一种具有可控取向的抗菌玉米醇溶蛋白敷料及其制备方法与流程

本发明属于医用材料技术领域，具体涉及一种具有可控取向的抗菌玉米醇溶蛋白敷料及其制备方法。

背景技术：

玉米醇溶蛋白(zein)是一种天然高分子多聚物，是玉米最主要的储藏蛋白，易获得，经济环保。玉米醇溶蛋白有良好的生物相容性、生物可降解性等，是一种环境友好、绿色、安全的生物材料。

玉米醇溶蛋白分子中不仅存在着大量的疏水性氨基酸，还含有较多的含硫氨基酸，具有强的疏水性。在极性环境中，玉米醇溶蛋白分子中亲水基团暴露，疏水基团被包埋，能形成稳定的胶束结构。醇溶蛋白可在一定的溶剂中溶解，因此可制备溶液，制备成膜或者纤维状材料，进一步采用醛类进行交联后便可获得不溶性的交联玉米醇溶蛋白膜或者纤维。玉米醇溶蛋白易与其他化合物结合形成复合高聚物，可以根据不同需求构建具有不同特性的载体输送系统。因此玉米醇溶蛋白可以成为制备可控取向的液体传导纳米纤维的良好原料。

植物提取液抗菌剂是植物为了适应环境继而进化生成，且某些植物提取液针对某一种病症或是某些细菌、病毒等具有一定的控制或者抑制、消除作用。例如：复方植物的提取液对于嗜水气单胞菌的抑制效果良好，且提取和分离的方法已知，操作起来简便易行。现如今，对于从植物中提取抗菌剂的研究越来越多，因此，在选择和使用的时候将拥有更大的操作空间。

植物提取液抗菌剂不易产生耐药性，不会诱导细菌病毒等进化成更难以抵抗和消除，解决了当今困扰人们合成抗菌剂抗药性问题。此外，相对于人工合成抗菌剂，植物提取液抗菌剂更加自然环保，符合当今时代人们对于自然健康、环保可持续的追求。

静电纺丝技术(electrospinningtechnology)是一种制备一维纳米材料的新型技术。早在1934年，formhals便申请了关于利用高压静电场来制备聚合物纤维的实验装置的专利。之后，由于生产效率低等问题导致该技术的发展一直较为缓慢。直到20世纪90年代，因纳米科学的兴起以及在美国阿克隆大学(universityofakron)的darrellh.reneker教授课题组，麻省理工(massachusettsinstituteoftechnology)的gregoryc.rutledge等课题组的推动下，静电纺丝技术才得到快速发展。静电纺丝制造设备结构简单，纺丝成本低，可制备连续有机、无机、有机/无机复合、空心或实心纳米纤维等，受到了研究者的广泛关注。近十几年来，研究者们通过改进针头结构开发出同轴静电纺丝技术用于制备中空纤维/纳米管，或通过改进接收装置，获得了一系列堆积方式不同的图案化纳米纤维结构，如：沿纤维轴向整齐排列的anfs、轴向与径向垂直排列的纳米纤维等。高度取向和规则排列的纳米纤维由于具有特殊的力学、光学和电学性质，受到了研究者的极大关注。

静电纺丝可以实现模板赋形设计基本原理是利用电荷集中及承载体的尖端放电效应，其中模板结构设计，材质对特定形貌获得效果有直接的影响。通过改变接收模板的形状、材料性质和接收模板的运动状态，可以得到各种聚集形态的纳米纤维毡状材料。

技术实现要素：

基于以上现有技术，本发明的首要目的在于提供一种具有可控取向的抗菌玉米醇溶蛋白敷料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的具有可控取向的抗菌玉米醇溶蛋白敷料。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种具有可控取向的抗菌玉米醇溶蛋白敷料的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)将玉米醇溶蛋白溶于溶剂中，得到均匀的玉米醇溶蛋白溶液，然后加入抗菌活性成分，搅拌混合均匀后静置脱泡，得到含有抗菌成分的玉米醇溶蛋白溶液；

(2)将含有抗菌成分的玉米醇溶蛋白溶液通过静电纺丝方法，分别以具有规则排列的几何图形的网格模板作为接收器制得纤维敷料层，以表面具有规则排列条纹凸起结构的滚筒接收器接收得到纤维导流层；将纤维敷料层与纤维导流层叠加复合，得到玉米醇溶蛋白纤维膜功能层；

(3)将玉米醇溶蛋白纤维膜功能层与水刺布支撑层和聚丙烯薄膜阻隔层复合，由上至下依次为纤维敷料层、纤维导流层、水刺布支撑层和聚乙烯薄膜阻隔层，得到具有可控取向的抗菌玉米醇溶蛋白敷料。

优选地，步骤(1)中所述的溶剂是指质量浓度为40％～98％的乙醇或冰醋酸水溶液。

优选地，步骤(1)中所述玉米醇溶蛋白溶液中玉米醇溶蛋白的质量浓度为5％～40％。

优选地，所述抗菌活性成分包括但不局限于基于微生物或植物提取的抗菌活性成分；包括但不仅限于聚赖氨酸、丹皮酚、茶多酚、桉树油、玫瑰精油、芦荟提取物、金银花提取物、黄芩甙、银杏抗菌蛋白、柠檬草精油、荸荠皮提取物等天然抗菌提取物。

优选地，所述抗菌活性成分的加入量为玉米醇溶蛋白质量的0.01％～5％。

优选地，所述具有规则排列的几何图形的网格模板为六边形、矩形、菱形、正方形或圆形的网格模板，网格大小为0.1～3mm，密度为2～40个/cm²，厚度为0.1～2.0mm。

优选地，所述表面具有规则排列条纹凸起结构的滚筒接收器为直径为8～50cm，长度为10～90cm的圆柱滚筒；滚筒表面条纹凸起结构的条纹宽度d为0.3～1cm，密度为1～5个/cm(即相邻条纹凸起结构的间隔为0.2～1cm)、突起高度h为0.2～1cm、凸起角度α为100～150°。其结构示意图如图1所示。

优选地，所述纤维敷料层接收器的材质包括塑料、陶瓷、金属或合金；所述滚筒接收器的材质包括金属或合金。

优选地，所述静电纺丝的方法包括针头静电纺丝、狭缝静电纺丝、无针头自由表面线电极静电纺丝、无针头自由表面辊电极静电纺丝、无针头自由表面梭电极静电纺丝、无针头自由表面螺旋线电极静电纺丝或离心静电纺丝等。

优选地，所述玉米醇溶蛋白纤维膜功能层中纤维直径为50～2000nm。

一种具有可控取向的抗菌玉米醇溶蛋白敷料，通过上述方法制备得到。

本发明原理为：采用表面具有规整排列的几何图形的网格模板作为接收器，图形的排列影响了静电场的空间排布，网格空洞部分电场会减弱，纤维沉积较少，从而使纤维膜的结构与模板的图形相似，布满大量的微孔结构，增加敷料的透气性；采用表面具有规则排列条纹凸起结构的滚筒接收器制备纤维导流层，旋转的滚筒拉扯纤维，使得纤维在圆周或者沿着多边形棱角方向上形成取向结构，滚筒上的突起结构使得玉米醇溶蛋白纤维膜得到互补结构的纤维凹槽，玉米醇溶蛋白纤维亲水性差，液体扩散到导流层后，沿着纤维取向的方向流动，汇集在纤维凹槽内，这使得样品具有一定的临时储液能力，同时汇集的液体在凹槽内流动向外扩散，防止液体重新回流到伤口中，保持伤口干爽。

本发明的制备方法及所得到的敷料具有如下优点及有益效果：

(1)本发明的具有可控取向的抗菌玉米醇溶蛋白敷料加入天然抗菌活性成分，其抗菌效果好且无毒副作用，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的抑菌率达到99％以上。

(2)本发明的具有可控取向的抗菌玉米醇溶蛋白敷料采用具有良好生物相容性、生物可降解性的玉米醇溶蛋白为主体材料，对环境友好且经济环保。

(3)本发明采用静电纺丝或离心纺丝技术得到复合膜，所得复合膜具有高孔隙率和大比表面积，且其纤维结构与细胞外基质具有很好的相似性，可用于皮肤损伤或者手术后的皮肤恢复与再生用的敷料。

(4)本发明的制备方法得到的纤维敷料层中微孔结构对空气和水蒸气具有良好的渗透性或透气性，但对液态水的渗透具有较高的耐静水压性，即该种透气结构包含许多能从一个表面到另一个表面的开口或通道，其孔的大小能使空气和水蒸气分子通过薄膜，而对液态水分子具有良好的阻力；而且由于一种或多种抗菌剂的加入使得具有良好的抑菌活性，抗菌剂在一定条件下可以被释放出来，可以用作敷料材料。

(5)本发明的敷料从纤维敷料层到水刺布支撑层，敷料的吸湿性能逐渐增强，形成良好的导湿梯度。在差动毛细效应的作用下，实现定向导水。具有良好取向的导流层敷料能够在渗透和扩散之间达到一个稳定的平衡。当伤口渗出液或伤口脓物穿过纤维膜功能层到达导流层时，由于导流层具有一定厚度的蓬松结构及较大的纵向纤维分布，因而渗出液或脓物能快速被捕获并沿着纵向扩散，这样使得液体缓慢而有效地进入导流层，并且暂时将液体保存，避免了液体没有被及时吸收而造成的回渗，保持伤口干爽。

附图说明

图1为本发明滚筒表面条纹凸起结构的结构示意图；

图2为本发明实施例所得敷料的层叠结构示意图；

图3为本发明实施例1所得敷料中纤维敷料层与纤维导流层的结构示意图；

图4为本发明实施例2所得敷料中纤维敷料层与纤维导流层的结构示意图；

图5为本发明实施例3所得敷料中纤维敷料层与纤维导流层的结构示意图；

图中编号说明如下：1-聚丙烯薄膜阻隔层，2-水刺布支撑层，3-纤维导流层，4-纤维敷料层。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

取分析纯玉米醇溶蛋白粉末颗粒，选用质量浓度为40％的乙醇溶液作为溶剂，常温搅拌30min，得到质量浓度为5％均匀的玉米醇溶蛋白溶液；待玉米醇溶蛋白溶液冷却到室温后，再称取一定量的芦荟抗菌提取物加入玉米醇溶蛋白溶液中，常温搅拌1h，得到芦荟提取物质量百分含量为0.1％的玉米醇溶蛋白-植物抗菌提取物溶液，静置脱泡1h。将配好的混合溶液采用自由表面线电极静电纺丝方法制备玉米醇溶蛋白-植物提取物纤维导流层以及纤维敷料层。在65kv的电压下，玉米醇溶蛋白-植物抗菌提取物溶液在线电极的转速为10r/min条件下进行电纺，并在距针头约10cm处接收，选用直径为50cm、长度为90cm、转速为1200r/min的，表面具有宽度为1cm、密度为5个/cm、高度为1cm、凸起角度为120°的直线金属凸起滚筒接收器接收可得纤维导流层；选用表面具有大小为0.5mm、密度为40个/cm²、厚度为0.1mm圆形网格模板接收器接收可得纤维敷料层，所得纤维敷料层与纤维导流层的结构示意图如图3所示。将纤维敷料层与纤维导流层叠加复合，得到玉米醇溶蛋白纤维膜功能层。所得玉米醇溶蛋白纤维膜功能层中纤维直径为900～1200nm。将玉米醇溶蛋白纤维膜功能层与水刺布支撑层和聚丙烯薄膜阻隔层复合，由上至下依次为纤维敷料层、纤维导流层、水刺布支撑层和聚丙烯薄膜阻隔层，得到具有可控取向的抗菌玉米醇溶蛋白敷料。所得敷料的层叠结构示意图如图2所示。

本实施例所得抗菌玉米醇溶蛋白敷料的抗菌率测试：

取(10±0.1)ml琼脂于每个无菌培养皿，让琼脂固化。取需量琼脂，水浴加热至(45±1)℃。将菌液浓度为(1-5×10⁸cfu/ml)的细菌接种在150ml琼脂上，用力振荡容器使细菌均匀分散。倒(5±0.1)ml在培养皿上，让琼脂凝固。试验时采用接种时间一小时内的营养琼脂培养皿。按照eniso20645:2004方法操作。用灭菌镊子在培养物中间按压铺平一定面积的抗菌玉米醇溶蛋白敷料，使纤维敷料层和菌有良好接触，在(37±1)℃下培养18h到24h后活菌计数。按照eniso20645:2004方法测定活菌数，得到本实施例抗菌玉米醇溶蛋白敷料的抗菌率为99.67％。

实施例2

取分析纯玉米醇溶蛋白粉末颗粒，选用质量浓度为65％的乙醇溶液作为溶剂，常温搅拌30min，得到质量浓度为18％均匀的玉米醇溶蛋白溶液；待玉米醇溶蛋白溶液冷却到室温后，再称取一定量的丹皮酚加入玉米醇溶蛋白溶液中，常温搅拌1h，得到丹皮酚质量百分含量为0.4％的玉米醇溶蛋白-植物抗菌提取物溶液，静置脱泡1h。将配好的混合溶液采用针头静电纺丝方法制备玉米醇溶蛋白-植物提取物纤维导流层以及纤维敷料层。在9kv的电压下，玉米醇溶蛋白-植物抗菌提取物溶液以0.4ml/h/孔的流速进行电纺，并在距针头约10cm处接收，选用直径为9cm、长度为60cm、转速为1300r/min的，表面具有宽度为0.5cm、密度为5个/cm、高度为0.2cm、凸起角度为120°的直线金属凸起的滚筒接收器接收可得纤维导流层；选用表面具有大小为1mm、密度为30个/cm²、厚度为0.5mm正方形网格模板接收器接收可得纤维敷料层，所得纤维敷料层与纤维导流层的结构示意图如图4所示。将纤维敷料层与纤维导流层叠加复合，得到玉米醇溶蛋白纤维膜功能层。所得玉米醇溶蛋白纤维膜功能层中纤维直径约为800～1500nm。将玉米醇溶蛋白纤维膜功能层与水刺布支撑层和聚丙烯薄膜阻隔层复合，由上至下依次为纤维敷料层、纤维导流层、水刺布支撑层和聚丙烯薄膜阻隔层，得到具有可控取向的抗菌玉米醇溶蛋白敷料。所得敷料的层叠结构示意图如图2所示。

本实施例所得抗菌玉米醇溶蛋白敷料经测试抗菌率为99.95％。

实施例3

取分析纯玉米醇溶蛋白粉末颗粒，选用质量浓度为90％的冰醋酸溶液作为溶剂，常温搅拌30min，得到质量浓度为19％均匀的玉米醇溶蛋白溶液；待玉米醇溶蛋白溶液冷却到室温后，再称取一定量的桉树油加入玉米醇溶蛋白溶液中，常温搅拌1h，得到桉树油质量百分含量为0.01％的玉米醇溶蛋白-植物抗菌提取物溶液，静置脱泡1h。将配好的混合溶液采用无针头自由表面辊电极静电纺丝方法制备玉米醇溶蛋白-植物提取物纤维导流层以及纤维敷料层。在70kv的电压下，玉米醇溶蛋白-植物抗菌提取物溶液以0.4ml/h的流速进行电纺，并在距针头约10cm处接收，选用直径为40cm、长度为10cm、转速为1500r/min的，表面具有宽度为0.3cm、密度为1个/cm、高度为0.5cm、凸起角度为150°的直线金属凸起的滚筒接收器接收可得纤维导流层；选用表面具有大小为0.5mm、密度为30个/cm²、厚度为10mm正六边形网格模板接收器接收可得纤维敷料层，所得纤维敷料层与纤维导流层的结构示意图如图5所示。将纤维敷料层与纤维导流层叠加复合，得到玉米醇溶蛋白纤维膜功能层。所得玉米醇溶蛋白纤维膜功能层中纤维直径为1200～2000nm。将玉米醇溶蛋白纤维膜功能层与水刺布支撑层和聚丙烯薄膜阻隔层复合，由上至下依次为纤维敷料层、纤维导流层、水刺布支撑层和聚丙烯薄膜阻隔层，得到具有可控取向的抗菌玉米醇溶蛋白敷料。所得敷料的层叠结构示意图如图2所示。

本实施例所得抗菌玉米醇溶蛋白敷料经测试抗菌率为99.69％。

实施例4

取分析纯玉米醇溶蛋白粉末颗粒，选用质量浓度为98％的冰醋酸溶液作为溶剂，常温搅拌30min，得到质量浓度为20％均匀的玉米醇溶蛋白溶液；待玉米醇溶蛋白溶液冷却到室温后，再称取一定量的茶多酚加入玉米醇溶蛋白溶液中，常温搅拌1h，得到茶多酚质量百分含量为5％的玉米醇溶蛋白-植物抗菌提取物溶液，静置脱泡1h。将配好的混合溶液采用无针头自由表面螺旋电极静电纺丝方法制备玉米醇溶蛋白-植物提取物纤维导流层以及纤维敷料层。在60kv的电压下，玉米醇溶蛋白-植物抗菌提取物溶液以1.2ml/h的流速进行电纺，并在距针头约10cm处接收，选用直径为13cm、长度为60cm、转速为1600r/min的，表面具有宽度为1cm、密度为2个/cm、高度为1cm、凸起角度为100°的直线金属凸起的滚筒接收器接收可得纤维导流层；选用表面具有大小为1mm、密度为40个/cm²、厚度为5mm圆形网格模板接收器接收可得纤维敷料层，将纤维敷料层与纤维导流层叠加复合，得到玉米醇溶蛋白纤维膜功能层。所得玉米醇溶蛋白纤维膜功能层中纤维直径为700～1300nm。将玉米醇溶蛋白纤维膜功能层与水刺布支撑层和聚丙烯薄膜阻隔层复合，由上至下依次为纤维敷料层、纤维导流层、水刺布支撑层和聚丙烯薄膜阻隔层，得到具有可控取向的抗菌玉米醇溶蛋白敷料。所得敷料的层叠结构示意图如图2所示。

本实施例所得抗菌玉米醇溶蛋白敷料经测试抗菌率为99.99％。

实施例5

取分析纯玉米醇溶蛋白粉末颗粒，选用质量浓度为98％的乙醇溶液作为溶剂，常温搅拌30min，得到质量浓度为40％均匀的玉米醇溶蛋白溶液；待玉米醇溶蛋白溶液冷却到室温后，再称取一定量的聚赖氨酸加入玉米醇溶蛋白溶液中，常温搅拌1h，得到聚赖氨酸质量百分含量为3％的玉米醇溶蛋白-植物抗菌提取物溶液，静置脱泡1h。将配好的混合溶液采用离心静电纺丝方法制备玉米醇溶蛋白-植物提取物纤维导流层以及纤维敷料层。在35kv的电压下，玉米醇溶蛋白-植物抗菌提取物溶液以2.5ml/h的流速进行电纺，离心静电纺丝离心盘旋转速度为300r/min，并在距针头约10cm处接收，选用直径为8cm、长度为50cm、转速为1500r/min的，表面具有宽度为0.8cm、密度为1个/cm、高度为1cm、凸起角度为110°的直线金属凸起的滚筒接收器接收可得纤维导流层；选用表面具有大小为3mm、密度为2个/cm²、厚度为20mm圆形网格模板接收器接收可得纤维敷料层，将纤维敷料层与纤维导流层叠加复合，得到玉米醇溶蛋白纤维膜功能层。所得玉米醇溶蛋白纤维膜功能层中纤维直径为1000～1500nm。将玉米醇溶蛋白纤维膜功能层与水刺布支撑层和聚丙烯薄膜阻隔层复合，由上至下依次为纤维敷料层、纤维导流层、水刺布支撑层和聚丙烯薄膜阻隔层，得到具有可控取向的抗菌玉米醇溶蛋白敷料。所得敷料的层叠结构示意图如图2所示。

本实施例所得抗菌玉米醇溶蛋白敷料经测试抗菌率为99.98％。

实施例6

取分析纯玉米醇溶蛋白粉末颗粒，选用质量浓度为90％的冰醋酸溶液作为溶剂，常温搅拌30min，得到质量浓度为25％均匀的玉米醇溶蛋白溶液；待玉米醇溶蛋白溶液冷却到室温后，再称取一定量的芦荟抗菌提取物加入玉米醇溶蛋白溶液中，常温搅拌1h，得到芦荟抗菌提取物质量百分含量为2％的玉米醇溶蛋白-植物抗菌提取物溶液，静置脱泡1h。将配好的混合溶液采用无针头自由表面梭电极静电纺丝方法制备玉米醇溶蛋白-植物提取物纤维导流层以及纤维敷料层。在10kv的电压下，玉米醇溶蛋白-植物抗菌提取物溶液以3.0ml/h的流速进行电纺，并在距针头约10cm处接收，选用直径为12cm、直径为80cm、转速为1400r/min的，表面具有宽度为0.3cm、密度为2个/cm、高度为0.4cm、凸起角度为125°的直线金属凸起的滚筒接收器接收可得纤维导流层；选用表面具有大小为2mm、密度为20个/cm²、厚度为8mm菱形网格模板接收器接收可得纤维敷料层，将纤维敷料层与纤维导流层叠加复合，得到玉米醇溶蛋白纤维膜功能层。所得玉米醇溶蛋白纤维膜功能层中纤维直径为1000～1200nm。将玉米醇溶蛋白纤维膜功能层与水刺布支撑层和聚丙烯薄膜阻隔层复合，由上至下依次为纤维敷料层、纤维导流层、水刺布支撑层和聚丙烯薄膜阻隔层，得到具有可控取向的抗菌玉米醇溶蛋白敷料。所得敷料的层叠结构示意图如图2所示。

本实施例所得抗菌玉米醇溶蛋白敷料经测试抗菌率为99.93％。

实施例7

取分析纯玉米醇溶蛋白粉末颗粒，选用质量浓度为95％的乙醇溶液作为溶剂，常温搅拌30min，得到质量浓度为25％均匀的玉米醇溶蛋白溶液；待玉米醇溶蛋白溶液冷却到室温后，再称取一定量的芦荟和按树油(质量比1:2)复合抗菌提取物加入玉米醇溶蛋白溶液中，常温搅拌1h，得到复合抗菌提取物质量百分含量为1.0％的玉米醇溶蛋白-植物抗菌提取物溶液，静置脱泡1h。将配好的混合溶液采用针头静电纺丝方法制备玉米醇溶蛋白-植物提取物纤维导流层以及纤维敷料层。在13kv的电压下，玉米醇溶蛋白-植物抗菌提取物溶液以0.4ml/h/孔的流速进行电纺，并在距针头约10cm处接收，选用直径为20cm、长度为60cm、转速为1800r/min的，表面具有宽度为1cm、密度为1个/cm、高度为0.5cm、凸起角度为135°的直线金属凸起的滚筒接收器接收可得纤维导流层；选用表面具有大小为1mm、密度为30个/cm²、厚度为0.5mm正方形网格模板接收器接收可得纤维敷料层，将纤维敷料层与纤维导流层叠加复合，得到玉米醇溶蛋白纤维膜功能层。所得玉米醇溶蛋白纤维膜功能层中纤维直径为50～1000nm。将玉米醇溶蛋白纤维膜功能层与水刺布支撑层和聚丙烯薄膜阻隔层复合，由上至下依次为纤维敷料层、纤维导流层、水刺布支撑层和聚丙烯薄膜阻隔层，得到具有可控取向的抗菌玉米醇溶蛋白敷料。所得敷料的层叠结构示意图如图2所示。

本实施例所得抗菌玉米醇溶蛋白敷料经测试抗菌率为99.99％。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。