一种胶原/壳聚糖复合海绵生物敷料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于医用高分子材料领域，具体涉及一种胶原/壳聚糖复合海绵生物敷料 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 胶原蛋白是细胞外基质的主要结构成分，具有卓越的生物相容性、低抗原性、高降 解性、良好的止血性能和促进细胞生长和迀移等优良性能。壳聚糖是一种线性多糖，是甲壳 素的脱乙酰产物，具有优异的性能，如抗菌性、血液吸收能力、生物降解性和生物相容性。胶 原和壳聚糖的优良性能使其在组织工程材料方面具有广阔的应用前景。
[0003] 胶原和壳聚糖分子表面有大量的亲水性基团，使由其制备的复合海绵吸水性强， 伤口的渗出液容易致使复合海绵结构坍塌，其降解速率快，不利于新生表皮细胞的增殖、迀 移，因此许多研究通过引入交联剂来提高胶原类海绵敷料的力学性能和稳定性，减缓其降 解速率，如Lie Ma等人引入戊二醛来提高胶原/壳聚糖敷料的力学性能和稳定性；也有如[0004] 伤口表面营养丰富、湿润、温暖，给细菌的繁殖创造了一个绝佳的环境。近年来，伤 口细菌感染的问题越来越严重，生命体面临着严重的威胁，因此抑制细菌的增长和繁殖也 迫在眉睫。目前的抗菌剂主要可分为有机抗菌剂和无机抗菌剂，有机抗菌剂容易引起机体 的抗性反应，临床医用等大多采用无机抗菌剂。无机抗菌剂主要包括离子型和光催化型两 大类。离子型抗菌剂通过缓慢释放具有抗菌作用的金属离子达到抗菌作用，目前使用最广 泛的是银系抗菌剂，但是此类型的抗菌剂存在成本高、易变色、防霉抗菌作用弱等不足。
[0005] 与离子型抗菌剂相比，以1102为代表的光催化型抗菌剂是目前更具有开发前景和 研究价值的无机抗菌剂。可用于光催化抗菌剂的主要材料为n型半导体，其中Ti0 2、ZnO和 CdS的催化活性最高。ZnO在水中不稳定，粒子表面生成Zn (OH)2,影响抗菌效果；而CdS在 光照下不稳定，会产生有毒性的Cd2+。而110 2由于具有良好的化学稳定性和安全无毒等特 性，在抗菌材料领域得到了广泛的应用。1102抗菌材料可以利用光催化反应中产生的高能 羟基自由基来迅速、有效地分解细菌赖以生存和生长的有机营养物质，从而达到抑制和杀 菌的目的。Matsunaga等研究发现，TiO 2具有广谱抗菌的特点，对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄 色葡萄球菌、沙门氏菌、芽杆菌等都有很强的杀灭能力。与普通抗菌材料相比，TiO 2光催化 抗菌材料具有耐老化、耐高温、抗菌能力强和持续时间长等优点。
[0006] -般伤口的愈合周期为8~20天，烧伤或者大面积烫伤需要更长的愈合周期。在 伤口愈合周期内，伤口容易感染引起伤口发炎，延缓伤口愈合时间，甚至引起机体免疫紊 乱，危机生命。因此，防止伤口感染、给伤口愈合过程提供一个无菌的环境至关重要。
[0007] 目前已经报道很多有关胶原与壳聚糖共混并通过冷冻干燥法制备海绵状敷料，经 过生物试验检测此类创伤敷料表现出优异的修复功能，但是其抗菌效果都不理想。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供了一种胶原/壳聚糖复合海绵生物敷料及其制备方法。
[0009] 基于上述目的，本发明采取了以下技术方案：一种胶原/壳聚糖复合海绵生物敷 料，该生物敷料由胶原、壳聚糖以及纳米二氧化钛复合而成，所述纳米二氧化钛占胶原和壳 聚糖总重的1~5% ;胶原和壳聚糖的重量百分比组成为：胶原50~70%、壳聚糖30~50%。
[0010] 所述胶原的分子量为200~300KDa。
[0011] 所述胶原采用酸-酶结合法从猪皮中提取而得。
[0012] 所述壳聚糖的脱乙酰度多90%，有利于提高敷料的力学性能。
[0013] 所述纳米二氧化钛为锐钛矿型，其平均粒径为20~30nm，锐钛矿型纳米二氧化钛 具有很好的光催化效果，可以抑制细菌生长和病毒的活性，具有杀菌、除臭、防霉的效果。
[0014] 所述胶原/壳聚糖复合海绵生物敷料的制备方法，包括以下步骤： 1) 将胶原和壳聚糖溶于醋酸溶液中分别得到胶原溶液和壳聚糖溶液； 2) 将壳聚糖溶液、胶原溶液混合得到胶原/壳聚糖混合液； 3) 利用溶胶-凝胶技术制备纳米二氧化钛水溶胶； 4) 将纳米二氧化钛水溶胶加入到胶原/壳聚糖混合液中后，除泡，于0~8°C下放置 8~12h后，冷冻干燥即得。
[0015] 步骤1)中所述醋酸溶液的浓度为0. 01~0. 5M，所述胶原溶液的浓度为5~15g/ L ;所述壳聚糖溶液的浓度为5~15g/L。
[0016] 所述步骤4)采用真空除泡法除泡；冷冻干燥的温度为-90~-30°C。
[0017] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 1)本发明敷料安全、抗菌效果好，具有良好的生物相容性，且力学性能及稳定性能强， 避免了采用交联剂交联法所带来的毒素残留和二次冻干带来的结构塌陷等问题；伤口敷料 的坍塌主要是由于其中分子间的键合作用比较弱，遇到极性强的水，很容易坍塌，而纳米二 氧化钛能够与胶原、壳聚糖产生氢键结合，从而改善敷料的力学性能，纳米二氧化钛刚好弥 补了这一点。
[0018] 2)本发明制备方法简便可行，条件温和，采用酸-酶结合法保证了胶原蛋白保持 较好的天然生物活性，制得的产品具有良好的生物相容性。利用溶胶-凝胶技术制备的纳 米二氧化钛粒径分布均一（20~30nm)，且表面还有大量的羟基基团，而胶原和壳聚糖分子 上也有大量的羟基、氨基基团，胶原/壳聚糖混合溶液中加入纳米二氧化钛水溶胶，纳米二 氧化钛能够和胶原、壳聚糖之间形成较强的氢键作用，增强海绵敷料整体的力学性能，避免 弓丨入化学交联剂(如戊二醛、EDC等）带来的毒性残留问题。
[0019] 3)本发明采用溶胶-凝胶技术制备纳米二氧化钛水溶胶，制得的纳米二氧化钛晶 型为锐钛矿，经抗菌试验检测，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和绿脓杆菌具有较强的抗菌杀 菌效果，能够保证伤口敷料具有长效抗菌性能，在伤口愈合过程中给伤口提供一个无菌的 环境。同时，改变了以往纳米粒子混入复合体的方法，将制备的纳米二氧化钛水溶胶掺入其 中，避免了纳米粒子掺入混合体过程中纳米粒子团聚的现象，能够保证纳米二氧化钛在胶 原/壳聚糖溶液及敷料体系中较好的分散性。
【附图说明】
[0020] 图1是实施例1制得纳米TiO2粉末的XRD谱图； 图2样品0、样品1、样品2、样品3、样品4 (从左至右）的数码照片图； 图3是样品0、1、2、3、4断面的扫描电镜照片； 图4是样品3 (CCS-5%)的EDS能谱图； 图5是胶原（Col)、壳聚糖（CS)、纳米TiO2W及样品0和样品3的红外谱图； 图6是胶原（Col )、壳聚糖（CS)以及样品0、1、2、3、4经溶菌酶降解实验结果； 图7是样品0、1、2、3、4抑菌圈实验结果； 图8是样品0、1、2、3、4抑制金黄色葡萄球菌生长的扫描电镜（SEM)图； 图9是样品3的红细胞聚集的扫描电镜（SEM)图（X400); 图10是样品〇、1、2、3、4促进红细胞聚集的SEM图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合具体实施例，对本发明作进一步的说明。
[0022] 实施例1纳米TiO2水溶胶的制备及性能分析 1. 1纳米TiO 2水溶胶的制备方法：本发明针对用于胶原/壳聚糖复