一种医用抗菌水凝胶及其制备方法

技术领域

本发明属于负压引流敷料技术领域，具体地，涉及一种医用抗菌水凝胶及其制备方法。

背景技术

皮肤是人体的最大器官，是维持体内环境稳定和阻止微生物入侵的天然屏障；然而，大面积暴露于外界的特点，使得皮肤很容易受到烧伤、机械伤等外来伤害。金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等病原体在伤口上繁殖，则容易导致伤口感染，感染的伤口不易愈合，容易造成体液流失并引起各种并发症，传统医疗方法是使用纱布、止血布等材料进行包扎，由于该类材料防护性能差，且易与伤口粘合，换药过程患者痛苦不堪，因此，研发出凝胶敷料，在凝胶中添加少量抗菌药物来达到抗菌的效果，如中国专利CN111494702B公开了一种抗菌水凝胶及其制备方法与应用，在甲基丙烯酸化壳聚糖水凝胶中加入负载纳米银的海藻酸钠微球，实现缓释抗菌的效果。

为了便于对伤口的清理，现有技术中研发出可负压引流的敷料，在凝胶基体的表面设置负压源，通过导管向凝胶敷料中通入药物和清洗液，对伤口进行处理，但是，现有的凝胶敷料浸泡后的强度不高，在负压清洗时易变形，影响敷料与伤口的贴合度，且现有的敷料抗菌材料与凝胶基体易分离，冲洗后抗菌效果下降，一般清创和给药后需要更换新的凝胶敷料，易对创伤造成二次伤害，并增加医护人员的工作强度。

发明内容

为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明的目的在于提供一种医用抗菌水凝胶及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种医用抗菌水凝胶，包括氨基化纤维素凝胶颗粒40-55份、羧甲基壳聚糖1-5份、抗菌剂3-6份和SAP微粉1-8份；

所述氨基化纤维素凝胶颗粒由以下步骤制备：

步骤A1：取羟丙基甲基纤维素和乙醇溶液搅拌至完全溶解，之后滴加氨水调节溶解液的pH值为8.2-8.7，制成混合液a；

步骤A2：取3-(2-氨基乙基氨基)丙基甲基二甲氧基硅烷用乙醇溶液搅拌稀释，制成混合液b；

步骤A3：将混合液a搅拌水浴升温至38-45℃，保持搅拌缓慢滴加混合液b，3-(2-氨基乙基氨基)丙基甲基二甲氧基硅烷在碱性环境下先进行水解成硅醇，之后再与羟丙基甲基纤维素分子上的羟基反应，将3-(2-氨基乙基氨基)丙基甲基二甲氧基硅烷接枝到羟丙基甲基纤维素的分子上，在羟丙基甲基纤维素上引入氨基，控制反应时间为20-40min，生成凝胶状物质，之后对反应液进行离心，取下层凝胶，得到预制凝胶；

步骤A4：取预制凝胶放入冷冻干燥机中冷冻干燥24h，之后取出放入粉碎机中粉碎，制成氨基化纤维素凝胶颗粒。

进一步地，羟丙基甲基纤维素和3-(2-氨基乙基氨基)丙基甲基二甲氧基硅烷的用量质量比为1:0.06-0.1。

进一步地，氨基化纤维素凝胶颗粒的粒径为0.2-1mm。

所述抗菌剂由如下步骤制备：

步骤B1：取七叶皂苷钠和乙醇溶液搅拌溶解，滴加醋酸调节溶解液的pH值为5，加入海藻酸钠调节溶解液室温下的粘度为500-800cP，之后在紫外辐照下缓慢向混合液中通入臭氧，七叶皂苷钠上的羟甲基在臭氧的氧化作用下氧化成醛基，制得氧化液；

步骤B2：将氧化液用氨水调节pH值为7，之后减压旋蒸去除部分溶剂，之后冷冻干燥，制成抗菌剂。

进一步地，紫外辐照的紫外线波长为100-300nm，臭氧的通入速率0.18-0.25vvm，通入时间为60-80min。

一种医用抗菌水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：取氨基化纤维素凝胶颗粒、羧甲基壳聚糖、抗菌剂和SAP微粉放入混分机中混合均匀，再加入乙醇溶液搅拌均匀，之后在58-65℃下水浴保温20-30min，氨基化纤维素凝胶颗粒遇水软化成凝胶，表面的氨基和羧甲基壳聚糖与抗菌剂上的醛基反应，将氨基化的纤维素凝胶与羧甲基壳聚糖和抗菌剂结合在一起，过滤得到凝胶基体；

步骤S2：将凝胶基体装入模具中平铺，之后连同模具转入减压蒸馏釜中，脱除部分水和乙醇，并且对凝胶基体脱气泡，之后转出辊压成型，再进行打孔，得到凝胶片；

步骤S3：对凝胶片进行裁剪，之后放入PBS缓冲液中浸泡软化，得到医用抗菌水凝胶。

本发明的有益效果：

1.本发明的氨基化纤维素凝胶颗粒，以羟丙基甲基纤维素为原料，在碱性醇水环境下，将3-(2-氨基乙基氨基)丙基甲基二甲氧基硅烷通过水解反应接枝到羟丙基甲基纤维素的分子上，为羟丙基甲基纤维素的分子上引入活性较高的氨基，同时引入的硅氧烷水解，提高凝胶的交联度，提高凝胶的基体强度，提高凝胶抵抗外力破坏的能力以及抵抗外力作用下变形的能力，使得凝胶适用于体外引流敷料。

2.本发明的抗菌剂以七叶皂苷钠为原料，利用臭氧配合紫外辐照，将七叶皂苷钠上的羟甲基氧化成醛基，在制备凝胶的过程中，醛基和氨基化纤维素凝胶分子上引入的氨基反应，将七叶皂苷钠固定在氨基化纤维素的分子上，避免七叶皂苷钠随引流液进入伤口，贴敷在伤口的表面，可对伤口消炎，七叶皂苷钠以接枝的方式与凝胶结合，不易流失，可以起到长效抗菌的作用，应用在负压引流敷料中，通过负压引入清洗液清洁，可以进行长时间使用。

3.本发明采用细小氨基化纤维素凝胶颗粒和抗菌剂以及羧甲基壳聚糖混合，通过水浴保温继续水解，制成凝胶基体，再将凝胶基体减压旋蒸、辊压成型凝胶片，提高凝胶的密度，根据凝胶的使用环境进行裁剪浸泡即可使用，换药操作更叫简单。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例制备一种医用抗菌水凝胶，具体实施过程如下：

第一步、制备氨基化纤维素凝胶颗粒：

A1.取3L质量分数为30％的乙醇溶液于搅拌器中升温至40℃，称取200g羟丙基甲基纤维素，在搅拌状态下缓慢加入乙醇溶液中搅拌至羟丙基甲基纤维素完全溶解，之后向搅拌器中加入氨水调节溶解液的pH值为8.2，记为混合液a；

A2.称取12g 3-(2-氨基乙基氨基)丙基甲基二甲氧基硅烷和150g质量分数为60％的乙醇溶液加入搅拌器中混合10min，记为混合液b；

A3.将混合液a加入水浴反应器中，调控混合液a的温度为38℃，温度恒定后控制转速为300rpm，将混合液b缓慢滴加到混合液a中，控制滴加时间40min，在反应器中生成凝胶状物质，将反应液转入离心机中，离心10min，导出上层的溶液，取出下层凝胶，得到预制凝胶；

A4.将预制凝胶置于冷冻干燥机中，设置冷阱温度为-20℃，冷冻干燥24h，取出冷冻干燥后硬态的凝胶放入高速刀片式粉碎机中进行粉碎，直至粉碎至粒径为1mm左右，得到氨基化纤维素凝胶颗粒。

第二步、制备抗菌剂：

B1.取15g七叶皂苷钠和120g质量分数为80％的乙醇溶液中搅拌至完全溶解，滴加醋酸溶液调节溶解液的pH值为5，之后缓慢加入海藻酸钠搅拌，直至溶解液的粘度为500cP，增大粘度有利于充分曝气反应，向溶解液中安装曝气管，再将溶解液置于紫外辐照设备中，紫外线为中紫外线，波长为200-300nm，向混合液中通入臭氧，臭氧的通入速率为0.25vvm，通入时间控制为60min，对七叶皂苷钠分子上的羟甲基氧化，制得氧化液；

B2.将氧化液用氨水调节pH值为7左右，抽真空至-0.1MPa，温度为80℃，减压旋蒸30min，取出旋蒸产物放入冷冻干燥机中，设置冷阱温度为-20℃，冷冻干燥24h，制成抗菌剂。

第三步、制备医用抗菌水凝胶：

S1.称取氨基化纤维素凝胶颗粒200g、市售羧甲基壳聚糖25g、抗菌剂15g和5g市售SAP微粉(标定细度为100目)，将以上原料投加到混粉机中，混合10min，转入水浴反应釜中，加入6L质量分数为30％的乙醇溶液搅拌混合均匀，水浴升温至58℃，水浴保温30min，再次生成凝胶状物质，过滤出凝胶，得到凝胶基体；

S2.将凝胶基体装入模具中平铺，控制厚度为5mm左右，之后连同模具转入减压蒸馏釜，抽真空至抽真空至-0.1MPa，温度为80℃，减压旋蒸50min，脱除部分水和乙醇使得凝胶基体呈现凝固状态，之后取出放入轧辊机中，控制轧辊温度为60℃，轧辊间距为2mm，将凝固状态的凝胶基体辊压成片状，再进行打孔，得到凝胶片；

S3.对凝胶片裁剪成设计尺寸，之后放入PBS缓冲液中浸泡10min，得到医用抗菌水凝胶。

实施例2

本实施例制备一种医用抗菌水凝胶，具体实施过程如下：

第一步、制备氨基化纤维素凝胶颗粒：

A1.取3.3L质量分数为30％的乙醇溶液于搅拌器中升温至40℃，称取230g羟丙基甲基纤维素，在搅拌状态下缓慢加入乙醇溶液中搅拌至羟丙基甲基纤维素完全溶解，之后向搅拌器中加入氨水调节溶解液的pH值为8.5，记为混合液a；

A2.称取18.4g 3-(2-氨基乙基氨基)丙基甲基二甲氧基硅烷和200g质量分数为60％的乙醇溶液加入搅拌器中混合12min，记为混合液b；

A3.将混合液a加入水浴反应器中，调控混合液a的温度为42℃，温度恒定后控制转速为300rpm，将混合液b缓慢滴加到混合液a中，控制滴加时间30min，在反应器中生成凝胶状物质，将反应液转入离心机中，离心10min，导出上层的溶液，取出下层凝胶，得到预制凝胶；

A4.将预制凝胶置于冷冻干燥机中，设置冷阱温度为-20℃，冷冻干燥24h，取出冷冻干燥后硬态的凝胶放入高速刀片式粉碎机中进行粉碎，直至粉碎至粒径为0.5mm左右，得到氨基化纤维素凝胶颗粒。

第二步、制备抗菌剂：

B1.取22g七叶皂苷钠和200g质量分数为80％的乙醇溶液中搅拌至完全溶解，滴加醋酸溶液调节溶解液的pH值为5，之后缓慢加入海藻酸钠搅拌，直至溶解液的粘度为700cP，增大粘度有利于充分曝气反应，向溶解液中安装曝气管，再将溶解液置于紫外辐照设备中，紫外线为真空紫外线，波长为100-200nm，向混合液中通入臭氧，臭氧的通入速率为0.2vvm，通入时间控制为70min，对七叶皂苷钠分子上的羟甲基氧化，制得氧化液；

B2.将氧化液用氨水调节pH值为7左右，抽真空至-0.1MPa，温度为80℃，减压旋蒸35min，取出旋蒸产物放入冷冻干燥机中，设置冷阱温度为-20℃，冷冻干燥24h，制成抗菌剂。

第三步、制备医用抗菌水凝胶：

S1.称取氨基化纤维素凝胶颗粒240g、市售羧甲基壳聚糖18g、抗菌剂24g和18g市售SAP微粉(标定细度为100目)，将以上原料投加到混粉机中，混合10min，转入水浴反应釜中，加入7L质量分数为30％的乙醇溶液搅拌混合均匀，水浴升温至62℃，水浴保温25min，再次生成凝胶状物质，过滤出凝胶，得到凝胶基体；

S2.将凝胶基体装入模具中平铺，控制厚度为5mm左右，之后连同模具转入减压蒸馏釜，抽真空至抽真空至-0.1MPa，温度为80℃，减压旋蒸50min，脱除部分水和乙醇使得凝胶基体呈现凝固状态，之后取出放入轧辊机中，控制轧辊温度为60℃，轧辊间距为2mm，将凝固状态的凝胶基体辊压成片状，再进行打孔，得到凝胶片；

S3.对凝胶片裁剪成设计尺寸，之后放入PBS缓冲液中浸泡10min，得到医用抗菌水凝胶。

实施例3

本实施例制备一种医用抗菌水凝胶，具体实施过程如下：

第一步、制备氨基化纤维素凝胶颗粒：

A1.取3.8L质量分数为30％的乙醇溶液于搅拌器中升温至40℃，称取260g羟丙基甲基纤维素，在搅拌状态下缓慢加入乙醇溶液中搅拌至羟丙基甲基纤维素完全溶解，之后向搅拌器中加入氨水调节溶解液的pH值为8.7，记为混合液a；

A2.称取26g 3-(2-氨基乙基氨基)丙基甲基二甲氧基硅烷和230g质量分数为60％的乙醇溶液加入搅拌器中混合15min，记为混合液b；

A3.将混合液a加入水浴反应器中，调控混合液a的温度为45℃，温度恒定后控制转速为300rpm，将混合液b缓慢滴加到混合液a中，控制滴加时间20min，在反应器中生成凝胶状物质，将反应液转入离心机中，离心10min，导出上层的溶液，取出下层凝胶，得到预制凝胶；

A4.将预制凝胶置于冷冻干燥机中，设置冷阱温度为-20℃，冷冻干燥24h，取出冷冻干燥后硬态的凝胶放入高速刀片式粉碎机中进行粉碎，直至粉碎至粒径为0.2mm左右，得到氨基化纤维素凝胶颗粒。

第二步、制备抗菌剂：

B1.取28g七叶皂苷钠和250g质量分数为80％的乙醇溶液中搅拌至完全溶解，滴加醋酸溶液调节溶解液的pH值为5，之后缓慢加入海藻酸钠搅拌，直至溶解液的粘度为800cP，增大粘度有利于充分曝气反应，向溶解液中安装曝气管，再将溶解液置于紫外辐照设备中，紫外线为真空紫外线，波长为100-200nm，向混合液中通入臭氧，臭氧的通入速率为0.18vvm，通入时间控制为80min，对七叶皂苷钠分子上的羟甲基氧化，制得氧化液；

B2.将氧化液用氨水调节pH值为7左右，抽真空至-0.1MPa，温度为80℃，减压旋蒸40min，取出旋蒸产物放入冷冻干燥机中，设置冷阱温度为-20℃，冷冻干燥24h，制成抗菌剂。

第三步、制备医用抗菌水凝胶：

S1.称取氨基化纤维素凝胶颗粒275g、市售羧甲基壳聚糖5g、抗菌剂30g和40g市售SAP微粉(标定细度为100目)，将以上原料投加到混粉机中，混合15min，转入水浴反应釜中，加入8.6L质量分数为30％的乙醇溶液搅拌混合均匀，水浴升温至65℃，水浴保温20min，再次生成凝胶状物质，过滤出凝胶，得到凝胶基体；

S2.将凝胶基体装入模具中平铺，控制厚度为5mm左右，之后连同模具转入减压蒸馏釜，抽真空至抽真空至-0.1MPa，温度为80℃，减压旋蒸50min，脱除部分水和乙醇使得凝胶基体呈现凝固状态，之后取出放入轧辊机中，控制轧辊温度为60℃，轧辊间距为2mm，将凝固状态的凝胶基体辊压成片状，再进行打孔，得到凝胶片；

S3.对凝胶片裁剪成设计尺寸，之后放入PBS缓冲液中浸泡10min，得到医用抗菌水凝胶。

取实施例1-实施例3制备的医用抗菌水凝胶制成直径为10mm的扁圆柱状试样，采用材料试验机进行力学性能测试，测试完成后，绘制各样品应力应变曲线，测算最大应变和最大压缩应力，具体测试数据如表1所示：

表1

由表1数据可知，本发明制备的医用抗菌水凝胶具有良好的抵抗外力破坏的能力以及抵抗外力作用下变形的能力，适用于凝胶敷料。

取实施例1-实施例3制备的医用抗菌水凝胶，制成直径为25mm的扁圆柱状试样，采用旋转流变仪进行流变性能测试，角频率扫描范围设置为1rad/s-10rad/s，通过软件记录测试过程中储能模量和损耗模量随角频率变化值，具体测试数据如表2所示：

表2

由表2数据可知，本发明制备的医用抗菌水凝胶，存储模量达到1.59kPa以上，且存储模量远高于损耗模量，表现出良好的粘弹性。

取实施例1-实施例3制备的医用抗菌水凝胶，通过抑菌环法进行抑菌测试，使用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌作为测试菌种，取菌种培养后稀释为1*10P

表3

由表3数据可知，本发明制备的医用抗菌水凝胶对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有良好的抑菌杀菌作用。

基于表3的试验数据，采用实施例2制备的医用抗菌水凝胶作为试样，采用上述抑菌测试的方法和金黄色葡萄球菌进行长久抑菌试验，以12h为一个周期测量抑菌直径，具体测试数据如表4所示：

表4

由表4数据可知，本发明实施例2制备的医用抗菌水凝胶，在72h内具有稳定有效的抑菌效果。

基于以上测试数据，采用实施例2制备的医用抗菌水凝胶作为试样，进行耐洗性能测试，取试样分别重复用医用酒精浸泡5h，之后用PBS缓冲液洗涤，再制成试样，按照如上抑菌试验的方法进行抑菌测试，具体测试数据如表5所示：

表5

由表5数据可知，本发明实施例2制备的医用抗菌水凝胶，在进过4次重复浸泡洗涤后仍然具有良好的抗菌能力，可用于引流敷料中进行重复使用，减少患者换药过程的痛苦，同时减少医护人员的工作强度。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。