一种塑化纳米细菌纤维素功能敷料及其制备方法与流程

本发明涉及应用于医用敷料，生物抑菌，创面修复及组织工程支架诸多领域的塑化持久吸渗纳米细菌纤维素抗菌伤口敷料，尤其涉及一种吸液性长久性好、生物相容性、通透性好，并有良好皮肤贴附性的局部吸液抑菌、降低创口感染率并通过生物相容性塑化剂的作用具备良好的机械强度塑性柔韧纳米细菌纤维素多功能伤口敷料及其制备方法。

背景技术：

功能敷料是指有别于传统敷料的一种新型敷料，它有多种作用，如提高伤口免疫活性增强伤口的抗感染能力，促进伤口愈合；抗菌作用；表现出类似抗生素的特征；促进皮肤组织愈合和修复，促进纤维细胞的迁移，对基质细胞有趋化、迁移、激活作用，并加速细胞增殖和组织重塑过程，促进皮肤组织修复等。

细菌纤维素(Bacterial Cellulose，简称BC)是一种天然高分子材料，有独特的生物亲和性、高持水性和结晶度、高机械强度以及良好的纳米纤维网络等优良性能，其纤维素带的宽度约为0.1μm。是目前最细的纳米级天然纤维，此外BC还是一种相对比较纯的纤维素,因此在生物医用材料领域有着广阔的应用前景。但是，细菌纤维素本身没有抗菌性能，对伤口愈合的促进效果不够理想。并且本身含水量高，运输保存成本高。

将细菌纤维素在复配液中进行复合后，使得细菌纤维素在干燥后仍然具有再吸水性与抗菌性。研究表明纯细菌纤维素膜干燥后，由于内部三维网络结构的坍塌从而使纤维素之间有很少的孔隙。复合细菌纤维素膜由于含有大量塑化剂分子和抗菌剂，特别是增塑剂分子可以渗入到纳米三维网络间，减少纳米网络间力的作用，避免干燥后内部三维网络结构的坍塌，从而使复合细菌纤维素膜具有开放的孔隙，提升机械强度和稳定性。

塑化剂多为小分子量的多羟基化合物，常用的塑化剂从化学结构分类有脂肪族二元酸酯类、苯二甲酸酯类（包括邻苯二甲酸酯类、对苯二甲酸酯类）、苯多酸酯类、苯甲酸酯类、多元醇酯类、氯化烃类、环氧类、柠檬酸酯类、聚酯类、多元醇类等多种。塑化剂的加入可以降低分子链之间的相互作用，增加分子之间的空间，从而增加膜的柔韧性、降低膜的阻隔性。目前已公开的专利文献中，有专利利用向已制备好的纤维素悬浮液中加入交联剂和小分子塑化剂持续搅拌至一定粘度，获得铸膜液，浇铸得到柔韧的透明膜；或是采用塑化剂加入到纤维素与聚乳酸的复合溶液中，采用溶剂浇铸的方法，将共混物浇铸液缓慢倾倒在模板上，溶剂挥发干燥成膜。这些工艺生产出法产品均使纤维素打碎配制成悬浮液，再加入增塑剂混合，从而使膜柔韧性提高，但这种工业复杂，交联剂的残留对人体有毒性，而且破坏了纤维素本身的特性，并且其分散不均匀。还有专利将细菌纤维素甩干或者冷冻干燥后吸入冻干保护液，再干燥形成干态细菌纤维素膜敷料。此方法具有再吸液特性，但是不具有抗菌性，且成本高。

抗菌剂是指能够在一定时间内，使某些微生物（细菌、真菌、酵母菌、藻类及病毒等）的生长或繁殖保持在必要水平以下的化学物质。抗菌剂一般分为无机抗菌剂，有机抗菌剂和天然抗菌剂，其对伤口的治疗与愈合至关重要。目前已公开的专利文献中，有专利取葡糖酸醋酸杆菌进行发酵培养，得到含有细菌纤维素的发酵液，发酵液中加入产抗菌肽的细菌继续发酵，得到具有抗菌性能的细菌纤维素。这个工艺混合多重发酵方法，工艺难以控制。还有专利利用细菌纤维素和纳米氧化锌，将纳米氧化锌通过原位反应的方式负载到细菌纤维素上，从而具有抑菌性。这种方法制的纤维素难以再吸液的特性，作为伤口敷料有一定的局限。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种塑化纳米细菌纤维素功能敷料及其制备方法，所述功能辅料通过物理方法复合塑化剂，可以避免化学试剂的残留对人体造成毒性，同时该敷料内部的纳米细菌纤维素与增塑剂分子间的相互作用能够提高细菌纤维素膜干燥后的吸水性、持水性、机械强度及透气率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种塑化纳米细菌纤维素功能敷料，所述功能敷料包括具有生物相容性的塑化剂、纳米细菌纤维素和/或纳米细菌纤维素衍生物、复配液；所述塑化剂与所述纳米细菌纤维素和/或纳米细菌纤维素衍生物物理结合；所述功能敷料具有三维孔隙结构，孔径在100～500nm之间。

进一步地，所述功能敷料还包括抗菌剂；所述抗菌剂为无机抗菌剂、光催化抗菌剂、有机抗菌剂和银系抗菌剂中的任意一种或任意两种及以上的组合。

进一步地，所述复配液中包括生物黏合剂，所述生物黏合剂为纤维蛋白原、天然粘蛋白、多巴胺和贻族粘性蛋白中的任意一种或任意两种及以上的组合。

进一步地，在所述功能敷料中，各组分的质量百分数为：塑化剂1%～10%，纳米细菌纤维素和/或纳米细菌纤维素衍生物10%～30%，复配液：20%～50%，余量为水；复配液中包括生物黏合剂，所述生物黏合剂在所述复配液中所占的质量百分比为0.2%~2%。

进一步地，在所述功能敷料中，各组分的质量百分数为：塑化剂1%～10%，纳米细菌纤维素和/或纳米细菌纤维素衍生物10%～30%，复配液：20%～50%，抗菌剂1%～5%，余量为水；复配液中包括生物黏合剂，所述生物黏合剂在所述复配液中所占的质量百分比为0.2%~2%。

进一步地，所述塑化剂为邻苯二甲酸二辛酯、聚乙二醇、葡萄糖、丙三醇、山梨醇中的任意一种或任意两种及以上的组合。

一种塑化纳米细菌纤维素功能敷料的制备方法，所述制备方法用于制备所述功能敷料，所述方法首先对纳米细菌纤维素进行去杂、杀菌、pH调节预处理，然后进行脱水处理，通过一步法或者两步法将脱水处理后的纳米细菌纤维素与塑化剂、复配液、抗菌剂进行复合反应，进行干燥处理后，得到塑化纳米细菌纤维素功能敷料。

所述方法具体为：

步骤一、纳米细菌纤维素的预处理:

取纳米细菌纤维素用清水多次冲洗，除去膜表面培养基及杂质；再将纳米细菌纤维素浸泡于NaOH溶液中，进行纯化；然后用蒸馏水多次冲洗，通过紫外线消毒；将消毒后的纳米细菌纤维素用蒸馏水浸泡2～4次，用pH试纸轻压膜测pH值，控制纳米细菌纤维素pH值为7.2；

步骤二、 纳米细菌纤维素脱水:

将预处理后的纳米细菌纤维素裁剪成合适的形状和尺寸，放入模具中，去除一定量的水分，采用冷冻干燥、自然干燥、真空干燥中的一种或者几种得到半干态的纳米细菌纤维素，而后取出备用；

步骤三、复配液的配制：

配制Tris缓冲液，取0.1mol/L的盐酸溶液14～15ml与50～60ml 的Tris溶液混合，稀释到100ml，密闭避光保存，得到反应所需的Tris缓冲液，而后加入生物黏合剂，使其质量分数在0.2%~2%区间内，得到复配液；

步骤四、复合溶液、及含有抗菌剂溶液的配置：

以去离子水为溶剂，配制质量分数浓度为0.5%～12%的塑化剂溶液，低速搅拌均匀；静置一定时间后，加入所述复配液，调节反应所需的环境pH值，使pH处于7~8之间；将溶液置于磁力搅拌机上，低速搅拌至溶液溶解均匀，获得含有塑化剂和复配液的复合溶液；

配制质量浓度为0.01%～3%的抗菌剂溶液，放在磁力搅拌机上高速搅拌，均匀静置备用；

步骤四、塑化膜的制备

将抗菌剂溶液加入到将所述复合溶液中，将备用的所述半干态的纳米细菌纤维素迅速放入所述复合溶液中，在磁力搅拌机上高速搅拌，控制反应时的温度为20℃-60℃、复合时间为12-48h，待复合完毕后，从溶液中取出纳米细菌纤维素膜，放置在特定的晾晒装置上，选择需要的自然、真空、恒温、冷冻干燥等方式，进行干燥；得到样品后，根据模具及需要裁剪成不同的形状；

步骤五、塑化膜材料

将干燥的塑化膜从晾晒装置上慢慢取下，裁剪边角，得到塑化膜材料，即所述塑化纳米细菌纤维素功能敷料。

进一步地，其中步骤四塑化膜的制备能够替换为：

将备用的所述半干态的纳米细菌纤维素放入到含有塑化剂和复配液的所述复合溶液中，室温下低速搅拌1～2小时，而后转入振荡器中，以160～180r/min振荡12～48小时，完成初步复合；

待初步复合完成后，从复合溶液中取出纳米细菌纤维素膜进行二次复合，所述二次复合过程具体为：将纳米细菌纤维素膜放置在脱水装置上，选择需要的脱水方式，进行干燥；将干燥后的纳米细菌纤维素膜取出，放入模具中，在一定压力作用下复合上述抗菌剂溶液，迅速放入60℃恒温箱中，放置半小时后取出，待表面溶液被纳米细菌纤维素膜基本吸收后再次在压力作用下复合抗菌溶液；

重复所述二次复合的过程2～3次，而后在模具上晾晒干燥。

进一步地，在所述脱水处理和复合反应之间，还包括纳米细菌纤维素衍生化反应步骤，所述纳米细菌纤维素衍生化反应包括纳米细菌纤维素的醛基化。

本发明的有益技术效果：

1.本发明所获得的多功能纳米细菌纤维素多功能敷料，通过物理方法复合，不但可以避免化学试剂的残留对人体造成毒性，敷料内部的纳米细菌纤维素与增塑剂分子间相互作用提高细菌纤维素膜干燥后的吸水性、持水性、机械强度及透气率。

2.本发明能够利用控制塑化剂的含量和种类，调控塑化膜的断裂强度和断裂延伸率及吸水率，满足不同伤口的需求。

3.本发明所获得的塑化纳米细菌纤维素功能敷料，采用天然生物大分子，对环境无危害。具有优异的生物相容性和细胞亲和性，与皮肤具有良好的粘附性，并具有长久的吸液性、抗粘连的特性。

4.本发明所获得的塑化纳米细菌纤维素功能敷料，具有优异的抑菌能力，与多种抗菌剂复合，可以实现对多种细菌的显著抑菌效果，提高了作为抗菌敷料的应用范围。

附图说明

图1为一种塑化纳米细菌纤维素功能敷料的电镜图；

图2为一种塑化纳米细菌纤维素功能敷料（所选用的抗菌剂为二氧化钛抗菌剂）的电镜图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

实施例1

一种塑化纳米细菌纤维素功能敷料的制备方法，所述方法具体为：

步骤一、纳米细菌纤维素的预处理:

取纳米细菌纤维素用清水多次冲洗，除去纳米细菌纤维素膜表面培养基及杂质再将纳米细菌纤维素浸泡于0.1mol/L的NaOH溶液中，100℃下煮沸60min，再将细菌纤维素膜浸泡于0.05mol/L的NaOH溶液中，80～100℃煮沸30 min，然后用蒸馏水多次冲洗，通过紫外线消毒；将消毒后的纳米细菌纤维素用蒸馏水浸泡2～4次，用pH试纸轻压膜测pH值，控制纳米细菌纤维素pH值为7.2；

步骤二、 纳米细菌纤维素脱水:

将预处理后的纳米细菌纤维素裁剪成合适的形状和尺寸，放入模具中，去除一定量的水分，采用冷冻干燥、自然干燥、真空干燥中的一种或者几种方法得到含水量为30%~40%的半干态纳米细菌纤维素，而后取出备用；

步骤三、复配液的配制：

配制Tris缓冲液，取0.1mol/L的盐酸溶液16ml与60ml 的Tris溶液混合，稀释到100ml，密闭避光保存，得到反应所需的Tris缓冲液，而后加入0.3g生物黏合剂，在本实施例中生物黏合剂为质量分数为0.3%的多巴胺，得到复配液；

步骤四、复合溶液、及含有抗菌剂溶液的配置：

以水为溶剂，配制质量分数浓度为5%的塑化剂溶液，在本实施例中，塑化剂选用PEG200，低速搅拌均匀；静置一定时间后，加入所述复配液；将溶液置于磁力搅拌机上，低速搅拌至溶液溶解均匀，获得含有塑化剂和复配液的复合溶液；

配制抗菌剂溶液，在本实施例中，抗菌剂溶液为质量分数2%的纳米银悬浮液，放在磁力搅拌机上高速搅拌，均匀静置备用；

步骤四、塑化膜的制备

将抗菌剂溶液加入到将所述复合溶液中，将备用的所述半干态的纳米细菌纤维素迅速放入所述复合溶液中，在磁力搅拌机上高速搅拌，搅拌1～2小时，而后放入到振荡器中，以160～180r/min振荡复合12～24小时、控制复合时的温度为20℃-60℃，待复合完毕后，将复合好的细菌纤维素膜放入晾晒模具中，自然、冷冻或者恒温干燥，得到样品，可以裁剪成不同形状。

实施例2

一种塑化纳米细菌纤维素功能敷料的制备方法，所述方法具体为：

步骤一、纳米细菌纤维素的预处理:

取纳米细菌纤维素用清水多次冲洗，除去纳米细菌纤维素膜表面培养基及杂质再将纳米细菌纤维素浸泡于0.1mol/L的NaOH溶液中，100℃下煮沸60min，再将细菌纤维素膜浸泡于0.05mol/L的NaOH溶液中，80～100℃煮沸30 min，然后用蒸馏水多次冲洗，通过紫外线消毒；将消毒后的纳米细菌纤维素用蒸馏水浸泡2～4次，用pH试纸轻压膜测pH值，控制纳米细菌纤维素pH值为7.2；

步骤二、 纳米细菌纤维素脱水:

将预处理后的纳米细菌纤维素裁剪成合适的形状和尺寸，放入模具中，去除一定量的水分，采用冷冻干燥、自然干燥、真空干燥中的一种或者几种方法得到含水量为30%~40%的半干态纳米细菌纤维素，而后取出备用；

步骤三、复配液的配制：

配制Tris缓冲液，取0.1mol/L的盐酸溶液14.7ml与50ml 的Tris溶液混合，稀释到100ml，密闭避光保存，得到反应所需的Tris缓冲液，而后加入0.2g生物黏合剂，在本实施例中生物黏合剂为质量分数为0.2%的纤维蛋白，得到复配液；

步骤四、复合溶液、及含有抗菌剂溶液的配置：

以水为溶剂，配制质量分数浓度为6%的塑化剂溶液，在本实施例中，塑化剂选用丙三醇，低速搅拌均匀；静置一定时间后，加入所述复配液；将溶液置于磁力搅拌机上，低速搅拌至溶液溶解均匀，获得含有塑化剂和复配液的复合溶液；

配制抗菌剂溶液，在本实施例中，抗菌剂溶液选用质量分数3%的纳米二氧化钛粉，放在磁力搅拌机上高速搅拌，均匀静置备用；

步骤四、塑化膜的制备

将抗菌剂溶液加入到将所述复合溶液中，将备用的所述半干态的纳米细菌纤维素迅速放入所述复合溶液中，在磁力搅拌机上高速搅拌，搅拌1～2小时，而后放入到振荡器中，以160～180r/min振荡复合12～24小时、控制复合时的温度为20℃-60℃，待复合完毕后，将复合好的细菌纤维素膜放入晾晒模具中，自然、冷冻或者恒温干燥，得到样品，可以裁剪成不同形状。

制备获得的塑化纳米细菌纤维素功能敷料如图2所示，从图中可以明显的看出纳米二氧化钛颗粒均匀的固定在纳米纤维表面上。

实施例3

一种塑化纳米细菌纤维素功能敷料的制备方法，所述方法具体为：

步骤一：塑化剂溶液配制：取一定量丙三醇配制成体积质量分数为2%的溶液；将溶液置于磁力搅拌机上，低速搅拌至溶解均匀，静置。

步骤二、纳米细菌纤维素的预处理:取细菌纤维素用清水多次冲洗，除去膜表面培养基及杂质。再将纳米细菌纤维素浸泡于0.1mol/L的NaOH溶液中，100℃下煮沸60min，再将细菌纤维素膜浸泡于0.05mol/L的NaOH溶液中，80～100℃煮沸30 min，然后用蒸馏水多次冲洗，通过紫外线消毒；将消毒后的纳米细菌纤维素用蒸馏水浸泡2～4次，用pH试纸轻压膜测PH值，控制纳米细菌纤维素pH值为7.2；

步骤三、纳米细菌纤维素脱水:将处理好的细菌纤维素裁剪成合适的形状和尺寸，放入模具中，去除一定量的水分，采用冷冻干燥、自然干燥、真空干燥中的一种或者几种得到半干态的细菌纤维素，而后取出备用。

步骤四、配制Tris缓冲液，取0.1mol/L的盐酸溶液15ml与60ml的Tris溶液混合，稀释到100ml，得到反应所需的缓冲液。将缓冲液加入到步骤一所配塑化剂溶液中，随后加入质量分数为0.2%的纤维蛋白（复配液），放在磁力搅拌机上高速搅拌，使其分散均匀。

步骤四、塑化膜的制备：将半干状态的细菌纤维素放入步骤四所配溶液中，搅拌1～2小时，而后放入到振荡器中，以160～180r/min振荡复合12～24小时。而后取出，放在特定的模具上，选择需要的干燥方式进行晾晒，得到塑化膜。

步骤五、向去离子水中加入一定量的聚赖氨酸，配制成质量分数为0.1%聚赖氨酸的溶液（抗菌剂溶液），将该0.1%聚赖氨酸的溶液放在磁力搅拌机上高速搅拌，使其分散均匀，静置。

步骤六、将干燥好的膜取出，放入自制的特定模具中，加压使步骤五所配制的聚赖氨酸溶液与步骤四所述塑化膜复合，而后迅速放入60℃恒温箱中，放置半小时左右后取出，待表面溶液被膜基本吸收复合聚赖氨酸溶液，如此反复2～3次，晾晒干燥。

制备获得的塑化纳米细菌纤维素功能敷料如图1所示，从图中可以明显的看出丙三醇分子将细菌纤维表面覆盖，同时渗进了纤维孔隙之间，形成相互连通的多孔网络结构。

实施例4

一种塑化纳米细菌纤维素功能敷料的制备方法，所述方法具体为：

步骤一、取一定量的壳聚糖溶解于质量分数为1%的醋酸溶液中，配成壳聚糖质量分数为2%的壳聚糖溶液。将溶液置于磁力搅拌机上，低速搅拌至壳聚糖溶解均匀，超声波分散30min后，取一定量的PEG400溶解此溶液，获得质量分数为4%的PEG400溶液（塑化剂溶液）。将该PEG400溶液置于磁力搅拌机上，低速搅拌至溶解均匀，置于恒温恒湿箱中静置消泡。

步骤二、纳米细菌纤维素的预处理:

取纳米细菌纤维素用清水多次冲洗，除去纳米细菌纤维素膜表面培养基及杂质再将纳米细菌纤维素浸泡于0.1mol/L的NaOH溶液中，100℃下煮沸60min，再将细菌纤维素膜浸泡于0.05mol/L的NaOH溶液中，80～100℃煮沸30 min，然后用蒸馏水多次冲洗，通过紫外线消毒；将消毒后的纳米细菌纤维素用蒸馏水浸泡2～4次，用pH试纸轻压膜测pH值，控制纳米细菌纤维素pH值为7.2；

步骤三、 纳米细菌纤维素脱水:

将预处理后的纳米细菌纤维素裁剪成合适的形状和尺寸，放入模具中，去除一定量的水分，采用冷冻干燥、自然干燥、真空干燥中的一种或者几种方法得到含水量为30%~40%的半干态纳米细菌纤维素，而后取出备用；

步骤四、 纳米细菌纤维素衍生化反应:

将步骤二处理后的纳米细菌纤维素浸泡于浓度为0.02～0.10mol/L高碘酸钠溶液中，溶液温度控制在20～30℃。将混合液迅速置于避光处自然反应。纳米细菌纤维素经氧化后形成醛基，将醛基化的纳米细菌纤维素用蒸馏水清洗2～4次；

步骤五、将上述醛基化的细菌纤维素立即放入步骤一获得的溶液中，同时加入含0.5%多巴胺的复配液，调节pH值至7.4，搅拌1～2小时，而后放入到振荡器中以160～180r/min振荡复合12～24小时，进行复合。

步骤六、将复合好的细菌纤维素膜放入晾晒模具中，自然、冷冻或者恒温干燥，得到样品，可以裁剪成不同形状。

本发明所述敷料具有制备工艺简单、制备周期短、生产成本低廉的特点，同时具有良好三维多孔结构、良好吸水性和透气性、生物相容性，并具有抗菌与促进伤口愈合的作用。此敷料的材料质地柔软，具备一定抗拉强度，适合做创面修复材料，起到抗菌、促进愈合的作用。

本发明所述方法将复配液与纳米细菌纤维素混合，使塑化剂和抗菌剂渗入到纳米网络结构中，避免纳米纤维素内部三维网络结构的坍塌，增强了复合塑化膜的韧性、通透性及再吸液性。另外，本发明可采用多种类型塑化剂和抗菌剂与细菌纤维素及其衍生物复合，使其针对不同环境具有优异的长效稳定抗菌性能。本发明可在较宽范围调节内塑化膜孔隙大小、强度、吸液等物理性能指标，满足不同应用领域对产品性能的不同要求。此外，塑化膜具有良好地透明性，便于观察伤口愈合状况。