一种抗菌明胶海绵及其制备方法

本发明涉及生物医药，尤其是涉及一种抗菌明胶海绵及其制备方法。

背景技术：

1、感染是开放性创伤和临床手术的常见并发症，对于患者而言是灾难性的后果，亦是一种难治的病。因此如何在临床中降低感染风险就显得尤为重要。在抗菌治疗中，应根据细菌培养及药物敏感实验结果，选用有效的抗生素。可以通过两种途径给药，一是全身用药。术前术后经静脉滴注全身应用抗生素，目的是消灭细菌，局限感染灶以利于康复或早期手术治疗。二是近年来越来越多的学者开始关注的局部用药，局部用药可以不受局部血管条件的限制，能在局部组织中维持较高的抗生素浓度，且血清浓度较低，可以避免毒副作用。

2、植入式缓释体就是局部用药的一种具体形式，如whaling研制的庆大霉素pmma链珠缓释系统就已被推广应用。该系统常用于整形外科中，一方面可以起到支撑的作用，另一方面也可预防局部软组织感染。但类似pmma的结构并不利于抗生素的释放，通常只有25％的抗生素可以被释放出去。另外，链珠很容易被纤维结缔组织包饶，更限制了抗生素的释放，从而局部无法达到预期的抗生素浓度。且组织相容性低，只能掺入耐热的有限抗生素类型。此外，该类型缓释系统难以降解，必须二次取出，为患者带来额外的痛苦。

3、而明胶海绵作为一种特殊的缓释系统，在载药量、可吸收性、释药性等各种方面均优于pmma缓释系统。这主要体现在：(1)明胶海绵可被机体吸收，不需要再次手术取出；(2)由于其海绵结构，能够承载的抗生素剂量更大，也更容易释放，从而可在局部形成并维持较高的药物浓度；(3)明胶海绵可接触面积大，更容易覆盖创面；(4)明胶海绵本身具有填塞和止血的作用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种抗菌明胶海绵的制备方法，本发明提供的抗菌明胶海绵可以提高治疗创伤感染和手术后感染的效果。

2、本发明制备的明胶海绵具有优异的生物相容性和抗菌性能，可用于治疗各种创伤和手术后感染，并为局部用药提供了一种有效的载体。属于生物医药技术领域。

3、本发明提供了一种抗菌明胶海绵的制备方法，包括如下步骤：

4、a)将明胶溶液和纳米纤维素溶液混合，凝胶化，得到明胶泡沫；

5、b)将明胶泡沫冷冻干燥成型，得到粗制海绵；

6、c)将粗制海绵氧化交联，得到明胶海绵；

7、d)将地塞米松、bfgf、rhgh和溶剂混合，得到混合液；将敏感抗生素和混合液混合，再与聚合物混合，得到敏感抗生素乳化液；将敏感抗生素乳化液和明胶溶液混合，搅拌，得到乳化后的药物微胶囊/明胶混合液；

8、e)将明胶海绵热压成型，得到成型后的明胶海绵；

9、f)采用乳化或凝胶化的方法，将乳化后的药物微胶囊/明胶混合液涂覆在成型后的明胶海绵表面，而后热交联固化，即得。

10、本发明提供的抗菌明胶海绵的制备方法首先提供明胶溶液。

11、本发明所述明胶溶液的制备方法具体为：明胶和水混合，搅拌溶解，升温至40～60℃，搅拌10～15min，搅拌速度为800～1000r/min；所述明胶和水的质量比为1:50。

12、一些具体实施方式中，将明胶溶解于水中，充分搅拌至溶解；溶解时使用的水占总用水的30～40wt％；而后升温至40～60℃加入剩余的水，搅拌10min后得到明胶溶液。

13、本发明所述纳米纤维素溶液的制备方法具体为：纳米纤维素逐渐加入预先加热的水中，超声搅拌溶解；所述预先加热的温度为70℃。所述纳米纤维素溶液中纳米纤维素的质量浓度为1～5wt％。所述超声的参数为超声波震荡功率200-1000kw，震荡时间不小于4h，直至得到澄清均匀的溶液。

14、使用超声波处理搅拌的方法，确保将纳米纤维素粉末均匀分散在水溶液中，避免出现团块或积聚；通常在常温下进行操作，避免高温或潮湿环境对纳米纤维素溶液的影响。

15、将明胶溶液和纳米纤维素溶液混合，凝胶化，得到明胶泡沫。

16、一些优选实施方式中：在明胶溶液中加入纳米纤维素溶液，在搅拌的情况下向明胶溶液中通入氮气，而后置于模具中，静置凝胶化；所述氮气的通入速率为3cm3/s，气压为0.3～0.4mpa，通入时间为60min，所述搅拌速度为4000～6000r/min；优选的，所述搅拌速度为4200～5800r/min；更优选的，所述搅拌速度为4500～5500r/min；所述明胶溶液和纳米纤维素溶液混合的质量比为4:1。

17、将明胶泡沫冷冻干燥成型，得到粗制海绵。本发明所述冷冻干燥成型为，将发泡后的明胶溶液迅速转移到预冷的模具中，并置于冷冻机中在-20℃下冷冻12h，然后抽真空30min至真空度不大于10pa，继续冷冻干燥24h，得到粗制海绵。

18、将粗制海绵氧化交联，得到明胶海绵。步骤c)包括：将粗制海绵加热后通入压缩空气或氧气，反应得到明胶海绵。

19、具体的，所述加热温度为160～200℃，反应时间为24h；优选的，所述加热温度为170～190℃，反应时间为24h；气体流速为0.5cm3/s，气压为标准大气压。

20、将地塞米松、bfgf、rhgh和溶剂混合，得到混合液。具体的，所述溶剂为乙醇或二甲基亚砜；所述地塞米松浓度为1mg/ml、bfgf浓度为50ng/ml、rhgh浓度为1iu/ml。

21、将敏感抗生素和混合液混合，再与聚合物混合，得到敏感抗生素乳化液。

22、本发明所述敏感抗生素包括万古霉素、头孢哌酮钠舒巴坦钠、氨苄西林钠或苯唑西林钠中的一种或多种；所述敏感抗生素和混合液混合质量比为0.01:1；所述混合液和聚合物的质量比为2:1；

23、所述聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、纤维素类天然高分子、聚丙烯酸、聚丙烯酞胺、聚乙烯醇、壳聚糖、透明质酸和海藻酸钠中的一种或几种；

24、将敏感抗生素乳化液和明胶溶液混合，搅拌，得到乳化后的药物微胶囊/明胶混合液。

25、准备含有明胶的溶液，使其达到适合涂覆的浓度。具体可以将明胶溶解于生理盐水中，然后加热至溶解。其中加热温度优选为70℃将敏感抗生素乳化液和明胶溶液混合，搅拌，得到乳化后的药物微胶囊/明胶混合液。所述乳化后的药物微胶囊/明胶混合液中药物微胶囊的质量浓度为0.1～10wt％。

26、将药物微胶囊乳化液滴加到明胶溶液中，同时进行搅拌。确保乳化过程充分均匀，以确保药物微胶囊均匀地分散在明胶溶液中。

27、将明胶海绵热压成型，得到成型后的明胶海绵。将明胶海绵剪裁破碎为适当尺寸后，进行热压成型。一些实施例中，将上述明胶海绵剪裁破碎为长方体，其截面为边长是6.0mm的正方形，长度为50mm。

28、按照本发明，所述热压成型的参数包括：

29、热压温度为50℃，热压速度为10～30mm/s，热压力为250n，保压时间为15s。

30、一些实施例中，所述热压成型的参数包括：

31、热压温度为50℃，热压速度为12～28mm/s，热压力为250n，保压时间为15s。

32、一些实施例中，所述热压成型的参数包括：

33、热压温度为50℃，热压速度为15～25mm/s，热压力为250n，保压时间为15s。

34、采用乳化或凝胶化的方法，将乳化后的药物微胶囊/明胶混合液涂覆在成型后的明胶海绵表面。

35、按照本发明，所述涂覆包括浸涂或喷涂；所述浸涂参数为：浸涂次数为10次，浸涂速度为50～100mm/min，单次浸涂时间为10s，干燥时间10min；所述喷涂参数为：喷涂气流量3l/min，喷涂高度60～100mm，进液速度0.5ml/min，循环喷涂次数为200次。

36、溶剂包括乙醇、乙醇和水混合物、丙酮、乙酸乙酯中的一种或几种混合，优选地，表面处理液体中，溶质为0.1-10wt％。本发明溶质为乳化后的药物微胶囊/明胶混合液，溶剂为上述所描述的溶剂均可，本实验所用为乙醇和水的混合物，一般是60％的乙醇溶液。

37、涂覆在成型后的明胶海绵表面，而后热交联固化，即得。

38、按照本发明，所述热交联固化的温度为：160～200℃，时间为20～24h。

39、一些实施例中，所述热交联固化的温度为：165～195℃，时间为21～24h。

40、一些实施例中，所述热交联固化的温度为：170～190℃，时间为22～24h。

41、通过热交联固化方法，使得药物微胶囊与海绵表面结合紧密，形成稳定的载药海绵。对固化后的海绵表面进行干燥、消毒、封装等处理。

42、本发明提供了一种抗菌明胶海绵，由上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到。

43、本发明还提供了一种植入式缓释体，包括上述技术方案的所述的抗菌明胶海绵。

44、本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的抗菌明胶海绵在制备植入式缓释体中的应用。

45、与现有技术相比，本发明提供了一种抗菌明胶海绵的制备方法，包括如下步骤：a)将明胶溶液和纳米纤维素溶液混合，凝胶化，得到明胶泡沫；b)将明胶泡沫冷冻干燥成型，得到粗制海绵；c)将粗制海绵氧化交联，得到明胶海绵；d)将地塞米松、bfgf、rhgh和溶剂混合，得到混合液；将敏感抗生素和混合液混合，再与聚合物混合，得到敏感抗生素乳化液；将敏感抗生素乳化液和明胶溶液混合，搅拌，得到乳化后的药物微胶囊/明胶混合液；e)将明胶海绵热压成型，得到成型后的明胶海绵；f)采用乳化或凝胶化的方法，将乳化后的药物微胶囊/明胶混合液涂覆在成型后的明胶海绵表面，而后热交联固化，即得。本发明制备的明胶海绵具有优异的生物相容性和抗菌性能，可用于治疗各种创伤和手术后感染，并为局部用药提供了一种有效的载体。属于生物医药技术领域。

46、本发明带来的技术效果如下：

47、1.提高了治疗效果：新型的明胶海绵含有纳米纤维素和敏感抗生素，纳米纤维素的引入增强了海绵的生物相容性和降解性，而敏感抗生素的加入使得海绵具有抗菌作用。这样的组合使得海绵在治疗创伤感染和手术后感染方面具有更好的疗效。

48、2.提高了药物的稳定性和控释性：药物微胶囊化技术将敏感抗生素载入海绵中，并通过微胶囊的方式进行封装，使得药物在海绵中更加稳定，并能够控制药物的释放速率，延长药效，降低药物的副作用。

49、3.减少了二次手术次数：由于明胶海绵具有较好的生物降解性，且不含有害物质，因此患者在使用后不需要进行二次手术取出海绵，减少了患者的痛苦和医疗成本。

50、4.制备工艺简单、环保：采用了热交联固化方法，相较于传统的化学交联方法，工艺更加简单，操作更加方便，并且不需要使用有害的化学交联剂，更加环保。

51、5.增强了生物医用材料的应用前景：本发明的成功实施提高了明胶海绵的生物性能和药物载体功能，使得其在生物医用材料领域的应用前景更加广阔，为临床治疗提供了一种新的选择。

52、区别于以往的专利，本专利的创新点在于：

53、1.纳米纤维素的引入：将纳米纤维素作为材料之一，与明胶共同制备海绵，这是与传统制备方法相比的首要创新点。纳米纤维素具有良好的生物相容性和生物降解性，有助于提高海绵的生物性能。

54、2.含有敏感抗生素的药物微胶囊：将敏感抗生素通过微胶囊的方式载入海绵中，这是为了提高药物的稳定性和控释性，避免药物过早释放，从而延长治疗效果。

55、3.热交联固化方法：采用热交联方法固化海绵和纳米纤维素，相比于传统的化学交联方法，热交联方法更加简便、环境友好，对药物微胶囊的稳定性影响较小。

56、4.优化的药物释放方式：通过微胶囊化技术和热交联固化，实现了对药物的控释，可以在一定时间内持续释放药物，提高了药物的利用效率和治疗效果。

技术特征：

1.一种抗菌明胶海绵的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)所述明胶溶液的制备方法具体为：明胶和水混合，搅拌溶解，升温至40～60℃，搅拌10～15min，搅拌速度为800～1000r/min；所述明胶和水的质量比为1:50；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)具体包括：在明胶溶液中加入纳米纤维素溶液，在搅拌的情况下向明胶溶液中通入氮气，而后置于模具中，静置凝胶化；所述氮气的通入速率为3cm3/s，气压为0.3～0.4mpa，通入时间为60min，所述搅拌速度为4000～6000r/min；所述明胶溶液和纳米纤维素溶液混合的质量比为4:1。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)所述冷冻干燥具体包括：-20℃下冷冻12h，然后抽真空30min至真空度不大于10pa，继续冷冻干燥24h；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤d)所述溶剂为乙醇或二甲基亚砜；所述地塞米松浓度为1mg/ml、bfgf浓度为50ng/ml、rhgh浓度为1iu/ml；所述敏感抗生素包括万古霉素、头孢哌酮钠舒巴坦钠、氨苄西林钠或苯唑西林钠中的一种或多种；所述敏感抗生素和混合液混合质量比为0.01:1；所述混合液和聚合物的质量比为2:1；

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤e)所述热压成型的参数包括：

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤f)所述涂覆包括浸涂或喷涂；所述浸涂参数为：浸涂次数为10次，浸涂速度为50～100mm/min，单次浸涂时间为10s，干燥时间10min；所述喷涂参数为：喷涂气流量3l/min，喷涂高度60～100mm，进液速度0.5ml/min，循环喷涂次数为200次。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤f)所述热交联固化的温度为：160～200℃，时间为20～24h。

9.一种抗菌明胶海绵，其特征在于，由权利要求1～9任意一项所述的制备方法制备得到。

10.权利要求1～9任意一项所述的制备方法制备得到的抗菌明胶海绵在制备植入式缓释体中的应用。

11.一种植入式缓释体，其特征在于，包括权利要求9所述的抗菌明胶海绵。

技术总结
本发明提供了一种抗菌明胶海绵的制备方法，包括：将明胶溶液和纳米纤维素溶液混合，凝胶化，得到明胶泡沫；将明胶泡沫冷冻干燥成型，得到粗制海绵；将粗制海绵氧化交联，得到明胶海绵；将地塞米松、bFGF、rhGH和溶剂混合，得到混合液；将敏感抗生素和混合液混合，再与聚合物混合，得到敏感抗生素乳化液；将敏感抗生素乳化液和明胶溶液混合，搅拌，得到乳化后的药物微胶囊/明胶混合液；将明胶海绵热压成型，得到成型后的明胶海绵；采用乳化或凝胶化的方法，将乳化后的药物微胶囊/明胶混合液涂覆在成型后的明胶海绵表面，而后热交联固化，即得。本发明的明胶海绵具有优异的生物相容性和抗菌性能，可用于治疗创伤和手术后感染。

技术研发人员：郭炯炯,吴恺伦,杨惠林
受保护的技术使用者：苏州大学附属第一医院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23