CN101301487A - 一种明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料及制备方法，属生物材料领域。其特征在于：以明胶为原料配制含量为1～30％的溶液，添加质量的百分含量为2～20％由熔融法或溶胶凝胶法制备的，生物活性玻璃粉体，经磁力搅拌得混合溶液。将混合溶液倒入模具中，液层达1－8mm，常温下静置0.5－3h，然后预冻温度控制在－20℃～－80℃之间，冷冻干燥控制在－40℃于5～10KPa下进行。本发明断面为双层复合结构，厚度达0.5～5mm。其中上层为疏松多孔层，下层为致密粉层，粉层厚度达0.1～2.0mm。该双层海绵敷料柔软，可用作软组织伤口修复材料。特别适用于如宫颈糜烂、口腔溃疡、褥疮、窦道、脂肪液化性伤口、性病溃疡、痔疮、糖尿病溃疡等软组织溃疡中任一种或它们的长期糜烂。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于软组织修复的明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料及其制备方法，属生物材料领域。
背景技术
皮肤是人体最大的器官，若皮肤受到大面积损伤，则会引起许多局部甚至全身性问题，如新陈代谢加剧、水分和蛋白质过度散失、免疫系统失调等，严重的还会危及生命。若创面覆盖适当的敷料，能有效降低患者机体超高代谢的严重程度，减轻疼痛，防止细菌感染，加速创面愈合。其中，治疗长期糜烂性伤口是困扰医学界难题之一，没有很有效而简单的药物治疗方法。重症病人只能通过住院进行每天清洗伤口、消毒、换药来治疗。目前，国内外有采取从异体异源中提取的生长因子来促进创伤愈合的治疗方法。这种外源性生长因子可能会导致结疤。另外，由于生长因子大多是从异体异源中提取制备的，存在引入病毒感染的可能。
生物活性玻璃已有30多年的研究历史，成功的临床应用已有15多年，是目前唯一既能促进骨组织的生长、骨缺损的愈合又能促进软组织的生长愈合的人工合成材料。此人工合成材料与其它从异体中提取的生物材料相比，最大的优点是它的安全性，不用担心其它异体病菌的传染。生物活性玻璃的优良特性来源于它的表面活性。最新的研究表明，生物活性玻璃的表面活性能促进生长因子的生成、促进细胞的繁衍、活化细胞基因表达。这样，生物活性玻璃通过直接对那些调节诱发细胞周期开始和进程的基因的直接控制，从而加强和达到了对人体组织形成生长的促进作用。这些独特的特性，使生物活性玻璃作为医疗器械在临床上应用具有巨大的潜在价值，引起学术界和产业界较大关注。尽管其良好的生物相容性和生物活性，生物活性玻璃作为临床应用产品目前只有一种颗粒状的型式和目前作为骨缺损修复的多孔块状支架材料。
近年来人们广泛探索可作为皮肤屏障的创面敷料。中国专利(CN1554448A)公开了一种壳聚糖明胶聚乙烯醇生物止血敷料，是由壳聚糖、明胶、聚乙烯醇、甘油配制而成。该敷料具有较好的亲水性、成膜性、牵拉性及止血效果，但对创面起不到明显的治疗作用。中国专利ZL02111437.4公开了一种壳聚糖、胶原和海藻酸钙复合海绵生物敷料及其制备工艺。这种敷料生物相容性好，粘附性强，具有促进伤口愈合的活性功能及止血作用。但其所用I型胶原价格较为昂贵，且具有一定抗原性，不利于大范围应用。而明胶是一种热水可溶的多肽混合物，由广泛存在于高等动物的皮、骨结缔组织中的胶原蛋白水解而得，其弱的抗原性和良好的生物相容性，在烧伤、创伤、眼角膜疾病、美容、矫形、创面止血等医药卫生领域用途广泛。中国发明专利(ZL200410018370.4)提出了生物活性玻璃粉体在制备治疗溃疡及糜烂性伤口敷料中的应用。为了进一步扩大生物活性玻璃在软组织损伤修复中的应用范围，本发明拟选用明胶作为载体材料，将生物活性玻璃粉体与之复合制成敷料形式，更好地用于治疗软组织创伤及长期糜烂性伤口。
发明内容
本发明的目的在于提供一种明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料及制备方法。提供的海绵敷料以明胶为载体，将生物活性玻璃粉体与之复合制得，该敷料不仅柔软、生物相容性好，而且为双层复合结构，致密粉层的生物活性玻璃可有效治疗长期糜烂性伤口。该敷料作为软组织缺损修复材料，特别适用于如宫颈糜烂、口腔溃疡、褥疮、窦道、脂肪液化性伤口、性病溃疡、痔疮、糖尿病溃疡等软组织溃疡中任一种或它们的长期糜烂，可以满足新一代生物材料发展和临床应用的需要。
本发明是以明胶为原料制备成溶液，添加生物活性玻璃粉体(以熔融法制备得到，其化学组成的质量百分比为24-45％CaO，34-50％SiO2，0-25％Na2O，5-17％P2O5，0-5％MgO以及0-1％CaF2；或者以溶胶凝胶法制备得到，其化学组成的质量百分比为50-91％SiO2，5-50％CaO，余量为P2O5)，经磁力搅拌得混合溶液。然后将混合溶液倒入模具中，在常温下静置、预冻、真空冷冻干燥得双层复合膜敷料。其具体过程是：在40℃～60℃温度下，将一定量的明胶溶于去离子水中，配制质量百分浓度为1～30％的溶液A，在A中加入质量百分含量为2～20％生物活性玻璃粉体，磁力搅拌1-5h，使玻璃粉体分散均匀得混合溶液B。将混合溶液B倒入模具中，液层达1-8mm，常温下静置0.5-3h，然后预冻温度控制在-20℃～-80℃之间的低温下预冻1小时，然后将预冻的凝胶再真空冷冻干燥机中冷冻干燥，冷冻干燥控制在-40℃于5～10KPa下进行，最终得到具有双层结构的海绵敷料，厚度达0.5～5mm。其中上层为疏松多孔层，下层为致密粉层，致密粉层厚度达0.1～2.0mm。所使用的模具为玻璃模具或聚四氟乙烯模具。采用本发明提供的方法可以制备具有不同形状、不同厚薄的明胶和生物活性玻璃复合的海绵敷料。通过工艺控制可以使生物活性玻璃粉层厚度有所控制，使足量的生物活性玻璃粉体与伤口渗液接触，发生快速表面反应，促进伤口快速愈合。
生物活性玻璃的作用是利用它的表面活性反应导致伤口愈合。当生物活性玻璃粉体接触到软组织溃疡和长期糜烂创口，与伤口渗液相接触时，发生快速表面反应。生物活性玻璃颗粒的高的比表面积吸附成纤维细胞、上表皮细胞以及一些蛋白质生长因子，这些细胞受到羟基磷灰石支架层的稳定以及生长因子的作用，有利于细胞新陈代谢并构建新的组织，使得生物活性玻璃颗粒表面成为结缔组织以及表皮组织生长的基地。此外，生物活性玻璃颗粒表面反应能提高伤口或软组织损伤处pH值，可以抑制伤口感染。所有这些作用达到了促进伤口以及软组织损伤愈合的效果。
综上所述，本发明的明胶/生物活性玻璃双层海绵敷料作为软组织伤口修复材料具有独特优势，特别适用于烧伤、手术创面、宫颈糜烂、口腔溃疡、褥疮、窦道、脂肪液化性伤口、性病溃疡、痔疮、糖尿病溃疡等软组织溃疡中任一种或它们的长期糜烂。
本发明具体实施方法如下：
1、材料制备
本发明的生物活性玻璃粉体是通过熔融方法或溶胶凝胶方法制备得到的。所用的无机原材料均为分析纯。熔融法是将化学试剂按不同组分需要称量和混匀后在1380-1480℃下熔融，再经冷却、粉碎、过筛得到颗粒度为40-300μm的玻璃粉体。溶胶凝胶法是采用无机盐或者金属醇盐作为生物玻璃中氧化物的前驱体，在硝酸的催化作用下在水溶液中进行水解，然后加入硝酸盐等混合均匀，形成溶胶，制备好的溶胶在60℃陈化72小时，形成凝胶，然后在120℃干燥72小时，球磨、筛分制得的干凝胶粉在600～800℃煅烧得到颗粒度为1-40μm的玻璃粉体。溶胶凝胶法制备的生物活性玻璃具有密度小，比表面积高，生物活性高的特性。
将明胶在40℃～60℃温度下将其溶解于去离子水，配制成质量浓度为1％～30％的明胶水溶液；在明胶溶液中加入质量百分含量为2～20％的生物活性玻璃粉体，磁力搅拌1-5h，使玻璃粉末分散均匀；将该混合溶液倒入模具中，液层达1-8mm，常温下静置0.5-3h，然后放入-20℃- -80℃的低温下预冻1h以上，将预冻好的凝胶在真空冷冻干燥机中冷冻干燥。冷冻干燥控制在-40℃于5～10KPa下进行，约48h后得到柔软的明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料。所使用的明胶是从国药集团化学试剂有限公司购得的。
2、性能评价
2.1生物活性评价
将本发明得到的明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料底层的生物活性玻璃粉体刮下，先后经去离子水和丙酮洗涤、晾干后进行体外溶液生物活性测试。所用的溶液为人体模拟体液(SBF；Simulated Body Fluid)。SBF含有与人体血浆相同的离子和离子团浓度。
SBF组成为：
NaCl 7.996g/L
NaHCO3 0.350g/L
KCl 0.224g/L
K2HPO4.3H2O 0.228g/L
MgCl2.6H2O 0.305g/L
HCl 1mol/L
CaCl2 0.278g/L
Na2SO4 0.071g/L
NH2C(CH2OH)3 6.057g/L
生物活性玻璃粉体在SBF中，反应条件为0.15g生物活性玻璃粉体、30.0mL/day SBF、37℃恒温箱内。将生物活性玻璃粉体浸泡3天后，取出样品并经过去离子水洗涤后做XRD和傅立叶红外变换光谱(FTIR)测试，结果分别见图3、图4。生物活性实验表明本发明得到的明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料底层的生物活性玻璃粉体能在表面诱导生成骨羟基磷灰石，从而表明这些材料具有良好的生物活性。
附图说明
通过下面的结合附图对本发明作进一步的详细说明，可以更好地理解上文所述内容。其中，
图1为明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料的制作方法示意图。
图2为制备的明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料外观照片。
图3为制备的明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料断面光学显微镜照片。
图4为纯的生物活性玻璃粉体(A)和本发明实施例1制备的明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料底层的生物活性玻璃粉体(B)在SBF(人体模拟体液)中浸泡3天后的XRD图；照片显示材料经SBF浸泡3天表面有大量羟基磷灰石晶体出现。
图5为本发明实施例1制备的明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料底层的生物活性玻璃粉体在SBF中浸泡3天后的傅立叶变换红外光谱(FTIR)图。
具体实施方式
下面通过本发明的实施例，进一步阐明本发明实质性特点和显著的进步，但本发明决非限于实施例。
实施例1
采用熔融法制备生物活性玻璃粉体，将分析纯SiO2，Na2CO3，CaCO3，P2O5等原料按比例均匀混合，在1420℃熔融成均质熔体，然后冷却，粉碎，过筛得到粒径在40-300μm的生物活性玻璃粉体。该玻璃粉体的质量百分组成为CaO 24.5％、SiO2 45％、Na2O 24.5％、P2O5 6％。
将明胶在40℃～60℃温度下将其溶解于去离子水，配制成质量浓度为2％的明胶水溶液；在明胶溶液中加入质量百分含量为5％的颗粒度为100-150μm的生物活性玻璃粉体，磁力搅拌3h，使玻璃粉末分散均匀；将该混合溶液倒入模具中，液层达2mm，常温下静置1h，然后放入-75℃的低温下预冻1h，将预冻好的凝胶在真空冷冻干燥机中冷冻干燥。冷冻干燥控制在-40℃于5KPa下进行，48h后得到柔软的明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料。该双层复合结构厚度达2mm，粉层厚度达0.15mm。如图5所示，经SBF浸泡3天后即有羟基磷灰石(波数为571.97)出现。
实施例2
采用溶胶凝胶法制备生物活性玻璃粉体，使用正硅酸乙酯(TEOS)作为SiO2的前驱体，磷酸三乙酯(TEP)作为P2O5的前驱体。在硝酸的催化作用下在水溶液中进行水解，然后加入硝酸盐等混合均匀，形成溶胶，制备好的溶胶在60℃陈化72小时，形成凝胶，然后在120℃干燥72小时，球磨、筛分制得的干凝胶粉在700℃煅烧得到粒径在1-40μm的生物活性玻璃粉体。该玻璃粉体的组成为SiO2 58％，CaO 33％，P2O5 9％。
将明胶在40℃～60℃温度下将其溶解于去离子水，配制成质量百分浓度为2.5％的明胶水溶液；在明胶溶液中加入质量百分含量为10％的颗粒度为1-40μm的生物活性玻璃粉体，磁力搅拌4h，使玻璃粉末分散均匀；将该混合溶液倒入模具中，液层达2.5mm，常温下静置1h，然后放入-75℃的低温下预冻1h，将预冻好的凝胶在真空冷冻干燥机中冷冻干燥。冷冻干燥控制在-40℃于5KPa下进行，48h后得到柔软的明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料。该双层复合结构厚度达2.5mm，粉层厚度达0.25mm。
实施例3
采用熔融法在1450℃熔融成均质熔体。制备成生物活性玻璃的质量百分组成为CaO 40％、SiO2 40％、Na2O 8％、P2O5 12％。，其余同实施例1，结果也与实施例1相似。
实施例4
采用溶胶凝胶法制备成生物活性玻璃，所配制的明胶水溶液的明胶的质量百分浓度为20％，在明胶中加入质量百分浓度为18％的颗粒度为1-40μm的生物活性玻璃，其余同实施例2。所制得的双层复合结构厚度达4.5mm，粉层厚度达1.5mm左右。
Claims (8)
1、一种明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料，其特征在于：
(1)所述的复合海绵敷料是由质量百分浓度为1～30％的明胶去离子水溶液中添加质量百分组成2-20％的生物活性玻璃粉体组成；
(2)所述的海绵敷料为双层结构，上层为疏松多孔层，下层为致密粉层。
2、按权利要求1所述的明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料，其特征在于所述的生物活性玻璃质量百分组成为：
(1)24-45％CaO、34-50％SiO2、0-25％Na2O、5-17％P2O5、0-5％MgO以及0-1％CaF2；
或(2)50-91％SiO2，5-50％CaO，余量为P2O5。
3、按权利要求1所述的明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料，其特征在于所述的双层结构厚度为0.5-5mm，致密粉层厚度达0.1-2.0mm。
4、制备如权利要求1或3所述的明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料的方法，其特征在于制备步骤是：
(1)将明胶在40℃～60℃温度下将其溶解于去离子水，配制成质量浓度为1～30％的明胶水溶液；
(2)在明胶溶液中加入质量百分含量为2～20％生物活性玻璃粉体，磁力搅拌1-5h，使玻璃粉末分散均匀；
(3)将混合溶液倒入模具中，液层达1-8mm，常温下静置0.5-3h，然后放入-20℃-80℃的低温下预冻1h以上，将预冻好的凝胶在真空冷冻干燥机中冷冻干燥。冷冻干燥控制在-40℃于5～10KPa下进行，最终制成具有双层结构的海绵敷料。
5、按权利要求4所述的明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料的制备方法，其特征在于所使用的模具为玻璃模具或为聚四氟乙烯模具。
6、按权利要求4所述的明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料的制备方法，其特征在于所述的生物活性玻璃粉体采用熔融法或溶胶-凝胶法制备的。
7、按权利要求4或6所述的明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料的制备方法，其特征在于熔融法制备的生物活性玻璃粉体的颗粒度为40-300μm；溶胶-凝胶法制备的生物活性玻璃粉体的颗粒为1-40μm。
8、按权利要求1所述的明胶/生物活性玻璃复合海绵敷料的应用，其特征在于所述的复合海绵敷料用作软组织伤口修复材料，特别适用于烧伤、手术创面、宫颈糜烂、口腔溃疡、褥疮、窦道、脂肪液化性伤口、性病溃疡、痔疮、糖尿病溃疡等软组织溃疡中任一种或它们的长期糜烂。
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