专利名称：含天然高分子的水凝胶及其辐射制备方法
技术领域：
本发明涉及水凝胶，尤其涉及一种含天然高分子的水凝胶及其制备方法。该水凝胶适用于但不限于生物医用材料领域。
背景技术：
水凝胶是一种类似于生命组织的高分子材料，它由在水中不溶解但可溶胀的高分子网络及水组成，因其具有可成形性、吸湿性、成膜性、粘结性、热容量大等性能，广泛应用食品、医药等多种领域。医用水凝胶的重要用途之一是用作创伤敷料，这种适用于创伤、烧伤和手术切口的创面保护的创伤敷料与传统的纱布等敷料相比具有很多优点，被誉为“理想敷料”，这些优点包括(1)透明、强韧、有弹性；(2)能充分吸收体液并防止其损失；(3)能有效屏蔽细菌；(4)与皮肤粘合性好但又有益于皮肤生长；(5)能让氧气穿透敷膜到达伤口表面，加速伤口愈合；(6)可包埋药物；(7)材料透明因而能够随时观察伤口愈合进程；(8)能防止伤口过度生长形成斑疤；(9)对伤口无粘性，因而容易去除/更换敷膜而不会损伤新生表皮；(10)无抗原反应；(11)无过敏反应；(12)容易存储和使用。
申请号为200410066999.6中国专利申请公开文本(CN1616116A)提供了一种由聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、辐照敏感剂、增塑剂、pH调节剂与水组成，用钴源辐照交联而成的水凝胶创伤敷料。该技术的权利要求书及所有实施例都表明其创伤敷料是以聚乙烯醇为主要基材，为了方便生产与辐照两道工序间的运输，在辐照成型之前增加了冷冻工序。聚乙烯醇基材的水凝胶可通过循环冷冻-解冻法生成强度较好之物理凝胶，但聚乙烯醇水凝胶的吸水性能不太理想，用冷冻方法制备使凝胶变为不透明，并导致吸水性进一步降低。此外，该发明提供的辐射加工工艺不甚理想，其配方中采用的辐照敏感剂、增塑剂、pH调节剂均对凝胶的辐射交联不利，导致其实施例中产品的交联度均低于45％。如此低交联度的水凝胶强度必然不好，而大量溶胶与渗出液混合在临床上也许会产生许多问题。
中国专利ZL 00107403.2(CN1121876C)介绍了原料选自甲基丙烯酸-β羟乙酯、丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙二醇，用电子束或γ-射线辐射交联而成、含水率为75-95％、交联度为75-95％、吸水率为200-400％的水凝胶及其制备方法，该水凝胶与透气膜、离型纸复合而成为创伤敷料制品。这项发明是水凝胶型创伤敷料研发早期的技术，类似工艺已在中国、日本、波兰等多个国家投产，但随着该产品的推广，患者对制品的强度、柔韧性，尤其是吸水能力提出了更高的要求，而该发明所涉及的配方与工艺已无法满足这些要求。
发明内容
本发明目的在于提供一种具有高吸水能力及速率的、有较好凝胶强度与生物相容性、特别适用于医学与美容领域的水凝胶配方与合成工艺。
本发明的水凝胶按重量计主要含有3～20％的天然高分子或其衍生物，0～15％的合成高分子，及80～95％的水，经辐射交联制得。该水凝胶的交联度为70～95％，吸水率为500～80000％，所述的天然高分子或其衍生物可选自下列高分子中的一种或多种甲壳素及甲壳素衍生物(如羧甲基甲壳素、羧乙基甲壳素等)、壳聚糖及壳聚糖衍生物(如羧甲基壳聚糖、羧乙基壳聚糖等)、卡拉胶及羧甲基卡拉胶、纤维素衍生物(如羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素等)、淀粉及淀粉衍生物(羧甲基淀粉等)、海藻酸钠、瓜胶及羧甲基瓜胶、胶原蛋白、透明质酸等。所述的合成高分子可选自甲基丙烯酸-β羟乙酯、丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙二醇等中的一种或多种。
根据需要还可以添加无机填料、交联敏化剂、及药物等其它助剂。其中，无机填料可选自活性炭、白炭黑、蒙脱土、碳纳米管等，添加量不超过水凝胶总重量的10％；交联敏化剂可选自N，N-二甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯等，其使用量不超过高分子材料(包括天然高分子和合成高分子)的3％(重量)；其它助剂包括防腐剂、保湿剂，根据临床治疗需要而添加的药物及有助于药物释放的组分等，例如具有抗菌消炎、镇痛作用的中药三七、白芷的有效成分及白芨多糖等，以及常用于伤口处置的广谱抗菌药或医院提供的特效烧、烫、外伤等治疗药物。通常添加的抗菌药在水凝胶中的含量为0.1～1％(重量)，其它药物含量为1～5％(重量)。
本发明的水凝胶通过将天然高分子或其衍生物、合成高分子、水和其它组分共混，然后采用电子束或γ-射线辐射交联而成。具体制备工艺包括如下步骤(1)将天然高分子或其衍生物、合成高分子，必要情况下添加的无机填料与交联敏化剂等组分在加热或室温条件下与水混合均匀，必要时采用高速搅拌、离心脱泡等技术将各组分混合均匀；(2)将混合液密封包装；(3)辐射交联；(4)依据制品用途而定的后处理工序，如干燥、粉碎、灌装等。
若需加入无机填料，在步骤(1)还可以用原位复合的方法实现纳米级无机填料在水凝胶基材中的均匀分布。
若该水凝胶用作创伤敷料，在步骤(2)将混合液涂布于无纺布、透气膜等基材后裁切装盒，然后再密封包装。为了方便使用，在裁切或密封包装之前可在未贴附基材的一面贴附离型纸或剥离膜，在该创伤敷料贴于患处之前将该膜揭去。
步骤(3)可采用剂量为10～40kGy的钴源(60Coγ-射线)或电子加速器(电子束)辐照，还可以采用紫外光辐照的方法。
若制备特殊吸水能力的粉末、海绵凝胶，可在步骤(4)将凝胶干燥、粉碎后直接使用或附于多孔性基材上使用。
若制备膏状水凝胶，可在步骤(4)将凝胶灌装后灭菌，也可按步骤(2)灌装后进行辐照，可使样品的交联与灭菌一步完成。
本发明的水凝胶具有较高的吸水性、较好的柔韧性，对药物有较好的缓释性能。由于天然高分子或其衍生物为聚电解质，因而合成的这些含有天然高分子的水凝胶具有pH、电、温度敏感性等，有更广泛的用途。此外，由于壳聚糖及其衍生物具有抗菌性，含有壳聚糖及其衍生物的水凝胶还具有抗菌活性。
本发明的水凝胶采用纯天然高分子或天然高分子与合成高分子在水溶液中辐射交联的方法，可以使水凝胶吸水率提高到几十甚至几百倍，尤其是初期的吸水速率大大提高，可以有效吸收创面渗出液，进而加速创面愈合。此外，用天然高分子为基材合成的水凝胶还具有更好的生物相容性与生物分解性，含有壳聚糖及其衍生物的水凝胶还具有抗菌活性，是一种环保型的材料。
用辐射方法制备的水凝胶由于体系纯净、生物相容性好，特别适合用作医用材料。由于本发明组分的多样性及制备方法具有更好的可控性，依据本发明不仅可以制备出膜状水凝胶，还可以制备成微胶囊、膏状、海绵、粉末等形状，从而具有更好的吸收、吸附能力，这对水凝胶用作药物载体、缓释体系及血液、组织液吸收材料等用途来说极其关键。除医用材料外，本发明的水凝胶还可以开发出系列美容产品，如面膜、美容凝胶等。
具体实施例方式
实施例1将聚乙烯醇/羧乙基壳聚糖/水以10/3/87重量比混合均匀后，注入模具后真空封装，用电子束辐照25kGy，得到的水凝胶具有抗菌性，吸水率为20000％，2小时达到溶胀平衡，且拉伸强度与断裂伸长率与纯聚乙烯醇凝胶相比均提高1倍以上。
实施例2将聚乙烯吡咯烷酮/羧甲基纤维素/水以5/5/90重量比混合均匀后，注入模具后真空封装，用γ-射线辐照25kGy，得到的水凝胶具有理想的强度，没有气泡，吸水率为10000％。
实施例3将羧甲基纤维素/活性炭/水以15/5/80重量比混合后，注入模具后真空封装，用γ-射线辐照25kGy，得到的含无机材料的水凝胶强度与纯羧甲基纤维素(CMC)水凝胶相比提高2倍以上，没有气泡，而吸水能力与纯CMC水凝胶相当。
实施例4将按实施例1-3组分配好的溶液，注入底部放有聚乙烯透气膜的聚酯容器后，上方贴附聚酯膜后热封、辐照交联而成膜片状创伤敷料。
实施例5将聚乙烯吡咯烷酮/支链淀粉/水及广谱抗菌药以3/15/81.9/0.1重量比混合均匀后，灌装到塑料管后封口，用γ-射线辐照15kGy而成吸水率为200倍的膏状水凝胶。
实施例6将羟丙基纤维素/交联剂/水以10/0.3/94.7重量比混合，涂布于透气膜与无纺布的复合膜上，复合膜的另一侧贴附一层离型纸，裁切后真空封装，随后用γ-射线辐照40kGy，得到柔软性、透气性、吸水性良好的薄型创伤敷料。
实施例7将支链淀粉/羧甲基纤维素/水以3/5/92重量比混合均匀后，在连续搅拌的条件下用电子加速器辐照30kGy，得到粘稠状溶液，用真空喷雾干燥法制成粉末。
实施例8将羟丙基甲基纤维素/水以20/80重量百分比混合，用γ-射线辐照20kGy后，用传统微胶囊制备工艺制成微凝胶，包埋含量为3％(重量)的适当药物，如中药三七、白芷的有效成分及白芨多糖的一种或多种药物，然后将其干燥、灭菌，制得具有pH与温度敏感性的药物控释体系。
上述实施例所举之例体现了本发明的宗旨，即通过不同用途调整水凝胶配方与工艺，以制备具有良好吸水倍率、吸水速率、透气性、生物相容性、无菌，更进一步可具有柔韧性、抗菌性、环境刺激响应性等有利于伤口愈合或疾病治疗的医用水凝胶。但本发明所保护的不仅限于上述实施例，根据本发明的精神所做的任何修改都属于本发明的保护范畴。
权利要求
1.一种水凝胶，含有按重量计3～20％的天然高分子或其衍生物、0～15％的合成高分子和80～95％的水，经辐射交联制得；该水凝胶的交联度为70～95％，吸水率为5～800倍；所述的天然高分子或其衍生物选自下列高分子中的一种或多种甲壳素、羧甲基甲壳素、羧乙基甲壳素、壳聚糖、羧甲基壳聚糖、羧乙基壳聚糖、卡拉胶、羧甲基卡拉胶、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、淀粉、羧甲基淀粉、海藻酸钠、瓜胶、羧甲基瓜胶、胶原蛋白、透明质酸；所述的合成高分子选自甲基丙烯酸-β羟乙酯、丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙二醇中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶由剂量为10～40kGy的γ-射线或电子束辐射交联而形成。
3.如权利要求1所述的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶中还含有下列物质中的一种或多种无机填料、交联敏化剂及其它助剂。
4.如权利要求3所述的水凝胶，其特征在于，所述无机填料选自活性炭、白炭黑、蒙脱土、碳纳米管中的一种或多种，其含量不超过水凝胶总重量的10％。
5.如权利要求3所述的水凝胶，其特征在于，所述交联敏化剂是N，N-二甲基双丙烯酰胺和/或二甲基丙烯酸乙二醇酯，其含量不超过高分子材料重量的3％。
6.如权利要求3所述的水凝胶，其特征在于，所述其它助剂选自防腐剂、保湿剂、药物及有助于药物释放的组分。
7.如权利要求6所述的水凝胶，其特征在于，所述的药物是含量为0.1～1％(重量)的抗菌药，和/或含量为1～5％(重量)的具有抗菌消炎、镇痛作用的中药三七、白芷的有效成分及白芨多糖中的一种或多种药物。
8.权利要求1～7中任一权利要求所述的水凝胶的制备方法，将所述水凝胶的各个组分和水在加热或室温条件下混合均匀，然后密封包装进行辐射交联，最后依据制品用途进行相应的后处理工序。
9.如权利要求8所述的水凝胶制备方法，其特征在于，用60Coγ-射线或电子加速器产生的电子束进行辐射，剂量为10～40kGy。
10.一种水凝胶创伤敷料，由无纺布和/或透气膜基材与水凝胶层组成，其中水凝胶为权利要求1～7中任一权利要求所述的水凝胶。
全文摘要
本发明提供了一种含天然高分子的水凝胶及其制备方法。该水凝胶交联度为70～95％，吸水率为500～80000％倍，所含有的天然高分子或其衍生物选自甲壳素及甲壳素衍生物、壳聚糖及壳聚糖衍生物、卡拉胶及羧甲基卡拉胶、纤维素衍生物、淀粉及淀粉衍生物、海藻酸钠、瓜胶及羧甲基瓜胶、胶原蛋白、透明质酸等。根据需要还可以添加合成高分子、无机填料、交联敏化剂、及药物等其它助剂。该水凝胶经辐射交联制得，剂量为10～40kGy。本发明的水凝胶具有较高的吸水性、较好的柔韧性、对药物有较好的缓释性能、根据配方不同还可具有抗菌性与pH、温度敏感性等，可用作创伤敷料等多种用途。
文档编号C08L29/00GK1944495SQ200610113539
公开日2007年4月11日 申请日期2006年9月29日 优先权日2006年9月29日
发明者翟茂林, 许零, 彭静, 魏根拴, 李久强 申请人:北京大学