一种负载纳米氧化锌及薄荷醇的纤维素基水凝胶复合材料

本发明属于复合纤维素材料，涉及制备一种负载纳米氧化锌及薄荷醇的纤维素基水凝胶复合材料。

背景技术：

1、长期以来，烧伤和烫伤等伤口难以愈合，对患者来说是非常痛苦的，因此，开发性能优良、效果良好的伤口敷料非常重要。传统的伤口敷料，如纱布和绷带，功能单一，在换药时可能会对伤口表面造成二次伤害。现代新型伤口敷料如水凝胶、泡沫敷料、组织工程皮肤和智能敷料等，不仅可以抵抗外界细菌污染，而且具有保湿、促进伤口愈合等多种功能，应用越来越广泛。其中，水凝胶因其三维结构、良好的渗透性、良好的生物相容性以及能够为伤口修复提供湿润环境，克服了传统敷料的缺陷，成为理想的敷料候选材料。尤其是纤维素基水凝胶，由于其来源广泛、环境友好和较高的生物相容性，受到更多的关注和研究。然而，仅仅使用水凝胶很难实现对伤口的抗菌、镇痛和促愈效果。因此，越来越多的研究将功能分子与水凝胶相结合，以生产具有多效特性的水凝胶敷料。

2、目前大多数抗菌剂是化学改性的天然化合物，如内酰胺类、头孢类或碳青霉烯类。然而，随着抗菌药物的广泛使用和滥用，细菌耐药性的出现已经成为一种普遍现象。此外，传统抗菌药物的弊端不仅在于细菌耐药性的产生，还在于其不良的副作用。使用大剂量的抗生素往往会产生难以忍受的毒性。这些都使人们对治疗细菌性疾病的替代策略给予了足够的重视和开发。现在，越来越多的研究人员将注意力转向具有高抗菌效率和低细菌抗性的金属纳米抗菌剂。本研究中使用的纳米氧化锌是研究非常广泛的用于抗菌伤口敷料的金属颗粒之一。而且许多研究已经证实，纳米氧化锌应用于水凝胶伤口敷料时对人体无毒。然而，金属纳米粒子在热力学上是不稳定的，并倾向于聚集以减少其表面积。这种聚集影响了它们的大小、形态、表面积和稳定性，导致抗菌和抗病毒性能的恶化。因此，金属纳米粒子的固定化或稳定化已成为克服聚集问题的潜在方法之一。薄荷醇是一种天然存在的有机物质，具有降温镇痛、抗菌、抗真菌、麻醉和增强渗透性的特性，对人体没有毒性作用。然而，小分子的薄荷醇在水介质中极易挥发，非常不稳定，不容易溶解，可以迅速结晶，影响其应用的保质期。最重要的是薄荷醇在水中的溶解度很低，这使得它很难均匀地分散在普通的药物输送系统中。

3、因此，如何保证纳米氧化锌在纤维素上的均匀负载以及提高薄荷醇的水溶性是需要解决的关键问题。因为这是制备负载纳米氧化锌及薄荷醇的纤维素基水凝胶复合材料的关键所在。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供一种负载纳米氧化锌及薄荷醇的纤维素基水凝胶复合材料；本发明的另一目的在于提供该负载纳米氧化锌及薄荷醇的纤维素基水凝胶复合材料的制备方法。本发明的再一目的在于提供该负载纳米氧化锌及薄荷醇的纤维素基水凝胶复合材料在皮肤伤口敷料中的应用。

2、本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

3、一方面，本发明提供一种负载纳米氧化锌及薄荷醇的纤维素基水凝胶复合材料，该复合材料以羟乙基纤维素作为水凝胶的基质，将带有阳离子基团的环糊精均匀地嵌入到纤维素材料的空隙中；薄荷醇被环糊精包裹而增加了水溶性并且达到了缓释的效果；。

4、上述的复合材料中，优选地，所述的纤维素为羟乙基纤维素；所述的环糊精为由季铵盐改性的β-环糊精；纳米氧化锌由六水合硝酸锌原位生成；所述薄荷醇选用的是薄荷醇棒状晶体，纯度＞98％。

5、本发明的负载纳米氧化锌及薄荷醇的纤维素基水凝胶复合材料在较低的放大率下，水凝胶的表面仍然可以看到由阳离子环糊精粘附在水凝胶表面形成的尖锐的准结晶层，从而形成光滑有序的紧密结合形态。水凝胶的孔隙很大，没有被纳米氧化锌堵塞，这增加了透气性。氧化锌的尺寸在20～100nm，达到纳米级。这种特殊结构的纤维复合材料能够广泛应用于皮肤伤口敷料领域。

6、另一方面，本发明还提供了上述负载纳米氧化锌及薄荷醇的纤维素基水凝胶复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

7、将β-环糊精和2，3-环氧丙基三甲基氯化铵混合并加热搅拌，获得阳离子环糊精；

8、将薄荷醇加入阳离子环糊精的水溶液中进行搅拌，获得环糊精包合物；

9、在强碱性条件下，将溶有六水合硝酸锌的环糊精包合物溶液加入羟乙基纤维素溶液中，然后加入环氧氯丙烷进行交联。将所获得的水凝胶在加热后得到负载纳米氧化锌及薄荷醇的纤维素基水凝胶复合材料。

10、本发明采用的是一锅反应。羟乙基纤维素可以碱性环境下被环氧氯丙烷交联成三维网络的水凝胶，同时包裹薄荷醇的阳离子环糊精可以均匀地嵌入水凝胶的网格中；六水合硝酸锌在强碱性环境下成为带负电的四羟基合锌离子，与阳离子环糊精结合而均匀分布在水凝胶内，进一步经过加热在原位生成纳米氧化锌；最终得到一种负载纳米氧化锌及薄荷醇的纤维素基水凝胶复合材料；此种复合材料具有良好的生物相容性、力学性能和吸水性能，在伤口敷料领域具有巨大的应用前景。

11、上述制备方法中，所述羟乙基纤维素和所述环氧氯丙烷的比例以达到最大机械强度为标准，通过实际需要调节。

12、上述制备方法中，优选地，所述阳离子环糊精与所述羟乙基纤维素的质量比为(5～10)∶1。

13、上述制备方法中，所述薄荷醇的携带量以达到所述阳离子环糊精的最大包合量为标准，通过实际需要调节。

14、上述的制备方法中，所述羟乙基纤维素的分散方法为将其溶于纯水中，配成羟乙基纤维素水溶液的固含量为3～5wt％。

15、上述的制备方法中，所述包合薄荷醇的阳离子环糊精的分散方法为将其溶于氢氧化钠溶液中，氢氧化钠溶液的浓度根据实际需要调节。

16、上述的制备方法中，所述六水合硝酸锌的添加量根据材料的实际性能进行调节。

17、现有技术中，通过将环糊精水溶液和羟乙基纤维素溶液直接混合，在交联成水凝胶后，环糊精可以均匀嵌在纤维素的网格内。这大大改善了水凝胶的力学性能，并使材料表面呈现光滑有序的形态。

18、上述的制备方法中，优选地，进行加热处理的温度为60～80℃，加热处理的时间为10～12h。在加热条件下，带负电荷的四羟基合锌离子逐渐变成纳米级的氧化锌颗粒；所述纳米氧化锌进一步在原位与环糊精上的阳离子基团和纤维素上的羟基配位而被牢固吸附在纤维素上。所述纳米氧化锌为球型颗粒，颗粒直径范围在20～100nm，其均匀分布在纤维素表面。

19、上述的制备方法中，优选地，灭菌温度为121℃；时间为15～18min；压力为0.12mpa。灭菌处理是医用材料制成终端产品时必须的过程。

20、再一方面，本发明还提供上述负载纳米氧化锌及薄荷醇的纤维素基水凝胶复合材料在制备皮肤伤口敷料中的应用。

21、本发明的有益效果：

22、(1)本发明采用的是一锅反应。羟乙基纤维素可以碱性环境下被环氧氯丙烷交联成三维网络的水凝胶，同时包裹薄荷醇的阳离子环糊精可以均匀地嵌入水凝胶的网格中；六水合硝酸锌在强碱性环境下成为带负电的四羟基合锌离子，与阳离子环糊精结合而均匀分布在水凝胶内，进一步经过加热在原位生成纳米氧化锌；最终得到一种负载纳米氧化锌及薄荷醇的纤维素基水凝胶复合材料；此种复合材料具有良好的生物相容性、力学性能和吸水性能，在伤口敷料领域具有巨大的应用前景。

23、(2)本发明采用的是一锅反应，制备方法简单，没有副产物。纳米氧化锌采用的是原位生成法，制备条件温和，在纤维素基质上稳定负载，分散均匀，没有聚集。薄荷醇通过阳离子环糊精包合而大大提高了负载量，并具有缓释的效果。该复合材料在为新型伤口敷料提供镇痛、杀菌和促进伤口愈合等多重效果方面具有巨大的应用前景。