一种臭氧水凝胶敷料的制备方法与应用
阅读说明：本技术 一种臭氧水凝胶敷料的制备方法与应用 (Preparation method and application of ozone hydrogel dressing ) 是由 鲁建云 袁小川 周强 喻小春 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种臭氧水凝胶敷料的制备方法与应用,属于医用敷料制备技术领域,该敷料的制备方法包括如下步骤：第一步、称取原料；第二步、先将改性琼脂和50％的去离子水混合,加热搅拌至改性琼脂完全溶解,然后停止加热,搅拌冷却,得到第一混合物；第三步、将添加剂和聚乙二醇混合至均匀,然后加入剩余的去离子水,得到第二混合物,将第二混合物加入第一混合物中,边搅拌边通入臭氧,随后倒入放有网格布的培养皿中,进行γ射线辐照,得到一种臭氧水凝胶敷料。该水凝胶性能优越、生物安全性好,是一种性能优良的新型伤口敷用及药水敷贴辅助材料。制备的臭氧水凝胶敷料,可应用于伤口湿性愈合。(The invention discloses a preparation method and application of an ozone hydrogel dressing, belonging to the technical field of preparation of medical dressings, wherein the preparation method of the dressing comprises the following steps: firstly, weighing raw materials; step two, mixing the modified agar and 50% of deionized water, heating and stirring until the modified agar is completely dissolved, then stopping heating, stirring and cooling to obtain a first mixture; and thirdly, mixing the additive and the polyethylene glycol uniformly, adding the rest deionized water to obtain a second mixture, adding the second mixture into the first mixture, introducing ozone while stirring, then pouring into a culture dish with grid cloth, and performing gamma-ray irradiation to obtain the ozone water gel dressing. The hydrogel has excellent performance and good biological safety, and is a novel wound application and liquid medicine application auxiliary material with excellent performance. The prepared ozone water gel dressing can be applied to the moist healing of wounds.)
技术领域
本发明属于医用敷料制备
技术领域
，具体涉及一种臭氧水凝胶敷料的制备方法与应用。背景技术
水凝胶是一种含有大量水分的亲水性的网状高分子溶胀体，这类敷料具有很好的生物相容性和亲水性，同时在一定条件下还可以持续向外释放水分，可为伤口提供湿性愈合环境，其表面光滑，不粘连伤口，不会对伤口造成二次损伤，还具有一定的降温镇痛效果。
大多数水凝胶敷料本身不具备抗菌作用，因此根据不同的需要，需将不同抗菌剂、生物活性成分等药物包埋在水凝胶内，药物可缓缓持续地通过体液交换释放到病变区。但通过包埋的方式，其药物与水凝胶基质的结合及药物的释放是较难控制的，因此往往达不到预期的抑菌效果，且这种包埋方式制作过程复杂。
发明内容
本发明提供一种臭氧水凝胶敷料的制备方法与应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种臭氧水凝胶敷料的制备方法，包括如下步骤：
第一步、按照重量份称取原料：改性琼脂0.5-2份、聚乙二醇1-20份、添加剂2-20份、去离子水60-85份；
第二步、先将改性琼脂和50％的去离子水混合，在温度为95-100℃、转速为400-500r/min条件下，加热搅拌至改性琼脂完全溶解，然后停止加热，搅拌冷却至温度为40℃，得到第一混合物；
第三步、将添加剂和聚乙二醇混合至均匀，然后加入剩余的去离子水，在转速为400-500r/min条件下搅拌混合，得到第二混合物，将第二混合物加入第一混合物中，边搅拌边通入臭氧，控制体系温度在25-35℃，压力为0.5-1.5bar，臭氧含量达到80-120g/L，随后倒入放有网格布的培养皿中，进行γ射线辐照，照射剂量：30-90kGy，辐照时长0.5-2h，得到一种臭氧水凝胶敷料。
所述改性琼脂通过如下步骤制备：
将琼脂粉和去离子水混合，在温度为35℃条件下搅拌，用1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值为9，然后加入改性剂和异丙醇的混合液，混合液在1.5h内滴加完，滴加结束后，保持温度不变，继续搅拌3h，然后用1mol/L的盐酸溶液调节pH值为6，反应结束后进行后处理，后处理的过程为：将得到的反应液减压抽滤，滤饼依次用体积分数60％的乙醇水溶液和去离子水洗涤两遍，洗涤结束后，在50℃条件下干燥至恒重，然后粉碎过100目筛，得到改性琼脂。
进一步地，琼脂粉和去离子水的用量比为3-10g：100mL，改性剂和异丙醇的混合液的用量比为1g：10mL；琼脂粉与改性剂和异丙醇的混合液的用量比为1-3g：100mL。
进一步地，所述改性剂通过如下步骤制备：
步骤S11、将2-辛烯基琥珀酸酐和甲醇混合，在温度为45℃条件下搅拌至透明，然后将温度升为60℃，反应2h，然后加入无水三氯化铝，在温度为80℃条件下，反应2.5h，反应结束后进行后处理，后处理的过程为：将得到的反应液用75℃的去离子水重结晶，然后冷却过滤，在55℃条件下干燥至恒重，得到中间体1；
反应过程如下所示：
步骤S12、向硫酸溶液中，滴加L-抗坏血酸和中间体1，然后在温度为20℃条件下搅拌1h，然后在温度为25℃条件下反应28h，反应结束后进行后处理，后处理的过程为：将得到的反应液在0℃条件下冷却20min，然后用去离子水和乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，干燥结束后减压浓缩除去溶剂，得到中间体2；
反应过程如下所示：
步骤S13、将氯化偏苯三酸酐和吡啶混合，在温度为0-5℃条件下，搅拌至析出白色沉淀，然后加入中间体2和四氢呋喃，在室温条件下搅拌反应12h，反应结束后进行后处理，后处理的过程为：将得到的反应液减压浓缩除去溶剂，然后用甲苯和乙酸酐重结晶，得到改性剂。
反应过程如下所示：
进一步地，步骤S11中2-辛烯基琥珀酸酐和甲醇的摩尔比为1：1；无水三氯化铝用量为2-辛烯基琥珀酸酐和甲醇质量总和的4％；步骤S12硫酸溶液的质量分数为76％，L-抗坏血酸、中间体1和硫酸溶液的用量比为2.2g：1g：5mL；步骤S13中氯化偏苯三酸酐、吡啶、中间体2和四氢呋喃的用量比为1.2g：0.5g：2.3g：50mL。
进一步地，网格布为棉纱布或无纺布中的一种，添加剂为聚乙烯吡咯烷酮、明胶、甲壳素、壳聚糖、海藻酸盐、聚丙烯酰胺和聚环氧乙烷中一种或多种按任意比例混合。
进一步地，一种臭氧水凝胶敷料在湿性伤口愈合中的应用。
本发明的有益效果：
臭氧本身具有杀菌作用，可以避免伤口感染，臭氧还可以激活细胞代谢和机体的免疫功能，促进伤口中炎症因子、生长因子的表达，从而促进伤口愈合。臭氧可以激活红细胞代谢，使机体的免疫系统及抗氧化系统在红细胞膜上发生轻微的过氧化反应，改善组织内氧的运输和利用，增加重要组织和器官的氧气供应，提高血氧饱和度。另外，臭氧可以促进伤口中炎症因子、生长因子的表达。
本发明中的琼脂为亲水胶体的一种，失水率是指凝胶在老化过程中由于螺旋结构进一步缓慢聚集，使聚合物网络收缩，水分脱离，琼脂经改性剂改性后，在琼脂分子结构中形成了亲水性较强的羧基，另一方面由于疏水性的碳氢长链的引入，导致螺旋结构的形成受阻，未参与反应的羟基暴露在螺旋结构的外部与水分子结合，因此改性后的凝胶材料，失水率明显降低，另外，改性剂中还含有L-抗坏血酸结构，具有一定的抗氧化效果，配合臭氧的杀菌效果，提高了储存稳定性，防止伤口感染。
本发明的水凝胶敷料是通过臭氧与水凝胶基质反应，直接制备具有抑菌性能的臭氧化水凝胶，不需包埋抗菌剂就能起到减少细菌的生长、防止创面感染的作用，而且还臭氧可以加速血管生成，促进上皮细胞生长，从而促进伤口愈合。水凝胶具有较好的保水保湿作用，可以保持伤口湿润，本发明能将臭氧通过工艺稳定地结合在水凝胶基质上，臭氧发挥其抑菌作用及促进伤口愈合的功能。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为实施例7中小鼠皮炎模型下的皮肤CT图；
图2为对比例1中小鼠皮炎模型下的皮肤CT图；
图3为实施例7和对比例2对金黄色葡萄球菌抑菌效果的照片；
图4为实施例7和对比例2对大肠杆菌抑菌效果的照片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备改性剂：
步骤S11、将2-辛烯基琥珀酸酐和甲醇混合，在温度为45℃条件下搅拌至透明，然后将温度升为60℃，反应2h，然后加入无水三氯化铝，在温度为80℃条件下，反应2.5h，反应结束后进行后处理，后处理的过程为：将得到的反应液用75℃的去离子水重结晶，然后冷却过滤，在55℃条件下干燥至恒重，得到中间体1；
步骤S12、向硫酸溶液中，滴加L-抗坏血酸和中间体1，然后在温度为20℃条件下搅拌1h，然后在温度为25℃条件下反应28h，反应结束后进行后处理，后处理的过程为：将得到的反应液在0℃条件下冷却20min，然后用去离子水和乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，干燥结束后减压浓缩除去溶剂，得到中间体2；
步骤S13、将氯化偏苯三酸酐和吡啶混合，在温度为0℃条件下，搅拌至析出白色沉淀，然后加入中间体2和四氢呋喃，在室温条件下搅拌反应12h，反应结束后进行后处理，后处理的过程为：将得到的反应液减压浓缩除去溶剂，然后用甲苯和乙酸酐重结晶，得到改性剂。
其中，步骤S11中2-辛烯基琥珀酸酐和甲醇的摩尔比为1：1；无水三氯化铝用量为2-辛烯基琥珀酸酐和甲醇质量总和的4％；步骤S12硫酸溶液的质量分数为76％，L-抗坏血酸、中间体1和硫酸溶液的用量比为2.2g：1g：5mL；步骤S13中氯化偏苯三酸酐、吡啶、中间体2和四氢呋喃的用量比为1.2g：0.5g：2.3g：50mL。
实施例2
制备改性剂：
步骤S11、将2-辛烯基琥珀酸酐和甲醇混合，在温度为45℃条件下搅拌至透明，然后将温度升为60℃，反应2h，然后加入无水三氯化铝，在温度为80℃条件下，反应2.5h，反应结束后进行后处理，后处理的过程为：将得到的反应液用75℃的去离子水重结晶，然后冷却过滤，在55℃条件下干燥至恒重，得到中间体1；
步骤S12、向硫酸溶液中，滴加L-抗坏血酸和中间体1，然后在温度为20℃条件下搅拌1h，然后在温度为25℃条件下反应28h，反应结束后进行后处理，后处理的过程为：将得到的反应液在0℃条件下冷却20min，然后用去离子水和乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，干燥结束后减压浓缩除去溶剂，得到中间体2；
步骤S13、将氯化偏苯三酸酐和吡啶混合，在温度为5℃条件下，搅拌至析出白色沉淀，然后加入中间体2和四氢呋喃，在室温条件下搅拌反应12h，反应结束后进行后处理，后处理的过程为：将得到的反应液减压浓缩除去溶剂，然后用甲苯和乙酸酐重结晶，得到改性剂。
其中，步骤S11中2-辛烯基琥珀酸酐和甲醇的摩尔比为1：1；无水三氯化铝用量为2-辛烯基琥珀酸酐和甲醇质量总和的4％；步骤S12硫酸溶液的质量分数为76％，L-抗坏血酸、中间体1和硫酸溶液的用量比为2.2g：1g：5mL；步骤S13中氯化偏苯三酸酐、吡啶、中间体2和四氢呋喃的用量比为1.2g：0.5g：2.3g：50mL。
实施例3
制备改性琼脂：
将琼脂粉和去离子水混合，在温度为35℃条件下搅拌，用1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值为9，然后加入改性剂和异丙醇的混合液，混合液在1.5h内滴加完，滴加结束后，保持温度不变，继续搅拌3h，然后用1mol/L的盐酸溶液调节pH值为6，反应结束后进行后处理，后处理的过程为：将得到的反应液减压抽滤，滤饼依次用体积分数60％的乙醇水溶液和去离子水洗涤两遍，洗涤结束后，在50℃条件下干燥至恒重，然后粉碎过100目筛，得到改性琼脂。
其中，琼脂粉和去离子水的用量比为3g：100mL，改性剂和异丙醇的混合液的用量比为1g：10mL；琼脂粉与改性剂和异丙醇的混合液的用量比为3g：100mL；改性剂为实施例2制得的。
实施例4
制备改性琼脂：
将琼脂粉和去离子水混合，在温度为35℃条件下搅拌，用1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值为9，然后加入改性剂和异丙醇的混合液，混合液在1.5h内滴加完，滴加结束后，保持温度不变，继续搅拌3h，然后用1mol/L的盐酸溶液调节pH值为6，反应结束后进行后处理，后处理的过程为：将得到的反应液减压抽滤，滤饼依次用体积分数60％的乙醇水溶液和去离子水洗涤两遍，洗涤结束后，在50℃条件下干燥至恒重，然后粉碎过100目筛，得到改性琼脂。
其中，琼脂粉和去离子水的用量比为7g：100mL，改性剂和异丙醇的混合液的用量比为1g：10mL；琼脂粉与改性剂和异丙醇的混合液的用量比为2g：100mL；改性剂为实施例2制得的。
实施例5
制备改性琼脂：
将琼脂粉和去离子水混合，在温度为35℃条件下搅拌，用1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值为9，然后加入改性剂和异丙醇的混合液，混合液在1.5h内滴加完，滴加结束后，保持温度不变，继续搅拌3h，然后用1mol/L的盐酸溶液调节pH值为6，反应结束后进行后处理，后处理的过程为：将得到的反应液减压抽滤，滤饼依次用体积分数60％的乙醇水溶液和去离子水洗涤两遍，洗涤结束后，在50℃条件下干燥至恒重，然后粉碎过100目筛，得到改性琼脂。
其中，琼脂粉和去离子水的用量比为10g：100mL，改性剂和异丙醇的混合液的用量比为1g：10mL；琼脂粉与改性剂和异丙醇的混合液的用量比为1g：100mL；改性剂为实施例2制得的。
实施例6
制备臭氧水凝胶敷料：
第一步、按照重量份称取原料：改性琼脂0.5份、聚乙二醇1份、添加剂2份、去离子水60份；
第二步、先将改性琼脂和50％的去离子水混合，在温度为95℃、转速为400r/min条件下，加热搅拌至改性琼脂完全溶解，然后停止加热，搅拌冷却至温度为40℃，得到第一混合物；
第三步、将添加剂和聚乙二醇混合至均匀，然后加入剩余的去离子水，在转速为400r/min条件下搅拌混合得到第二混合物，将第二混合物加入第一混合物中，边搅拌边通入臭氧，控制体系温度在25℃，压力为1.5bar，臭氧含量达到80g/L，随后倒入放有网格布的培养皿中，进行γ射线辐照，照射剂量：30Gy，辐照时长2h，得到一种臭氧水凝胶敷料。
其中，网格布为棉纱布或无纺布中的一种；添加剂为聚乙烯吡咯烷酮、甲壳素、壳聚糖、海藻酸盐、聚丙烯酰胺和聚环氧乙烷按照等质量混合的混合物；改性琼脂为实施例4制得的。
实施例7
制备臭氧水凝胶敷料：
第一步、按照重量份称取原料：改性琼脂1.5份、聚乙二醇10份、添加剂10份、去离子水70份；
第二步、先将改性琼脂和50％的去离子水混合，在温度为95℃、转速为400r/min条件下，加热搅拌至改性琼脂完全溶解，然后停止加热，搅拌冷却至温度为40℃，得到第一混合物；
第三步、将添加剂和聚乙二醇混合至均匀，然后加入剩余的去离子水，在转速为400r/min条件下搅拌混合得到第二混合物，将第二混合物加入第一混合物中，边搅拌边通入臭氧，控制体系温度在30℃，压力为1bar，臭氧含量达到100g/L，随后倒入放有网格布的培养皿中，进行γ射线辐照，照射剂量60kGy，辐照时长1h，得到一种臭氧水凝胶敷料。
其中，网格布为棉纱布或无纺布中的一种；添加剂为聚乙烯吡咯烷酮、甲壳素、壳聚糖、海藻酸盐、聚丙烯酰胺和聚环氧乙烷按照等质量混合的混合物；改性琼脂为实施例4制得的。
实施例8
制备臭氧水凝胶敷料：
第一步、按照重量份称取原料：改性琼脂2份、聚乙二醇20份、添加剂20份、去离子水85份；
第二步、先将改性琼脂和50％的去离子水混合，在温度为100℃、转速为500r/min条件下，加热搅拌至改性琼脂完全溶解，然后停止加热，搅拌冷却至温度为40℃，得到第一混合物；
第三步、将添加剂和聚乙二醇混合至均匀，然后加入剩余的去离子水，在转速为500r/min条件下搅拌混合得到第二混合物，将第二混合物加入第一混合物中，边搅拌边通入臭氧，控制体系温度在35℃，压力为1.5bar，臭氧含量达到120g/L，随后倒入放有网格布的培养皿中，进行γ射线辐照，照射剂量：90kGy，辐照时长0.5h，得到一种臭氧水凝胶敷料。
其中，网格布为棉纱布或无纺布中的一种；添加剂为聚乙烯吡咯烷酮、甲壳素、壳聚糖、海藻酸盐、聚丙烯酰胺和聚环氧乙烷按照等质量混合的混合物；改性琼脂为实施例4制得的。
对比例1
将实施例7中的改性琼脂换成未改性的琼脂，其余原料及制备过程保持不变。
对比例2
与实施例7相比，不通入臭氧，其余原料及制备过程保持不变。
实施例6-8和对比例1制得的样品进行测试：
1)将样品切成2*2cm，在温度为30℃条件下干燥64h，测试失水率；
2)将样品切成2*2cm，然后将其分别放入去离子水和生理盐水中，测试增重。
测试结果如下表1所示：
表1
项目
实施例6
实施例7
实施例8
对比例1
失水率(％)
65.2
65.1
65.3
80.2
吸水增重(g)
1.07
1.10
1.08
0.93
吸生理盐水增重(g)
0.82
0.82
0.83
0.69
根据通臭氧的时间不同制备不同浓度的臭氧化凝胶，且臭氧浓度越高抑菌效果越好，并通过干燥、吸液、形态学观察等测试评估凝胶的性能，从表1可知本发明制得的凝胶敷料，保水效果更好，更加稳定。
对实施例6-8制备出样品，采用pH计分别测量水凝胶pH值，PH范围为4.5-6.0之间，与人体正常皮肤PH值相适应。
将实施例7和对比例1制备的样品进行吸药量进行测试：
其中药品选择噻吗洛尔；
先进行波长扫描发现噻吗洛尔在295nm及205nm处有较强吸收峰，但205nm处有干扰峰出现，所以选择295nm作为噻吗洛尔的吸收波长，先进行标准曲线建立，再测定浸泡前和浸泡后的吸光值，最后算出水凝胶对噻吗洛尔的吸收量结果如下表2所示：
表2
从表2可知本发明制得的水凝胶样品吸药量好。
从失水率看出，在水凝胶状态下能提供皮肤大量水分，从而保持伤口及正常皮肤的适度湿润。从溶胀率看出，在干性状态下，凝胶能吸收大量的水分，可以使敷料迅速吸收伤口渗出液，以免伤口浸渍及微生物的滋生。因此具有双向调节作用。作为药物载体，单位面积2cm*2cm下对噻吗洛尔的载量达到10.79mg，说明水凝胶可作为很好的药物载体。
对实施例7和对比例1的样品进行小鼠皮炎模型下的临床使用，使用效果如图1-2所示：
实施例7的样品：炎症细胞数量大幅减少，如图1所示；
对比例1的样品：皮炎治疗后仍可见明显的炎症细胞和血管的扩张，较治疗前变化不明显，如图2所示。
对实施例7和对比例2制得的样品进行抑菌测试：
参考消毒技术规范2002版中抑菌试验方法，考察实施例7和对比例2对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌的抑菌效果；
实施例7和对比例2对金黄色葡萄球菌抑菌效果照片如图3所示，图3中左侧培养基为对比例2，右侧培养基为实施例7；实施例7和对比例2对大肠杆菌抑菌效果照片如图4所示，图4中左侧培养基为对比例2，右侧培养基为实施例7。
其抑菌率结果如下：其计算公式为X＝(A-B)/A×100％；
式中：X表示抑菌率；A为对比例2平均菌落数；B为实施例7平均菌落数；抑菌率结果如下表2所示：
表2
菌种
抑菌率(％)
金黄色葡萄球菌
81.4
大肠杆菌
82.4
从上表2可知，本发明制得的水凝胶对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌的抑菌率分别达到81.4％和82.4％，具有明显的抑制作用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
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