一种具有抗菌抑菌功能的细菌纤维素敷料及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有抗菌抑菌功能的细菌纤维素敷料及其制备方法与应用，属于生物医学材料领域。
技术背景
[0002]细菌纤维素是一种重要的天然高分子材料，因为具有良好的生物相容性而被广泛应用于组织工程的各个领域。由于细菌纤维素材料具有良好的力学性能和优良的保水能力，其在创面敷料中的应用极受关注。在临床过程中，体表创面常伴有感染情况，而细菌纤维素本身没有抗菌抑菌的能力，难以用于高感染风险的大面积烧伤创面、慢性难愈创面等，因此临床实践的需求对细菌纤维素创面敷料又提出了新的要求。功能性创面敷料可以有效提高治疗效果，缩短创面愈合时间，是现代医疗迫切需要的新型生物医学材料。
[0003]现有的报道中，赋予细菌纤维素敷料抗菌抑菌功能主要是通过各种方法向细菌纤维素敷料中添加各种纳米银抗菌材料。例如，中国发明专利，公开号:CN103041438A，采用浸渍法将纳米银材料负载于细菌纤维素中形成抗菌性复合膜；中国发明专利，公开号:CN101905031A，采用浸泡法制备磺胺嘧啶银/细菌纤维素复合膜。
[0004]本发明以干燥的细菌纤维素膜为原料，经适度溶胀后进行化学改性，向纤维素分子中引入含有羧基的侧链，并进一步通过原位反应向细菌纤维素中负载纳米氧化锌，获得具有良好抗菌抑菌功能的细菌纤维素敷料，克服已有方法和技术的不足。到目前为止，尚无相关文献资料报道。
【发明内容】
[0005]发明人通过对现有技术的综合分析发现现有技术中存在以下不足:
1.现有技术普遍采用负载纳米银的方式实现细菌纤维素敷料的抗菌抑菌功能化，虽然纳米银的抗菌性能已取得普遍认识，但是其长期大范围使用导致的生物积累和毒副作用已不可忽视；
2.现有技术普遍采用浸泡法进行细菌纤维素敷料的功能化，通过渗透作用实现纳米材料的负载，一方面纳米材料的负载量十分有限，另一方面纳米材料在细菌纤维素敷料中的结合稳定性较差，易于脱落游离。
[0006]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有抗菌抑菌功能的细菌纤维素敷料及其制备方法，制备流程简单且可以通过反应参数的调节控制不同的目标产品性能，获得的产物不仅符合创面敷料的基本要求，而且还具有良好的抗菌抑菌功能，且性能稳定、可长期保存。
[0007]本发明通过以下技术方案来实现:
一种具有抗菌抑菌功能的细菌纤维素敷料，包括细菌纤维素和纳米氧化锌，所述纳米氧化锌通过原位反应的方式负载到所述细菌纤维素上。所述纳米氧化锌通过化学键结合到细菌纤维素分子上，两者结合牢固，不易脱落游离，材料稳定性好，纳米氧化锌的负载量可达到较高水平且负载量可通过制备过程中的投料量灵活控制。
[0008]作为可选方式，在上述细菌纤维素敷料中，所述细菌纤维素和纳米氧化锌之间通过羧酸基团进行连接。所述的羧酸基团可以通过多种反应方式在细菌纤维素分子中引入，例如氯乙酸钠、酸酐等。通过计算模拟方法可知采用酸酐反应后引入的侧链羧基(BC-MA)与氧化锌的吸附能量和结合能量均比乙酸侧链(BC-CA)与氧化锌的作用强，如图1所示；同时，细菌纤维素与酸酐的反应条件简单，可控性较好，因此采用酸酐为原料一方面有利于细菌纤维素的改性控制，另一方面也有利于使纳米氧化锌在细菌纤维素上更稳定的结合；所述的酸酐可以是顺丁烯二酸酐(又称马来酸酐)、柠康酸酐、顺-3-羧基戊烯二酸酐(顺式乌头酸酐)等不饱和酸酐或丁二酸酐、戊二酸酐等饱和酸酐中的至少一种。优先选用环状或含羧基的不饱和酸酐，可以以酯键形式向细菌纤维素分子链上引入具有羧基的侧链基团，有效提高纳米氧化锌的结合稳定性。
[0009]作为可选方式，在上述细菌纤维素敷料中，纳米氧化锌的质量百分含量为5~70%，进一步 9~65% ;更进一步，30~60%。
[0010]作为可选方式，在上述细菌纤维素敷料中，所述敷料呈薄膜状。
[0011]作为可选方式，在上述细菌纤维素敷料中，所述敷料中纳米氧化锌的含量通过乙酸锌溶液的浓度、细菌纤维素的浸泡时间以及原位反应时间等参数调节在一定范围内可控。
[0012]本发明还提供了一种上述具有抗菌抑菌功能的细菌纤维素敷料的制备方法，将细菌纤维素经适度溶胀、化学改性及负载纳米氧化锌原位反应后，产物经清洗、干燥后获得具有抗菌抑菌功能的细菌纤维素敷料。
[0013]作为可选方式，在上述制备方法中，所述的适度溶胀具体包括以下步骤:
I)将干燥的细菌纤维素或细菌纤维素膜置于溶胀体系中，并在室温~80°c下浸泡或搅拌2~12小时至适度均匀溶胀。适度溶胀有利于更加均匀的化学改性与纳米氧化锌原位合成。
[0014]作为可选方式，所述溶胀体系是含7_llwt% LiCl的LiCl/DMAc (氯化锂/ 二甲基乙酰胺)溶液体系或TEAC浓度为15-35%的DMS0/TEAC (二甲基亚砜/四乙基氯化铵)溶液体系或1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐([AMIM] Cl)或1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([EMM] Ac)等离子液体中的一种。溶胀体系选择不会对纤维素分子产生化学作用，且不会与酸酐有化学反应，达到能使细菌纤维素膜溶胀但又不能使其溶解的溶胀条件。
[0015]作为可选方式，在上述制备方法中，所述的化学改性具体包括以下步骤:
1)将酸酐于搅拌条件下加入到溶胀的细菌纤维素体系中，酸酐的摩尔数是细菌纤维素中可反应羟基摩尔数的0.5-50倍；原料的摩尔比是影响细菌纤维素衍生物分子上羧基侧链接枝率的主要因素之一；
2)向上述步骤I)所得的反应液中加入摩尔数占细菌纤维素中可反应羟基摩尔数0-20%的催化剂，所述的催化剂是吡啶、2-氨基吡啶、4-( 二甲氨基)吡啶(DMAP)中的一种；
3)在30-100°C下反应2-8h后，将反应后的细菌纤维素或细菌纤维素膜转移至清洗剂中充分清洗。作为可选，所述的清洗剂是乙醇、甲醇、异丙醇中的一种。清洗剂旨在去除未反应的原料和物理吸附的反应产物，同时也为后续的纳米氧化锌原位合成准备条件。
[0016]作为可选，所述的酸酐可以是顺丁烯二酸酐(又称马来酸酐)、柠康酸酐、顺-3-羧基戊烯二酸酐(顺式乌头酸酐)等不饱和酸酐或丁二酸酐、戊二酸酐等饱和酸酐中的至少一种。优先选用环状或含羧基的不饱和酸酐，可以以酯键形式向细菌纤维素分子链上引入具有羧基的侧链基团，有效提高纳米氧化锌的结合稳定性。
[0017]作为可选方式，在上述制备方法中，所述的负载纳米氧化锌原位反应具体包括以下步骤:
1)将化学改性后的细菌纤维素或细菌纤维素膜加入到适量含有0.005 mol/L - 0.20mol/L乙酸锌的甲醇或乙醇溶液中进行负载纳米氧化锌的原位反应，在30-80°C下充分搅拌 0.5-3 h ；
2)向上述步骤I)的溶液中加入含有0.01mol/L -0.40 mol/L氢氧化钠的等体积甲醇或乙醇溶液中，在30-80°C下充分搅拌反应1-5 ho
[0018]作为可选方式，在上述制备方法中，所述清洗、干燥步骤具体为:将原位反应后的细菌纤维素或细菌纤维素膜取出，用去离子水充分清洗，经冷冻干燥获得海绵状敷料或海绵状薄膜后，再在80-120°C烘箱中干燥1-4 h，经灭菌处理后获得具有抗菌抑菌作用的细菌纤维素敷料。
[0019]本发明还提供了一种上述的具有抗菌抑菌功能的细菌纤维素敷料的应用:将其制成医用敷料，应用于一定适应症的体表烧伤创面、长期慢性溃疡创面等体表缺损与创面的治疗与修复。
[0020]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0021]本发明的有益效果:
1、本发明采用原位反应负载纳米氧化锌的方式赋予细菌纤维素敷料优良的抗菌抑菌功能，避免使用具有潜在风险的纳米银材料，而使用具有一定促愈和辅助治疗的纳米氧化锌为抗菌抑菌材料，对于大面积烧伤和长期慢性溃疡等体表创面的治疗具有更好的效果。
[0022]2、本发明所述的具有抗菌抑菌功能的细菌纤维素敷料的制备方法操作简单，改性反应程度可控，且采用优选条件制备的细菌纤维素敷料克服了现有方法制备同类产品的缺陷。通过该方法可以均匀负载纳米氧化锌且能稳定结合，发挥良好的抗菌抑菌功能，同时也具有促进伤口愈合的功效。
【附图说明】
[0023]图1为细菌纤维素和不同侧链基团的细菌纤维素衍生物与氧化锌的计算模拟结果，其中BC表示未改性的细菌纤维素侧链基团，BC-CA表示经氯乙酸钠改性的细菌纤维素衍生物，BC-MA表示经马来酸酐改性的细菌纤维素衍生物。
[0024]图2为细菌纤维素和不同改性接枝率的细菌纤维素的FTIR图谱，其中BC-O为未改性细菌纤维素样品，BC-MA/Zn0 I为低接枝率的细菌纤维素样品，BC-MA/Zn0 2为高接枝率的细菌纤维素样品。
[0025]图3为细菌纤维素和不同纳米氧