1.本发明涉及生物医用材料技术领域，特别涉及一种含木葡聚糖的纳米纤维敷料、制备方法与应用。
背景技术：2.皮肤作为人体最大的器官，不仅维持着人体的新陈代谢，而且在保护人体免受外部环境的伤害方面起着重要的作用。皮肤若无法正常地、快速地愈合，便可能损害到皮肤以外的其他组织，例如皮下组织、肌腱、肌肉、血管、神经甚至骨骼，进而诱发感染、组织坏死、皮肤病等临床问题，所以创面的愈合是一个相当复杂的过程。
3.静电纺丝装置制备的纤维支架可以为伤口中各种类型细胞的粘附提供支架，并作为伤口组织再生的模板。细胞外基质(ecm)是纤维蛋白和基质蛋白的复合体，提供骨骼生长、皮肤再生、血管重建和其他组织生长所需的机械和生物性能。静电纺丝纤维支架具有与ecm蛋白相似的微结构，在维持细胞生长和浸润方面发挥着重要作用，因此适合用于组织工程。
4.目前，作为多糖的壳聚糖经常作为静电纺丝纳米纤维膜的材料，并且证明壳聚糖具有良好的抑制炎症细胞的浸润和迁移的活性，常用于修复感染的伤口。如申请人团队研发一种医用符合纳米纤维敷料及其制备方法(cn111939307a)，该方案中公开了采用聚乙烯醇、胶原以及季胺化壳聚糖为纤维内层，聚己内酯以及季胺化硅酮为纤维外层。木葡聚糖(xyloglucan，xg)是一种非离子型、中性、支链的多糖，由木糖和半乳糖基木糖取代基的纤维素样主干组成。这种多糖组合使木葡聚糖具有黏液样分子结构，从而赋予最佳的黏液粘附性能以及保水吸湿性能。这种粘附性使得木葡聚糖能够维持创伤皮肤湿润生长环境及提供完整性的物理屏障。
技术实现要素：5.发明目的：本发明提供了一种含木葡聚糖的纳米纤维敷料、制备方法与应用。本发明的纳米纤维敷料既具有天然多糖保水、保湿、抗菌的功能，又具备静电纺丝膜纤维直径小、透气的优点，具有保水保湿、止血修复以及抗菌抗炎-瘢痕修复等多重功能。
6.技术方案：本发明所述的含木葡聚糖的纳米纤维敷料，包含聚乙烯醇、胶原蛋白、季铵化壳聚糖以及木葡聚糖；所述聚乙烯醇以及胶原蛋白的总量与季铵化壳聚糖以及木葡聚糖的质量比为70～100:1～2:20～30。
7.作为本发明的一种优选实施方式，所述聚乙烯醇以及胶原蛋白的质量比为3～4:1。
8.作为本发明的一种优选实施方式，所述纳米纤维敷料的直径为124.2～177.4nm。
9.作为本发明的一种优选实施方式，所述纳米纤维敷料的接触角为41.9～46.4
°
，所述纳米纤维敷料的渗入时间为0.64～0.73s。
10.作为本发明的一种优选实施方式，所述聚乙烯醇(pva)为pva-1788型，胶原蛋白
(col)来源于海洋鱼皮ⅰ型胶原，季铵化壳聚糖(qcs12)为实验室自制，结构如下所示。木葡聚糖(xyloglucan)来源于植物细胞壁中半纤维素，cas:37294-28-3。
[0011][0012]
所述季铵化壳聚糖的取代度为16.4～17.2％。
[0013]
作为一种具体实施方式，本发明所述的季铵化壳聚糖通过以下方法制备：
[0014]
(1)十二烷基季铵盐(qas)的制备
[0015][0016]
保证反应在相对湿度(rh)≤55％条件下进行，调节并控制反应釜温度在70
±
2℃；以3l无水dmf溶解甲基二乙醇胺(mdea)(5081.0g，42.64mol)并一次性转移至30l的反应釜中，开启机械搅拌(300rpm)以快速传热；溴代十二烷(c
12h25
br)(11812.0g，47.36mol)溶于3l无水dmf，均分为三次投入反应釜中(间隔10min)；待温度稳定在70
±
2℃时，持续反应6h，硅胶薄层色谱法(tlc)监测反应进程。反应毕，待反应液冷却至40℃，倒入到至少3倍体积的丙酮中并机械搅拌(200rpm)15min，4℃条件密封静置12h，采用研磨分散机破碎结块沉淀(200rpm，运行15min)，抽滤并以丙酮洗涤3次，沉淀产物24℃真空干燥24h，得到的十二烷基季铵盐置于4℃密封保存。
[0017]
(2)十二烷基季铵盐磺酸酯(qas-ts)的制备
[0018][0019]
调节并控制反应釜温度在-5
±
2℃，以1.6l无水dmf溶解qas(8019.5g，20.23mol)并转移至30l的反应釜中，开启机械搅拌(200rpm)。均匀混合的三乙胺(2447.0g，24.36mol)和1.6l无水dmf转移至反应釜中；将催化剂4-二甲氨基吡啶(dmap)(634.4g，5.10mol)溶于1.6l无水dmf转移至反应釜中，待釜内混合物温度在-10℃左右，通过滴液漏斗缓缓滴加对甲苯磺酰氯(tscl)(3777.0g，33.90mol)的dmf溶液，反应过程中由于剧烈反应致使反应液升温速率加快，此时调整搅拌速率(400rpm)，滴加完成后，温度升至24
±
2℃，保温反应4h，
0.12ml/h，接收距离15-20cm，环境参数温度28
±
10℃，湿度27
±
10％。
[0030]
本发明所述的含木葡聚糖的纳米纤维敷料在抗菌材料或医疗器械领域中的应用。
[0031]
本发明所述的含木葡聚糖的纳米纤维敷料在组织修复或瘢痕修复中的应用。
[0032]
本发明的所述的含木葡聚糖的纳米纤维敷料在伤口敷料和组织工程敷料中的应用。
[0033]
有益效果：(1)木葡聚糖应用于静电纺丝领域，静电纺丝技术与木葡聚糖的结合，既可以凸显出天然多糖抗菌和保湿的优点，又可以显示出静电纺纳米纤维膜类敷料纤维直径小和透气的优点，由此开发出一种兼备创伤止血修复-保湿抗菌-瘢痕修复等多重功能的静电纺丝纳米纤维材料。(2)木葡聚糖、聚己内酯、胶原蛋白和季铵化壳聚糖通过静电纺丝技术制得纳米纤维膜，纤维直径在纳米级，与天然细胞外基质形态相似，有利于组织和器官的修复，加之纤维膜比表面积大、孔隙率高等优良特性，可增强渗出物的吸收，大大提升保湿止血效果、生物相容性及可降解性。(3)本发明技术水平国内领先、国际先进，有望打通新型抗菌创伤修复产品成果转化和产业化技术通道，将为提升我国高端医用材料自主创新水平，促进我国高端医疗器械产业结构调整、提升高端医疗器械产业整体竞争力和水平起到积极的带动作用。
附图说明
[0034]
图1为木葡聚糖的红外图谱；
[0035]
图2为静电纺丝纳米纤维敷料的纤维形貌；
[0036]
图3为静电纺丝纳米纤维敷料的接触角性能测试；
[0037]
图4为静电纺丝纳米纤维敷料的血液相容性能测试；
[0038]
图5为静电纺丝纳米纤维敷料对l929细胞增殖活性考察；
[0039]
图6为静电纺丝纳米纤维敷料对hacat细胞增殖活性考察；
[0040]
图7为静电纺丝纳米纤维敷料抗大肠杆菌性能考察；
[0041]
图8为静电纺丝纳米纤维敷料抗金黄色葡萄球菌性能考察；
[0042]
图9为静电纺丝纳米纤维敷料的创伤修复性能考察。
具体实施方式
[0043]
实施例1：本发明含木葡聚糖的纳米纤维敷料的制备方法如下：
[0044]
称取质量比为的4:1的pva-1788型粉末和胶原蛋白，溶于1m的稀醋酸中，室温下磁力搅拌均匀溶解成均一的溶液，待完全溶解后，加入季铵化壳聚糖共混，使充分溶胀，然后加入木葡聚糖，后继续磁力搅拌均匀，离心脱泡。pva-1788和胶原的总质量浓度为8％，季铵化壳聚糖质量浓度为0.16％，木葡聚糖的质量浓度为2.72％，静电纺丝中纺丝参数为：电压21kv，流速0.08-0.12ml/h，接收距离18cm，环境参数温度28
±
10℃，湿度27
±
10％。制备完成后在正空干燥箱内干燥72h。静电纺丝纳米纤维敷料通过扫描电镜观察，添加木葡聚糖的静电纺丝纳米纤维敷料相较于其他纳米纤维敷料直径有所增加，且所得静电纺丝纳米纤维敷料的纤维形态良好，直径分布均一，该纳米复合膜具有成为敷贴材料的潜力。
[0045]
表1静电纺丝纳米纤维敷料直径大小
[0046][0047]
注：pc为聚乙烯醇和胶原蛋白制得；pcq为聚乙烯醇、胶原蛋白和季铵化壳聚糖制得；pcqx-l为聚乙烯醇、胶原蛋白、季铵化壳聚糖和质量浓度0.5％(m/v)木葡聚糖制得；pcqx-m为聚乙烯醇、胶原蛋白、季铵化壳聚糖和质量浓度2.72％(m/v)木葡聚糖制得。
[0048]
实施例2：本发明制备的静电纺丝纳米纤维敷料，具有优异的接触角吸渗性能
[0049]
本发明将pc、pcq、pcqx-l和pcqx-m四种静电纺丝纳米纤维敷料置于接触角测量仪上测量四种类型静电纺丝纳米纤维敷料的吸水吸渗性能。试验结果表明添加木葡聚糖的静电纺丝纳米纤维敷料吸水保湿性能大大提升，接触角明显变小，且水滴渗入时间也明显缩短，这表明含木葡聚糖的静电纺丝纳米纤维敷料具有优异的吸水吸渗性能，能够快速吸收渗出液，保持伤口湿润的生长环境。
[0050]
表2静电纺丝纳米纤维敷料的接触角和渗入时间
[0051][0052]
实施例3：本发明制备的静电纺丝纳米纤维敷料，具有良好的凝血性能
[0053]
本发明根据《gb/t 16886.4-2003/iso 10993-4：2002，医疗器械生物学评价第4部分：与血液相互作用试验选择》中溶血率＝(试验组od-对照组od)/(阳性组od-对照组od)
×
100％的相应标准要求，测试了四种静电纺丝纳米纤维敷料的血液相容性，实验结果表明四种静电纺丝纳米纤维敷料均无溶血作用。结果评价：实验组溶血率《5％，则材料符合要求。
[0054]
表3静电纺丝纳米纤维敷料的溶血率
[0055][0056]
实施例4：本发明制备的静电纺丝纳米纤维敷料，促进细胞增殖
[0057]
本发明将pc、pcq、pcqx-l和pcqx-m四种静电纺丝纳米纤维复合敷料通过对小鼠成纤维细胞(l929细胞)和人永生化表皮细胞(hacat)培养24h和72h，通过cck-8法测量od值，计算增殖率间接反映其毒性。根据《gb/t16886.5》中细胞毒性评价等级表1中的毒性等级划分，pcqx-m、pcqx-l和pcq为0级细胞毒性，pc为1级细胞毒性，属于合格(表4)。通过表5和表6可以看出添加木葡聚糖的静电纺丝纳米纤维敷料相较于其它组别对细胞的生长具有更加明显的促进作用，由此进一步验证了添加木葡聚糖的静电纺丝纳米纤维敷料具有良好的促进细胞增殖作用。
[0058]
表4《gb/t16886.5》中细胞毒性评价等级表
[0059][0060]
表5静电纺丝纳米纤维敷料的l929细胞增殖率
[0061][0062]
表6静电纺丝纳米纤维敷料的hacat细胞增殖率
[0063][0064]
实施例5：本发明制备的静电纺丝纳米纤维敷料，具有良好的抗菌性能
[0065]
本发明利用pc、pcq、pcqx-l和pcqx-m四种静电纺丝纳米纤维敷料的浸提液对金黄色葡萄球菌(staphylococcus aureus，s.a)和大肠杆菌(escherichia coli，e.c)两种类型细菌的抑制作用进行研究。设空白、pc、pcq和pcqx-l为对照组，直观的观察了pcqx-m的抗菌能力。在相同实验条件下，加静电纺丝纳米纤维敷料的组别相较于空白组对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有良好的抑制生长作用，对金黄色葡萄球菌的抑制作用尤为明显。添加木葡聚糖的pcqx-m静电纺丝膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制作用优于其他加膜组。因此添加木葡聚糖的静电纺丝纳米纤维敷料能够抑制伤口细菌生长，保持伤口长时间处于无菌或少菌环境，降低感染率。
[0066]
表7静电纺丝纳米纤维敷料的抑菌率
[0067][0068]
实施例6：本发明制备的静电纺丝纳米纤维敷料，具有良好的促进伤口愈合性能
[0069]
本发明将pc、pcq和pcqx-m三种静电纺丝纳米纤维敷料应用于小鼠细菌感染创伤修复实验，设置空白组，在手术0d、3d、7d、10d、14d，进行拍照记录，用并通过image j图形处理软件对所得图片进行处理，计算并统计伤口的愈合率
[0070]
pcqx-m在实验第3天愈合率达到48.932％，愈合率是其他组别的两倍左右，在第10天含有木葡聚糖的静电纺丝纳米纤维敷料愈合率已达到96.795％，伤口已经基本愈合，到第14天，pc、pcq和pcqx-m组伤口全部愈合，而空白组伤口愈合率为98.319％，未愈合完毕。因此含木葡聚糖的静电纺丝纳米纤维敷料显现出良好的促伤口愈合能力。
[0071]
表8静电纺丝纳米纤维敷料对感染伤口的愈合率
[0072][0073]
从以上结果可以看出，本发明制备的纳米纤维敷料具有保水保湿、抗菌抗炎、创伤修复和瘢痕修复功能。该医用静电纺纳米纤维敷料具有优异的保水保湿性能且具有良好的力学性能。此敷料对小鼠成纤维细胞(l929细胞)和人永生化表皮细胞(hacat)具有良好的增殖作用，并且对金黄色葡萄球菌(staphylococcus aureus，s.a)和大肠杆菌(escherichia coli，e.c)具有良好的抑制作用，能够快速止血，促进伤口愈合。
技术特征：1.一种含木葡聚糖的纳米纤维敷料，其特征在于，所述纳米纤维敷料包含聚乙烯醇、胶原蛋白、季铵化壳聚糖以及木葡聚糖；所述聚乙烯醇以及胶原蛋白的总量与季铵化壳聚糖以及木葡聚糖的质量比为70～100:1～2:20～30。2.根据权利要求1所述的含木葡聚糖的纳米纤维敷料，其特征在于，所述聚乙烯醇以及胶原蛋白的质量比为3～4:1。3.根据权利要求1所述的含木葡聚糖的纳米纤维敷料，其特征在于，所述纳米纤维敷料的直径为124.2～177.4nm。4.根据权利要求1所述的含木葡聚糖的纳米纤维敷料，其特征在于，所述纳米纤维敷料的接触角为41.9～46.4
°
，所述纳米纤维敷料的渗入时间为0.64～0.73s。5.根据权利要求1所述的含木葡聚糖的纳米纤维敷料，其特征在于，所述纳米纤维敷料通过以下方法制备：聚乙烯醇、胶原蛋白、季铵化壳聚糖在稀醋酸溶液中溶胀后，加入木葡聚糖，得到纺丝液，随后进行静电纺丝，得到纳米纤维敷料。6.根据权利要求3所述的含木葡聚糖的纳米纤维敷料，其特征在于，所述静电纺丝的参数为：电压19-22kv，流速0.08-0.12ml/h，接收距离15-20cm，环境参数温度18～38℃，湿度17～37％。7.根据权利要求1所述的含木葡聚糖的纳米纤维敷料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：称取聚乙烯醇、胶原蛋白和季铵化壳聚糖加入稀醋酸中共混，待全部溶解后加入木葡聚糖，离心脱泡，得到纺丝液；采用静电纺丝技术制得纳米纤维膜。8.如权利要求所述的含木葡聚糖的纳米纤维敷料在抗菌材料或医疗器械领域中的应用。9.如权利要求1所述的含木葡聚糖的纳米纤维敷料在组织修复或瘢痕修复中的应用。10.如权利要求1所述的含木葡聚糖的纳米纤维敷料在伤口敷料和组织工程敷料中的应用。
技术总结本发明公开了一种含木葡聚糖的纳米纤维敷料、制备方法与应用。所述纳米纤维敷料包含聚乙烯醇、胶原蛋白、季铵化壳聚糖以及木葡聚糖；所述聚乙烯醇以及胶原蛋白的总量与季铵化壳聚糖以及木葡聚糖的质量比为70～100:1～2:20～30。本发明的纳米纤维敷料具有天然多糖保水、保湿、抗菌的功能，又具备静电纺丝膜纤维直径小、透气的优点，本发明的纳米纤维敷料具有保水保湿、止血修复以及抗菌抗炎-瘢痕修复等多重功能。多重功能。多重功能。
技术研发人员：侯桂革 王春华 张玉龙 李诚博
受保护的技术使用者：滨州医学院
技术研发日：2022.07.25
技术公布日：2022/11/1
