一种含纳米纤维素和纳米银的喷膜剂及其制备方法与应用

1.本发明属于皮肤医用敷料技术领域，具体涉及一种含有纳米纤维素和纳米银的喷膜剂及其制备方法，以及其在制备皮肤抗菌医用辅料的应用。


背景技术：

2.临床常见医用敷料多采用胶布、纱布等形式，易导致张力性机械性损伤、皮肤浸渍等损伤，患者的使用感不佳，依从性降低。喷膜剂作为一种新型皮肤医用敷料，结合了气雾剂、膜剂的共同优点，具有使用方便快捷的特点，喷膜剂以溶液形式存在，通过雾化喷头将混合药剂的材料分散至皮肤，在短时间内溶剂挥干，形成透明薄膜，不影响正常活动，使用方便，对于改善临床敷料的不足之处有着良好的潜力。但因其部分局限性使得喷膜剂的实际应用仍然不多，而其最大的局限性在于：喷膜剂的成膜材料多具有可塑性，在医药行业，这一特点会产生透气性差、拘束感强等不适特点，若应用于创面则易因撕拉导致创面二次损伤，患者舒适感大大降低。
3.通过查阅文献，我们发现，聚乙烯吡咯烷酮为常用成膜材料，聚乙烯吡咯烷酮作为高分子表面活性剂，可以在不同的分散体系中作为分散剂、乳化剂、增稠剂、凝聚剂、助溶剂和洗涤剂，是一种易溶于极性溶剂的高分子聚合物，具有良好的成膜性，有着优良的生理惰性，不参与人体新陈代谢，又具有优良的生物相容性，对皮肤、粘膜、眼等不形成任何刺激。从生物学的观点来看，聚乙烯吡咯烷酮的分子结构类似于简单的蛋白质模型的结构，它的水溶性、对某些小分子的配合能力以及能够被某些蛋白质的沉淀剂所沉淀、也和蛋白质相溶等特性，使得聚乙烯吡咯烷酮被广泛地用作药物制剂的辅料。
4.聚乙烯吡咯烷酮单独使用时韧性不足，可与机械性较强的材料配合使用，羟丙基甲基纤维素是一类机械性较强的材料，羟丙基甲基纤维素成膜性好，安全性高，具有良好缓释效果，目前已成为国内应用最广泛的薄膜包衣材料，在喷膜剂的中单独应用黏度略高，故一般使用浓度不宜过高，在膜剂应用中多与其他成膜材料配合使用。纳米纤维素是一类横截面为5-20nm、长度为10nm-1um的具有高机械性能的可再生、高纵横比纳米粒子，由于具有纳米粒子的特性，纳米纤维素拥有高结晶度、高比表面积、高模量、强亲水性和较高的表面活性等特点，同时具有生物材料的质轻、可降解、生物相容性及可再生等优势，突显出良好的力学性能和亲水性能，可以显著改善聚合物的综合性能，也可以为高效利用生物质资源开辟新的思路和途径，被认为是一种颇具发展潜力的绿色增强材料。
5.为增加患者的使用舒适度，喷膜材料也应具备基本的皮肤保水性。透明质酸、甘油、丙二醇等为皮肤保湿常用的几种材料，透明质酸是一种酸性粘多糖，是具有较高临床价值的生化药物，在皮肤制剂中应用能起到独特的保护皮肤作用，可保持皮肤滋润光滑、细腻柔嫩、富有弹性，具有防皱、抗皱、美容保健和恢复皮肤生理功能的作用。甘油是从植物橄榄的种子中提取的一种天然油脂，有防晒保湿、淡化皱纹防止嘴唇干裂等多种功效，丙二醇在化妆品、牙膏和香皂中常与甘油或山梨醇配合用作润湿剂，也用作防冻剂，甘油和丙二醇二者同为多元醇类化合物，既可以做增塑剂、表面活性剂也可以做乳化剂和破乳剂，多元醇类
化合物因化学结构具有多个羟基，能起到良好的保湿作用，故甘油和丙二醇常用作的保湿剂。
6.喷膜还应具备良好的抗菌性能，大块的银材料表面具有抑菌性质早已为人熟知，其机理是位于材料表面的银原子可以被环境中的氧气缓慢氧化，释放出游离的银离子，这些银离子通过与细菌壁上巯基结合，阻断细菌的呼吸链，最终杀死附着在材料表面的细菌。纳米银比大块的银反应更快，具有更大的优势，硝酸银是常作为合成纳米银的化合物原料，l-丝氨酸是人体必须氨基酸之一，属于一种非必需氨基酸，较其他氨基酸经济易得，作为一种组成蛋白的基本氨基酸广泛应用于医药、食品、化妆品等行业，它是参与合成胞内生物物质嘌呤、嘧啶、磷脂等的重要前体，此外，因l-丝氨酸具有特殊的润湿性和保湿性，在国内外被大量用于高级化妆品中。我们设计以l-丝氨酸作为载体，生物合成纳米银，并利用细菌对l-丝氨酸的摄取作用，达到良好的抗菌作用。
7.本发明首先通过boc-l-丝氨酸与硝酸银在碱性条件(氢氧化钠)下生物合成制备得到数均粒径为21.27nm的纳米银，该纳米银在浓度300μg/ml范围内，较正常细胞有大于80％的细胞存活率，对细胞损伤较小，而常规合成的纳米银在50～125μg/ml之间即出现较强细胞毒性，导致细胞存活率低下，本发明合成的纳米银相较而言，具有更低的细胞毒性、更高的细胞存活率，且该纳米银对临床常见菌株(甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌、碳青霉烯敏感大肠埃希菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和耐碳青霉烯大肠埃希菌)的最低抑菌浓度均为25μg/ml，最低杀菌浓度均为50μg/ml，相较于常规化学合成的纳米银(最低抑菌浓度≥100μg/ml，最低杀菌浓度≥500μg/ml)有着更大的抗菌优势。
8.在此基础上，将该纳米银与纳米纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素、透明质酸、甘油、丙二醇、去离子水、乙醇共混制备得到喷膜剂，该喷膜剂可在10min内快速干燥成膜，干燥后呈无色透明状态，膜本身无刺激性、无明显紧绷感，不影响皮肤正常活动，可直接在新成型的膜上再次给药，具有使用方便、使用感佳等优点，纳米银的加入使喷膜剂同时具备良好的抗菌优势，极大的满足了患者的各方面需求，是具有良好潜能的新型皮肤医用敷料。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种含纳米纤维素和纳米银的喷膜剂及其制备方法与应用，本发明的喷膜剂生物相容性好，抗菌效果好。
10.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
11.第一方面，本发明提供一种含有纳米纤维素和纳米银的喷膜剂，所述含有纳米纤维素和纳米银的喷膜剂基本上由以下质量浓度的各组分组成：聚乙烯吡咯烷酮0.01％～16.6％、羟丙基甲基纤维素0.001％～0.8％、透明质酸钠0.001％～0.8％、甘油0.1％～3.33％、丙二醇0.1％～3.33％、纳米纤维素0.01％～0.67％、纳米银0.001％～0.02％，溶剂为水或水与乙醇的混合溶剂；
12.所述纳米银按如下方法制备：
13.将氨基酸或氨基酸衍生物与硝酸银溶解于去离子水中，滴加碱性物质的水溶液，滴毕，所得混合液室温反应5-12h(在本发明的一个实施例中为6h)，所得反应液经后处理，得到所述纳米银；所述氨基酸衍生物为氨基被保护基团保护的氨基酸，所述氨基酸或氨基
酸衍生物、硝酸银与碱性物质的水溶液中碱性物质的物质的量之比为1:1-5:1.5-2.5(优选1：1-2：2，最优选为1：1：2)；所述碱性物质的水溶液中碱性物质为氢氧化钠或氢氧化钾。
[0014]“基本上”是指以上组分为喷膜剂的主体成分，还可以适当添加其它组分。所述的其它组分是人体可接受的辅料。
[0015]
进一步，所述含有纳米纤维素和纳米银的喷膜剂还可以包括质量浓度在3.3％以下的人体可接受的辅料。
[0016]
更进一步，所述的辅料为茶树精油、蜂胶、聚乙烯醇中的一种或两种以上。发明人添加过质量浓度为3.3％的精油、质量浓度为0.46％的蜂胶或质量浓度为3.3％的聚乙烯醇，所得喷膜剂形成的喷雾形态基本不变。
[0017]
本发明实施例给出了一个基本配方，但本领域人员应当知道，其它相容性好的人体可接受的辅料的添加也在本发明的范围内。基本配方为：所述含有纳米纤维素和纳米银的喷膜剂由以下质量浓度的各组分组成：聚乙烯吡咯烷酮0.01％～16.6％、羟丙基甲基纤维素0.001％～0.8％、透明质酸钠0.001％～0.8％、甘油0.1％～3.33％、丙二醇0.1％～3.33％、纳米纤维素0.01％～0.67％、纳米银0.001％～0.02％，溶剂为水或水与乙醇的混合溶剂。
[0018]
本发明尤其推荐所述含有纳米纤维素和纳米银的喷膜剂基本上由以下质量浓度的各组分组成：聚乙烯吡咯烷酮3.33％、羟丙基甲基纤维素0.047％、透明质酸钠0.17％、甘油1.67％、丙二醇1.67％、纳米纤维素0.53％，溶剂为水或水与乙醇的混合溶剂；纳米银的用量可根据需要选择，在本发明的一个实施例中所述纳米银的质量浓度为0.008％-0.013％。
[0019]
在本发明的一个实施例中，所述聚乙烯吡咯烷酮为k30。所述羟丙基甲基纤维素为e30。所述透明质酸钠为分子量小于10kda的寡聚透明质酸钠。所述纳米纤维素的直径为500～1000μm，长度为20-100μm。以上聚合物都是本领域常见原料，以上具体种类不应理解为对本发明的限定，其它分子量的聚合物替换也应在本发明的保护范围内。例如纳米纤维素的作用是降低喷雾的流动性，其它尺寸的纳米纤维素也可以达到本发明的目的。
[0020]
本发明通过氨基酸与硝酸银在碱性条件(氢氧化钠)下生物合成制备得到数均粒径为21.27nm的纳米银，该纳米银在浓度300μg/ml范围内，较正常细胞有大于80％的细胞存活率，对细胞损伤较小，而常规合成的纳米银在50～125μg/ml之间即出现较强细胞毒性，导致细胞存活率低下，本发明合成的纳米银相较而言，具有更低的细胞毒性、更高的细胞存活率，且该纳米银对临床常见菌株有着更大的抗菌优势。
[0021]
本发明所述的纳米银合成的物料混合顺序和配比苛刻，制备过程中，碱性物质必须最后添加。当硝酸银的用量小于本发明范围时，较难得到纳米银；当硝酸银的用量大于本发明范围时，转化率较低，会造成硝酸银浪费。当氢氧化钠用量过高时，会与硝酸银生成氢氧化银沉淀；当氢氧化钠用量过低时，无法充分活化氨基酸。
[0022]
优选地，氨基被保护基团保护的氨基酸参与反应时，纳米银产率更高，例如，所述保护基团为boc基团、trt基团或fmoc基团。在本发明的一个实施例中，所述氨基酸为丝氨酸，所述氨基酸衍生物为被boc保护的丝氨酸。
[0023]
进一步，所述混合液中，硝酸银的浓度为10-100mm(在本发明的一个实施例中为50mm)。
[0024]
在本发明的实施例中，先将硝酸银、氨基酸、碱性物质配置成水溶液再混合，是为了分散均匀，减少称量次数，方便实验。
[0025]
进一步，所述后处理为：所述反应液离心(15000rpm离心15min)，所得沉淀用去离子水洗涤(3次)，冷冻干燥，即得所述纳米银。
[0026]
进一步，在本发明的一个实施例中，当溶剂为水与乙醇的混合溶剂时，水的质量为所述含有纳米纤维素和纳米银的喷膜剂的26.6％～99.7％。
[0027]
第二方面，本发明提供一种上述含有纳米纤维素和纳米银喷膜剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：将组方量的聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素、透明质酸钠、甘油、丙二醇、纳米纤维素、纳米银充分分散于溶剂中，得到所述含有纳米纤维素和纳米银喷膜剂。
[0028]
在本发明的一个实施例中，为分散均匀，按照如下操作分散：将聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素溶解于溶剂中，加入透明质酸钠、甘油、丙二醇、质量分数为2％的纳米纤维素水溶液，分散均匀，加入纳米银，分散均匀，得到所述含有纳米纤维素和纳米银喷膜剂。
[0029]
第三方面，本发明提供一种上述含有纳米纤维素和纳米银的喷膜剂在作为皮肤医用敷料中的应用。
[0030]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明所述的喷膜剂可在10min内快速干燥成膜，干燥后呈无色透明状态，膜本身无刺激性、无明显紧绷感，不影响皮肤正常活动，可直接在新成型的膜上再次给药，具有使用方便、使用感佳等优点，纳米银能够破坏菌体，使菌体细胞破裂从而达到抗菌作用，为喷膜剂提供了良好的抗菌性能，能极大的满足患者的各方面需求，是具有良好潜能的新型皮肤医用敷料，有望广泛应用于生命科学、医药领域。
附图说明
[0031]
图1：纳米银粉末的能谱扫描图
[0032]
图2：纳米银粉末的动态光散射纳米粒度仪检测图
[0033]
图3：不同纳米银浓度下的细胞存活率
[0034]
图4：纳米银对甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌、碳青霉烯敏感大肠埃希菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和耐碳青霉烯大肠埃希菌的最小抑菌浓度和最小杀菌浓度
具体实施方式
[0035]
本发明结合附图和实施例作进一步的说明。
[0036]
以下实施例中聚乙烯吡咯烷酮为k30。
[0037]
实施例1boc-l-丝氨酸生物合成纳米银
[0038]
缓慢滴加1ml 0.5m的氢氧化钠溶液于2.5ml 0.1m的boc-l丝氨酸与1ml 0.5m的硝酸银的混合溶液中，去离子水定容到10ml。室温反应6h，15000rpm离心15min，弃上清并用去离子水洗涤，去离子水洗涤3次，冷冻干燥，即得纳米银粉末，经测定纳米银的转化率为84.5％。通过能谱扫描仪检测所得产物的主要成分，如图1所示能谱扫描图，该粉末在银单质的吸收峰处有着尖锐而明显的峰，可确定该粉末的主要成分为银单质；通过动态光散射纳米粒度仪测定该纳米银的数均粒径，如图2所示，可知该纳米银的数均粒径为21.27nm；以
甲氧西林敏感的金黄色葡萄球菌、碳青霉烯敏感的大肠埃希菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和耐碳青霉烯大肠埃希菌为模型菌株，通过微量肉汤稀释法测定纳米银对模型菌株的最小抑菌浓度和最小杀菌浓度，向96孔板的所有孔内加入180μl肉汤培养液，而后每孔100μl肉汤培养液，向第一列所有孔中加入20μl药物溶液，最后一行第一孔中不加药液；将每一行的第一孔的溶液吹打均匀，而后取出100μl溶液加至同一行的下一孔，移液枪吹打数次，使溶液混合均匀，再吸取100μl溶液移至同一行的下一孔，依照此法进行稀释至最后一孔，最后一孔混合均匀后吸取100μl溶液弃去；将最后一行设为未加任何抑菌药物的空白对照组。向最后一行的前九孔中加入10μl稀释至浓度为105cfu/ml的菌液；而最后一孔则加入10μl肉汤培养液。将孔板转移至生化培养箱中，设定温度为37℃，培养16-20小时。为保持各实验组中溶液的培养温度相同，重叠放置的96孔板不应超过4个。肉眼分辨各孔中溶液为澄清或浑浊，肉眼观察溶液澄清表明改药液能完全抑制细菌生长，故孔内溶液保持澄清透明、无混悬情况的对应最低药物浓度即为该药物样品对相应菌株的最小抑菌浓度。将最低抑菌浓度所对应的孔的前后3孔取10μl涂布于琼脂平板，37℃，培养16-20小时后无菌落生长或仅单个菌落生长所对应的浓度即为最低杀菌浓度，平行测定三组。结果如图4所示，该纳米银对临床常见菌株(甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌、碳青霉烯敏感大肠埃希菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和耐碳青霉烯大肠埃希菌)的最低抑菌浓度均为25μg/ml，最低杀菌浓度均为50μg/ml；以正常人永生化角质形成细胞为细胞模型，通过cck-8检测法与双波长法结合法分别在630nm和450nm波长下进行检测该纳米银的细胞存活率，结果如图3所示，在浓度300μg/ml范围内细胞存活率可达正常细胞的80％。
[0039]
实施例2l-丝氨酸生物合成纳米银
[0040]
缓慢滴加1ml 0.5m的氢氧化钠溶液于2.5ml 0.1m的l氨基酸与1ml 0.5m的硝酸银的混合溶液中，去离子水定容到10ml。室温反应5-12h，15000rpm离心15min，弃上清并用去离子水洗涤，去离子水洗涤3次，冷冻干燥，即得纳米银粉末，经测定纳米银的转化率为84.5％。
[0041]
实施例3基于纳米纤维素的纳米喷膜剂制备
[0042]
精密称取1g的聚乙烯吡咯烷酮(k30)、0.014g羟丙基甲基纤维素(e30)溶解于去离子水中，加入0.05g透明质酸钠(华西福瑞达生物医药有限公司，批号：1711093)、0.5g甘油、0.5g丙二醇，充分溶解后，加入8g配置为2％的纳米纤维素水溶液(桂林奇宏科技有限公司，直径500～1000μm，长度20-100μm)，补加去离子水使得总质量为30g，加入2.4mg实施例1中的纳米银溶解即得含有纳米纤维素的纳米喷膜剂。
[0043]
实施例4基于纳米纤维素的纳米喷膜剂制备
[0044]
精密称取1g的聚乙烯吡咯烷酮(k30)、0.014g羟丙基甲基纤维素(e30)溶解于去离子水中，加入0.05g透明质酸钠(华西福瑞达生物医药有限公司，批号：1711093)、0.5g甘油、0.5g丙二醇，充分溶解后，加入10g配置为2％的纳米纤维素溶液(桂林奇宏科技有限公司，直径500～1000μm，长度20-100μm)，补加去离子水使得总质量为30g，加入3mg实施例1中的纳米银溶解即得含有纳米纤维素的纳米喷膜剂。
[0045]
实施例5基于纳米纤维素的纳米喷膜剂制备
[0046]
精密称取1g的聚乙烯吡咯烷酮(k30)、0.014g羟丙基甲基纤维素(e30)溶解于去离子水中，加入0.05g透明质酸钠(华西福瑞达生物医药有限公司，批号：1711093)、0.5g甘油、
0.5g丙二醇，充分溶解后，加入6g配置为2％的纳米纤维素溶液(桂林奇宏科技有限公司，直径500～1000μm，长度20-100μm)，补加去离子水使得总质量为30g，加入4mg实施例1中的纳米银溶解即得含有纳米纤维素的纳米喷膜剂。
[0047]
实施例6基于纳米纤维素的纳米喷膜剂制备
[0048]
精密称取1g的聚乙烯吡咯烷酮(k30)、0.05g羟丙基甲基纤维素(e30)溶解于去离子水中，加入0.15g透明质酸钠(华西福瑞达生物医药有限公司，批号：1711093)、1g甘油、1g丙二醇，充分溶解后，加入6g配置为2％的纳米纤维素溶液(桂林奇宏科技有限公司，直径500～1000μm，长度20-100μm)，补加去离子水15g、乙醇5.8g使得总质量为30g，加入3mg实施例1中的纳米银溶解即得含有纳米纤维素的纳米喷膜剂。
[0049]
实施例7基于纳米纤维素的纳米喷膜剂制备
[0050]
精密称取1.5g的聚乙烯吡咯烷酮(k30)、0.08g羟丙基甲基纤维素(e30)溶解于去离子水中，加入0.08g透明质酸钠(华西福瑞达生物医药有限公司，批号：1711093)、0.8g甘油、0.8g丙二醇，充分溶解后，加入10g配置为2％的纳米纤维素溶液(桂林奇宏科技有限公司，直径500～1000μm，长度20-100μm)，补加去离子水使得总质量为30g，加入3mg实施例1中的纳米银溶解即得含有纳米纤维素的纳米喷膜剂。
[0051]
在实施例3～实施例7的各组配方中，通过喷膜的雾化情况(由呈柱状、分支状、水雾状区分状态，水雾状为最佳状态)，并将其喷于皮肤上，倾斜180
°
测定其流动性，其中实施例3、5、6均能较好雾化，实施例4、7呈柱状喷出，雾化情况不佳，但实施例5和实施例6下喷膜流动性强不利于保留在皮肤上，故实施例3的配比为最佳条件，故确定喷膜各组分的最佳配比为：1g的聚乙烯吡咯烷酮、0.014g羟丙基甲基纤维素、0.05g透明质酸钠、0.5g甘油、0.5g丙二醇、加入8g配置为2％的纳米纤维素水溶液(桂林奇宏科技有限公司，mfc)；将实施例3所制喷膜分别置于4℃冰箱、室温、37℃烘箱中48h后，观察喷膜在不同温度下的分层现象判断喷膜的稳定性(若分层则不稳定，不分层即代表状态稳定)，经测定该配方下的喷膜无明显分层现象。