一种仿生胶原蛋白创面敷料及制备方法和应用与流程

1.本发明涉及一种仿生胶原蛋白创面敷料及制备方法和应用，属于生物材料领域。


背景技术：

2.医用创面敷料，是包伤的用品，用以覆盖疮、伤口或其他损害的医用材料。它可以吸收创面渗出液以及有毒物质，允许气体交换，从而为愈合创造一个理想的环境，也可以防止环境中的微生物侵入，预防创面交叉感染。随着生物医用材料的发展，创面敷料的功能已逐渐从单纯隔离演变为促进愈合并提高愈合质量。
3.由于水凝胶具有与细胞外基质相似的物理化学特性，良好的生物相容性和离子传送能力，被广泛用于创面修复材料。现有水凝胶创面敷料主要从化学功能化入手，通过引入抗菌成分(如纳米银离子、聚多巴胺等)、促细胞增殖成分(如胶原、明胶等)进而实现创面处抗感染、促愈合的效果。然而现有水凝胶敷料均忽略了凝胶内部纤维支架结构仿生功能化对创面愈合速度的影响。
4.发明人前期的研究中，专利文献cn110025827a记载了一种含天然植物多糖的保水性双组份水凝胶及其制备方法，以氯化钾作为交联剂，将低分子量凝胶因子与天然植物多糖卡拉胶共混并加热溶解，冷却后即得双组份水凝胶。但该方法采用的高分子组分为卡拉胶，在创面酸性环境下会发生酸水解，破坏低分子量凝胶因子形成的纤维网络结构，造成凝胶损坏，无法作为创面敷料使用。并且该方法仅简单将低分子量凝胶因子与高分子多糖卡拉胶进行共混，二者之间并无相互作用力，而氯化钾仅将卡拉胶长链进行交联，因此此凝胶在实际使用过程中，低分子量凝胶因子部分将迅速降解，造成凝胶坍塌。
5.发明人前期的的研究中，专利文献cn102585267b记载了细胞培养用的只能凝胶三维支架材料，所述智能凝胶三维支架材料是将超分子凝胶因子置于天然多糖的水溶液中，加热至完全溶解形成混合溶液，进一步冷却形成凝胶；将制得的凝胶烘干至水分完全蒸干，形成透明薄膜，即得。但该方法中，并未将天然多糖高分子链进行交联，导致形成的水凝胶机械强度较低，形状无法固定。为了固定形状，该专利最后一步将凝胶进行干燥，得到透明薄膜。然而该干凝胶薄膜吸水溶胀后，得到的粘稠状水凝胶仍然具有流动性，机械强度低，形状无法固定。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术的不足，本发明提供了一种通过二次交联制备仿生胶原蛋白创面敷料的方法及其应用，该仿生胶原蛋白创面敷料具有螺旋结构，以解决现有凝胶敷料结构仿生差导致创面愈合速度慢的问题。
7.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
8.本发明提供了一种仿生胶原蛋白螺旋结构创面敷料的制备方法，包括以下步骤：
9.a、将d
‑
氨基酸衍生物通过物理方法或化学方法修饰在高分子长链侧基上；
10.b、将步骤a得到的修饰后的高分子高温溶解于去离子水中，所得修饰后的高分子
溶液转移至模具中，静置冷却进行首次高分子长链交联，在模具中形成预凝胶；
11.c、成型后的预凝胶浸泡在盐溶液中进行第二次高分子长链交联，交联产物洗涤后，即得所述仿生胶原蛋白创面敷料。
12.所述步骤b的静置冷却过程中，高分子长链在d
‑
氨基酸衍生物间氢键作用驱动下，进行首次高分子长链交联，在模具中形成预凝胶；步骤c的第二次高分子长链交联可进一步提升凝胶机械性能。
13.优选地，步骤a中，所述d
‑
氨基酸衍生物为d
‑
苯丙氨酸衍生物。
14.优选地，所述d
‑
苯丙氨酸衍生物包括以苯环为中心核，1，4对位嫁接d
‑
苯丙氨酸甲酯；以苯环为中心核，1，4对位嫁接d
‑
苯丙氨酸；以苯环为中心核，1，4对位嫁接d
‑
苯丙氨酸和一缩乙二醇的一种或者几种。
15.优选地，步骤a中，所述高分子选自海藻酸盐、壳聚糖中的至少一种。
16.优选地，步骤a中，所述将d
‑
氨基酸衍生物通过物理方法修饰在高分子长链侧基上步骤为：将d
‑
氨基酸衍生物的甲醇溶液与高分子水溶液在15
‑
35℃下混合搅拌1
‑
3小时后，旋转蒸发去除溶剂。
17.优选地，步骤a中，所述将d
‑
氨基酸衍生物通过化学方法修饰在高分子长链侧基上步骤为：将d
‑
氨基酸衍生物的甲醇溶液与高分子水溶液在浓盐酸作为催化剂条件下，100
‑
130℃下回流搅拌2
‑
4小时后，旋转蒸发去除溶剂。
18.优选地，所述d
‑
氨基酸衍生物的甲醇溶液中，d
‑
氨基酸衍生物浓度为10
‑
50mg/ml；高分子水溶液中，高分子浓度为1
‑
5mg/ml；所述d氨基酸衍生物的甲醇溶液与高分子水溶液体积比为1:5
‑
1:10。若d
‑
氨基酸衍生物浓度过低，则分子无法自组装形成螺旋纤维，若浓度过高，则溶解会存在困难。
19.优选地，步骤b中，所述修饰后的高分子溶液的浓度为5
‑
25mg/ml；
20.所述修饰后的高分子高温溶解的温度为90
‑
110℃，冷却的温度为15
‑
35℃。
21.优选地，步骤c中，所述盐溶液选自氯化钙，氯化锌，氯化铜，氢氧化钠中的一种或几种。
22.优选地，步骤c中，所述洗涤采用去离子水洗涤两次或者以上。
23.本发明还提供了一种根据前述方法制备的仿生胶原蛋白创面敷料。
24.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
25.1、本发明通过二次交联方法制备的水凝胶，其力学强度与一次交联或无交联形成的水凝胶相比大大提高，避免了凝胶因为力学强度不足导致的形状改变，凝胶坍塌等现象。
26.2、本发明通过采用d
‑
氨基酸衍生物，可以形成仿生胶原蛋白螺旋结构的微纳米纤维，该仿生结构能够促进创面处微血管和肉芽组织的形成，从而加速创面愈合，比使用无仿生胶原蛋白螺旋结构的凝胶相比，明显促进创面愈合，缩短伤口愈合时间。
27.3、本发明选用的高分子在创面环境下不会发生水解，可以保持d
‑
氨基酸衍生物形成的仿生胶原蛋白螺旋结构。
28.4、本发明制备的具有仿生胶原蛋白螺旋结构水凝胶敷料既能吸收创面渗液，保证充分引流，又能为创面修复提供一个的微湿润的生理环境，有利于伤口上皮细胞再生，加速创面愈合。
29.5、本发明制备的仿生胶原蛋白螺旋结构凝胶敷料具有良好的生物相容性，可广泛
用于溃疡创面、烧烫伤等创面的修复。
附图说明
30.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
31.图1为具有修复功能的仿生胶原蛋白创面敷料宏观图；
32.图2为具有修复功能的仿生胶原蛋白螺旋结构的创面敷料sem图及胶原蛋白sem图；
33.图3为平板流变仪对实施例1中凝胶的力学强度表征图；
34.图4为平板流变仪对实施例3中凝胶的力学强度表征图；
35.图5为对比例1中无仿生胶原蛋白螺旋结构的创面敷料sem图；
36.图6为平板流变仪对对比例2中凝胶的力学强度表征图；
37.图7为平板流变仪对对比例3中凝胶的力学强度表征图；
38.图8为平板流变仪对对比例4中凝胶的力学强度表征图；
39.图9为对比例5中凝胶在ph6.5酸性溶液环境中坍塌图片；
40.图10为实施例1，实施例3，对比例1制备的凝胶敷料用于糖尿病创面后14天愈合效果图以及相应14天的愈合效率图。
具体实施方式
41.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
42.实施例1：
43.本实施例提供了一种具有修复功能的仿生胶原蛋白右旋手性结构的创面敷料制备方法，包括以下步骤：
44.1.称取200mg的d
‑
氨基酸衍生物(以苯环为中心核，1，4对位嫁接d
‑
苯丙氨酸和一缩乙二醇)溶解于20ml甲醇溶液中；
45.2.称取500mg的海藻酸钠充分溶解在100ml的水中，形成海藻酸钠溶液；
46.3.将步骤1中20mld
‑
氨基酸衍生物的甲醇溶液加入100ml海藻酸钠水溶液中；
47.4. 25℃下搅拌3小时；d
‑
氨基酸衍生物的羟基与海藻酸钠羧基间形成氢键，获得d
‑
氨基酸衍生物物理修饰的海藻酸钠溶液；
48.5.将步骤4中d
‑
氨基酸衍生物物理修饰的海藻酸钠溶液旋转蒸发并干燥；
49.6.称取100mg步骤5制得的d
‑
氨基酸衍生物物理修饰的海藻酸钠分散在10ml去离子水中，所得d
‑
氨基酸衍生物物理修饰的海藻酸钠水溶液浓度为10mg/ml；
50.7.将步骤6制得的d
‑
氨基酸衍生物物理修饰的海藻酸钠分散液加热至90℃，溶液澄清后倒入20℃模具中，静置冷却，待d
‑
氨基酸衍生物物理修饰的海藻酸钠进行第一次交联，形成预凝胶。
51.8.将成型后的预凝胶在0.1m的氯化钙溶液进行浸泡，待d
‑
氨基酸衍生物物理修饰
的海藻酸钠进行第二次交联，提升凝胶力学强度；
52.9.两次交联后的凝胶产物用水洗涤两次及以上；
53.即得所述具有修复功能的仿生胶原蛋白创面敷料，其宏观图如图1所示，sem图如图2所示(图2中左图为本发明制备的仿生胶原蛋白的螺旋结构，右图为天然胶原蛋白的螺旋结构)。该实施例中，通过物理法将d
‑
氨基酸衍生物修饰到海藻酸钠侧链后，经过二次交联所得凝胶的力学强度通过流变学表征显示其储存模量为3305pa(图3)。
54.实施例2：
55.本实施例提供了一种具有修复功能的仿生胶原蛋白右旋手性结构的创面敷料制备方法，包括以下步骤：
56.1.称取200mg的d
‑
氨基酸衍生物(以苯环为中心核，1，4对位嫁接d
‑
苯丙氨酸)溶解于20ml甲醇溶液中；
57.2.称取500mg的壳聚糖充分溶解在100ml含1％醋酸的水中，形成壳聚糖溶液；
58.3.将步骤1中20mld
‑
氨基酸衍生物的甲醇溶液加入100ml壳聚糖水溶液中；
59.4. 30℃下搅拌3小时；d
‑
氨基酸衍生物的羧基与壳聚糖羟基间形成氢键，获得d
‑
氨基酸衍生物物理修饰的壳聚糖溶液；
60.5.将步骤4中d
‑
氨基酸衍生物物理修饰的壳聚糖溶液旋转蒸发并干燥；
61.6.称取100mg的d
‑
氨基酸衍生物物理修饰的壳聚糖分散在10ml去离子水中；
62.7.将d
‑
氨基酸衍生物物理修饰的壳聚糖分散液加热至95℃，溶液澄清后倒入20℃模具中，静置冷却，待d
‑
氨基酸衍生物物理修饰的壳聚糖进行第一次交联，形成预凝胶。
63.8.将成型后的预凝胶在0.1m的氢氧化钠溶液进行浸泡，待d
‑
氨基酸衍生物物理修饰的壳聚糖进行第二次交联，提升凝胶力学强度；
64.9.两次交联后的凝胶产物用水洗涤两次及以上；
65.即得所述具有修复功能的仿生胶原蛋白创面敷料。其宏观图和sem图与实施例1基本相同。
66.实施例3：
67.本实施例提供了一种具有修复功能的仿生胶原蛋白右旋手性结构的创面敷料制备方法，包括以下步骤：
68.1.称取200mg的d
‑
氨基酸衍生物(以苯环为中心核，1，4对位嫁接d
‑
苯丙氨酸和一缩乙二醇)溶解于20ml甲醇溶液中；
69.2.称取500mg的海藻酸钠充分溶解在100ml去离子水中，形成海藻酸钠溶液；
70.3.将步骤1中20mld
‑
氨基酸衍生物的甲醇溶液和2ml浓盐酸加入100ml海藻酸钠水溶液中；
71.4. 120℃下搅拌4小时，d
‑
氨基酸衍生物的羟基与海藻酸钠的羧基间发生酯化反应形成酯键，获得d
‑
氨基酸衍生物化学修饰的海藻酸钠溶液；
72.5.将步骤4中d
‑
氨基酸衍生物化学修饰的海藻酸钠溶液旋转蒸发并干燥；
73.6.称取100mg步骤5制得的d
‑
氨基酸衍生物化学修饰的海藻酸钠分散在10ml去离子水中；
74.7.将d
‑
氨基酸衍生物化学修饰的海藻酸钠分散液加热至95℃，溶液澄清后倒入20℃模具中，静置冷却，待d
‑
氨基酸衍生物化学修饰的海藻酸钠进行第一次交联，形成预凝
胶。
75.8.将成型后的预凝胶在0.1m的氯化钙溶液进行浸泡，待d
‑
氨基酸衍生物化学修饰的海藻酸钠进行第二次交联，提升凝胶力学强度；
76.两次交联后的凝胶产物用水洗涤两次及以上；即得所述具有修复功能的仿生胶原蛋白创面敷料。其宏观图和sem图与实施例1基本相同。该实施例中，通过化学法将d
‑
氨基酸衍生物修饰到海藻酸钠侧链后，经过二次交联所得凝胶的力学强度通过流变学表征显示其储存模量为5221pa(图4)。
77.对比例1
78.本对比例提供一种基于l/d
‑
消旋苯丙氨酸衍生物的无仿生胶原蛋白螺旋结构创面凝胶敷料，其制备方法如下：
79.1.称取200mg的l/d
‑
消旋氨基酸衍生物(以苯环为中心核，1，4对位嫁接l/d
‑
苯丙氨酸和一缩乙二醇)溶解于20ml甲醇溶液中；
80.2.称取500mg的海藻酸钠充分溶解在100ml的水中，形成海藻酸钠溶液；
81.3.将步骤1中20mll/d
‑
氨基酸衍生物的甲醇溶液加入100ml海藻酸钠水溶液中；
82.4. 25℃下搅拌3小时；l/d
‑‑
氨基酸衍生物的羟基与海藻酸钠羧基间形成氢键，获得d
‑
氨基酸衍生物物理修饰的海藻酸钠溶液；
83.5.将步骤4中l/d
‑‑
氨基酸衍生物物理修饰的海藻酸钠溶液旋转蒸发并干燥；
84.6.称取100mg的l/d
‑‑
氨基酸衍生物物理修饰的海藻酸钠分散在10ml去离子水中；
85.7.将d
‑
氨基酸衍生物物理修饰的海藻酸钠分散液加热至90℃，溶液澄清后倒入20℃模具中，静置冷却，待d
‑
氨基酸衍生物物理修饰的海藻酸钠进行第一次交联，形成预凝胶。
86.8.将成型后的预凝胶在0.1m的氯化钙溶液进行浸泡，待l/d
‑‑
氨基酸衍生物物理修饰的海藻酸钠进行第二次交联，提升凝胶力学强度；
87.9.两次交联后的凝胶产物用水洗涤两次及以上；
88.其宏观图与实施例1中基本相同，其扫描电镜如图5所示,无仿生胶原蛋白的螺旋纤维。
89.对比例2
90.本对比例提供一种具有修复功能的仿生胶原蛋白右旋手性结构的创面敷料制备方法，具体步骤与实施例1基本相同，不同之处仅在于：无步骤1
‑
5，步骤6中将100mg海藻酸钠与40mg d
‑
氨基酸衍生物(以苯环为中心核，1，4对位嫁接d
‑
苯丙氨酸和一缩乙二醇)加入10ml去离子水中形成分散液。
91.由于d
‑
氨基酸衍生物没有通过物理作用(如氢键)或化学作用(如酯键)修饰在海藻酸钠高分子链上，因此所得凝胶敷料仅为海藻酸钠高分子链与钙离子一次交联产物。该对比例中，未经修饰的海藻酸钠与d
‑
氨基酸衍生物直接混合，经过海藻酸钠与钙离子一次交联所得的凝胶储存模量为1674pa(图6)，远小于通过化学法或物理法将d
‑
氨基酸衍生物修饰到海藻酸钠侧链后，经过二次交联所得凝胶的力学强度(化学法修饰后二次交联凝胶的储存模量为5221pa,物理法修饰后二次交联凝胶的储存模量3305pa)。该凝胶在实际使用过程中极易破损，无法作为创面敷料使用。
92.对比例3
93.本对比例提供一种具有修复功能的仿生胶原蛋白右旋手性结构的创面敷料制备方法，具体步骤与实施例1基本相同，不同之处仅在于：步骤8为：加入一定量的0.1m的氯化钾溶液进行浸泡。
94.由于钾离子无法与海藻酸钠进行离子交联，因此所得凝胶敷料仅为d
‑
氨基酸衍生物(以苯环为中心核，1，4对位嫁接d
‑
苯丙氨酸和一缩乙二醇)修饰过的海藻酸钠在d
‑
氨基酸衍生物间氢键作用驱动下一次交联产物。该对比例中，d
‑
氨基酸衍生物通过物理法修饰到海藻酸钠侧链上后，通过氨基酸衍生物间氢键作用一次交联的凝胶储存模量为560pa(图7)，远小于通过化学法或物理法将d
‑
氨基酸衍生物修饰到海藻酸钠侧链后，经过二次交联所得凝胶的力学强度(化学法修饰后二次交联凝胶的储存模量为5221pa,物理法修饰后二次交联凝胶的储存模量3305pa)。该凝胶在实际使用过程中极易破损，无法作为创面敷料使用。
95.对比例4
96.本对比例提供一种具有修复功能的仿生胶原蛋白右旋手性结构的创面敷料制备方法，具体步骤与实施例1基本相同，不同之处仅在于：采用透明质酸钠代替海藻酸钠。
97.由于透明质酸钠无法与钙离子进行离子交联，因此所得凝胶敷料仅为d
‑
氨基酸衍生物(以苯环为中心核，1，4对位嫁接d
‑
苯丙氨酸和一缩乙二醇)修饰过的透明质酸那在d
‑
氨基酸衍生物间氢键作用驱动下一次交联产物。该对比例中，d
‑
氨基酸衍生物通过物理法修饰到透明质酸纳侧链上后，通过氨基酸衍生物间氢键作用一次交联的凝胶储存模量为328pa(图8)，远小于通过化学法或物理法将d
‑
氨基酸衍生物修饰到海藻酸钠侧链后，经过二次交联所得凝胶的力学强度(化学法修饰后二次交联凝胶的储存模量为5221pa,物理法修饰后二次交联凝胶的储存模量3305pa)。该凝胶在实际使用过程中极易破损，无法作为创面敷料使用。
98.对比例5
99.本对比例提供一种具有修复功能的右旋手性创面敷料的制备方法，具体步骤与实施例1基本相同，不同之处仅在于：步骤1中，采用卡拉胶代替海藻酸钠。
100.由于卡拉胶无法与钙离子进行离子交联，因此所得凝胶敷料仅为d
‑
氨基酸衍生物(以苯环为中心核，1，4对位嫁接d
‑
苯丙氨酸和一缩乙二醇)修饰过的卡拉胶在d
‑
氨基酸衍生物间氢键作用驱动下一次交联产物。并且卡拉胶在创面酸性环境ph6.5下发生酸水解，造成凝胶解体(图9)，无法作为创面敷料使用。
101.创面愈合效果验证：
102.将小鼠背部进行糖尿病创面建模，并分成四组，分别用实施例3中基于d
‑
苯丙氨酸衍生物(以苯环为中心核，1，4对位嫁接d
‑
苯丙氨酸和一缩乙二醇)化学修饰海藻酸钠后二次交制备的仿生胶原蛋白创面凝胶敷料(实验组1)，实施例1中基于d
‑
苯丙氨酸衍生物(以苯环为中心核，1，4对位嫁接d
‑
苯丙氨酸和一缩乙二醇)物理修饰海藻酸钠后二次交制备的仿生胶原蛋白创面凝胶敷料(实验组2)，对比例1中基于l/d
‑
消旋苯丙氨酸衍生物(以苯环为中心核，1，4对位嫁接d/l
‑
消旋苯丙氨酸和一缩乙二醇)制备的无仿生胶原蛋白螺旋结构创面凝胶敷料(实验组3)，另一组小鼠不做处理作为空白对照(实验组4)。十四天后愈合结果如图4所示。该结果显示：实施例3中基于d
‑
苯丙氨酸衍生物(以苯环为中心核，1，4对位嫁接d
‑
苯丙氨酸和一缩乙二醇)化学修饰海藻酸钠后二次交制备的仿生胶原蛋白创面凝胶敷
料(实验组1)处理后的伤口愈合更快，14天后愈合率可达98％，实施例1中基于d
‑
苯丙氨酸衍生物(以苯环为中心核，1，4对位嫁接d
‑
苯丙氨酸和一缩乙二醇)物理修饰海藻酸钠后二次交制备的仿生胶原蛋白创面凝胶敷料(实验组2)处理后的伤口愈合率14天后达78％，对比例1中基于l/d
‑
消旋苯丙氨酸衍生物(以苯环为中心核，1，4对位嫁接d/l
‑
消旋苯丙氨酸和一缩乙二醇)制备的无仿生胶原蛋白螺旋结构创面凝胶敷料(实验组3)处理后的伤口愈合率14天后为51％，未经凝胶敷料处理的创面(实验组4)14天后伤口愈合率为39％。
103.动物实验结果证实：实施例1和3制备的具有修复功能的仿生胶原蛋白凝胶敷料处理创面后，创面愈合速度更快。
104.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。