CN109745577A - 壳聚糖基载药柔性海绵的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种壳聚糖基载药柔性海绵的制备方法。所述方法以壳聚糖为原料，在持续搅拌壳聚糖的乙酸溶液过程中，滴加沉淀剂氢氧化钠获得壳聚糖凝胶沉淀，离心清洗后，再与交联剂氧化羧甲基纤维素、增塑剂甘油和抗菌药物盐酸四环素混合，铸膜冻干即得载药柔性海绵体。本发明采用酸碱滴定法制备得到壳聚糖凝胶沉淀用于海绵体的制备，冻干得到的海绵的稳定性好，不会引起溶胀时结构的破坏，一次成型，避免了碱洗及二次冻干引起的结构坍塌，并且由于一次成型，方便载药。本发明加入甘油作为增塑剂，使得海绵柔软富有弹性。本发明工艺周期短、工艺简便、成本低廉，适合商业化生产。

Description

壳聚糖基载药柔性海绵的制备方法

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，涉及一种壳聚糖基载药柔性海绵的制备方法。

背景技术

敷料是用来暂时性覆盖伤口的医用材料，其最主要的功能是保护伤口、吸收伤口渗出液，提供有利于伤口愈合的环境，使伤口免受细菌及尘粒的污染。医用敷料的种类有很多，按照形态可分为海绵、水凝胶、薄膜、纤维等敷料。不同形态的敷料的性能不同，应该根据伤口的种类、伤口恢复的阶段合理选择敷料。海绵敷料因为具有发达的孔隙网络结构、吸水性能优异、结构稳定等特点，特别适合伤口渗出液大的伤口以及伤口恢复的前期，应用前景广泛。

海绵敷料的制备材料主要有合成高分子材料和天然高分子材料。常见的合成高分子包括聚乙烯醇、聚氨酯等，天然高分子材料包括壳聚糖、纤维素、胶原等。壳聚糖具有良好的生物相容性、生物可降解性、止血和促进伤口愈合等特点，因此以壳聚糖为原材料的医用海绵敷料成为了国内外研究的热点。

壳聚糖海绵的制备通常有两类方法。一类是直接以壳聚糖为原料，溶于稀酸中，并加入交联剂交联，冻干后得到海绵，进行碱洗后二次冻干。但碱洗后壳聚糖海绵容易发生结构塌陷，弹性差，无法负载药物等问题。如专利CN101979104A报道了一种多孔壳聚糖海绵支架，将壳聚糖醋酸溶液预冻后进行冷冻干燥，再加入碱液NaOH做水化处理，然后进行第二次冷冻干燥得到多孔壳聚糖海绵。另一类是将壳聚糖进行改性，用其水溶性衍生物如羧甲基壳聚糖等配成溶液后加交联剂及其他添加剂，冻干即得到海绵敷料。但水溶性壳聚糖的结构稳定性差，海绵体易破碎。如专利CN105770984A报道了一种改性壳聚糖基止血海绵的制备方法，通过对壳聚糖进行酰基化后，与亮氨酸结合并添加抗菌性物质混合反应得到了壳聚糖海绵材料。

发明内容

为解决现有方法制得的壳聚糖海绵体稳定性差、弹性差、载药不便、工艺周期长的问题，本发明提供一种壳聚糖基载药柔性海绵的制备方法。

本发明的技术解决方案如下：

壳聚糖基载药柔性海绵的制备方法，以壳聚糖为原料，持续搅拌壳聚糖的乙酸溶液过程中，滴加沉淀剂氢氧化钠获得壳聚糖凝胶沉淀，离心清洗后，与交联剂氧化羧甲基纤维素、甘油和盐酸四环素混合，铸膜冻干得到载药弹性海绵体，具体步骤如下：

步骤1，酸碱滴定：磁力搅拌下，向质量体积浓度为0.5％～2.0％壳聚糖的乙酸溶液中缓慢滴加过量的氢氧化钠溶液，至完全析出白色絮状的壳聚糖凝胶沉淀，持续搅拌，使凝胶沉淀充分分散；

步骤2，洗涤：离心水洗壳聚糖凝胶沉淀，直到凝胶沉淀pH呈中性；

步骤3，按壳聚糖凝胶沉淀与4％的氧化羧甲基纤维素溶液的质量比为1～8:1，将壳聚糖凝胶沉淀与4％的氧化羧甲基纤维素溶液、甘油、盐酸四环素均匀混合后，倒入模具，冷冻干燥，得到壳聚糖基载药柔性海绵，其中，甘油质量占混合体系质量的百分数为3％～9％。

优选地，步骤1中，乙酸的体积浓度为2％，壳聚糖的体积浓度为1％，氢氧化钠的质量浓度为4％。

优选地，步骤2中，洗涤参数为转速7000～8000rpm，离心时间为5-8min，洗涤4-5次。

优选地，步骤3中，壳聚糖凝胶沉淀盐酸四环素的质量比为3000～500:1。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)本发明采用酸碱滴定法制备得到壳聚糖凝胶沉淀用于海绵体的制备，与其它工艺中改性得到的水溶性壳聚糖比，其冻干得到的海绵的稳定性好，不会引起溶胀时结构的迅速破坏；

(2)本发明方法一次成型，避免了其他工艺中海绵体碱洗及二次冻干引起的结构坍塌，并且由于一次成型，方便载药；

(3)本发明方法加入甘油作为增塑剂，使得海绵柔软富有弹性；

(4)本发明方法使用了毒性低交联剂氧化羧甲基纤维素，提高了使用安全性；

(5)本发明工艺周期短、工艺简便、成本低廉，适合商业化生产。

附图说明

图1为本发明的流程和原理图。

图2为实施例1海绵的显微图。

图3为海绵的孔隙率与甘油的关系图。

图4为海绵的溶胀率与甘油的关系图。

图5为海绵的降解率与甘油的关系图。

图6为实施例1中海绵的抑菌圈照片。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详述。

下述实施例中，氧化羧甲基纤维素的制备参考文献【高欣.多聚糖医用水凝胶敷料的制备和性能研究[D].南京理工大学,2016.】，具体步骤为：

1.称取4g羧甲基纤维素(CMC)，加入到200mL的去离子水中，磁力搅拌至完全溶解，得到浓度为2％(w/v)的羧甲基纤维素(CMC)溶液。

2.称取2.5g高碘酸钠，超声分散在10mL去离子水中。

3.用胶头滴管将高碘酸钠溶液缓慢滴加到羧甲基纤维素(CMC)溶液中，室温下避光反应20h小时后，加入2mL乙二醇终止反应。

4.将上述反应完的溶液装入透析袋(MWCO14000)中透析4天，每天换水3-4次，前两天用自来水，后两天用去离子水。

5.将上述透析纯化后的溶液倒入塑料培养皿中，置于-20℃的冰箱预冻24h以上，随后置于-55℃的冷冻干燥机中干燥48h以上，得到的白色絮状产物即为氧化羧甲基纤维素(OCMC)。

实施例1

壳聚糖基载药柔性海绵的制备，具体步骤为：

步骤1：室温下将壳聚糖溶于2％(v/v)的醋酸溶液中，配制0.5％(w/v)的壳聚糖乙酸溶液，将氢氧化钠溶于去离子水中，配成4％(w/v)的溶液。

步骤2：磁力搅拌下，向壳聚糖乙酸溶液中缓慢滴加过量的氢氧化钠溶液至完全析出白色絮状壳聚糖凝胶沉淀，并持续搅拌30分钟沉淀充分分散，

步骤3：用去离子水高速离心洗涤壳聚糖凝胶沉淀4次，离心参数为70转/分钟，离心时间为5分钟。

步骤4：按质量比为8:1，将壳聚糖凝胶沉淀与4％的氧化羧甲基纤维素溶液，混合，加入3％甘油，再按载药比壳聚糖凝胶沉淀/盐酸四环素为1500:1，加入盐酸四环素，均匀混合后，倒入塑料模具，冷冻干燥，得到载药弹性海绵。

如图1所示，海绵体敷料的制备原理为壳聚糖与氧化羧甲基纤维素发生席夫碱交联反应，同时壳聚糖自身也会形成分子内和分子间氢键。

海绵的微观形貌如图2所示，海绵具有连通的多孔结构，赋予了海绵良好的吸水性。

加入3％甘油的海绵的孔隙率如图3中所示，具有很高的孔隙率，为94.9％。测定的海绵的溶胀率和降解率如图4和5所示。图5中，a、b、c、d、e分别代表甘油的含量的0％、3％、6％、9％、12％。随着甘油的增加，溶胀率降低，降解率也增加。

对载药海绵做抑菌试验得到的抑菌圈见图6。其中，a为大肠杆菌的空白对照组；b为大肠杆菌的抑菌圈；c为金黄色葡萄球菌的空白对照组；d为金黄色葡萄球菌的抑菌圈。说明海绵具有一定的抑菌性能，能有效杀灭大部分革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌。

实施例2

壳聚糖基载药柔性海绵的制备，具体步骤为：

步骤1：室温下将壳聚糖溶于2％(v/v)的醋酸溶液中，配制2.0％(w/v)的壳聚糖乙酸溶液，将氢氧化钠溶于去离子水中，配成4％(w/v)的溶液。

步骤2：磁力搅拌下，向壳聚糖乙酸溶液中缓慢滴加过量的氢氧化钠溶液至完全析出白色絮状壳聚糖凝胶沉淀，并持续搅拌30分钟沉淀充分分散。

步骤3：用去离子水高速离心洗涤壳聚糖凝胶沉淀4次，离心参数为70转/分钟，离心时间为5分钟。

步骤4：按质量比为1:1，将壳聚糖凝胶沉淀与氧化羧甲基纤维素混合，加入3％甘油，再按载药比壳聚糖凝胶沉淀/盐酸四环素为1500:1，加入盐酸四环素，均匀混合后，倒入塑料模具，冷冻干燥，得到载药柔性海绵。

实施例3

壳聚糖基载药柔性海绵的制备，具体步骤为：

步骤1：室温下将壳聚糖溶于2％(v/v)的醋酸溶液中，配制0.5％(w/v)的壳聚糖乙酸溶液，将氢氧化钠溶于去离子水中，配成4％(w/v)的溶液。

步骤2：磁力搅拌下，向壳聚糖乙酸溶液中缓慢滴加过量的氢氧化钠溶液至完全析出白色絮状壳聚糖凝胶沉淀，并持续搅拌30分钟沉淀充分分散；

步骤3：用去离子水高速离心洗涤壳聚糖凝胶沉淀4次，离心参数为70转/分钟，离心时间为5分钟。

步骤4：按质量比为8:1，将壳聚糖凝胶沉淀与氧化羧甲基纤维素混合，加入6％甘油，再按载药比壳聚糖凝胶沉淀/盐酸四环素为3000:1加入盐酸四环素，均匀混合后，倒入塑料模具，冷冻干燥，得到载药弹性海绵。

对比例1

本对比例用来说明不加甘油的海绵情况。

本对比例与实施例1基本相同，唯一的不同是没有添加甘油。

甘油是作为增塑剂加入到海绵体系中的，是海绵柔性的保障。甘油的含量对海绵的成型性、稳定性和性能有较大的影响。本对比例由于没有增塑剂的加入，冻干后的海绵脆性大，轻轻挤压则结构完全破坏，分解成碎屑状颗粒，其柔性和稳定性无法保障。

对比例2

本对比例用来说明添加过量甘油的海绵情况。

本对比例与实施例1基本相同，唯一的不同是甘油的含量为12％。

本对比例过量的甘油在海绵体系内产生过度的氢键交联，一方面，冻干后的海绵结构过于致密，孔隙率仅为85.2％(见图3)，另一方面，致密的海绵体回弹性能和柔性呈下降的趋势，挤压海绵后，难以恢复到原有形态。

对比例3

本对比例与实施例1基本相同，唯一不同的是壳聚糖凝胶沉淀与4％的氧化羧甲基纤维素溶液的质量比为16:1。

本对比例制得的壳聚糖凝胶沉淀为凝胶态，4％的羧甲基纤维素溶液为液态，凝胶沉淀过多则两者不易混合均匀，冻干得到的海绵均匀性不好，出现部分区域致密部分区域稀疏的结构。

Claims (4)

1.壳聚糖基载药柔性海绵的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1，酸碱滴定：磁力搅拌下，向质量体积浓度为0.5％～2.0％壳聚糖的乙酸溶液中缓慢滴加过量的氢氧化钠溶液，至完全析出白色絮状的壳聚糖凝胶沉淀，持续搅拌，使凝胶沉淀充分分散；

步骤2，洗涤：离心水洗壳聚糖凝胶沉淀，直到凝胶沉淀pH呈中性；

步骤3，按壳聚糖凝胶沉淀与4％的氧化羧甲基纤维素溶液的质量比为1～8:1，将壳聚糖凝胶沉淀与4％的氧化羧甲基纤维素溶液、甘油、盐酸四环素均匀混合后，倒入模具，冷冻干燥，得到壳聚糖基载药柔性海绵，其中，甘油质量占混合体系质量的百分数为3％～9％。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，乙酸的体积浓度为2％，壳聚糖的体积浓度为1％，氢氧化钠的质量浓度为4％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，洗涤参数为转速7000～8000rpm，离心时间为5-8min，洗涤4-5次。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，壳聚糖凝胶沉淀盐酸四环素的质量比为3000～500:1。