一种N卤胺型抗菌明胶海绵及其制备方法和应用

一种n卤胺型抗菌明胶海绵及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于生物医用材料领域，更具体地说是涉及一种n卤胺型抗菌明胶海绵及其制备方法和应用。


背景技术：

2.医用创面敷料是一类用以覆盖疮、伤口或其他损伤的重要生物医用材料，它可覆盖于皮肤创面上保护伤口，避免皮肤受到二次伤害，同时也可以为伤口的愈合提供有利的环境，其研究和发展一直是一个热点问题。随着医学治疗技术的发展以及患者的需求，人们对敷料的性能有了更高的要求。传统的棉纱布敷料在使用的过程中普遍存在产品种类和功能单一、没有形成系列产品、功能性缺陷等诸多问题。
3.明胶海绵敷料作为功能性敷料的一种，具有以下优点：可快速吸收伤口渗液，减少伤口周围皮肤浸渍；为伤口提供湿润环境，使伤口不会形成结痂，加速伤口愈合；柔软舒适、透气性好，可塑性好，适合身体各个部位；更换敷料时不造成二次损伤。然而，目前关于明胶海绵敷料的研究主要还是集中在简单的材料制备上，敷料的功能单一，不能满足创面敷料的功能性要求，尤其是有研究显示，伤口在没有医用敷料保护下，伤口在12-24h内会被细菌覆盖，48h内伤口表面的细菌数可达到一亿多，细菌会引发伤口感染发炎，严重影响伤口的愈合情况。因此，有必要研究开发具有良好抗菌功能的明胶海绵材料。
4.专利cn201510128924.4公开了一种原花青素交联明胶抗菌敷料及其制备方法，使用抗生素作为明胶材料的抗菌成分，将冷冻干燥的明胶海绵支架浸泡在原花青素溶液和抗生素溶液中得到抗菌明胶敷料。但是抗菌成分是抗生素，易导致细菌的耐药性。专利cn200510101409.3以壳聚糖/明胶为原料配成溶液，加入适当的交联剂及珍珠粉，经低温下骤冷、固化，再脱水，形成1～2毫米厚的海绵状伤口敷料。所制备敷料具有质地柔软、吸水性、抗菌性、生物相容性和生物可降解性等特性。市售商品gelatamp胶质银止血明胶海绵使用银作为抗菌成分，添加到明胶海绵中，材料在与水接触时释放出银离子，实现抗菌功能，但是银离子直接接触皮肤伤口，可能会影响伤口的愈合。目前的抗菌明胶海绵材料主要还是使用无机抗菌剂或抗生素经过物理掺杂或吸附的方法加入到明胶海绵中，明胶海绵在与创面伤口接触时在伤口渗出液的作用下释放析出，达到杀灭细菌的目的，但是这一过程存在随着时间延长抗菌剂浓度降低，抗菌持久性差的问题，另一方面无机抗菌剂对人体也有一定的毒性，安全性不确定。
5.基于目前抗菌明胶海绵存在的制作工艺复杂、抗菌持久性差、无机抗菌剂安全性差的问题，本发明制备出一种n卤胺型抗菌明胶海绵。


技术实现要素：

6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种n卤胺型抗菌明胶海绵的制备方法，包括以下步骤：
8.(1)将明胶溶解在去离子水中，加入氯乙醛，搅拌反应获得含碳氯键的明胶，然后
加入1-氯-2，2，5，5-四甲基-4-咪唑啉酮，反应得到n卤胺型明胶分子水溶液；
9.(2)在n卤胺型明胶分子水溶液中加入乳化剂和交联剂，经过高速剪切乳化、发泡交联，成型后放置于-70℃环境中冷冻12h，经冷冻干燥，获得n卤胺型抗菌明胶海绵。
10.优选地，步骤(1)中明胶的分子量为50000-150000。
11.优选地，步骤(1)中n卤胺型明胶分子中活性氯含量在0.15-0.71％之间。
12.优选地，步骤(1)中明胶、去离子水、氯乙醛和1-氯-2，2，5，5-四甲基-4-咪唑啉酮的质量比为10-15：100：0.5-1：1.13-2.25。
13.优选地，步骤(1)的反应温度为80℃水浴加热。
14.优选地，步骤(2)中乳化剂和交联剂的质量比为0.2-0.5：0.3-0.5。
15.优选地，步骤(2)中n卤胺型明胶分子质量占混合组分水溶液质量的10-20％，乳化剂质量占n卤胺型明胶分子质量的1-5％，交联剂质量占n卤胺型明胶分子质量的1-5％。
16.n卤胺型明胶分子含量低于10％，溶液黏度过低；n卤胺型明胶分子含量高于20％，溶液黏度过高，黏度过低过高都不利于形成稳定的剪切分散体系。乳化剂含量低于1％，不能获得稳定的分散体系；乳化剂含量高于5％，剪切均匀性差。交联剂含量低于1％，不能形成有效的明胶海绵材料；交联剂含量高于5％，获得的明胶海绵硬度太高，不能作为止血材料和创伤敷料使用。
17.优选地，步骤(2)中乳化剂为非离子型表面活性剂l64、f68、f88、f127、ni1000中的一种或多种；所述交联剂为戊二醛、甲醛中的一种。
18.本发明所用乳化剂在溶液高速剪切过程中实现材料的多孔结构，可起到生产泡孔并稳定泡孔的作用。交联剂与明胶分子发生加成反应，形成三维网络分子结构，实现明胶的交联。
19.优选地，步骤(2)中高速剪切乳化、发泡交联过程的转速为15000r/min。
20.本发明还提供了一种按上述方法制备得到的n卤胺型抗菌明胶海绵。
21.本发明还提供了一种按上述方法制备得到的n卤胺型抗菌明胶海绵在制备止血材料和创伤敷料中的应用。
22.与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
23.1.本发明通过在明胶分子上接枝卤胺基团获得n卤胺型明胶分子，所得n卤胺型明胶分子具有良好的抗菌性，制备成的明胶海绵有良好的本体抗菌性能并长久保持材料抗菌性。
24.2.本发明的n卤胺型抗菌明胶海绵具有安全无毒的特点，不会对皮肤造成伤害，具有良好的抗菌性能和良好的吸液性，可作为止血材料和创伤敷料使用。
25.3.本发明的n卤胺型抗菌明胶海绵抗菌功能在海绵制备过程中实现，不需要对海绵材料进行二次处理，制备工艺简单，克服了现有抗菌明胶海绵制备需额外浸泡并干燥的复杂工艺。
26.4.本发明的n卤胺型抗菌明胶海绵易于产业化生产，无需后处理，制作过程绿色环保，产品制造成本低。
具体实施方式
27.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.实施例1
29.n卤胺型抗菌明胶海绵的制备
30.(1)称取10g明胶，加入到100g去离子水中，80℃水浴加热，搅拌至明胶溶解，加入0.5g氯乙醛，继续搅拌反应3h，然后加入1.13g1-氯-2，2，5，5-四甲基-4-咪唑啉酮继续反应3h，得到n卤胺型明胶水溶液，记为a1。
31.(2)在上述a1溶液中加入0.3g乳化剂f68、0.3g交联剂戊二醛，小型高速乳化机中高速(转速15000r/min)剪切乳化交联，成型后放置于-70℃冰箱中冷冻12h，然后放入冷冻干燥机中经冷冻干燥工艺处理，得到n卤胺型抗菌明胶海绵，记为s1。
32.根据gb/t20944.3-2008第三部分：震荡法测试抗菌明胶海绵的抗菌性。选取大肠杆菌和金黄色葡萄球菌作为抗菌测试试验菌种，测试海绵s1抗菌率。
33.吸液倍率采用称重法测试，称量海绵吸液前后的质量，记为w1，w2。根据公式(w2-w1)/w1计算吸液倍率。
34.测得s1海绵材料对大肠杆菌抗菌率98％，金黄色葡萄球菌抗菌率97％，吸液倍率18.7g/g。
35.实施例2
36.n卤胺型抗菌明胶海绵的制备
37.(1)称取10g明胶，加入到100g去离子水中，80℃水浴加热，搅拌至明胶溶解，加入0.75g氯乙醛，继续搅拌反应3h，然后加入1.68g1-氯-2，2，5，5-四甲基-4-咪唑啉酮继续反应3h，得到n卤胺型明胶水溶液，记为a2。
38.(2)在上述a2溶液中加入0.2g乳化剂f68、0.3g交联剂戊二醛，小型高速乳化机中高速(转速15000r/min)剪切乳化交联，成型后放置于-70℃冰箱中冷冻12h，然后放入冷冻干燥机中经冷冻干燥工艺处理，得到n卤胺型抗菌明胶海绵，记为s2。测得s2海绵材料对大肠杆菌抗菌率99％，金黄色葡萄球菌抗菌率98％，吸液倍率16.5g/g。
39.实施例3
40.n卤胺型抗菌明胶海绵的制备
41.(1)称取10g明胶，加入到100g去离子水中，80℃水浴加热，搅拌至明胶溶解，加入1.0g氯乙醛，继续搅拌反应3h，然后加入2.25g1-氯-2，2，5，5-四甲基-4-咪唑啉酮继续反应3h，得到n卤胺型明胶水溶液，记为a3。
42.(2)在上述a3溶液中加入0.3g乳化剂f68、0.3g交联剂戊二醛，小型高速乳化机中高速(转速15000r/min)剪切乳化交联，成型后放置于-70℃冰箱中冷冻12h，然后放入冷冻干燥机中经冷冻干燥工艺处理，得到n卤胺型抗菌明胶海绵，记为s3。测得s3海绵材料材料对大肠杆菌抗菌率99％，金黄色葡萄球菌抗菌率98％，吸液倍率19.9g/g。
43.实施例4
44.n卤胺型抗菌明胶海绵的制备
45.(1)称取15g明胶，加入到100g去离子水中，80℃水浴加热，搅拌至明胶溶解，加入0.7g氯乙醛，继续搅拌反应3h，然后加入1.57g1-氯-2，2，5，5-四甲基-4-咪唑啉酮继续反应
3h，得到n卤胺型明胶水溶液，记为a4。
46.(2)在上述a4溶液中加入0.3g乳化剂f68、0.3g交联剂戊二醛，小型高速乳化机中高速(转速15000r/min)剪切乳化交联，成型后放置于-70℃冰箱中冷冻12h，然后放入冷冻干燥机中经冷冻干燥工艺处理，得到n卤胺型抗菌明胶海绵，记为s4。测得s4海绵材料材料对大肠杆菌抗菌率98％，金黄色葡萄球菌抗菌率96％，吸液倍率18.2g/g。
47.实施例5
48.n卤胺型抗菌明胶海绵的制备
49.(1)称取15g明胶，加入到100g去离子水中，80℃水浴加热，搅拌至明胶溶解，加入1.0g氯乙醛，继续搅拌反应3h，然后加入2.25g1-氯-2，2，5，5-四甲基-4-咪唑啉酮继续反应3h，得到n卤胺型明胶水溶液，记为a5。
50.(2)在上述a5溶液中加入0.5g乳化剂f68、0.5g交联剂戊二醛，小型高速乳化机中高速(转速15000r/min)剪切乳化交联，成型后放置于-70℃冰箱中冷冻12h，然后放入冷冻干燥机中经冷冻干燥工艺处理，得到n卤胺型抗菌明胶海绵，记为s5。测得s5海绵材料材料对大肠杆菌抗菌率98％，金黄色葡萄球菌抗菌率98％，吸液倍率20.3g/g。
51.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
52.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种n卤胺型抗菌明胶海绵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将明胶溶解在去离子水中，加入氯乙醛，搅拌反应获得含碳氯键的明胶，然后加入1-氯-2，2，5，5-四甲基-4-咪唑啉酮，反应得到n卤胺型明胶分子水溶液；(2)在n卤胺型明胶分子水溶液中加入乳化剂和交联剂得到混合组分水溶液，经过高速剪切乳化、发泡交联，成型后放置于-70℃环境中冷冻12h，经冷冻干燥，获得n卤胺型抗菌明胶海绵。2.根据权利要求1所述的n卤胺型抗菌明胶海绵的制备方法，其特征在于，步骤(1)中明胶的分子量为50000-150000。3.根据权利要求1所述的n卤胺型抗菌明胶海绵的制备方法，其特征在于，步骤(1)中n卤胺型明胶分子中活性氯含量在0.15-0.71％之间。4.根据权利要求1所述的n卤胺型抗菌明胶海绵的制备方法，其特征在于，步骤(1)中明胶、去离子水、氯乙醛和1-氯-2，2，5，5-四甲基-4-咪唑啉酮的质量比为10-15：100：0.5-1：1.13-2.25。5.根据权利要求1所述的n卤胺型抗菌明胶海绵的制备方法，其特征在于，步骤(2)中乳化剂和交联剂的质量比为0.2-0.5：0.3-0.5。6.根据权利要求1所述的n卤胺型抗菌明胶海绵的制备方法，其特征在于，步骤(2)中n卤胺型明胶分子质量占混合组分水溶液质量的10-20％，乳化剂质量占n卤胺型明胶分子质量的1-5％，交联剂质量占n卤胺型明胶分子质量的1-5％。7.根据权利要求1所述的n卤胺型抗菌明胶海绵的制备方法，其特征在于，步骤(2)中乳化剂为非离子型表面活性剂l64、f68、f88、f127、ni1000中的一种或多种；交联剂为戊二醛、甲醛中的一种。8.根据权利要求1所述的n卤胺型抗菌明胶海绵的制备方法，其特征在于，步骤(2)中高速剪切乳化、发泡交联过程的转速为15000r/min。9.一种权利要求1-8任一项所述方法制备得到的n卤胺型抗菌明胶海绵。10.一种权利要求1-8任一项所述方法制备得到的n卤胺型抗菌明胶海绵在制备止血材料和创伤敷料中的应用。

技术总结
本发明提供了一种N卤胺型抗菌明胶海绵的制备方法，属于生物医用材料领域。其制备方法是先将明胶和氯乙醛反应获得含碳氯键的明胶，然后与1-氯-2，2，5，5-四甲基-4-咪唑啉酮反应，得到带有卤胺基团的明胶分子，进一步采用醛类交联剂交联并乳化成型后，经过冷冻干燥获得N卤胺型抗菌明胶海绵，所制备的N卤胺型明胶海绵具有良好的抗菌性能和吸液性，可作为止血材料和创伤敷料使用。料和创伤敷料使用。


技术研发人员：孙复钱 张鹏 舒泉水
受保护的技术使用者：江西省科学院应用化学研究所
技术研发日：2022.02.11
技术公布日：2022/5/25