抗菌纳米纤维水凝胶敷料及其制备方法和应用

本发明涉及生物医用材料，尤其涉及一种抗菌纳米纤维水凝胶敷料及其制备方法和所述抗菌纳米纤维水凝胶敷料在伤口愈合领域的应用。

背景技术：

1、伤口愈合是一个相对复杂的过程，主要涉及四个阶段，即止血、炎症、增值和细胞外基质(ecm)重塑，愈合过程可能需要几天甚至几个月的时间。目前用于伤口愈合的敷料主要是一些传统的棉纱和绷带等，但它们存在一些缺点，如吸液能力比较差、容易黏连伤口导致伤口恶化和二次伤害等。

2、水凝胶具有维持大量水的能力，能够吸收伤口渗出液并提供湿润的环境。已有研究证明湿润的环境可以为加速伤口愈合提供有益的微环境。因此大量的研究开始探索各种不同的水凝胶配方作为伤口敷料。此外，伤口敷料的性能很大程度上取决于支架的形貌和结构。静电纺丝纳米纤维在纤维尺度、形态和结构、性能方面可以在很大程度上模拟ecm的固有蛋白质纤维，并且已经被证明能够明显促进细胞增殖和分化、ecm沉积和重塑、以及新组织再生，因而作为新型敷料材料受到广泛关注。

3、抗菌性能对于伤口敷料的设计也很重要。皮肤伤口的长期暴露，特别是对于那些慢性伤口，通常伴随着细菌感染，这进一步阻碍了伤口愈合。在各种抗菌剂中，银纳米颗粒(agnps)受到了广泛关注，并被用作构建抗菌敷料的有效广谱抗菌剂。纳米尺寸的agnps表现出较高的比表面积，可以更有效的抵抗微生物入侵。因此，agnps已被广泛用于敷料材料以防止伤口感染。然而，agnps很难均匀地分散在聚合物基质中，这会导致抗菌活性不均匀。因此，构建一种既具备纳米纤维形态又具有水凝胶性能的agnps分散均匀的抗菌纳米纤维水凝胶敷料，是制备理想伤口敷料的有效策略。

4、现有抗菌纳米纤维水凝胶敷料的先进工艺仍存在一定局限性：首先，大部分纳米纤维水凝胶敷料是由纳米纤维与水凝胶复合组成的，复合过程复杂且不稳定；其次，负载银纳米颗粒抗菌的纳米纤维水凝胶敷料大多是通过前期分散或者后期吸附银纳米颗粒来实现的，容易造成银纳米颗粒分散不均匀或脱落。因此，研发一种简单、稳定、均一的制备工艺用于生产促进伤口愈合的抗菌纳米纤维水凝胶敷料具有一定的挑战性。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，同时考虑到伤口敷料的形貌、结构以及吸水性对细胞的黏附、迁移和增值具有显著影响，本发明提供了一种抗菌纳米纤维水凝胶敷料及其制备方法，所述抗菌纳米纤维水凝胶敷是既具备纳米纤维形态又具有水凝胶特性，并且银纳米颗粒分散均匀的新型敷料，应用于伤口愈合的皮肤组织工程敷料。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种抗菌纳米纤维水凝胶敷料，是将通过静电纺丝工艺获得的纳米纤维膜进行交联、耦合和原位合成银纳米颗粒得到的，既具备纳米纤维形态又具有水凝胶特性，并且银纳米颗粒分散均匀的新型敷料。

4、所述的抗菌纳米纤维水凝胶敷料的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)将硝酸银(agno3)与聚琥珀酰亚胺(psi)混合进行静电纺丝得到psi/agno3纳米纤维膜；

6、(2)将纳米纤维膜浸泡在乙二胺(ed)溶液中交联，然后加入水合肼(hh)溶液进行耦合和原位合成，将聚琥珀酰亚胺(psi)和ag+转化为pahy和agnps，得到pahy/agnps纳米纤维水凝胶；

7、(3)将抗菌纳米纤维水凝胶经过中和反应、脱孔和干燥，即得所述抗菌纳米纤维水凝胶敷料。

8、优选的，硝酸银与聚琥珀酰亚胺的质量比为0.5～1.5wt.％。

9、优选的，静电纺丝的具体步骤如下：

10、a、将硝酸银与聚琥珀酰亚胺混合后，加入n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中获得混合溶液，所述混合溶液中聚琥珀酰亚胺(psi)的质量分数为32％～43wt.％；

11、b、将混合溶液装入注射器，置于高压直流电场中进行静电纺丝，得到纳米纤维膜；所述静电纺丝参数如下：纺丝电压为﹢12～18kv、纺丝距离为16～20cm、推进速率为0.6～1ml/h、接收滚筒转速100～500rpm。

12、优选的，步骤(2)中，先将纳米纤维膜在60℃下真空干燥24h以去除残留的溶剂后，再浸泡于乙二胺(ed)溶液，所述纳米纤维膜在浸泡前需要处理成合适大小的尺寸；乙二胺(ed)溶液的浓度为0.1～1mol/l，浸泡时间为0.25～1h；水合肼(hh)溶液的浓度为10～15％。

13、优选的，步骤(3)中，将所述抗菌纳米纤维水凝胶采用5％醋酸溶液进行中和反应，随后用去离子水洗涤三次，置于乙醇中进行脱孔；脱孔后的抗菌纳米纤维水凝胶敷料在真空烘箱中干燥24小时。

14、所述的抗菌纳米纤维水凝胶敷料应用于伤口愈合领域，具体的，可应用于制备慢性伤口愈合修复材料，作为伤口愈合的皮肤组织工程敷料。

15、本发明所述抗菌纳米纤维水凝胶敷料采用具有优异生物学性能的聚合物材料，通过高压电场对聚合物溶液施加电压，电场驱动纺丝液从注射器针头处以雾状或丝状射向收集滚筒，制得直径为几百纳米的纳米纤维。电纺纳米纤维的纤维直径小，比表面积大，已被证明能够明显促进细胞的附着、生长和增值，与传统敷料相比，能够显著促进体内伤口愈合。然而干燥的电纺纳米纤维膜不能为伤口提供湿润的促愈合环境。进一步的，本发明利用交联技术，成功将纳米纤维膜交联为纳米纤维水凝胶，为伤口愈合提供了一个湿润的微环境。本发明研究表明，在静电纺丝过程中psi和agno3不发生化学反应，交联后的纳米纤维水凝胶仍能保持纳米纤维的形态。经验证，该纳米纤维水凝胶敷料的pahy纳米纤维上附着原位合成的银纳米颗粒。

16、另外，通过优化psi和agno3的比例，本发明构建了一系列不同形态、力学性能等理化特性以及不同抗菌、细胞增殖等生物性能的抗菌纳米纤维水凝胶敷料。

17、在抗菌和生物活性方面，本发明研究显示，与不含agnps的pahy/agnps-0对比，负载agnps的pahy/agnps-0.5具有明显增强的抗菌活性，并且都具有良好的细胞相容性。此外，与传统敷料棉纱相比，pahy/agnps纳米纤维水凝胶敷料可有效促进伤口愈合以及胶原沉积。

18、本发明提供的pahy/agnps纳米纤维水凝胶敷料与传统敷料相比，对治疗皮肤创面有如下有益效果：

19、1、既具备纳米纤维的形态又具有水凝胶的特性。经过交联、耦合和原位合成的pahy/agnps纳米纤维水凝胶仍保留了原纳米纤维的模拟ecm形态和结构的特点，所有样品都表现出快速的水溶胀特性，并在10分钟内达到溶胀平衡。

20、2、具有优异的抗菌活性。pahy/agnps纳米纤维水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均超过99.99％，其中pahy/agnps-0.5表现出清晰的抑菌圈，对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径为5.8±0.3mm；对大肠杆菌有一个非完全透明的抑菌圈，直径为10.0±0.7mm。

21、3、具有良好的生物相容性。培养3天后，pahy/agnps-0的hdfs存活率为100.9±6.1％，pahy/agnps-0.5的存活率为97.3±3.3％，pahy/agnps-1.0的存活率为96.5±1.1％。

22、4、促进小鼠皮肤创面的伤口愈合。动物实验证明，将agnps适当添加到pahy纳米纤维中可以显著加速伤口愈合，治疗14天后，pahy/agnps-0.5(66.9±2.8％)的伤口收缩率明显大于对照组(26.93±2.0％)；组织学染色表明，pahy/agnps纳米纤维水凝胶敷料处理的伤口具有明显更成熟的胶原沉积。