專利名稱：一種納米銀抗菌水凝膠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物材料的制備，特別涉及一種納米銀抗菌水凝膠及其制備方法，該納米銀抗菌水凝膠適用于但不限于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
感染是燒創(chuàng)傷護(hù)理領(lǐng)域最為普遍的并發(fā)癥之一。在敷料上負(fù)載抗菌劑是保護(hù)創(chuàng)面及防止感染最簡(jiǎn)便易行的方法。臨床上經(jīng)常在敷料上加入抗生素治療燒創(chuàng)傷?？股乜咕鹦а杆?，但長(zhǎng)期使用易使細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性，時(shí)至今日，一些細(xì)菌已很難用抗生素殺滅。銀及其化合物的抗菌作用被人們所熟知，其中Ag+能阻礙細(xì)菌的正常新陳代謝、抑制DNA復(fù)制、破壞細(xì)菌傳輸及呼吸系統(tǒng)等，具有廣譜高效的抗菌能力。納米銀中除了 Ag+發(fā)揮抗菌作用，銀原子也可破壞細(xì)菌細(xì)胞膜、阻礙細(xì)胞壁合成、在細(xì)菌內(nèi)堆積等而使細(xì)菌死亡，具有優(yōu) 異的廣譜高效抗菌性能而不會(huì)導(dǎo)致耐藥性。傳統(tǒng)的敷料如紗布等只是將創(chuàng)面與外部的污染物隔絕，并不能為組織的修復(fù)與重建創(chuàng)造一個(gè)濕潤(rùn)的環(huán)境。水凝膠是一種能顯著地溶脹于水但不溶解于水的膠態(tài)物質(zhì)，具有良好的吸水性及生物相容性，外觀透明，可快速止血緩解疼痛，對(duì)水和氧氣有良好的通透性，不粘連傷口。將其負(fù)載納米銀可制得納米銀抗菌水凝膠用于創(chuàng)面修復(fù)。傳統(tǒng)的納米銀抗菌膠態(tài)材料往往是直接將納米銀顆?；蛉芤号c高分子材料混合，納米銀分散較為困難，團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重，影響其抗菌性能。此外，制備過(guò)程中通常不進(jìn)行交聯(lián)或采用微波交聯(lián)、化學(xué)交聯(lián)。未交聯(lián)及微波交聯(lián)水凝膠遇組織液易溶解而且強(qiáng)度不夠；戊二醛等化學(xué)交聯(lián)劑的殘留毒性會(huì)嚴(yán)重影響細(xì)胞生長(zhǎng)和組織再生，從而影響治療效果。中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)說(shuō)明書(shū)CN102218155A的納米銀功能性水膠體醫(yī)用敷料的制備方法是先將聚異丁烯加溫溶解，之后將羧甲基纖維素鈉、果膠、納米銀混合粉體加入聚異丁烯熔體中，最后注塑成型、老化、模壓形成。此方法將納米銀粉體加入高分子熔體中，使得納米銀團(tuán)聚嚴(yán)重，影響抗菌性能。另外，聚異丁烯親水性差、水氣透過(guò)性差，長(zhǎng)期使用易造成皮膚積水、泛白和過(guò)敏現(xiàn)象，且不具備緩釋作用。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書(shū)CN102266583A提供了一種納米銀濕態(tài)敷料的制備方法。該發(fā)明將改性細(xì)菌纖維素浸潰在硝酸銀溶液中，得到含選擇性負(fù)載銀離子的細(xì)菌纖維素；或者將上述細(xì)菌纖維素再經(jīng)過(guò)高壓還原得到選擇性負(fù)載納米銀顆粒的細(xì)菌纖維素。然后加入復(fù)配溶液中得到載銀改性細(xì)菌纖維素基復(fù)配型功能濕態(tài)敷料。該方法通過(guò)細(xì)菌纖維素先吸附硝酸銀溶液隨后再原位還原生成納米銀，可有效改善納米銀的分散均勻性。但是細(xì)菌纖維素還未形成規(guī)?；a(chǎn)，價(jià)格昂貴，限制了其規(guī)模應(yīng)用。中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)說(shuō)明書(shū)CN102228995A中的羧甲基殼聚糖季銨鹽-納米銀溶膠是先將AgNO3轉(zhuǎn)化為更活潑的[Ag (NH3)2] 0H，再用羧甲基殼聚糖季銨鹽作為還原劑和穩(wěn)定齊U，采用微波輻射加熱法制備得到的。此方法在制備[Ag (NH3)2] OH的時(shí)候加入了 NaOH及氨水，使其制備的溶膠對(duì)組織刺激性大。微波輻射加熱法對(duì)材料的交聯(lián)程度低，所以得到的材料為溶膠，易溶于液體，應(yīng)用受限。
中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)說(shuō)明書(shū)CN101664563A中提供的抗菌水凝膠的制備方法是將丙烯酰胺、聚乙二醇雙丙烯酸酯交聯(lián)劑和含有納米銀的天然高分子水溶液相混合，然后室溫下置于6tlCo源輻照交聯(lián)。丙烯酰胺單體具有較強(qiáng)的細(xì)胞毒性，材料的殘留毒性將嚴(yán)重影響抗菌水凝膠的生物相容性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在摒棄使用大量有毒化學(xué)試劑的傳統(tǒng)工藝，提供一種采用綠色合成工藝獲得的納米銀抗菌水凝膠，其具有良好的生物相容性及生物降解性。本發(fā)明的另一目的在于提供一種納米銀抗菌水凝膠的制備方法，該方法采用輻射技術(shù)同步實(shí)現(xiàn)水凝膠的交聯(lián)及納米銀的原位合成，制備過(guò)程同時(shí)進(jìn)行了滅菌，避免了制備過(guò)程引起的生物安全性問(wèn)題。用此方法獲得的納米銀抗菌水凝膠生物相容性更好，抗菌劑分布更為均勻，調(diào)節(jié)納米銀含量及交聯(lián)程度還可得到不同降解速率和力學(xué)強(qiáng)度的產(chǎn)品。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題，采用以下技術(shù)方案 一種納米銀抗菌水凝膠，不含有化學(xué)交聯(lián)劑、交聯(lián)敏化劑和交聯(lián)引發(fā)劑，孔隙率在90%以上，交聯(lián)度在50%以上，按重量計(jì)含有3% 20%的天然高分子或其衍生物、O 20%的合成高分子和O. 005% O. 2%的納米銀，是將天然高分子或其衍生物、合成高分子、含銀離子的化合物和水共混，然后采用輻射交聯(lián)制備而成。所述天然高分子或其衍生物可選自下列高分子中的一種或多種甲殼素衍生物(如羧甲基甲殼素、羧乙基甲殼素等)、殼聚糖及殼聚糖衍生物(如羧甲基殼聚糖、羧乙基殼聚糖等)、卡拉膠及羧甲基卡拉膠、纖維素衍生物(如羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素等)、淀粉及淀粉衍生物(羧甲基淀粉等)、海藻酸鈉、瓜膠及羧甲基瓜膠、膠原蛋白、透明質(zhì)酸、明膠等。水凝膠中天然高分子或其衍生物的重量百分濃度為3% 20%，優(yōu)選為8% 12%。所述合成高分子可選自聚乙烯醇、聚乙醇酸、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮等中的一種或多種。水凝膠中合成高分子的重量百分濃度為O % 20 %，優(yōu)選為 所述含銀離子的化合物可以是硝酸銀，也可以是其他包含銀離子的化合物。Ag+原位還原生成納米銀，水凝膠中納米銀的重量百分濃度為O. 005% 0.2%，優(yōu)選為
O.008% O. 15%。所述納米銀抗菌水凝膠中還可以含有生長(zhǎng)因子和/或藥物以促進(jìn)傷口愈合與組織再生。所述生長(zhǎng)因子可選擇本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的成纖維生長(zhǎng)因子、人表皮生長(zhǎng)因子等可以促進(jìn)皮膚組織再生修復(fù)的生長(zhǎng)因子。所述藥物可選擇本領(lǐng)域常用的燒燙傷藥、抗栓塞劑等藥物，使之具有相應(yīng)的輔助治療作用，其用量可采用本領(lǐng)域常規(guī)用量。生長(zhǎng)因子和藥物的含量根據(jù)具體應(yīng)用要求而定，其中，生長(zhǎng)因子在水凝膠中的含量一般為O. 001% O. 02% (重量)。本發(fā)明納米銀抗菌水凝膠的制備方法是將天然高分子或其衍生物、合成高分子、含銀離子的化合物和水共混制成混合水溶液，然后密封包裝進(jìn)行輻射交聯(lián)，形成抗菌水凝膠。所述輻射交聯(lián)可采用Y射線、電子束或紫外線進(jìn)行輻射交聯(lián)。所述輻射交聯(lián)采用Y射線或電子束時(shí)，輻照劑量為3 IOOkGy,優(yōu)選為10 30kGy。Y射線輻射源可采用60Co。所述輻射交聯(lián)為紫外線時(shí)，波長(zhǎng)為200-400nm，功率為I. 11 135mW/cm2，工作距離為l_20cm，輻照時(shí)間為30分鐘 24小時(shí)。 本發(fā)明所制備的納米銀抗菌水凝膠可依據(jù)制品用途進(jìn)行相應(yīng)的后處理工序。例如將水凝膠繼續(xù)冷凍干燥，制得多孔支架材料。冷凍溫度可為-10 -80°c，優(yōu)選-20 -60°C。又如將水凝膠浸入含有生長(zhǎng)因子和/或藥物的水溶液中一段時(shí)間，制得含有生長(zhǎng)因子和/或藥物的水凝膠。本發(fā)明的抗菌水凝膠，可用作止血敷料、燒創(chuàng)傷敷料、潰瘍敷料、外科手術(shù)護(hù)墊、防粘連材料等，還可用于治療宮頸炎、陰道炎、前列腺炎等，在整形外科手術(shù)中亦可作為組織填充物等用途。由其制得的多孔支架材料也可以作為組織工程支架，促進(jìn)細(xì)胞增殖、組織修復(fù)。利用本發(fā)明提供的方法得到的納米銀抗菌水凝膠沒(méi)有化學(xué)試劑殘留，具有更好的生物相容性和更均勻的納米銀分布和緩釋能力，納米銀直徑為2-50nm，孔隙率在90%以上，交聯(lián)度在50%以上，吸水率一般為50 200倍或者更高，能夠有效抑制大腸桿菌等細(xì)菌的繁殖，在12小時(shí)內(nèi)對(duì)大腸桿菌的抑制率可達(dá)99%以上。本發(fā)明的納米銀抗菌水凝膠及其制備方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效果(I)本發(fā)明采用水溶性高分子基材，而且溶劑中沒(méi)有加入乙酸等有皮膚刺激性或毒性的物質(zhì)。(2)用輻射交聯(lián)技術(shù)代替用戊二醛等化學(xué)交聯(lián)技術(shù)，可以避免產(chǎn)品的化學(xué)試劑殘留毒性，同時(shí)起到滅菌的作用。(3)將含Ag+的溶液與高分子混合，隨后采用輻射方法使高分子交聯(lián)與Ag+原位還原同步進(jìn)行，生成的納米銀顆粒細(xì)小、分散均勻、與高分子結(jié)合牢固，從而使納米銀抗菌水凝膠表現(xiàn)出優(yōu)秀的緩釋抗菌性能。(4)通過(guò)控制高分子的濃度、不同高分子材料的配比、含銀離子化合物的添加量、輻射交聯(lián)工藝等，調(diào)節(jié)抗菌水凝膠的力學(xué)強(qiáng)度和降解性能。(5)用輻射交聯(lián)技術(shù)得到的多孔材料，具有更好的結(jié)構(gòu)均勻性，有利于皮膚組織細(xì)胞的粘附與皮膚組織再生。(6)控制冷凍干燥工藝可調(diào)控多孔材料的孔徑。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例I將IOg羧甲基殼聚糖/明膠質(zhì)量比為3 2的粉末與90g硝酸銀水溶液(硝酸銀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 15% )混合，用脫泡攪拌機(jī)攪拌均勻，得到固含量為10%的水溶液。將水溶液裝入試管，脫除氣泡，封口后用6tlCo Y射線輻照30kGy，得到納米銀抗菌水凝膠。得到的納米銀抗菌水凝膠樣品交聯(lián)度可達(dá)60%以上，吸水率為180倍，壓縮模量為45kPa，孔隙率90%以上，其中納米銀直徑為10-30nm。O. 4g樣品在12小時(shí)內(nèi)對(duì)40ml 105CFU/ml的大腸桿菌抑菌率可達(dá)到99%以上。實(shí)施例2將IOg羧甲基殼聚糖/明膠質(zhì)量比為3 2的粉末與90g硝酸銀水溶液(硝酸銀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 08% )混合，用脫泡攪拌機(jī)攪拌均勻，得到固含量為10%的水溶液。將水溶液裝入試管，脫除氣泡，封口后用6tlCo Y射線輻照30kGy，得到納米銀抗菌水凝膠。得到的納米銀抗菌水凝膠樣品交聯(lián)度可達(dá)60%以上，吸水率為160倍，壓縮模量為44kPa，孔隙率90%以上，其中納米銀直徑為5-10nm。O. 4g樣品在12小時(shí)內(nèi)對(duì)40ml 105CFU/ml的大腸桿菌抑菌率可達(dá)到50%以上。實(shí)施例3將IOg羧甲基殼聚糖/明膠質(zhì)量比為3 2的粉末與90g硝酸銀水溶液(硝酸銀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 03% )混合，用脫泡攪拌機(jī)攪拌均勻，得到固含量為10%的水溶液。將水溶 液裝入試管，脫除氣泡，封口后用6tlCo Y射線輻照30kGy，得到納米銀抗菌水凝膠。得到的納米銀抗菌水凝膠樣品交聯(lián)度可達(dá)60%以上，吸水率為140倍，壓縮模量為52kPa，孔隙率90%以上，其中納米銀直徑為3-6nm。O. 4g樣品在12小時(shí)內(nèi)對(duì)40ml 105CFU/ml的大腸桿菌抑菌率可達(dá)到30%以上。實(shí)施例4將5g羧甲基殼聚糖/明膠質(zhì)量比為3 2的粉末與95g硝酸銀水溶液(硝酸銀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 008% )混合，用脫泡攪拌機(jī)攪拌均勻，得到固含量為5%的水溶液。將水溶液裝入試管，脫除氣泡，封口后用電子束輻照50kGy，得到納米銀抗菌水凝膠。將此納米銀抗菌水凝膠在_60°C冷凍干燥，得到抗菌多孔支架，材料交聯(lián)度可達(dá)50%以上，孔隙率為90%以上。實(shí)施例5將Sg聚乙烯醇/羧甲基殼聚糖質(zhì)量比為4 I的粉末與92g硝酸銀水溶液(硝酸銀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 12% )混合，用脫泡攪拌機(jī)攪拌均勻，得到固含量為8%的水溶液。將水溶液裝入試管，脫除氣泡，封口后用6tlCo Y射線輻照30kGy，得到納米銀抗菌水凝膠。實(shí)施例6將9g支鏈淀粉/羧甲基殼聚糖質(zhì)量比為I : 2的粉末與91g硝酸銀水溶液(硝酸銀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 12% )混合，用脫泡攪拌機(jī)攪拌均勻，得到固含量為9%的水溶液。將水溶液裝入試管，封口后置于波長(zhǎng)為254nm,功率為5mW/cm2紫外裝置下,工作距離為5cm,輻照3小時(shí)，得到納米銀抗菌水凝膠。實(shí)施例7將實(shí)施例I或2浸入O. 01%的成纖維生長(zhǎng)因子溶液中，水凝膠或支架材料吸收溶液一段時(shí)間后取出，形成含生長(zhǎng)因子的納米銀抗菌水凝膠或支架材料。雖然，上文中已經(jīng)用一般性說(shuō)明及具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種納米銀抗菌水凝膠，不含有化學(xué)交聯(lián)劑、交聯(lián)敏化劑和交聯(lián)引發(fā)劑，孔隙率在90%以上，交聯(lián)度在50%以上，按重量計(jì)含有3% 20%的天然高分子或其衍生物、O 20%的合成高分子和O. 005% O. 2%的納米銀，是將天然高分子或其衍生物、合成高分子、含銀離子的化合物和水共混，然后采用輻射交聯(lián)方法制備而成；其中所述天然高分子或其衍生物選自下列高分子中的一種或多種羧甲基甲殼素、羧乙基甲殼素、殼聚糖、羧甲基殼聚糖、羧乙基殼聚糖、卡拉膠、羧甲基卡拉膠、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、淀粉、羧甲基淀粉、海藻酸鈉、瓜膠、羧甲基瓜膠、膠原蛋白、透明質(zhì)酸和明膠；所述合成高分子選自聚乙烯醇、聚乙醇酸、甲基丙烯酸-β羥乙酯、丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙二醇和聚乙烯基吡咯烷酮中的一種或多種。
2.如權(quán)利要求I所述的納米銀抗菌水凝膠，其特征在于，所述天然高分子或其衍生物的重量百分含量為8% 12%。
3.如權(quán)利要求I所述的納米銀抗菌水凝膠，其特征在于，所述合成高分子的重量百分含量為0% 12%。
4.如權(quán)利要求I所述的納米銀抗菌水凝膠，其特征在于，所述納米銀的重量百分含量為 O. 008% O. 15%。
5.如權(quán)利要求I所述的納米銀抗菌水凝膠，其特征在于，所述抗菌水凝膠還含有生長(zhǎng)因子和/或藥物。
6.權(quán)利要求I 5任一所述納米銀抗菌水凝膠的制備方法，取相應(yīng)計(jì)量的天然高分子或其衍生物、合成高分子、含銀離子的化合物和水共混，制成混合水溶液，然后密封包裝進(jìn)行輻射交聯(lián)，形成水凝膠。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述含銀離子的化合物為硝酸銀。
8.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，采用Y射線、電子束或紫外線進(jìn)行輻射交聯(lián)。
9.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，采用Y射線或電子束進(jìn)行輻射交聯(lián)時(shí)，輻照劑量為3 IOOkGy ;采用紫外線進(jìn)行輻射交聯(lián)時(shí)，波長(zhǎng)為200-400nm，功率為I. 11 135mW/cm2，工作距離為l_20cm，輻照時(shí)間為30分鐘 24小時(shí)。
10.一種納米銀抗菌多孔支架，是權(quán)利要求I 5任一所述納米銀抗菌水凝膠經(jīng)冷凍干燥后得到的多孔支架材料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種納米銀抗菌水凝膠及其制備方法。該抗菌水凝膠不含有化學(xué)交聯(lián)劑劑、交聯(lián)敏化劑和交聯(lián)引發(fā)劑，孔隙率在90％以上，交聯(lián)度在50％以上，按重量計(jì)含有3％～20％的天然高分子或其衍生物、0～20％的合成高分子和0.005％～0.2％的納米銀，是將天然高分子或其衍生物、合成高分子、含銀離子的化合物和水共混，然后采用輻射交聯(lián)方法制備而成，具有優(yōu)良的生物相容性、均勻的納米銀分布和緩釋能力，能夠有效抑制大腸桿菌等細(xì)菌。
文檔編號(hào)A61L27/54GK102698313SQ20121014356
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者周英, 翟茂林, 許零 申請(qǐng)人:北京大學(xué)