一种生物质基水凝胶抗菌伤口敷料的制作方法

本发明涉及一种生物质基水凝胶抗菌伤口敷料，尤其涉及一种可单独使用的，具有良好生物相容性、抗菌性，粘附性、伤口渗出液吸收性，保水性和力学性能的伤口敷料。

背景技术：

人体开放性创伤表面往往容易发生感染，如何有效降低创伤感染概率，促进伤口恢复和组织的再功能化是医学界亟待解决的热点和难点，传统敷料如纱布和绷带等均由干织物构成，吸收渗出液程度有限，并且在移除时容易损坏新生成的组织，造成二次伤害。而水凝胶由于自身的溶胀、保水以及易移除特性，是伤口敷料的良好选择形式。壳聚糖自身具有良好的抗菌性和细胞相容性，常被用在医药生物等领域，因而壳聚糖水凝胶在伤口敷料领域具有巨大的潜力。然而壳聚糖水凝胶通常力学性能较差，使用的小分子化学交联剂具有一定的细胞毒性，在生物医学领域的使用受限。因此，提高壳聚糖水凝胶的力学性能和使用性能，并保持良好的细胞相容性和人体安全性是目前需要解决的重点问题。

目前的生物质抗菌敷料或多或少存在缺陷，商业化产品一般采用了多种物质复合来实现性能，如商业化的3m^tm、tegaderm^tm、chg抗菌透明敷料，其包括负载有抗菌剂葡萄糖酸氯己定的水凝胶及在凝胶上保护的粘性敷料膜以贴合皮肤并对凝胶垫产生保护，外部的粘性敷料膜还起到防止外部感染的作用。多组成复合固然是一种选择，但是如果可以仅靠单凝胶完成抗菌敷料的理想功能，如力学强度、抗破损性、皮肤组织粘合性、生物质相容性、吸收溶胀性、保水抗污性、载药性甚至是功能性、自愈性，无疑将是非常理想的选择。本发明专利针对以上问题，开发一种具有优异性能的、可单独运用的水凝胶抗菌伤口敷料，以满足应用的要求。

技术实现要素：

本发明致力于克服目前壳聚糖基伤口敷料力学性能、对伤口的保护性、对伤口渗出液的吸收和保水性、抗菌性、粘附性无法达到单独使用要求的问题，提供一种可单独使用的双层生物质基水凝胶抗菌伤口敷料。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种生物质基水凝胶抗菌伤口敷料，由双层凝胶膜层构成，包括表层聚乙烯醇-聚丙烯酰胺凝胶膜层及底层壳聚糖基抗菌凝胶膜层。

进一步，其制备过程包括以下步骤：

（1）表层聚乙烯醇-聚丙烯酰胺凝胶膜层制备：

以甘油/水为混合溶为溶剂，在85-95°c下溶解聚乙烯醇得到一定浓度聚乙烯醇溶液i待用，将一定比例的单体丙烯酰胺，交联剂n，n’-亚甲基双丙烯酰胺、引发剂过硫酸铵加入去离子水中室温搅拌至溶解并形成均匀的溶液ii，后在溶液ii中加入一定量聚乙烯醇溶液i，搅拌均匀后在溶液中加入引发剂hcl、促进剂四甲基乙二胺、交联剂戊二醛，2分钟内高速搅拌均匀后倒入模具，在40-60°c下反应1-2小时成型，后放置室温反应8-12小时得到聚乙烯醇-聚丙烯酰胺凝胶膜，以去离子水冲洗去除未反应组分并备用；

其中，甘油和水的体积比介于1：1-2：1之间，聚乙烯醇溶液i的质量浓度介于5-8%之间，单体丙烯酰胺在溶液ii中的质量浓度介于8-12%之间，单体丙烯酰胺的质量介于聚乙烯醇质量的15-25%之间，交联剂n，n’-亚甲基双丙烯酰胺的质量介于单体丙烯酰胺质量的2-4.5%之间，引发剂过硫酸铵的质量介于单体丙烯酰胺质量的0.6-1.2%之间，促进剂四甲基乙二胺丙烯酰胺的质量介于单体丙烯酰胺质量的0.1-0.2%之间，引发剂hcl的质量介于聚乙烯醇质量的0.5-1.2%之间，交联剂戊二醛的质量介于聚乙烯醇质量的2.5-5%之间；

（2）壳聚糖碱性溶液制备：

将氢氧化锂、氢氧化钾、尿素、去离子水以4.5：7：8：80.5的质量比配置成均匀碱液，称取一定质量的壳聚糖粉末在室温下加入碱液中并搅拌2-3h至完全溶胀后置于-30°c下冷冻5-7h，后于20°c下解冻并搅拌，得到澄清的壳聚糖碱性溶液待用；壳聚糖在溶液中的质量浓度介于3.5-6.5%之间；

（3）底层壳聚糖基抗菌凝胶膜层成型：

将一定量端醛基四臂聚乙二醇和端氨基四臂聚乙二醇加入去离子水中搅拌溶解均匀，得到质量浓度为4-8%的水溶液iii，将水溶液iii加入步骤（2）中制备得到的壳聚糖碱性溶液中并以200-350rmp的速度搅拌1-2分钟至均匀后，迅速平铺于聚乙烯醇-聚丙烯酰胺凝胶膜上，形成液膜，室温静置20-40分钟后，在其上再均匀平铺溶解了1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、羟基硫代琥珀酰亚胺的水溶液iv，放入60°c-70°c温度下反应2-4h至成胶，取出放置室温环境48小时继续反应，实现底层壳聚糖基抗菌凝胶膜层的成型，最终形成双层凝胶膜；

其中，端醛基四臂聚乙二醇和端氨基四臂聚乙二醇的质量比介于1:1-2:1之间，端醛基四臂聚乙二醇的质量介于壳聚糖质量的12%-20%之间，水溶液iv中溶质的质量浓度介于4-8%之间，其中1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和羟基硫代琥珀酰亚胺的质量比介于2:1-4:1之间，1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的质量介于壳聚糖质量的6-12%之间；

（4）凝胶膜的后处理：

将（3）制备得到的双层凝胶膜于60°c下放置4-8小时退火，后放入50倍以上凝胶体积的纯净水中浸泡2天，期间不断换水，将凝胶取出后放置于40-60°c下至凝胶溶胀度介于4-6之间，得到最终生物质基水凝胶抗菌伤口敷料。

进一步，所述表层聚乙烯醇-聚丙烯酰胺凝胶膜层以甘油/水混合液为介质制备可有效提高表层膜的保水性及力学性能，其中甘油的增加将有利于保水性及力学性能的提高。

进一步，所述聚乙烯醇的分子量介于1000-4000之间。

进一步，所述聚乙烯醇-聚丙烯酰胺凝胶膜层中具有戊二醇交联的聚乙烯醇网络和n，n’-亚甲基双丙烯酰胺交联的聚丙烯酰胺网络，两网络形成互穿网络结构，聚丙烯酰胺网络的意义在于提高凝胶的溶胀性，而且互穿网络的结构大幅提高了凝胶的机械性能。

进一步，所述聚乙烯醇网络的交联剂为戊二醇，引发剂为hcl,聚丙烯酰胺网络的交联剂为n，n’-亚甲基双丙烯酰胺，引发剂为过硫酸铵，促进剂为四甲基乙二胺。

进一步，所述模具可为不锈钢模具或聚四氟乙烯模具，模具表面设有浅槽可实现成膜，通过加入模具中的溶液量可控制膜的厚度。

进一步，所述端醛基四臂聚乙二醇的分子量介于2000-5000之间，其分子式如下：

进一步，所述端氨基四臂聚乙二醇的分子量介于2000-5000之间，其分子式如下：

进一步，所述端醛基四臂聚乙二醇中的醛基可与壳聚糖和端氨基四臂聚乙二醇中的氨基发生席夫碱反应从而交联壳聚糖，这种四臂交联形成的拓扑结构可有效提高壳聚糖基抗菌凝胶膜层的力学性能。

进一步，所述端氨基四臂聚乙二醇加入壳聚糖基抗菌凝胶膜层可有效调节膜层的机械性能，还可通过加大膜内氨基的量从而提高膜层的抗菌性。

进一步，所述1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和羟基硫代琥珀酰亚胺水溶液加入壳聚糖基抗菌凝胶膜层表面可有效提高膜与皮肤接触的粘附性。

进一步，所述表层聚乙烯醇-聚丙烯酰胺凝胶膜层表面具有裸露的氨基，而壳聚糖基抗菌凝胶膜层表面有裸露的醛基，两者将发生席夫碱反应从而使得两层膜形成一体。

进一步，所述表层聚乙烯醇-聚丙烯酰胺凝胶膜层表面还有氨基和羟基，壳聚糖基抗菌凝胶膜层表面存在氨基和羧基，两者将形成氢键从而进一步强化两层膜之间的连接。

进一步，所述双层膜在60°c下放置4-8小时退火一方面可有效促进层间的反应完全，提高结合强度，同时，退火可有效强化表层聚乙烯醇-聚丙烯酰胺凝胶膜层的机械强度。

进一步，由于壳聚糖的碱性溶解并不破坏壳聚糖的氨基，同时配合端氨基四臂聚乙二醇中的氨基，可进一步提高壳聚糖膜的抗菌性。

进一步，由于两层膜通过交联合成一体，所以导致两者产生协同效应，从而使得复合凝胶膜具有优异的整体机械性能，而底层壳聚糖膜吸收的渗透液可以快速传导入上层具有更大溶胀率的聚乙烯醇-聚丙烯酰胺凝胶膜层，而上层的凝胶膜层将增厚，在平面维度上形变较小，进而保证形态稳定性和良好的渗透液吸收能力。

进一步，本发明的有益效果在于：（1）通过四臂交联壳聚糖形成的拓扑结构大幅提高了壳聚糖凝胶自身的力学性能，结合端氨基四臂聚乙二醇加入交联网络可有效调节凝胶力学性能同时提高壳聚糖膜的抗菌性；（2）通过双层间席夫碱反应固化两层，从而实现性能的协同，利用表层聚乙烯醇-聚丙烯酰胺凝胶膜层良好的力学性能和溶胀性提高膜整体的性能；（3）利用1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和羟基硫代琥珀酰亚胺的加入提高壳聚糖基抗菌凝胶膜层与皮肤之间的粘附性。

附图说明

图1为实施例1双层膜界面的扫描电镜图。

具体实施方式

以下将详细描述本发明的示例性实施方法。但这些实施方法仅为示范性目的，而本发明不限于此。

实施例1

一种生物质基水凝胶抗菌伤口敷料，由双层凝胶膜层构成，包括表层聚乙烯醇-聚丙烯酰胺凝胶膜层及底层壳聚糖基抗菌凝胶膜层。

（1）表层聚乙烯醇-聚丙烯酰胺凝胶膜层制备：

以甘油/水为混合溶为溶剂，在90°c下溶解聚乙烯醇得到一定浓度聚乙烯醇溶液i待用，将一定比例的单体丙烯酰胺，交联剂n，n’-亚甲基双丙烯酰胺、引发剂过硫酸铵加入去离子水中室温搅拌至溶解并形成均匀的溶液ii，后在溶液ii中加入一定量聚乙烯醇溶液i，搅拌均匀后在溶液中加入引发剂hcl、促进剂四甲基乙二胺、交联剂戊二醛，2分钟内高速搅拌均匀后倒入模具，在50°c下反应1.5小时成型，后放置室温反应10小时得到聚乙烯醇-聚丙烯酰胺凝胶膜，以去离子水冲洗去除未反应组分并备用；

其中，甘油和水的体积比为1.5：1，聚乙烯醇溶液i的质量浓度为5.5%，单体丙烯酰胺在溶液ii中的质量浓度为10.5%，单体丙烯酰胺的质量为聚乙烯醇质量的22%，交联剂n，n’-亚甲基双丙烯酰胺的质量为单体丙烯酰胺质量的3.2%，引发剂过硫酸铵的质量为单体丙烯酰胺质量的1.0%，促进剂四甲基乙二胺丙烯酰胺的质量为单体丙烯酰胺质量的0.15%，引发剂hcl的质量为聚乙烯醇质量的0.9%，交联剂戊二醛的质量为聚乙烯醇质量的3.5%；

（2）壳聚糖碱性溶液制备：

将氢氧化锂、氢氧化钾、尿素、去离子水以4.5：7：8：80.5的质量比配置成均匀碱液，称取一定质量的壳聚糖粉末在室温下加入碱液中并搅拌2.5h至完全溶胀后置于-30°c下冷冻6h，后于20°c下解冻并搅拌，得到澄清的壳聚糖碱性溶液待用；壳聚糖在溶液中的质量浓度为5%；

（3）底层壳聚糖基抗菌凝胶膜层成型：

将一定量端醛基四臂聚乙二醇和端氨基四臂聚乙二醇加入去离子水中搅拌溶解均匀，得到质量浓度为4-8%的水溶液iii，将水溶液iii加入步骤（2）中制备得到的壳聚糖碱性溶液中并以200-350rmp的速度搅拌1-2分钟至均匀后，迅速平铺于聚乙烯醇-聚丙烯酰胺凝胶膜上，形成液膜，室温静置20-40分钟后，在其上再均匀平铺溶解了1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、羟基硫代琥珀酰亚胺的水溶液iv，放入60°c-70°c温度下反应2-4h至成胶，取出放置室温环境48小时继续反应，实现底层壳聚糖基抗菌凝胶膜层的成型，最终形成双层凝胶膜；

其中，端醛基四臂聚乙二醇和端氨基四臂聚乙二醇的质量比为1.5：1，端醛基四臂聚乙二醇的质量为壳聚糖质量的15%，水溶液iv中溶质的质量浓度为6.5%，其中1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和羟基硫代琥珀酰亚胺的质量比为3:1，1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的质量为壳聚糖质量的8.5%；

（4）凝胶膜的后处理：

将（3）制备得到的双层凝胶膜于60°c下放置6小时退火，后放入80倍凝胶体积的纯净水中浸泡2天，期间不断换水，将凝胶取出后放置于50°c下至凝胶溶胀度达到5，得到最终生物质基水凝胶抗菌伤口敷料。

所述聚乙烯醇的分子量介于2000-3000之间。

所述壳聚糖的分子量介于60000-100000之间，脱乙酰度为94%。

所述端醛基四臂聚乙二醇的分子量为3200。

所述端氨基四臂聚乙二醇的分子量为3600。

所述生物质基水凝胶抗菌伤口敷料中两层凝胶膜的界面由附图1所示，从附图1可以看出，表层膜和底层膜之间结合成为一体。

实施例2

一种生物质基水凝胶抗菌伤口敷料，由双层凝胶膜层构成，包括表层聚乙烯醇-聚丙烯酰胺凝胶膜层及底层壳聚糖基抗菌凝胶膜层。

进一步，其制备过程包括以下步骤：

（1）表层聚乙烯醇-聚丙烯酰胺凝胶膜层制备：

以甘油/水为混合溶为溶剂，在92°c下溶解聚乙烯醇得到一定浓度聚乙烯醇溶液i待用，将一定比例的单体丙烯酰胺，交联剂n，n’-亚甲基双丙烯酰胺、引发剂过硫酸铵加入去离子水中室温搅拌至溶解并形成均匀的溶液ii，后在溶液ii中加入一定量聚乙烯醇溶液i，搅拌均匀后在溶液中加入引发剂hcl、促进剂四甲基乙二胺、交联剂戊二醛，2分钟内高速搅拌均匀后倒入模具，在55°c下反应1-2小时成型，后放置室温反应9小时得到聚乙烯醇-聚丙烯酰胺凝胶膜，以去离子水冲洗去除未反应组分并备用；

其中，甘油和水的体积比为1.8：1，聚乙烯醇溶液i的质量浓度为6.5%，单体丙烯酰胺在溶液ii中的质量浓度为9.5%，单体丙烯酰胺的质量介于聚乙烯醇质量的18%，交联剂n，n’-亚甲基双丙烯酰胺的质量为单体丙烯酰胺质量的3.2%，引发剂过硫酸铵的质量为单体丙烯酰胺质量的0.8%，促进剂四甲基乙二胺丙烯酰胺的质量为单体丙烯酰胺质量的0.15%，引发剂hcl的质量为聚乙烯醇质量的0.8%，交联剂戊二醛的质量为聚乙烯醇质量的4.5%；

（2）壳聚糖碱性溶液制备：

将氢氧化锂、氢氧化钾、尿素、去离子水以4.5：7：8：80.5的质量比配置成均匀碱液，称取一定质量的壳聚糖粉末在室温下加入碱液中并搅拌2-3h至完全溶胀后置于-30°c下冷冻5-7h，后于20°c下解冻并搅拌，得到澄清的壳聚糖碱性溶液待用；壳聚糖在溶液中的质量浓度介于3.5-6.5%之间；

（3）底层壳聚糖基抗菌凝胶膜层成型：

将一定量端醛基四臂聚乙二醇和端氨基四臂聚乙二醇加入去离子水中搅拌溶解均匀，得到质量浓度为7%的水溶液iii，将水溶液iii加入步骤（2）中制备得到的壳聚糖碱性溶液中并以320rmp的速度搅拌1.5分钟至均匀后，迅速平铺于聚乙烯醇-聚丙烯酰胺凝胶膜上，形成液膜，室温静置35分钟后，在其上再均匀平铺溶解了1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、羟基硫代琥珀酰亚胺的水溶液iv，放入65°c温度下反应3.5h至成胶，取出放置室温环境48小时继续反应，实现底层壳聚糖基抗菌凝胶膜层的成型，最终形成双层凝胶膜；

其中，端醛基四臂聚乙二醇和端氨基四臂聚乙二醇的质量比为1.6:1，端醛基四臂聚乙二醇的质量为壳聚糖质量的15.5%，水溶液iv中溶质的质量浓度为6.5%，其中1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和羟基硫代琥珀酰亚胺的质量比为3.2：1，1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的质量为壳聚糖质量的10%；

（4）凝胶膜的后处理：

将（3）制备得到的双层凝胶膜于60°c下放置6小时退火，后放入100倍凝胶体积的纯净水中浸泡2天，期间不断换水，将凝胶取出后放置于55°c下至凝胶溶胀度为5，得到最终生物质基水凝胶抗菌伤口敷料。

所述聚乙烯醇的分子量介于2500-3500之间。

所述壳聚糖的分子量介于50000-110000之间，脱乙酰度为94%。

所述端醛基四臂聚乙二醇的分子量为4000。

所述端氨基四臂聚乙二醇的分子量为4000。