粘菌素E、3.6g硫酸庆大霉素，充分搅拌混匀，过滤干燥得到VCG_MOFs；

步骤3)将0.28g VCG_MOFs与1gTPU 2363-55DE加入12mL N,N-二甲基甲酰胺中，制得纺丝液，电压20kV、接收距离15cm，注射速率1.0mL/h电纺制得纳米纤维膜，真空干燥，得到敷料。

对比例3(无钴盐)

步骤1)将1.0g硝酸银、1.2g麦角硫因和3.2g单宁酸加入盛有5.5mL去离子水的三口烧瓶中，磁力搅拌，升温至115℃恒温反应14h，反应结束后，将样品过滤，用去离子水充分洗涤后，干燥得到MOFs；

步骤2)将1.0g MOFs投入105mL水中，超声分散后，依次加入0.38g万古霉素、55mg硫酸多粘菌素E、3.6g硫酸庆大霉素，充分搅拌混匀，过滤干燥得到VCG_MOFs；

采用GB/T 20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》中所列方法，对实施例1～3和对比例1～3制备得到的敷料分别对临床获得的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)、多重耐药铜绿假单胞菌(PDR-PA)的抗菌效果进行测试，结果如图1所示。

构建大鼠全层感染创面模型，使用医用纱布、实施例1～3和对比例1～3制备得到的敷料进行处理，每隔2天对创面进行拍照，用ImageJ软件圈出创面区域并计算其面积，从而计算得到创面愈合率＝(创面初始面积-创面面积)/创面初始面积，结果如图2所示。

从图1和图2可以看出，实施例1～3制备得到的敷料表现出显著的抗耐药菌效果，对比例2和对比例3制备得到的敷料也具有较好的抗菌效果。但是，对比例2和对比例3制备得到的敷料由于没有加入单宁酸和钴盐，对二元金属有机框架的稳定性有很大影响，导致万古霉素、硫酸多粘菌素E、硫酸庆大霉素等药物会突释，虽然抗菌效果显著，但是浓度过大造成细胞毒作用，因此，对比例2和对比例3制备得到的敷料对大鼠感染伤口的治疗效果不佳。对比例1制备得到的敷料由于没有含硫氮氧化合物作为桥联构建二元金属有机框架，所以不具备载药性能，只能依赖与单宁酸结合的Ag⁺提供微弱的抗菌性能，因此，其对感染伤口的愈合效果不好。实施例1～3制备得到的敷料，构建了二元金属有机框架结构，通过外层单宁酸自聚体稳定二元金属有机框架结构，吸附并控释多种抗生素，达到创面长期抑菌效果，创面愈合后期再利用单宁酸结构解离释放Co²⁺促进血管再生，加快创面愈合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims

1.一种抗菌敷料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤10）依次将硝酸银、钴盐、含氮氧硫化合物和单宁酸加入盛有去离子水的容器中，搅拌均匀，升温后恒温进行反应，反应结束后过滤洗涤，干燥后得到二元金属有机框架化合物；

步骤20）将所述二元金属有机框架化合物投入去离子水中，进行超声分散，加入抗生素，搅拌混匀，过滤干燥后得到载药金属有机框架化合物；

步骤30）将所述载药金属有机框架化合物与医用聚氨酯加入N,N-二甲基甲酰胺中，制得纺丝液，静电纺丝成纳米纤维膜，真空干燥，得到抗菌敷料；

所述步骤10）中，所述硝酸银、钴盐、含氮氧硫化合物、单宁酸和去离子水的用量比例为1 g︰0.5～0.8 g︰0.7～1.3 g︰3～4 g︰5～8 mL；

所述步骤10）中，所述含氮氧硫化合物为麦角硫因、胱氨酸和5,5'-(二硫烷二基双(亚甲基))双(4-(羟甲基)-2-甲基吡啶-3-醇)中的一种；

所述步骤10）中，反应温度为95～121℃，反应时间为1～16 h。

2.根据权利要求1所述的抗菌敷料的制备方法，其特征在于，所述步骤10）中，所述钴盐为氯化钴、溴化钴、碘化钴和硝酸钴中的一种。

3.根据权利要求1所述的抗菌敷料的制备方法，其特征在于，所述步骤20）中，所述抗生素为万古霉素、硫酸多粘菌素E和硫酸庆大霉素三种组合。

4. 根据权利要求3所述的抗菌敷料的制备方法，其特征在于，所述步骤20）中，所述金属有机框架化合物、去离子水、万古霉素、硫酸多粘菌素E和硫酸庆大霉素的用量比例为1g︰100～120 mL︰0.3～0.5 g︰20～75 mg︰2～4 g。

5. 根据权利要求1所述的抗菌敷料的制备方法，其特征在于，所述步骤30）中，所述载药金属有机框架化合物、医用聚氨酯和N,N-二甲基甲酰胺的用量比例为0.1～0.3 g︰1 g︰10～15 mL。

6. 根据权利要求1所述的抗菌敷料的制备方法，其特征在于，所述步骤30）中，所述医用聚氨酯为Pellethane® TPU 2363-55DE、Elastollan® SP 806和Texin® TPU 5590中的一种。

7.一种抗菌敷料，其特征在于，采用权利要求1～6任意一项所述的制备方法制得。