一种仿生干湿粘附力自调节敷料及其制备方法和应用

1.本发明涉及高分子医用材料领域，具体涉及一种仿生干湿粘附力自调节敷料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.近年来，随着国际上流行传染性疾病的不断蔓延，人口老龄化护理需求增加，国内医疗体系的不断完善，居民健康意识、消费水平的提升，中国医用敷料市场规模呈现快速增长趋势。医用敷料是一种可以暂时替代受损皮肤，为机体提供一个有效的屏障及伤口愈合环境的材料，因此医用敷料的研究也一直是伤口愈合研究的关键。随着科技的不断发展，人们意识到使用敷料的目的不只是为了覆盖伤口，还必须能帮助伤口愈合，能够控制和吸收渗出物、阻挡细菌为组织生长提供良好环境、使用方便、容易揭取。这对多功能、新材质、高附加值的医用敷料的需求日趋迫切。现代敷料也就此进入了我们的视野，与传统敷料相比，现代敷料是伤口愈合观点从干性愈合到湿度疗法的体现，是一种高端的医用敷料，可提高伤口愈合速度，减轻患者的不适，在揭除或更换时不会对伤口造成二次伤害，而且在使用期间，患者的日常活动不受影响，极大的提高了患者的医疗体验。因此，人们对现代敷料的需求不断增加，但在产品创新、技术研发等方面仍与发达国家存在一定差距，这就要求我们加大对医用敷料的研究。
3.目前，以水胶体敷料作为代表的现代医用敷料，在临床上应用广泛并获得了满意效果。水胶体敷料是在湿性愈合原理指导下发展起来的一类新型伤口敷料，是由亲水性高分子颗粒与橡胶弹性体混合加工而成，其中的亲水性高分子颗粒通常为羧甲基纤维素，作为一类重要的新型创面敷料，水胶体敷料有以下优点：
①
具有吸收创面渗液的能力，吸收渗液后，敷料中的亲水性颗粒会可形成类似凝胶的半固体物质，附着于伤口基部，提供并维持有利于创面愈合的湿性环境
②
有粘性，可形成密闭创面。密闭的愈合环境能够促进微血管的增生和肉芽组织的形成，从而加速创面愈合。
③
可发挥清创功能。一方面，水胶体含有内源性的酶，能促进纤维蛋白的溶解；另一方面，水胶体敷料所提供的密闭环境，有利于巨噬细胞清除坏死组织。
4.但是，亲水性颗粒吸收渗液后易溶胀变形导致敷料变软且易失粘，不易维持原来形状，易降低患者的体验感。因此，为解决该问题以满足使用者的需求，制备干湿粘附力可控且吸液后不易变形的敷料是极具挑战性的。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术不足，本发明的目的是提供一种仿生干湿粘附力自调节敷料及其制备方法和应用，所述敷料能够对干湿度不一的接触面进行粘附力自调节，解决敷料吸水溶胀后变软、失粘的问题。
6.本发明提供一种仿生干湿粘附力自调节敷料，所述敷料包括以下重量份数的组分：
7.苯乙烯
‑
异戊二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物7份
‑
8份；
8.高分子量聚异丁烯5份
‑
6份；
9.低分子量聚异丁烯10份
‑
12份；
10.增粘树脂4份
‑
5份；
11.抗老化剂0.5份
‑
0.7份
12.环烷油3份
‑
3.5份；
13.羧甲基纤维素钠11份
‑
13份；
14.壳聚糖3份
‑
3.5份；
15.微晶纤维素3.2份
‑
5.5份；
16.所述微晶纤维素的尺寸为20～50μm。
17.本发明加入的微晶纤维素是天然纤维素经稀酸水解至极限聚合度的可自由流动的极细微的短棒状或粉末状多孔状颗粒。由于微晶纤维素主要成分为以β
‑
1，4
‑
葡萄糖苷键结合的直链式多糖类物质，易形成分子内和分子间的氢键网络，增强了分子链的刚性，使其具有紧密排列的高侧序的结晶区，不具纤维性而流动性极强，在接触伤口表面后其体积及形状基本保持不变，提高敷料吸湿后的硬度。
18.同时，所述微晶纤维素与壳聚糖之间存在强烈的氢键作用力，可形成交联的网状结构，使敷料的持粘时长和吸水性能得到提升。
19.另外，本发明加入的微晶纤维素尺寸为20～50μm，这一尺寸下的微晶纤维素粒径小，可压性好，可以更好的分散在连续相压敏胶基体中，水分含量更低，湿度灵敏性高，更利于构建微米柱状吸水通道，将皮肤表面的液体由敷料底部输送到顶部，在不同排液量时，使敷料可进行干湿皮肤粘附力自响应，实现智能调控。所述微晶纤维素还增强了敷料的韧性，改善了敷料吸湿后的形变。
20.进一步，所述高分子量聚异丁烯的分子量12
‑
20万，改善敷料的内聚力和弹性，所述低分子量聚异丁烯的分子量为4
‑
8.5万，为制备的敷料提供更好的粘性和可加工性能。
21.进一步，所述增粘树脂为c5石油树脂；所述抗老化剂为抗老化剂1010。
22.本发明还公开一种仿生干湿粘附力自调节敷料的制备方法，其包括以下步骤：
23.步骤一：将苯乙烯
‑
异戊二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物、高分子量聚异丁烯、低分子量聚异丁烯、抗老化剂、增粘树脂和环烷油分别投入热分散设备中，在100℃
‑
140℃下，搅拌混合均匀得到连续相压敏胶；
24.步骤二：将温度降至100℃以下，继续往热分散设备中加入羧甲基纤维素钠、壳聚糖和微晶纤维素，并搅拌混合均匀形成水胶体；
25.步骤三：将步骤二得到的水胶体挤出或模压成型，得到所述干湿粘附力自调节敷料。
26.本发明采用上述制备方法，工艺简单，反应条件易得，反应时间短，制备的敷料易储存，成本低廉。
27.进一步，所述微晶纤维素使用前先进行预处理，所述预处理步骤包括：将微晶纤维素加入去离子水中，在高速剪切机中进行剪切得到20～50μm的微晶纤维素，在水胶体敷料中分散均匀，与壳聚糖更好的进行交联。
28.进一步，所述微晶纤维素的预处理步骤包括：将微晶纤维素加入去离子水中，先超
声波下混合均匀，然后在高速剪切机中进行剪切0.5
‑
1.5h，离心10
‑
15min，再经无水乙醇洗涤，自然干燥得到20～50μm的微晶纤维素。
29.进一步，所述步骤一的热分散设备分别包括转矩流变仪、密炼机或螺杆挤出机。
30.进一步，所述步骤一中，在100℃
‑
140℃下，搅拌混合10
‑
20min得到连续相压敏胶；所述步骤二中，搅拌混合30
‑
50min形成水胶体。
31.进一步，所述步骤三的模压成型为：在平板硫化机下先在140
‑
160℃高温下进行热压排气泡，再常温下冷压进一步排气泡，制得厚度为0.8
‑
1cm的敷料。
32.本发明还公开仿生干湿粘附力自调节敷料的应用，所述仿生干湿粘附力自调节敷料在皮肤病伤口、感染性溃疡伤口、褥疮伤口、外科伤口中作为医用敷料应用。
33.本发明的优点及有益效果为：
34.1、本发明的仿生干湿粘附力自调节敷料因为加入了20～50μm尺寸的微晶纤维素，使微晶纤维素与其他物料分散更均匀，更好地发挥微晶纤维素疏水导水的作用，在接触伤口表面后其体积及形状基本保持不变，提高敷料吸湿后的硬度，进一步提高敷料吸湿后的粘附力，根据接触面的不同干湿度表现出不同的粘附力，解决了敷料吸湿后易变软，失粘的问题，增加患者的体验感。
35.2、本发明制备的仿生干湿粘附力自调节敷料持粘时长可超过1小时，满足患者需求。
36.3、本发明的制备方法工艺简单，反应条件易得，反应时间短，成本低廉。
37.4、本发明所使用原材料来源丰富，而且壳聚糖、微晶纤维素均具有较好的生物相容性，制得的水胶体敷料为环境友好型功能材料。
38.5、本发明所制备的仿生干湿粘附力自调节敷料受昆虫、壁虎等生物的启发，研究并观察了这些生物可以在不同湿度环境、各种固体表面以及不同角度上保持快速移动，即可以在固体表面产生可逆粘附，这些动物主要通过脚趾的可逆黏附力来实现这一动作，其脚趾上的精细微纳刚毛或平滑结构起着决定性作用，基于此本发明加入短棒状微晶纤维素，在敷料中构建微米柱状阵列，模拟昆虫、壁虎等脚趾上的精细微纳刚毛，利用干湿环境下黏附能力的差异来触发材料黏附性能的可逆调控，实现敷料的干湿粘附力自调节。
具体实施方式
39.实施例1
40.微晶纤维素的预处理方法
41.将50g微晶纤维素800ml去离子水中，超声波下混合均匀，在高速剪切机中进行剪切0.5h(8000r/min)，离心15min(9800r/min)，用无水乙醇洗涤三次，然后自然干燥，获取尺寸为20～50μm的微晶纤维素。
42.实施例2
43.微晶纤维素的预处理方法
44.将50g微晶纤维素800ml去离子水中，超声波下混合均匀，在高速剪切机中进行剪切1.5h(8000r/min)，离心10min(9800r/min)，用无水乙醇洗涤三次，然后自然干燥，获取尺寸为20～50μm的微晶纤维素。
45.实施例3
46.微晶纤维素的预处理方法
47.将50g微晶纤维素800ml去离子水中，超声波下混合均匀，在高速剪切机中进行剪切1h(8000r/min)，离心10min(9800r/min)，用无水乙醇洗涤三次，然后自然干燥，获取尺寸为20～50μm的微晶纤维素。
48.实施例4
49.一种仿生干湿粘附力自调节敷料的制备方法，包括以下步骤：
50.(1)将转矩流变仪的温度调至140℃，扭矩则设为100r/min，7.14g苯乙烯
‑
异戊二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物、5.10g高分子量聚异丁烯(分子量为12万)、10.71g低分子量聚异丁烯(分子量为4万)、4.08g石油树脂、0.51g抗老化剂、3.06g环烷油依次加入调好的转矩流变仪中密炼10分钟，然后将转矩流变仪温度调至100℃，待转矩流变仪温度降至100℃时，将3.06g壳聚糖、11.0g羧甲基纤维素钠、5.50g实施例1所制备的微晶纤维素依次加入转矩流变仪中密炼30分钟后取出。
51.(2)将步骤(1)中取出的水胶体在平板硫化机下先以150℃高温热压，再常温下冷压，冷压后得到厚度为1cm的仿生干湿粘附力自调节敷料。
52.实施例5
53.一种仿生干湿粘附力自调节敷料的制备方法，包括以下步骤：
54.(1)将转矩流变仪的温度调至140℃，扭矩则设为100r/min，7.29g苯乙烯
‑
异戊二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物、5.21g高分子量聚异丁烯(分子量为12万)、10g低分子量聚异丁烯(分子量为4万)、4.17g石油树脂、0.50g抗老化剂、3.13g环烷油依次加入调好的转矩流变仪中密炼10分钟，然后将转矩流变仪温度调至100℃，待转矩流变仪温度降至100℃时，将3.0g壳聚糖、11.46g羧甲基纤维素钠、4.17g实施例1所制备的微晶纤维素依次加入转矩流变仪中密炼30分钟后取出。
55.(2)将步骤(1)中取出的水胶体在挤出机下先以80℃挤出，然后150℃热压成厚度为1cm的仿生干湿粘附力自调节敷料。
56.实施例6
57.一种仿生干湿粘附力自调节敷料的制备方法，包括以下步骤：
58.(1)将转矩流变仪的温度调至140℃，扭矩则设为100r/min，7.45g苯乙烯
‑
异戊二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物、6g高分子量聚异丁烯(分子量为15万)、11.17g低分子量聚异丁烯(分子量为6万)、4.26g石油树脂、0.53g抗老化剂、3.19g环烷油依次加入调好的转矩流变仪中密炼10分钟，然后将转矩流变仪温度调至100℃，待转矩流变仪温度降至100℃时，将3.0g壳聚糖、11.7g羧甲基纤维素钠、3.2g实施例3所制备的微晶纤维素依次加入转矩流变仪中密炼40分钟后取出。
59.(2)将步骤(1)中取出的水胶体在平板硫化机下先以140℃高温热压，再常温下冷压，冷压后取出得到厚度为0.9cm的仿生干湿粘附力自调节敷料。
60.实施例7
61.一种仿生干湿粘附力自调节敷料的制备方法，包括以下步骤：
62.(1)将转矩流变仪的温度调至100℃，扭矩则设为100r/min，7.61g苯乙烯
‑
异戊二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物、5.43g高分子量聚异丁烯(分子量为20万)、11.41g低分子量聚异丁烯(分子量为4万)、4g石油树脂、0.54g抗老化剂、3.26g环烷油依次加入调好的转矩流变仪
中密炼20分钟，然后将转矩流变仪温度调至80℃，待转矩流变仪温度降至80℃时，将3.26g壳聚糖、11.96g羧甲基纤维素钠、3.43g实施例2所制备的微晶纤维素依次加入转矩流变仪中密炼50分钟后取出。
63.(2)将步骤(1)中取出的水胶体在平板硫化机下先以160℃高温热压，再常温下冷压，冷压后取出得到厚度为0.8cm的仿生干湿粘附力自调节敷料。
64.实施案例8
65.一种仿生干湿粘附力自调节敷料的制备方法，包括以下步骤：
66.(1)将转矩流变仪的温度调至120℃，扭矩则设为100r/min，7.78g苯乙烯
‑
异戊二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物、5g高分子量聚异丁烯(分子量为15)、12g低分子量聚异丁烯(分子量为8.5)、5g石油树脂、0.70g抗老化剂、3.5g环烷油依次加入调好的转矩流变仪中密炼150分钟，然后将转矩流变仪温度调至100℃，待转矩流变仪温度降至100℃时，将3.17g壳聚糖、12.22g羧甲基纤维素钠、3.68g实施例1所制备的微晶纤维素依次加入转矩流变仪中密炼30分钟后取出。
67.(2)将步骤(1)中取出的水胶体在平板硫化机下先以150℃高温热压，再常温下冷压，冷压后得到厚度为1cm的仿生干湿粘附力自调节敷料。
68.实施案例9
69.一种仿生干湿粘附力自调节敷料的制备方法，包括以下步骤：
70.(1)将转矩流变仪的温度调至140℃，扭矩则设为100r/min，7.95g苯乙烯
‑
异戊二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物、5.68g高分子量聚异丁烯(分子量为18万)、11.93g低分子量聚异丁烯(分子量为4万)、4.55g石油树脂、0.57g抗老化剂、3.5g环烷油依次加入调好的转矩流变仪中密炼10分钟，然后将转矩流变仪温度调至90℃，待转矩流变仪温度降至90℃时，将3.0g壳聚糖、13.0g羧甲基纤维素钠、4.3g实施例2所制备的微晶纤维素依次加入转矩流变仪中密炼40分钟后取出。
71.(2)将步骤(1)中取出的水胶体在平板硫化机下先以150℃高温热压，再常温下冷压，冷压后得到厚度为0.8cm的仿生干湿粘附力自调节敷料。
72.对比实施例1(在实施例6的基础上，未加入微晶纤维素)
73.一种仿生干湿粘附力自调节敷料的制备方法，包括以下步骤：
74.(1)将转矩流变仪的温度调至140℃，扭矩则设为100r/min，7.45g苯乙烯
‑
异戊二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物、6g高分子量聚异丁烯(分子量为15万)、11.17g低分子量聚异丁烯(分子量为6万)、4.26g石油树脂、0.53g抗老化剂、3.19g环烷油依次加入调好的转矩流变仪中密炼10分钟，然后将转矩流变仪温度调至100℃，待转矩流变仪温度降至100℃时，将3.0g壳聚糖、11.7g羧甲基纤维素钠依次加入转矩流变仪中密炼40分钟后取出。
75.(2)将步骤(1)中取出的水胶体在平板硫化机下先以140℃高温热压，再常温下冷压，冷压后取出得到厚度为0.9cm的仿生干湿粘附力自调节敷料。
76.对比实施例2(在实施例6的基础上，未加入微晶纤维素和壳聚糖)
77.一种仿生干湿粘附力自调节敷料的制备方法，包括以下步骤：
78.(1)将转矩流变仪的温度调至140℃，扭矩则设为100r/min，7.45g苯乙烯
‑
异戊二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物、6g高分子量聚异丁烯(分子量为15万)、11.17g低分子量聚异丁烯(分子量为6万)、4.26g石油树脂、0.53g抗老化剂、3.19g环烷油依次加入调好的转矩流变仪
中密炼10分钟，然后将转矩流变仪温度调至100℃，待转矩流变仪温度降至100℃时，将11.7g羧甲基纤维素钠再加入转矩流变仪中密炼40分钟后取出。
79.(2)将步骤(1)中取出的水胶体在平板硫化机下先以140℃高温热压，再常温下冷压，冷压后取出得到厚度为0.9cm的仿生干湿粘附力自调节敷料。
80.将实施例4
‑
9及对比实施例1
‑
2制备的仿生干湿粘附力自调节敷料进行持粘时间检测、吸水性能和剥离强度测试。
81.其中，持粘测试在czy
‑
gs持粘测试仪上进行。样品则被制成25
×
70mm2，之后将其按下贴至到两块70
×
50mm不锈钢板的中间，并用2kg的橡胶辊来回滚压三次。在测试前，需在室温条件下静置20min，然后将钢板竖直挂至持粘测试仪上进行持粘测试，具体检测结果见表1。
82.其中，液体吸收测试中所有样品均按照25
×
25mm2的指定尺寸被裁制。为了模拟伤口环境，在水胶体敷料与模拟渗出液直接接触的同时并将之一并放置于密闭的鼓风干燥箱中，环境温度则设定为37℃。此外，借助于精度为0.1mg的天平去测定不同时间段下样品的重量，样品液体吸收量(ma
/
)可以定义为方程式：ma
/
＝(m
t
‑
m
o
)/h2。其中，m
o
是样品的初始重量；m
t
表示时间为t时样品的重量；ma
/
是不同时间段下样品的液体吸收率(g/(m2·
h))；h2表示样本面积。
83.其中，剥离强度测试根据国标gb/2792
‑
1998，样品被制成25
×
100mm2去进行180
°
剥离强度测试。在室温条件下，将样品贴到不锈钢板中间位置并用2kg的辊轮进行滚压，之后静置20min，放置夹具上进行测试。每个样品测试三次，剥离强度为该三组数据的平均值。
84.根据表1检测结果可知，本发明实施例4
‑
9制备的敷料持粘时间可高达70min以上，表明了本发明制备的敷料具有很强的持粘能力。而对比实施例1由于未加入微晶纤维素，持粘时间为61.48min，对比实施例2由于未加入微晶纤维素和壳聚糖，持粘时间为48.46min。从而可以看出随着微晶纤维素加入，敷料持粘时间延长；另外，由于对比实施例2同时未加入微晶纤维素和壳聚糖，敷料持粘时间为48min，明显低于实施例4
‑
9，表明了同时加入微晶纤维素和壳聚糖，由于两者之间形成交联网络，提高敷料的内聚能，从而进一步提高敷料持粘时间。
85.根据表1的吸水性能的测试数据可知，本发明实施例4
‑
9制备的仿生干湿粘附力自调节敷料的吸液量可达4696g/m2以上，满足患者需求，而对比实施例1
‑
2吸液量较低，基本在1600g/m2以下，不足以满足患者伤口对吸附量的需求。另外，根据观察可知，实施例4
‑
9制备的敷料在吸水后基本不发生形变，且吸水后在70min内保持粘性。
86.根据表1的剥离强度的测试数据可知，本发明实施例4
‑
9制备的仿生干湿粘附力自调节敷料剥离强度为15.6
‑
19.4n/cm，满足粘度要求，且方便剥离。若加入的微晶纤维素不够浸润会使大大降低剥离强度，由于本发明中加入的微晶纤维素尺寸小，为20～50μm，因此整体对剥离强度影响较小。本发明敷料的剥离强度均在15n/cm之上，可满足患者伤口的使用需求。
87.表1实施例4
‑
9及对比实施例1
‑
2制备的仿生干湿粘附力自调节的检测数据
[0088][0089]
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。