本发明涉及医用敷料
技术领域：
，尤其涉及一种加速创面愈合的烧伤科用生物凝胶及其制备方法。
背景技术：
：烧伤是由接触火焰、热液体、蒸汽、热表面、电流、极酸或极碱性化学物质而引起的皮肤损伤。烧伤使维持内环境稳定和阻止病原体入侵的皮肤屏障发生破坏，加之大量的变性坏死组织的存在和富含蛋白的体液渗出，细菌会在创面大量繁殖，引起脓毒血症伴血行性感染。目前仍是烧伤死亡的主要原因之一，而创面是烧伤感染的主要来源。皮肤烧创伤护理中最常见的并发症为伤口感染，此过程伴随着大量渗出液，致使多种生长因子和细胞外基质被分解，表皮生长和伤口愈合过程受阻。敷料是临床上广泛使用的一种治疗皮肤创伤的医用材料，能为创口提供一个湿润的环境从而加速伤口的愈合。传统敷料主要包括干纱布、油纱、绷带等，主要由棉纤维织成，用于感染性伤口无抗菌效果，渗液管理能力有限，无法促进伤口愈合。海藻酸盐具有来源广泛、生物相容、无毒的特点。海藻酸钙水凝胶制备的伤口敷料具有能够为伤口提供湿润愈合环境、止血和低成本等优点，但是其功能单一，无抗菌活性，凝胶力学性能不足且不具备自修复性能，限制了其进一步地应用。胶原蛋白作为机体组织成分，用作组织支架材料具有诸多优势，但其机械强度较低，进入机体易被蛋白酶水解等缺点限制了其应用。细菌纳米纤维素来源广泛，成本低，且具有独特的天然纳米纤维三维网状结构、超高的持水能力、湿态下优异的力学强度以及良好的生物相容性。作为敷料不仅能为伤口提供湿润的环境，符合目前的湿性疗法理念，可作为新型医用敷料代替传统纱布。申请号为cn201610020947.8的发明专利公开了一种医用细菌纤维素凝胶。该凝胶选取能分泌细菌纤维素的菌株活化制备成种子液；将明胶加入水中，加热搅拌，制得质量百分浓度为5%~15%的明胶溶液；将海藻酸用浓度为0.1mol/l的氢氧化钠溶液加热溶解，配制成质量百分浓度在5%~10%的海藻酸钠黄色乳状溶液；将制备的种子液、明胶溶液和海藻酸钠溶液混合，搅拌均匀；将丙三醇添加至上述的混合溶液中，在50~60℃共混0.5~1h，再将共混液进行过滤、静置即得。但是该凝胶存在结构稳定性不佳，无抗菌活性且功能单一的缺陷。技术实现要素：针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种多功能的加速创面愈合的烧伤科用生物凝胶及其制备方法。为了实现上述发明目的，本发明提供了一种加速创面愈合的烧伤科用生物凝胶的制备方法，包括如下步骤：s1，发酵培养制备得到凝胶状细菌纳米纤维素湿膜，将所述细菌纳米纤维素湿膜置于去离子水中，进行高速剪切3~5min，得到预定质量浓度的细菌纳米纤维素浆液；将所述细菌纳米纤维素浆液避光处理，并加入预定量的高碘酸钠在35~45℃下进行氧化反应12~18h，反应结束后，进行抽滤洗涤及冷冻干燥后处理，制备得到改性的细菌纳米纤维素；s2，在步骤s1制备的所述改性的细菌纳米纤维素中加入去离子水并高速匀浆处理，制备得到预定质量浓度的改性的细菌纳米纤维素分散液；将所述改性的细菌纳米纤维素分散液加入到预定质量浓度的海藻酸钠溶液中，搅拌10~14h，得到混合均匀的混合液；s3，将胶原蛋白加入去离子水中，35~40℃水浴下缓慢搅拌至所述胶原蛋白溶胀均匀，静置1~2h，得到胶原蛋白溶胀液；将所述胶原蛋白溶胀液和步骤s2制备的所述混合液混合均匀，35~45℃水浴下顺着一个方向缓慢搅拌20~30min后，放入硼酸和氯化钙混合交联溶液中浸渍2~3h，洗涤后制备得到复合生物水凝胶；s4，将步骤s3制备的所述复合生物水凝胶，浸泡于预定质量分数的聚已亚甲基盐酸溶液中0.5~1h后，取出并除去表面多余水分，制备得到加速创面愈合的烧伤科用生物凝胶。优选的，在步骤s1所述细菌纳米纤维素浆液中，细菌纳米纤维素的质量浓度为0.5~2wt%。优选的，在步骤s1中，所述高碘酸钠与所述细菌纳米纤维素的质量比为(2~3)：5。优选的，在步骤s2所述混合液中，所述改性的细菌纳米纤维素与所述海藻酸钠的质量比为1：(3~6)。优选的，在步骤s3中，所述胶原蛋白与所述混合液中的所述改性的细菌纳米纤维素的质量比为(1~3)：1。优选的，在步骤s3所述混合交联水溶液中，所述硼酸的质量分数为0.5~2%，所述氯化钙的质量分数为1~2%。优选的，在步骤s4所述聚已亚甲基盐酸溶液中，聚已亚甲基盐酸的质量分数为0.001~0.005%。为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种由上述的制备方法制备得到的加速创面愈合的烧伤科用生物凝胶。所述加速创面愈合的烧伤科用生物凝胶由改性的细菌纳米纤维素、海藻酸钠和胶原蛋白三者进行双交联反应而成。所述加速创面愈合的烧伤科用生物凝胶具备自愈合能力和抗菌性能。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的加速创面愈合的烧伤科用生物凝胶的制备方法，采用改性的细菌纳米纤维素、海藻酸钠和胶原蛋白三者进行双交联反应，制备得到具备自修复能力和优异抗菌性能的多功能烧伤科用生物凝胶，其机理在于：1）本发明以高碘酸钠为氧化剂，将细菌纳米纤维素氧化裂解，对细菌纳米纤维素分子2，3位上的羟基进行氧化，制备得到改性后的细菌纳米纤维素（双醛基细菌纳米纤维素）；然后利用希夫碱交联反应使得双醛基细菌纳米纤维素上的两个醛基与胶原蛋白分子上的氨基反应，形成热可逆的亚胺键，制备得到具备一定自修复能力且热力学结构稳定的改性纳米纤维素/胶原蛋白复合生物凝胶。2）本发明将双醛细菌纳米纤维素与海藻酸钠进行共混，并将共混液置于含有预定量硼酸抗菌剂的硼酸/氯化钙混合交联水溶液中进行钙交联，制备得到具备一定抗菌性能且均匀交联的离子型水凝胶。再通过浸渍法，在水凝胶内引入具有优异光谱抗菌性能的阳离子型抗菌剂聚已亚甲基盐酸溶液，硼酸和聚已亚甲基盐酸两者协同，进一步显著提升复合水凝胶的抗菌性能，制备得到具备优异抗菌性能的改性纳米纤维素/海藻酸钠复合生物凝胶。3）本发明将上述的希夫碱交联反应和钙交联反应进行结合，制备出双交联体系的复合生物水凝胶，将亚胺键可逆交联和离子型交联进行联合，以海藻酸钠钙交联网络为支架结构，使得具备三维纳米网状结构的希夫碱交联水凝胶与钙交联离子型水凝胶支架相互混合形成双交联互穿网络结构，促使复合生物水凝胶的力学性能得到提升，同时还具备优异的稳定性能和热可逆自修复性能。4）本发明提供的制备方法综合了改性细菌纳米纤维素/海藻酸钠/胶原蛋白三者的优异性能，制备出的多功能复合生物水凝胶具备三维微纳米尺寸的网状结构，优异的生物相容性和吸水溶胀性，能够为烧伤创面营造良好的湿性愈合环境，有效防止伤口粘连，促进烧伤创面伤口渗出物的吸收和引流；同时，该复合生物水凝胶的力学性能得到增强、广谱抗菌性能稳定、促凝血性能明显提高，能够减少病原体入侵并且加速肉芽组织与再上皮化的形成速度，该多功能复合水凝胶中各功能多重因素进行联合作用，由此，协同达到加速烧伤创面愈合的功能。具体实施方式与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供了一种加速创面愈合的烧伤科用生物凝胶的制备方法，包括如下步骤：s1，发酵培养制备得到凝胶状细菌纳米纤维素湿膜，将所述细菌纳米纤维素湿膜置于去离子水中，进行高速剪切3~5min，得到预定质量浓度的细菌纳米纤维素浆液；将所述细菌纳米纤维素浆液避光处理，并加入预定量的高碘酸钠在35~45℃下进行氧化反应12~18h，反应结束后，进行抽滤洗涤及冷冻干燥后处理，制备得到改性的细菌纳米纤维素；s2，在步骤s1制备的所述改性的细菌纳米纤维素中加入去离子水并高速匀浆处理，制备得到预定质量浓度的改性的细菌纳米纤维素分散液；将所述改性的细菌纳米纤维素分散液加入到预定质量浓度的海藻酸钠溶液中，搅拌10~14h，得到混合均匀的混合液；s3，将胶原蛋白加入去离子水中，35~40℃水浴下缓慢搅拌至所述胶原蛋白溶胀均匀，静置1~2h，得到胶原蛋白溶胀液；将所述胶原蛋白溶胀液和步骤s2制备的所述混合液混合均匀，35~45℃水浴下顺着一个方向缓慢搅拌20~30min后，置于硼酸和氯化钙混合交联水溶液中浸渍2~3h，洗涤后制备得到复合生物水凝胶；s4，将步骤s3制备的所述复合生物水凝胶，浸泡于预定质量分数的聚已亚甲基盐酸溶液中0.5~1h后，取出并除去表面多余水分，制备得到加速创面愈合的烧伤科用生物凝胶。进一步地，在步骤s1所述细菌纳米纤维素浆液中，细菌纳米纤维素的质量浓度为0.5~2wt%。进一步地，在步骤s1中，所述高碘酸钠与所述细菌纳米纤维素的质量比为(2~3)：5。进一步地，在步骤s2所述混合液中，所述改性的细菌纳米纤维素与所述海藻酸钠的质量比为1：(3~6)。进一步地，在步骤s3中，所述胶原蛋白与所述混合液中的所述改性的细菌纳米纤维素的质量比为(1~3)：1。进一步地，在步骤s3所述混合交联水溶液中，所述硼酸的质量分数为0.5~2%，所述氯化钙的质量分数为1~2%。进一步地，在步骤s4所述聚已亚甲基盐酸溶液中，聚已亚甲基盐酸的质量分数为0.001~0.005%。下面通过具体的实施例对本发明做进一步的详细描述。实施例1一种加速创面愈合的烧伤科用生物凝胶的制备方法，包括如下步骤：s1，取活化的菌种接种到液体发酵培养基中，30℃下静置培养10天，制备得到细菌纳米纤维素膜，将细菌纳米纤维素膜取出，去离子水冲洗后，浸入1%naoh溶液中于80℃处理4h，反复多次以除去残存的菌体和培养基，去离子水清洗至中性后121℃灭菌20min，得到白色半透明凝胶状的细菌纳米纤维素湿膜；将所述细菌纳米纤维素湿膜置于去离子水中，进行高速剪切3~5min，得到质量浓度为1.2wt%的细菌纳米纤维素浆液；将所述细菌纳米纤维素浆液避光处理，并加高碘酸钠在40℃下进行氧化反应18h，反应结束后，进行抽滤洗涤及冷冻干燥后处理，制备得到改性的细菌纳米纤维素。其中，所述高碘酸钠与所述细菌纳米纤维素的质量比为1：2。s2，在步骤s1制备的所述改性的细菌纳米纤维素中加入去离子水并高速匀浆处理，制备得到质量浓度为2.0wt%的改性的细菌纳米纤维素分散液100ml；将所述改性的细菌纳米纤维素分散液加入到400ml质量浓度为2.0wt%的海藻酸钠溶液中，搅拌14h，得到混合均匀的混合液；s3，将胶原蛋白加入去离子水中，40℃水浴下缓慢搅拌至所述胶原蛋白溶胀均匀，静置1h，得到200ml质量浓度为2.0wt%的胶原蛋白溶胀液；将所述胶原蛋白溶胀液和步骤s2制备的所述混合液混合均匀，40℃水浴下顺着一个方向缓慢搅拌25min后，置于硼酸和氯化钙混合交联水溶液中浸渍2.5h，用去离子水洗涤至中性后制备得到复合生物水凝胶；其中，所述混合交联水溶液中，所述硼酸的质量分数为2%，所述氯化钙的质量分数为2%。s4，将步骤s3制备的所述复合生物水凝胶，浸泡于质量分数为0.005%的聚已亚甲基盐酸溶液中1h后，取出并除去表面多余水分，制备得到加速创面愈合的烧伤科用生物凝胶。本实施例中，在步骤s1中，以高碘酸钠（naio4）为氧化剂，对细菌纳米纤维素分子2，3位上的羟基进行氧化裂解，制备得到双醛基细菌纳米纤维素，反应如下所示：在步骤s3中，首先，利用希夫碱交联反应使得双醛基细菌纳米纤维素上的两个醛基与胶原蛋白分子上的氨基反应，形成热可逆的亚胺键交联水凝胶。然后，海藻酸钠进行钙交联反应，得到离子型水凝胶。本发明将亚胺键交联水凝胶和钙交联离子型水凝胶进行联合反应，使得具备三维纳米网状结构的希夫碱交联水凝胶与钙交联离子型水凝胶相互混合形成双交联互穿网络结构，促使复合生物水凝胶的力学性能得到提升，且结构稳定。同时，复合生物水凝胶内孔隙较多，且孔与孔之间互相连通，有利于细胞存活所需养料的输送及气体传输。本发明提供的制备方法综合了改性细菌纳米纤维素/海藻酸钠/胶原蛋白三者的优异性能，制备出的多功能复合生物水凝胶具备三维纳米网状结构，优异的生物相容性和吸水溶胀性，能够为烧伤创面营造良好的湿性愈合环境，有效防止伤口粘连，促进烧伤创面伤口渗出物的吸收和引流；同时，该复合生物水凝胶的力学性能得到增强、广谱抗菌性能稳定、促凝血性能明显提高，能够减少病原体入侵并且加速肉芽组织与再上皮化的形成速度，该多功能复合水凝胶中各功能进行联合作用，由此，协同达到加速烧伤创面愈合的功能。实施例2-5与实施例1的不同之处在于：胶原蛋白与改性细菌纳米纤维素质量比设置不同，以及改性细菌纳米纤维素与海藻酸钠的质量比设置不同，其它步骤均与实施例1相同，在此不再赘述，参数设置如表1所示。表1为实施例1-5的参数设置实施例m(胶原蛋白)：m(改性细菌纳米纤维素)m(海藻酸钠)：m(改性细菌纳米纤维素)实施例12：14：1实施例21：14：1实施例33：14：1实施例42：13：1实施例52：16：1本发明中，胶原蛋白中的氨基与改性细菌纳米纤维素的醛基发生希夫碱反应，随着胶原蛋白与改性细菌纳米纤维素质量比的增大，改性细菌纳米纤维素醛基的消耗率呈现先提高后稳定基本不变的趋势，表面改性细菌纳米纤维素分子上的醛基与胶原蛋白上的氨基反应较为彻底，由此生成的希夫碱交联反应水凝胶结构稳定，相比于通过氢键作用维持的水凝胶，其具备更优异的稳定性能，且具备一定的热可逆自修复功能。本发明中，海藻酸钠钙交联水凝胶为支架结构，具备三维纳米网状结构的希夫碱交联水凝胶与钙交联水凝胶形成双交联互穿网络结构，起到内部支撑作用，使得水凝胶结构更加稳定。随着海藻酸钠与改性细菌纳米纤维素质量比的减小，水凝胶内部平均孔径变小且更加均匀，水凝胶致密性增强，有利于减少病原体入侵的几率，透气性能略微下降。对比例1与实施例1的不同之处在于：在步骤s1中不进行高碘酸钠的氧化改性反应，制备的是未进行改性处理的细菌纳米纤维素。与实施例1相比，对比例1中细菌纳米纤维素与胶原蛋白生成的水凝胶仅靠氢键作用维持，结构极不稳定，容易受到外力作用而破坏，且不具备热可逆自修复性能。对比例2与实施例1的不同之处在于：在步骤s3中，采用氯化钙的质量分数为2%的钙交联水溶液。对比例3与实施例1的不同之处在于：不进行步骤s4聚已亚甲基盐酸溶液的浸泡步骤。对比例4与实施例1的不同之处在于：不采用硼酸溶液和聚已亚甲基盐酸溶液，进行空白对照。对实施例1及对比例2至4进行金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌试验，结果如表2所示。(材料抗菌性的定性检测方法采用抑菌圈法，根据gb/t20944.1-2007标准，选用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌进行测试。)表2为实施例1及对比例2-4的抗菌性能参数实施例金黄色葡萄球菌抑菌带宽度大肠杆菌抑菌带宽度实施例13.0mm2.0mm对比例22.5mm1.5mm对比例32.5mm1.0mm对比例4无抑菌圈无抑菌圈选用对比例4不采用抗菌剂处理制备的复合生物水凝胶在金黄色葡萄球菌和大肠杆菌培养皿中无抑菌圈，且在水凝胶下方细菌也并未得到抑制，即复合水凝胶未显示出抗菌性能。对比例2中采用聚已亚甲基盐酸溶液浸泡后，水凝胶表现出明显的抗菌性能，金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌宽带分别达到2.5mm和1.5mm。对比例3中采用硼酸后，水凝胶的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌宽带分别达到2.5mm和1.0mm。实施例1中采用硼酸和聚已亚甲基盐酸溶液对水凝胶进行处理，进行联合抗菌时，金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌宽带分别达到3.0mm和2.0mm，表明两者协同，有效提升了复合水凝胶的抗菌性能，能够有效防止病原体入侵和细菌感染，进一步加速烧伤创面的愈合速度。综上所述，本发明提供了加速创面愈合的烧伤科用生物凝胶及其制备方法。首先，采用高碘酸钠对细菌纳米纤维素进行氧化反应，制备得到改性的细菌纳米纤维素；然后，将其分散于水中，制备改性的细菌纳米纤维素分散液，并与海藻酸钠溶液混合得到混合液；接着，将该混合液和胶原蛋白溶胀液进行混合搅拌处理后，再置于硼酸和氯化钙混合交联水溶液中进行交联反应，制备得到复合生物凝胶；最后，将该复合生物凝胶浸泡于聚已亚甲基盐酸溶液中，制备得到加速创面愈合的烧伤科用生物凝胶。本发明制备的加速创面愈合的烧伤科用生物凝胶具备优异的稳定性能和热可逆自修复性能，还具有优异的生物相容性、吸水溶胀性和广谱抗菌性能。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。当前第1页12