本发明涉及医用新材料领域，特别涉及一种改性胶原基质载药医用海绵及其制备方法。
背景技术
现有的医用海绵种类繁多，以海绵的材质进行分类，可分为合成类和生物类。鉴于对医用海绵生物相容性要求越来越高，目前生物类医用海绵也成为主要使用材料。目前研究较多的生物海绵的材料来源主要包括胶原、甲壳素及其衍生物、海藻酸盐等。天然的生物高分子材料具有可阵解的特点，且不同的材料具有其独特的生物活性，是医药材料领域中未来发展的一个重要趋势。其中，胶原是主要的细胞外基质成分，具有三股螺旋结构，能为细胞提供一个适宜的环境，促进细胞的茹附、增殖，具有生物活性高、生物相容性好的特点。胶原蛋白还具有可以与血小板凝聚从而促进止血、原生组织再生等优点，对皮肤创伤的修复有较强的促进作用。由胶原蛋白制成的胶原海绵具有多孔结构，粘附性好，其分子中含有大量的羟基使得其亲水及吸水性良好。并且，现有很多麻醉、止痛或止血的药物亲水性强，以多孔胶原基质作为海绵基质材料，装载上述药物从而制备改性胶原基质载药医用海绵。
但鉴于胶原基质作为高分子材料，该物质整体作为海绵基质材料使用时，露在基质表面的亲水性基团有限，其能够装载的药物剂量也相应受限，影响整个海绵药效强度和用药效果。为此，如何增大胶原海绵基质材料的载药量，显著提高海绵的药效功能，成为医用海绵领域研究热点。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有胶原基质医用海绵存在药物装载量剂量小，药效不显著问题，提供一种改性胶原基质载药医用海绵及其制备方法。本发明所述改性胶原基质载药医用海绵是将多孔胶原基质，通过微生物改性剂自身生化反应产生的大量亲水性活性基团改性处理，增加多孔胶原基质表面的亲水性基团的数量和亲水极性，从而显著增大该改性胶原基质对亲水性药物的载药剂量，起到增强医用海绵药效作用。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种改性胶原基质载药医用海绵，是将多孔胶原基质经微生物改性剂改性处理后，再利用改性后多孔胶原基质表面的极性基团完成药物装载而制得；
所述微生物改性剂包括镰状纤维素菌、木醋杆菌和酵母菌；所述微生物改性剂具有协同增效作用，能通过生化反应显著增加多孔胶原基质表面的亲水性基团数量，并增强其亲水性极性；同时，该活性基团能够与胶原基质及亲水性药物之间相容性好，键接强度适当，即有利于在制备过程中药物的装载，也有利于海绵实际使用过程中药物的缓释释放；此外，所述微生物改性剂对胶原基质的改性程度更易控制，对胶原基质的自身力学性能影响作用小；
所述药物载体为不与多孔胶原基质反应且为亲水性的药物；优选为不与多孔胶原基质反应且为亲水性的止血、杀菌、消炎、促伤口愈合和/或麻醉镇痛药物；更优选为白芨多糖、壳聚糖、盐酸卡丁因中任意一种或多种。
优选地，所述的微生物改性剂中镰状纤维素菌、木醋杆菌和酵母菌的质量比为1︰1-3︰3-5；优选的微生物改性剂对多孔胶原基质的改性效果更好，得到的改性多孔胶原基质表面上的亲水基团更多，对药物的装载剂量更大，海绵的药效效果更好；并且，上述微生物及其发酵产物安全性较高，更符合医用海绵的使用安全性要求。最优选，所述的微生物改性剂中镰状纤维素菌、木醋杆菌和酵母菌的质量比为1︰3︰4。
为了实现上述发明目的，本发明还进一步提供了一种改性胶原基质载药医用海绵的制备方法，包括以下步骤：
(1)用微生物改性剂配制改性整理液；用药物载体配制药物载体液；
(2)用胶原蛋白液制备多孔胶原基质；
(3)将步骤(2)中制备的多孔胶原基质，浸入步骤(1)制备的改性整理液中进行改性处理；
(4)取出步骤(3)中经过改性处理的多孔胶原基质，去除多孔胶原基质中附着的微生物，得到改性多孔胶原基质；
(5)将步骤(4)中制备的改性多孔胶原基质浸入步骤(1)制备的药物载体液中，进行药物装载后，再经消毒定型，即得到所述改性胶原基质载药医用海绵。
一种改性胶原基质载药医用海绵的制备方法，具体通过利用微生物生化反应，对多孔胶原基质表面进行改性处理，使改性后多孔胶原基质表面上的亲水性基团数量增多，各基团的亲水极性增强，再借助上述亲水性基团与亲水性药物之间的键接作用，显著提高多孔胶原基质的药物装载量；并且，亲水药物与胶原基质表面的极性基团之间的键合强度恰当，可起到药物缓释效果。本发明方法制备得到的改性胶原基质载药医用海绵载药剂量大，用药效果显著，药效持久，可广泛供于各科室医用；本发明制备方法简单、可靠，适合改性胶原基质载药医用海绵的大规模工业化生产。
优选地，步骤(1)中所述改性整理液，具体由15-30％的微生物改性剂，2-3％蛋白胨，0.5-2％的琼脂和60-80％的水混合后，在20-40℃下培养1-2h后所得。其中，蛋白胨和琼脂为微生物的代谢提供养分，使微生物改性剂在上述营养液中，经特定时间预先培养繁殖增强生命力后，再对多孔胶原基质表面进行充分生化改性增加亲水性基团。其中，营养物质含量过高或预培养时间过长，营养成分充足微生物生化反应过度，微生物对棉纤维面料的生化作用减弱，对棉纤维面料的改性效果降低；含量过低或预培养时间过长，营养成分缺少或微生物自身生命力，微生物活性及其生化反应强度降低，对棉纤维面料的改性效果同样降低。
优选地，步骤(1)中的所述药物载体，可选用白芨多糖、壳聚糖、盐酸卡丁因等亲水性药物中的任意一种或几种；结合上述亲水性药物与多孔胶原基质表面的亲水基团之间的键合作用，使上述具有抗炎、消毒、止血、促进伤口愈合和麻醉镇痛功能的药物更好地键合在胶原基质表面，从而使制备的医用海绵具备多效复合作用；更优选地，所述药物载体液，具体由所述药物载体和纯水，按固液比2-5:1混合制得。将所述药物载体和纯水混合制成药物载体液，便于药物载体与多孔胶原基质表面之间的键合装载。但若混合固液比例过高，导致药物分散不均匀，无法广泛装载在多孔胶原基质表面；若混合固液比例过低，导致药物载体液过稀，装载过于分散，同样降低多孔胶原基质的药物装载量。
优选地，步骤(2)中所述用胶原蛋白液制备多孔胶原基质，具体包括如下操作：取质量分数为20-40％的胶原蛋白液，分别用紫外线照射致孔、物理交联致孔和/或化学交联致孔方式制得。其中，用质量分数20-40％的胶原蛋白液结合上述致孔方式，将胶原基质制成多孔结构，有利于进一步扩大胶原基质与药物载体之间的装载物理表面积，从而有利于增大药物装载量。进一步，考虑到胶原基质自身的固型作用，更优选地，所述多孔胶原基质的孔隙率为50-80％。
优选地，步骤(3)中改性处理的温度为30-60℃，改性处理的时间为5-20h。
优选地，步骤(4)中去除多孔胶原基质中附着的微生物的方法为紫外线杀菌处理，且紫外线杀菌处理的紫外线的照射强度为20-60kw.s/cm2，照射时间为20-40h。其中，在紫外线杀菌处理时，将紫外线照射强度控制在上述范围内，有利于利用紫外线照射作用，将微生物杀灭除尽，保证医用海绵使用安全性；同时，确保对基质表面大部分结合键的保护作用。若紫外线照射强度过高，则容易导致基质表面与药物载体之间的结合键的大量断裂，降低基质的载药量和缓释效果；但若过低，则对微生物杀菌不彻底，使最终制备的医用海绵不符合安全性能指标。
更优选地，将上述经过紫外线照射杀灭微生物后的多孔胶原基质，用频率为100-120khz的超声波处理20-30min，将灭活后的微生物遗体从多孔胶原基质表面清除，进一步确保医用海绵的使用安全性。
优选地，步骤(5)中改性海绵多孔基质在药物载体液中的浸泡温度为20-40℃，浸泡时间为2-4h。
优选地，步骤(5)中所述的消毒定型，指在20-30℃下，用uc-v-254nm紫外线照射30-60min。
与现有技术相比，本发明的有益效果：。
1、本发明所述改性胶原基质载药医用海绵，通过利用微生物生化反应，对多孔胶原基质表面进行改性处理，使改性后多孔胶原基质表面上的亲水性基团数量增多，各基团的亲水极性增强，再借助上述亲水性基团与亲水性药物之间的键接作用，显著提高多孔胶原基质的药物装载量，从而显著提高医用海绵的药效强度和用药效果。
2、本发明所述改性胶原基质载药医用海绵，通过利用微生物生化反应，对多孔胶原基质表面进行改性处理，改性效果好，改性程度可控，使亲水药物与胶原基质表面的极性基团之间的键合强度恰当，可起到药物缓释效果。
3、本发明所述改性胶原基质载药医用海绵，载药剂量大，用药效果显著，药效持久，可广泛供于各科室医用；且均为天然原材料，无污染，天然性好。
4、本发明所述改性胶原基质载药医用海绵的制备方法，简单、可靠，适合改性胶原基质载药医用海绵的大规模工业化生产。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
(1)用微生物改性剂，按微生物改性剂15％，蛋白胨2％，琼脂0.5％和水80％混合后，在20℃下培养2h后得到改性整理液；所述微生物改性剂中镰状纤维素菌、木醋杆菌和酵母菌的质量比为1︰1︰3；用白芨多糖药物载体按固液比2:1和纯水混合配制药物载体液；
(2)取质量分数为20％的胶原蛋白液，分别用紫外线照射致孔方式制得孔隙率为80％的多孔胶原基质；
(3)将步骤(2)中制备的多孔胶原基质，浸入步骤(1)制备的改性整理液中，在30℃温度下，改性处理20h。
(4)取出步骤(3)中经过改性处理的多孔胶原基质，在60kw.s/cm2紫外线照射强度下，照射时间为20h，进行紫外杀菌，杀灭多孔胶原基质中附着的微生物，得到改性多孔胶原基质；
(5)将步骤(4)中制备的改性多孔胶原基质浸入步骤(1)制备的药物载体液中，40℃温度下，浸泡时间2h后，取出；再在30℃下，用uc-v-254nm紫外线照射30min，进行消毒定型，即得到改性胶原基质载药医用海绵。
实施例2
(1)用微生物改性剂，按微生物改性剂30％，蛋白胨3％，琼脂2％和水60％混合后，在40℃下培养1h后得到改性整理液；所述微生物改性剂中镰状纤维素菌、木醋杆菌和酵母菌的质量比为1︰3︰5；用壳聚糖药物载体按固液比4:1和纯水混合配制药物载体液；
(2)取质量分数为40％的胶原蛋白液，分别用物理交联致孔方式制得孔隙率为60％的多孔胶原基质；
(3)将步骤(2)中制备的多孔胶原基质，浸入步骤(1)制备的改性整理液中，在50℃温度下，改性处理16h。
(4)取出步骤(3)中经过改性处理的多孔胶原基质，在20kw.s/cm2紫外线照射强度下，照射时间为40h，进行紫外杀菌，杀灭多孔胶原基质中附着的微生物后，再用频率为120khz的超声波处理20min，将灭活后的微生物遗体从多孔胶原基质表面清除，得到改性多孔胶原基质；
(5)将步骤(4)中制备的改性多孔胶原基质浸入步骤(1)制备的药物载体液中，30℃温度下，浸泡时间3h后，取出；再在25℃下，用uc-v-254nm紫外线照射40min，进行消毒定型，即得到改性胶原基质载药医用海绵。
实施例3
(1)用微生物改性剂，按微生物改性剂20％，蛋白胨2.5％，琼脂1％和水70％混合后，在30℃下培养1.5h后得到改性整理液；所述微生物改性剂中镰状纤维素菌、木醋杆菌和酵母菌的质量比为1︰2︰4；用盐酸卡丁因药物载体按固液比5:1和纯水混合配制药物载体液；
(2)取质量分数为30％的胶原蛋白液，分别用化学交联致孔方式制得孔隙率为65％的多孔胶原基质；
(3)将步骤(2)中制备的多孔胶原基质，浸入步骤(1)制备的改性整理液中，在60℃温度下，改性处理5h。
(4)取出步骤(3)中经过改性处理的多孔胶原基质，在40kw.s/cm2紫外线照射强度下，照射时间为30h，进行紫外杀菌，杀灭多孔胶原基质中附着的微生物，用频率为100khz的超声波处理30min，将灭活后的微生物遗体从多孔胶原基质表面清除，得到改性多孔胶原基质；
(5)将步骤(4)中制备的改性多孔胶原基质浸入步骤(1)制备的药物载体液中，20℃温度下，浸泡时间4h后，取出；再在20℃下，用uc-v-254nm紫外线照射60min，进行消毒定型，即得到改性胶原基质载药医用海绵。
对比例1
该对比例参照实施例1设置，其与实施例1相比，其区别仅在于：将微生物改性剂改为：镰状纤维素菌、醋酸菌和酵母菌的质量比为1︰1︰3；
其余特征均不变，制得一种改性胶原基质载药医用海绵。
对比例2
该对比例参照实施例1设置，其与实施例1相比，其区别仅在于：将微生物改性剂改为：镰状纤维素菌、木醋杆菌和酵母菌的质量比为1︰4︰3,；
其余特征均不变，制得一种改性胶原基质载药医用海绵。
对比例3
该对比例参照实施例2设置，其与实施例2相比，其区别仅在于：将改性整理液的配制改为：按微生物改性剂30％，蛋白胨3％，琼脂2％和水60％混合后，在40℃下培养2h后得到；
其余特征均不变，制得一种改性胶原基质载药医用海绵。
对比例4
该对比例参照实施例2设置，其与实施例2相比，其区别仅在于：将改性整理液的配制改为：按微生物改性剂30％，蛋白胨3％，琼脂2％和水60％混合后，在15℃下培养2h后得到；
其余特征均不变，制得一种改性胶原基质载药医用海绵。
对比例5
该对比例参照实施例2设置，其与实施例2相比，其区别仅在于：将步骤(4)中紫外线杀菌处理步骤改为：
将经过改性处理的多孔胶原基质，在15kw.s/cm2紫外线照射强度下，照射时间为40h，进行紫外杀菌，杀灭多孔胶原基质中附着的微生物后，再用频率为120khz的超声波处理20min，将灭活后的微生物遗体从多孔胶原基质表面清除，得到改性多孔胶原基质；
其余特征均不变，制得一种改性胶原基质载药医用海绵。
对比例6
该对比例参照实施例1设置，其与实施例1相比，其区别仅在于：将步骤(4)中紫外线杀菌处理步骤改为：
将经过改性处理的多孔胶原基质，在70kw.s/cm2紫外线照射强度下，照射时间为20h，进行紫外杀菌，杀灭多孔胶原基质中附着的微生物，得到改性多孔胶原基质；
其余特征均不变，制得一种改性胶原基质载药医用海绵。
将上述实施例1-3和对比例1-6的改性胶原基质载药医用海绵，进行性能检测，实验检测数据记录如表所示：
其中，载药量(％)＝(药物载体用量一改性基质载药后留存在药物载体液中的药物载体量)/多孔胶原基质重量×100％；
无菌度代表对医用海绵中活菌数量检测指标，无菌度越高代表医用海绵中活菌数量越少，无菌度达到100％则表示最终所得医用海绵中没有检测到活菌。
10d释放度(％)＝(医用海绵原载药量-10天后医用海绵载药量)/医用海绵原载药量×100％；
20d释放度(％)＝(医用海绵原载药量-20天后医用海绵载药量)/医用海绵原载药量×100％。
从上表统计结果可知：实施例1-3制备得到的改性胶原基质载药医用海绵载药量大，无菌安全性高、缓释效果好，药效显著持久；而对比例1中，微生物改性剂种类发生改变，协同增效作用消失，导致对胶原基质表面改性效果造成影响，改性后胶原基质医用海绵的载药量显著下降；对比例2中，改变本发明所述微生物改性剂的质量配比关系，也导致协同增效作用减弱，改性后胶原基质医用海绵的载药量显著下降；对比例3中延长改性整理液制备过程中微生物预培养时间，导致微生物在预培养过程中生化反应过度，降低了微生物在胶原基质表面上的生化反应改性效果，从而导致改性后胶原基质医用海绵的载药量显著下降；与对比例3相反，对比例4中则缩短了整理液制备过程中微生物预培养时间，导致微生物在预培养过程中繁殖不充分，微生物自身生命力不够强大，在一定程度上降低了微生物在胶原基质表面上的生化反应改性效果，同样导致改性后胶原基质医用海绵的载药量降低；对比例5中减小紫外杀菌过程中紫外线照射强度，导致对微生物杀灭不彻底，影响改性后胶原基质医用海绵的使用安全性；对比例6中则因增大，紫外杀菌过程中紫外线照射强度，导致对改性后胶原基质表面亲水基团的破坏，导致改性后胶原基质医用海绵载的载药量显著下降。