一种高强度凝胶敷料及其制备方法

1.本发明涉及医用生物材料领域，尤其涉及一种高强度凝胶敷料及其制备方法。


背景技术：

2.创面敷料是一种用于覆盖和保护创伤的材料，它可以防止感染，吸收渗液，保持湿润，减轻疼痛，促进愈合等。目前，市场上常见的创伤敷料有纱布、海绵、水凝胶、细胞纤维素等。然而，这些敷料都存在一些缺点，如机械强度差、易粘附于创面，难以清除等。细菌纤维素(bc)是一种由醋酸杆菌等微生物合成的纯天然高分子材料，具有高机械强度、高结晶度、高纯度和纳米级网络结构等特点。bc在生物医学领域有广泛的应用前景，尤其是作为创伤敷料，因为它与胶原蛋白有相似的结构和生物相容性。然而，bc本身没有抗菌和消炎功能，不能有效地防止创伤感染和炎症反应。
3.妥布霉素是一种氨基糖苷类抗生素，可以用于治疗多种细菌感染，如革兰阴性杆菌所致的新生儿脓毒血症、败血症、中枢神经系统感染(包括脑膜炎)、泌尿生殖系统感染、肺部感染等疾病。妥布霉素在创面敷料中的应用有以下优点：无毒，无过敏，完全的兼容性；可以促进血液凝固；高吸收，溶解坏死组织，促进自溶性清创。但是，将其用于感染性创面治疗时，其利用率较低，且用量较大时容易产生皮疹、瘙痒或者肾脏毒性等副反应。因此，如何制备一种具有抗菌和消炎功能的高强度凝胶敷料，是本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.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高强度凝胶敷料的制备方法，过程简便，易于操作，制备的凝胶敷料强度高并且具有较好的抗菌消炎功能。
5.本发明的目的之二在于提供一种高强度凝胶敷料。
6.本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
7.一种高强度凝胶敷料的制备方法，包括以下步骤：
8.(1)制备改性细菌纤维素：将细菌纤维素氧化处理后得到含有醛基的功能化细菌纤维素，将所述含有醛基的功能化细菌纤维素与同时带有氨基和苯硼酸基团的化合物进行反应，得到改性细菌纤维素；
9.(2)制备改性妥布霉素：将同时带有醛基和苯硼酸基团的化合物与妥布霉素进行反应得到苯硼酸功能化妥布霉素，将所述苯硼酸功能化妥布霉素和带有双键的酸酐化合物进行反应，得到改性妥布霉素；
10.(3)制备高强度凝胶敷料：将步骤(1)的改性细菌纤维素、步骤(2)的改性妥布霉素与光引发剂溶于去离子水中得到a溶液，将单宁酸溶于去离子水中得到b溶液，将a和b溶液等体积混合并光固化后得到高强度凝胶敷料。
11.优选的，步骤(1)中细菌纤维素的氧化过程如下：将细菌纤维素浸泡在含有双氧水和硫酸的溶液中，其中双氧水的质量分数为5～15％，硫酸的质量分数为0.5～5％，在20-60℃，反应1-4h。
12.优选的，步骤(1)中所述同时带有氨基和苯硼酸基团的化合物为2-氨基苯硼酸、3-氨基苯硼酸、4-氨基苯硼酸中的至少一种，所述同时带有氨基和苯硼酸基团的化合物和含有醛基的功能化细菌纤维素的质量比为1：10-1：50，反应时间为6-12h，反应温度为25-50℃。
13.优选的，步骤(2)中同时带有醛基与苯硼酸基团的化合物为2-醛基苯硼酸、3-醛基苯硼酸、4-醛基苯硼酸、5-醛基-2-甲氧基苯硼酸中的至少一种，所述同时带有醛基与苯硼酸基团的化合物与妥布霉素的质量比为1：1-1：5；室温反应8-16h。
14.优选的，所述带有双键的酸酐化合物为：丙烯酸酐、甲基丙烯酸酐中的至少一种，所述带有双键的酸酐化合物与苯硼酸功能化妥布霉素的质量比为1：2-1：6；反应温度为40-60℃，反应时间为4-8h。
15.优选的，步骤(3)a溶液中所述改性细菌纤维素的浓度为2-15％，所述改性妥布霉素的浓度为1-10％，所述光引发剂的浓度为0.5-2％；b溶液中所述单宁酸的浓度为5-15％。
16.优选的，所述光引发剂为i2959、lap中的一种或者两种的混合物。
17.本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
18.一种高强度凝胶敷料，由上述方法制备得到。
19.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
20.1、本发明提供一种高强度凝胶敷料，该敷料采用改性后的细菌纤维素和改性妥布霉素形成双网络结构，大大提高了凝胶敷料的力学性能，有利于创面的保护和愈合。
21.2、该凝胶敷料还具有良好的抗菌和消炎功能，可以有效地抑制常见的致病菌的生长，促进创面的快速修复，并且不会引起耐药性。
22.3、该凝胶敷料还具有智能响应性，其能够相应创面环境变化降解，从而起到按需释放的效果。
附图说明
23.图1为本发明实施例1至5，对比例1至2凝胶敷料中m1型巨噬细胞标记物cd86的表达情况；
24.图2为本发明实施例1至5，对比例1至2凝胶敷料中m2型巨噬细胞标记物cd206的表达情况。
具体实施方式
25.下面，结合附图以及具体实施方式，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。
26.实施例1
27.(1)制备改性细菌纤维素：将细菌纤维素浸泡在含有双氧水和硫酸的溶液中，其中双氧水的质量分数为5％，硫酸的质量分数为5％，在60℃反应1h，得到含有醛基的功能化细菌纤维素，将5g含有醛基的功能化细菌纤维素分散在100ml去离子水中，加入0.5g 2-氨基苯硼酸，在50℃反应6h，利用截留分子量8k-14kda透析袋透析后冷冻干燥即可得到改性细菌纤维素；
28.(2)制备改性妥布霉素：将5g妥布霉素溶于100ml去离子水中，然后加入5g2-醛基苯硼酸在室温下反应8h，得到苯硼酸功能化妥布霉素，然后将6g苯硼酸功能化妥布霉素溶于去离子水中，加入3g丙烯酸酐，在60℃反应4h得到改性妥布霉素；
29.(3)制备高强度凝胶敷料：将0.2g步骤(1)的改性细菌纤维素、0.1g步骤(2)的改性妥布霉素与0.05g光引发剂i2959溶于10ml去离子水中得到a溶液，将1.5g单宁酸溶于10ml去离子水中得到b溶液，然后将a和b溶液等体积混合，用405nm光照1min光固化后得到高强度凝胶敷料。
30.一种高强度凝胶敷料，由上述方法制备得到。
31.实施例2
32.(1)制备改性细菌纤维素：将细菌纤维素浸泡在含有双氧水和硫酸的溶液中，其中双氧水的质量分数为15％，硫酸的质量分数为0.5％，在20℃反应4h，得到含有醛基的功能化细菌纤维素，将5g含有醛基的功能化细菌纤维素分散在100ml去离子水中，加入0.1g 3-氨基苯硼酸，在25℃反应12h后，利用截留分子量8k-14kda透析袋透析后冷冻干燥即可得到改性细菌纤维素；
33.(2)制备改性妥布霉素：将5g妥布霉素溶于100ml去离子水中，然后加入1g 3-醛基苯硼酸在室温下反应16h，得到苯硼酸功能化妥布霉素，然后将6g苯硼酸功能化妥布霉素溶于去离子水中，加入1g甲基丙烯酸酐，在40℃反应6h得到改性妥布霉素；
34.(3)制备高强度凝胶敷料：将1.5g步骤(1)的改性细菌纤维素、1.0g步骤(2)的改性妥布霉素与0.2g光引发剂lap溶于10ml去离子水中得到a溶液，将0.5g单宁酸溶于10ml去离子水中得到b溶液，然后将a和b溶液等体积混合，用405nm光照1min光固化后得到高强度凝胶敷料。
35.一种高强度凝胶敷料，由上述方法制备得到。
36.实施例3
37.(1)制备改性细菌纤维素：将细菌纤维素浸泡在含有双氧水和硫酸的溶液中，其中双氧水的质量分数为10％，硫酸的质量分数为2.5％，在40℃反应2h，得到含有醛基的功能化细菌纤维素，将5g含有醛基的功能化细菌纤维素分散在100ml去离子水中，加入0.2g 4-氨基苯硼酸，在40℃反应8h，利用截留分子量8k-14kda透析袋透析后冷冻干燥即可得到改性细菌纤维素；
38.(2)制备改性妥布霉素：将5g妥布霉素溶于100ml去离子水中，然后加入3g 4-醛基苯硼酸在室温下反应12h，得到苯硼酸功能化妥布霉素，然后将6g苯硼酸功能化妥布霉素溶于去离子水中，加入1g丙烯酸酐和1g甲基丙烯酸酐，在50℃反应8h得到改性妥布霉素；
39.(3)制备高强度凝胶敷料：将1.0g步骤(1)的改性细菌纤维素、0.5g步骤(2)的改性妥布霉素与0.2g光引发剂lap溶于10ml去离子水中得到a溶液，将0.75g单宁酸溶于10ml去离子水中得到b溶液，然后将a和b溶液等体积混合，用405nm光照1min光固化后得到高强度凝胶敷料。
40.一种高强度凝胶敷料，由上述方法制备得到。
41.实施例4
42.(1)制备改性细菌纤维素：将细菌纤维素浸泡在含有双氧水和硫酸的溶液中，其中双氧水的质量分数为5％，硫酸的质量分数为5％，在40℃反应2h，得到含有醛基的功能化细
菌纤维素，将5g含有醛基的功能化细菌纤维素分散在100ml去离子水中，加入0.25g 2-氨基苯硼酸和0.25g 4-氨基苯硼酸，在50℃反应6h，利用截留分子量8k-14kda透析袋透析后冷冻干燥即可得到改性细菌纤维素；
43.(2)制备改性妥布霉素：将5g妥布霉素溶于100ml去离子水中，然后加入4g 5-醛基-2-甲氧基苯硼酸在室温下反应8h，得到苯硼酸功能化妥布霉素，然后将6g苯硼酸功能化妥布霉素溶于去离子水中，加入0.5g丙烯酸酐和1g甲基丙烯酸酐，在60℃反应4h得到改性妥布霉素；
44.(3)制备高强度凝胶敷料：将0.5g步骤(1)的改性细菌纤维素、1.0g步骤(2)的改性妥布霉素与0.1g光引发剂i2959溶于10ml去离子水中得到a溶液，将1.0g单宁酸溶于10ml去离子水中得到b溶液，然后将a和b溶液等体积混合，用405nm光照1min光固化后得到高强度凝胶敷料。
45.一种高强度凝胶敷料，由上述方法制备得到。
46.实施例5
47.(1)制备改性细菌纤维素：将细菌纤维素浸泡在含有双氧水和硫酸的溶液中，其中双氧水的质量分数为10％，硫酸的质量分数为2.5％，在40℃反应2h，得到含有醛基的功能化细菌纤维素，将5g含有醛基的功能化细菌纤维素分散在100ml去离子水中，加入0.1g 3-氨基苯硼酸和0.1g 4-氨基苯硼酸，在60℃反应4h，利用截留分子量8k-14kda透析袋透析后冷冻干燥即可得到改性细菌纤维素；
48.(2)制备改性妥布霉素：将5g妥布霉素溶于100ml去离子水中，然后加入2.5g 2-醛基苯硼酸和2.5g 5-醛基-2-甲氧基苯硼酸在室温下反应16h，得到苯硼酸功能化妥布霉素，然后将6g苯硼酸功能化妥布霉素溶于去离子水中，加入1.0g丙烯酸酐和2.0g甲基丙烯酸酐，在40℃反应6h得到改性妥布霉素；
49.(3)制备高强度凝胶敷料：将1.5g步骤(1)的改性细菌纤维素、0.3g步骤(2)的改性妥布霉素与0.05g光引发剂i2959溶于10ml去离子水中得到a溶液，将0.5g单宁酸溶于10ml去离子水中得到b溶液，然后将a和b溶液等体积混合，用405nm光照1min光固化后得到高强度凝胶敷料。
50.一种高强度凝胶敷料，由上述方法制备得到。
51.对比例1
52.对比例1提供一种高强度凝胶敷料的制备方法，和实施例1的区别为：省去步骤(1)对细菌纤维素的改性过程，将步骤(3)中的改性细菌纤维素替换为细菌纤维素。
53.对比例2
54.对比例2提供一种高强度凝胶敷料的制备方法，和实施例1的区别为：省去步骤(2)对妥布霉素的改性过程，将步骤(3)中的改性妥布霉素替换为妥布霉素。
55.试验例
56.力学性能试验：将实施例1至5，对比例1至2的产品分别制备成长60mm、宽10mm和厚3mm的条状，然后将凝胶敷料的两端用胶水粘在万能力学试验机的夹具上进行拉伸试验，其中拉伸速率为2mm/min。以凝胶敷料断裂时的强度作为凝胶的最大拉伸强度，结果如表1所示。
57.表1
58.样品最大拉伸强度/mpa实施例10.69实施例20.98实施例30.85实施例40.74实施例50.94对比例10.14对比例20.08
59.由表1可以看出，实施例1至5中制备的凝胶敷料具有较好的力学性能，其在使用的过程中能够防止凝胶敷料随皮肤的拉伸而断裂，对比例1至2中调整了凝胶敷料的制备过程，产品的力学性能下降，说明本发明采用改性后的细菌纤维素和改性妥布霉素形成双网络结构，大大提高了凝胶敷料的力学性能，有利于创面的保护和愈合。
60.抗菌实验：分别将实施例1至5，对比例1至2制备的凝胶敷料置于灭菌的瓶中，分别加入100ml 0.03mol/l的磷酸盐缓冲液和10ml 108cfu/ml金黄色葡萄球菌的菌液，待液体渗入培养基中后，37℃培养24和48h，进行菌落计数。
61.为了验证不同实施例及对比例凝胶敷料的长效释放能力，分别将实施例1至5，对比例1至2制备的凝胶敷料置于10倍重量磷酸盐缓冲溶液中浸泡，并隔天换液，并于14天后将浸泡后的凝胶敷料置于灭菌的瓶中，分别加入100ml0.03mol/l的磷酸盐缓冲液和10ml 108cfu/ml大肠杆菌的菌液，待液体渗入培养基中后，37℃培养48h，进行菌落计数。
62.抑菌率计算公式：x＝(a-b)/a
×
100％，其中x为抑菌率，a为样品振荡前平均菌落数，b为样品振荡后平均菌落数。结果如表2所示。
63.表2
64.样品24h/％48h/％浸泡14天后48h/％实施例1909594实施例29810096实施例39610098实施例49910097实施例59510095对比例1929888对比例2889120
65.由表2可以看出本发明的凝胶敷料24h的抑菌率不低于90％，48h的抑菌率不低于95％，说明本发明的产品具有较好的抑菌性。此外，与对比例2相比，实施例1-5中的凝胶敷料在浸泡14天依然具有较强的抗菌性能，说明本发明的产品具有较好的长效抑菌性能。
66.抗炎试验：将raw264.7巨噬细胞诱导到m1表型，然后将实施例1至5，对比例1至2制备的凝胶敷料铺在6孔板中，将巨噬细胞按照5
×
105/孔的密度种植在凝胶敷料上，以空白组作为对照。培养3d后，将巨噬细胞清洗、消化、破碎后提取rna，利用pcr分别测定m1型巨噬细胞极化相关基因cd86(图1)和m2型极化相关基因cd206(图2)的表达情况。
67.从图1和图2可以看出，本发明的凝胶敷料m1型巨噬细胞标记物的表达均低于空白组，而m2型巨噬细胞标记物的表达均高于空白组，说明本发明的凝胶敷料具有良好的消炎
效果。
68.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。

技术特征：
1.一种高强度凝胶敷料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备改性细菌纤维素：将细菌纤维素氧化处理后得到含有醛基的功能化细菌纤维素，将所述含有醛基的功能化细菌纤维素与同时带有氨基和苯硼酸基团的化合物进行反应，得到改性细菌纤维素；(2)制备改性妥布霉素：将同时带有醛基和苯硼酸基团的化合物与妥布霉素进行反应得到苯硼酸功能化妥布霉素，将所述苯硼酸功能化妥布霉素和带有双键的酸酐化合物进行反应，得到改性妥布霉素；(3)制备高强度凝胶敷料：将步骤(1)的改性细菌纤维素、步骤(2)的改性妥布霉素与光引发剂溶于去离子水中得到a溶液，将单宁酸溶于去离子水中得到b溶液，将a和b溶液等体积混合并光固化后得到高强度凝胶敷料。2.根据权利要求1所述一种高强度凝胶敷料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中细菌纤维素的氧化过程如下：将细菌纤维素浸泡在含有双氧水和硫酸的溶液中，其中双氧水的质量分数为5～15％，硫酸的质量分数为0.5～5％，在20-60℃，反应1-4h。3.根据权利要求1所述一种高强度凝胶敷料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述同时带有氨基和苯硼酸基团的化合物为2-氨基苯硼酸、3-氨基苯硼酸、4-氨基苯硼酸中的至少一种，所述同时带有氨基和苯硼酸基团的化合物和含有醛基的功能化细菌纤维素的质量比为1：10-1：50，反应时间为6-12h，反应温度为25-50℃。4.根据权利要求1所述一种高强度凝胶敷料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中同时带有醛基与苯硼酸基团的化合物为2-醛基苯硼酸、3-醛基苯硼酸、4-醛基苯硼酸、5-醛基-2-甲氧基苯硼酸中的至少一种，所述同时带有醛基与苯硼酸基团的化合物与妥布霉素的质量比为1：1-1：5；室温反应8-16h。5.根据权利要求1所述一种高强度凝胶敷料的制备方法，其特征在于，所述带有双键的酸酐化合物为：丙烯酸酐、甲基丙烯酸酐中的至少一种，所述带有双键的酸酐化合物与苯硼酸功能化妥布霉素的质量比为1：2-1：6；反应温度为40-60℃，反应时间为4-8h。6.根据权利要求1所述一种高强度凝胶敷料的制备方法，其特征在于，步骤(3)a溶液中所述改性细菌纤维素的浓度为2-15％，所述改性妥布霉素的浓度为1-10％，所述光引发剂的浓度为0.5-2％；b溶液中所述单宁酸的浓度为5-15％。7.根据权利要求1所述一种高强度凝胶敷料的制备方法，其特征在于，所述光引发剂为i2959、lap中的一种或者两种的混合物。8.一种高强度凝胶敷料，其特征在于，由权利要求1至7任一项所述方法制备得到。

技术总结
本发明公开了一种高强度凝胶敷料的制备方法，包括以下步骤：(1)制备改性细菌纤维素；(2)制备改性妥布霉素；(3)制备高强度凝胶敷料：将步骤(1)的改性细菌纤维素、步骤(2)的改性妥布霉素与光引发剂溶于去离子水中得到A溶液，将单宁酸溶于去离子水中得到B溶液，将A和B溶液等体积混合并光固化后得到高强度凝胶敷料。本发明提供的凝胶敷料采用改性后的细菌纤维素和改性妥布霉素形成双网络结构，大大提高了凝胶敷料的力学性能，有利于创面的保护和愈合。合。合。


技术研发人员：冯彩霞
受保护的技术使用者：河南大学
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/10/6