一种纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料、止血促愈合敷料及其制备方法

摘要

本发明属于医用材料领域，具体公开了一种纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料，包括氧化铁/高岭土复合载体，以及负载在所述复合载体表面的氧化锌。本发明还公开了所述的复合止血抗菌材料的制备和应用。此外，本发明还公开了一种包含本发明所述的复合止血抗菌材料的止血促愈合敷料。本发明通过研究意外发现，氧化锌与氧化铁/高岭土复合载体具有协同增效性，进一步配合所述的特殊的负载形貌，可以意外地进一步提升二者的协同效果，可有效提升材料的止血性能、抗菌性能，不仅如此，还能够进一步提升伤口愈合的速率。

说明书

技术领域

本发明属于生物医用敷料技术领域，具体涉及一种具有止血、抗炎、促愈合功能的纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料及其制备方法。

背景技术

失血过多是引起创伤死亡的主要原因之一，同时创口感染的不可控也会危及生命安全，尤其是在战争、重大自然灾害以及野外作业中，因此创伤后止血与感染控制是院前救助的关键部分。创口愈合过程中除了大出血外，慢性炎症是阻碍伤口愈合的重要因素。针对伤口感染，即细菌大量定植于伤口引起的慢性炎症，目前常用于伤口愈合的材料主要有有机物类如壳聚糖、海藻酸钠、新型高聚物；无机纳米抗菌材料纳米银、氧化锌、氧化铈等。基于材料自身活性(电性、吸附性、抗菌性)直接作用于伤口，或者以有机聚合物或无机纳米材料为载体，装载抗菌剂或生长因子等功能物质促进伤口愈合。

创口愈合是一个复杂有序的生物学过程，包括止血与炎症期、增生期、成熟期。遭遇创伤后，数小时内便出现炎症反应，血栓为细胞迁移和血小板聚集提供骨架。但是大多数针对创口愈合的敷料主要是单独作用于每一个阶段，例如单独的止血剂、抗菌剂。目前只有少数材料如装载醋酸氯己定透明质酸和聚乙二醇水凝胶被报道既有止血性能还可以促进伤口愈合。有机聚合物通常用作载体，具有保湿效果好、抗粘附的优点，通过装载抗菌剂来达到抗菌效果，止血效果差，且价格高，制备工艺复杂，不利于大规模生产及使用。目前，院前大规模止血急救主要是纱布，止血效果弱，无抗菌性能。

发明内容

针对现有技术上述的不足，本发明第一个目的是在于提供一种纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料，旨在提供一种具有止血速度快、抑菌、能促进创口愈合的材料。

本发明第二目的在于，提供一种纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料的制备方法。

本发明第三目的在于，提供一种纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料的应用。

本发明第四目的在于，提供一种复合有本发明创新的纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料的止血促愈合敷料。

本发明第五目的在于，提供一种含纳米氧化物/高岭土复合物止血促愈合纤维膜(一种优选的止血促愈合敷料)的制备方法。

一种纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料，包括氧化铁/高岭土复合载体，以及负载在所述复合载体表面的氧化锌。

本发明提供了一种复合止血抗菌材料，其以氧化铁/高岭土复合物为载体，在其表面负载有氧化锌颗粒。本发明通过研究意外发现，氧化锌与氧化铁/高岭土复合载体具有协同增效性，进一步配合所述的特殊的负载形貌，可以意外地进一步提升二者的协同效果，可有效提升材料的止血性能、抗菌性能，不仅如此，还能够进一步提升伤口愈合的速率。

本发明研究发现，氧化锌负载在所述的复合载体表面的形貌特征是保证二者良好协同性的关键。通常情况下，氧化锌主要用作抗菌材料。本发明人创新地发现，将其负载在氧化铁/高岭土复合载体的表面，可以出人意料地协同提升材料的止血性能；不仅如此，该负载形貌的复合止血抗菌材料还能够进一步提升材料的抗菌性能、进一步促进伤口愈合；可用于慢性炎症的治疗。

作为优选，所述的复合载体为氧化铁与高岭土的均相混合材料，或者为以高岭土为内核、氧化铁为壳体的核壳材料。

进一步优选，所述的复合载体为所述的核壳材料(本发明也称为高岭土@氧化铁材料)。当所述的复合载体为所述的核壳材料时，本发明所述的复合止血抗菌材料以高岭土为核心，该核心的表面包覆有氧化铁中间层，氧化铁中间层上负载有氧化锌外层。本发明人研究发现，该种多层结构的复合止血抗菌材料能够进一步放大材料之间的协同效果，进一步提升材料的止血、抗菌和促愈合等多方面性能。

研究发现，对于本发明创新的材料而言，进一步控制材料的颗粒以及负载的氧化锌的颗粒度，可进一步改善材料的协同效果。

所述的复合止血抗菌材料的粒径为200～1000nm。

作为优选，氧化锌的颗粒度为纳米级，进一步优选为10～100nm；优选为10～70nm。在复合载体表面负载的氧化锌的颗粒度控制在优选的10～70nm下，可以进一步提升材料在抗菌、止血、促愈合等多方面的协同性能。

除所述的形貌和颗粒度的控制外，进一步控制材料的比例，有助于进一步提升材料的协同效果。

复合止血抗菌材料中，氧化锌的重量百分数为10％～50％；进一步优选为20～30％。氧化铁的重量百分数为20～40％。在该优选的比例下，可以进一步提升材料在止血、抗菌方面的协同效果。

本发明提供了一种所述的纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料的制备方法，通过沉淀法在氧化铁/高岭土复合载体表面原位形成(也称原位沉积)锌的氢氧化物，随后再经煅烧处理，即得。

本发明所述的制备方法，所述氧化铁/高岭土复合载体能够诱导锌的氢氧化物原位沉积在其表面，这种诱导原位生成方式是发挥材料协同效果的关键，通过本发明的制备方法，可以制得协同效果优异的复合止血抗菌材料。

本发明所述的氧化铁/高岭土复合载体可采用现有方法制备，例如，当复合载体为氧化铁与高岭土的均相混合材料时，可通过氧化铁与高岭土物理混合得到，所述的物理混合方法例如球磨。当复合载体为以高岭土为内核、氧化铁为壳体的核壳材料时，可通过沉淀法在高岭土的表面形成铁的氢氧化物，随后煅烧得到。

本发明所述的制备方法中，复合载体为所述的高岭土@氧化铁材料，有助于进一步提升锌的氢氧化物的诱导原位生成效果，有助于进一步提升制得的材料的止血、抗菌等性能。

本发明所述的Zn源(锌源)为可提供Zn²⁺的水溶性化合物，优选为醋酸锌、硝酸锌、硫酸锌等中的至少一种。

本发明中，将氧化铁/高岭土复合载体分散在水中，加入Zn源，调控体系的pH为10～11；进行沉淀反应，在复合载体的表面原位沉积氢氧化物。

锌源可通过溶液形式添加，锌源溶液的锌离子浓度为0.01～0.1M(mol/L)；优选为0.03～0.05M。

优选地，沉淀起始溶液中，锌离子浓度不低于0.001mol/L；进一步优选控制在0.001～0.015M；更进一步优选为0.008～0.015M。可通过控制滴加速度，调控锌离子在载体表面的吸附浓度。控制在该浓度下，获得的复合材料的抗菌性能以及止血性能等协同性能提升更明显。

优选地，沉积反应的温度为30～40℃。

优选地，煅烧温度为250～550℃。

优选地，煅烧时间为2～4h。

本发明提供了一种所述的纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料的应用，将其用于制备止血、抗菌、促进伤口愈合中的至少一种功能的外用制剂。

本发明所述的应用，将本发明药学有效量的所述的复合止血抗菌材料复合在药学上可接受的可适用于外伤出血点的药物载体上，用于制得所述的外用制剂。

所述的应用，可采用本发明所述的复合止血抗菌材料作为活性成分，和药学上可以接受的辅料一起制得所述的外用制剂。

优选地，所述的外用制剂为外用粉末制剂、凃剂、敷料中的至少一种。

本发明还提供了一种止血促愈合敷料，包括敷料基材，以及负载在敷料基材上的纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料。

作为优选，所述的敷料基材为聚合物纤维膜、水凝胶中的至少一种。

所述的止血促愈合敷料中，所述的纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料的量不低于其药学有效量。

进一步优选，所述的敷料基材为聚合物纤维膜。本发明研究发现，采用聚合物纤维膜负载本发明所述的纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料，可以进一步协同提升愈合效果；可适用于野外急性大量出血以及伤口感染的控制。

所述的敷料基材为聚合物纤维膜，所述的纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料可以包埋在纤维膜内，也可裸露于纤维膜表面。

进一步优选，所述的止血抗菌聚合物纤维膜中，纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料的重量含量为5％～20％。

本发明还提供了一种含纳米氧化物/高岭土复合物止血促愈合纤维膜的制备方法，聚己内酯和明胶用溶剂溶解，随后添加所述的纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料；混匀得静电纺丝液；

静电纺丝液进行静电纺丝，制得所述的含纳米氧化物/高岭土复合物止血促愈合纤维膜。

本发明创新地通过静电纺丝纺丝，将本发明创新的纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料负载在聚己内酯和明胶的膜层材料上，有助于提升材料促愈合性能。

本发明中，所述的止血促愈合纤维膜中，本发明所述的纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料可以是包埋在聚合物基材中，或者裸露在聚合物基材的表面。

作为优选，静电纺丝过程中：针尖和收集器的电压：15～25.0kV，距离15～30cm，推料速度：0.003～0.01mm/s。

本发明还提供了一种优选的含纳米氧化物/高岭土复合物止血促愈合纤维膜的制备方法，其包括以下步骤：

1)将氧化铁/高岭土复合物加入去离子水中分散，逐滴加入醋酸锌溶液，滴加完毕后体系升温至40℃，逐滴加入5wt％氨水溶液，继续反应1h。分离、干燥后，250℃～550℃煅烧2h；得到负载有氧化锌的氧化铁/高岭土复合物。

2)将聚己内酯和明胶按1:1质量比加入三氟乙醇溶液，搅拌24h，滴加含0.2v/v％三氟乙醇的乙酸溶液，继续搅拌。加入负载有氧化锌的氧化铁/高岭土复合物，充分搅拌12～24h，制成静电纺丝液。

3)采用静电纺丝法，将混合液装入5mL注射器，针尖和收集器的电压：15～25.0kV，距离15～30cm，推料速度：0.003～0.01mm/s，将纱布固定在圆筒接收器上收集，共加入15mL混合液进行静电纺丝。得到氧化锌/氧化铁/高岭土复合物纤维膜。

优选的方案，步骤1)所述醋酸锌溶液的浓度为0.03mol/L～0.05mol/L。

优选的方案，步骤2)所述聚己内酯、明胶分别和三氟乙醇的固液比为5％～10％。

优选的方案，步骤2)负载有氧化锌的氧化铁/高岭土复合物的添加量为5％～15％(以聚己内酯和明胶总重量为基准)。

优选的方案，所述针尖和收集器的电压为20kV。

本发明的含纳米氧化物/高岭土复合物止血促愈合纤维膜是通过静电纺丝法得到，其中首先以纳米氧化铁/高岭土为载体，采用沉淀法制备获得负载有氧化锌的氧化铁/高岭土复合物，再与聚己内酯、明胶的三氟乙醇混合制备纺丝液，最后通过静电纺丝法获得纳米氧化物/高岭土复合纤维膜。

相对于现有技术，本发明的技术方案具有如下优点。

(1)本发明所述成分以及形貌的纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料可以协同提升各自的性能，增强了止血效果，具有快速止血、抗菌消炎、促进创口愈合的优点。

(2)本发明所述的止血促愈合敷料特别是含纳米氧化物/高岭土复合物止血促愈合纤维膜，可以进一步提升本发明创新的纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料在伤口止血、愈合方面的优势，而且使用时，无粉末残留，利于创口清理，使用方便，尤其适用于野外创口止血及愈合。

(3)本发明的材料原料来源广、丰富，具有成本低的优点。

(4)本发明的材料的制备方法步骤简单，易操作，有利于规模化生产。

附图说明

【图1】为实施例4制得的表面负载有纳米氧化锌的氧化铁/高岭土复合物(标记为ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-3)的扫描电镜图。

【图2】为实施例4制得的表面负载有纳米氧化锌的氧化铁/高岭土复合物(标记为ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-3)的透射电镜图。

【图3】为实施例5制得的ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-3的止血促愈合纤维膜(标记为ZnO-Fe₂O₃-Kaolin-3/PG)的实物照片。

【图4】为实施例5制得的ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-3的止血促愈合纤维膜(标记为ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-3/PG)的扫描电镜图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明含氧化锌/三氧化二铁/纳米高岭土复合物止血抗菌材料可用于出血伤口，加快止血速率，抗伤口细菌感染、促进伤口愈合。

本说明书中的术语“高岭土”的化学式Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O，在一些形式中，高岭土包含二氧化硅含量约45.31％，氧化铝约37.21％，水约14.1％。

本说明书中实施例中的纳米高岭土为中国高岭土有限公司的标准产品。

实施例1

本实施例提供了一种三氧化二铁/纳米高岭土复合物的制备，该方法包括以下步骤：

称取0.6g氢氧化钠，加入150mL水，配制0.1mol/L的氢氧化钠溶液。称取2.7gFeCl₃.6H₂O，加入100mL去离子水配制0.1mol/L的FeCl₃溶液。在70℃水浴剧烈搅拌条件下将150mL浓度为0.1mol/L的NaOH溶液缓慢滴加入100mL浓度为0.1mol/LFeCl₃溶液中，滴加完毕后取出缓慢降温，得到稳定的红褐色透明铁聚合物溶液备用。标记为聚合羟基铁离子溶液。

称取1g纳米高岭土，加入50mL0.1mol/L聚合羟基铁离子溶液中。用5mol/LNaOH溶液调节反应体系pH为3。在水浴中加热到60℃，磁力搅拌5h。洗涤，分离，60℃干燥。在空气气氛下煅烧，250℃1h，350℃1h，550℃4h。得到在高岭土表面包覆有Fe₂O₃的复合载体；标记为Kaolin@Fe₂O₃(氧化铁包覆纳米高岭土复合物)；粒径为200～1000nm。

实施例2

称取0.5gKaolin@Fe₂O₃(实施例1制得)，加入130mL去离子水，充分搅拌，并超声分散制成悬浮液。在剧烈搅拌下逐滴加入50mL>2.2H₂O溶液，使沉淀起始溶液中Zn²⁺的浓度为0.003mol/L。将反应体系温度升高到40℃后，逐滴加入20mL>2O₃的载体上负载有纳米氧化锌的材料；标记为ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-1；材料颗粒度为200-1000nm；表面负载的氧化锌的粒径约为40nm。

将制得的ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-1密闭保存于底部放置变色硅胶的干燥皿中备用。

实施例3

和实施例2相比，主要区别在于，扩大沉淀起始溶液中Zn²⁺的浓度为0.008mol/L，具体操作如下：

称取0.5gKaolin@Fe₂O₃(实施例1制得)，加入130mL去离子水，充分搅拌，并超声分散制成悬浮液。在剧烈搅拌下逐滴加入50mL>2.2H₂O溶液。将反应体系温度升高到40℃后，逐滴加入20mL>2O₃材料；标记为ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-2；材料颗粒度为200-1000nm；表面负载的氧化锌的粒径约为70nm。

实施例4

和实施例2相比，主要区别在于，扩大加入反应体系锌源的锌离子浓度，所加锌源溶液中Zn²⁺的浓度为0.014mol/L，具体操作如下：

称取0.5gKaolin@Fe₂O₃(实施例1制得)，加入130mL去离子水，充分搅拌，并超声分散制成悬浮液。在剧烈搅拌下逐滴加入50mL>2.2H₂O溶液。将反应体系温度升高到40℃后，逐滴加入20mL>2O₃-3。材料颗粒度为200-1000nm；表面负载的氧化锌的粒径约为100nm。材料的SEM图见图1所示。材料的TEM图见图2所示。图1和图2为氧化锌-氧化铁-高岭土-3的形貌图，小颗粒氧化铁包覆在高岭土上，粒度较大的为氧化锌，分散负载在氧化铁-高岭土上。

实施例5

本实施例提供了一种氧化锌/三氧化二铁/纳米高岭土-聚己内酯/明胶静电纺丝膜(止血促愈合纤维膜)的制备，该方法包括以下步骤：

称取1g明胶(typeA,300bloom，酸法制备的明胶)，加入15mL三氟乙醇，搅拌溶解后加入1g聚己内酯(Mn＝80000,Sigma-Aldrich)，室温搅拌12h，滴加含0.2v/v％三氟乙醇的乙酸溶液，搅拌均匀后，加入0.13g ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-3复合物，继续搅拌12h使复合物分散均匀。将混合液装入5mL注射器，采用静电纺丝装置制备薄膜。其中针尖和收集器的电压：20.0kV，距离15cm，推料速度：0.003mm/s，将纱布固定在圆筒接收器上收集，共加入15mL混合液进行静电纺丝。室温干燥0.5h后，得到表面复合有ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-3的纤维膜；标记为ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-3/PG。该材料实物图见图3，SEM图见图4所示。

对比例1

和实施例1相比，区别在于，未添加氧化物(氧化铁和氧化锌)，采用实施例1的煅烧条件进行处理，具体如下：

称取3g纳米高岭土，在空气气氛下煅烧，250℃1h，350℃1h，550℃4h。密闭保存于底部放置变色硅胶的干燥皿中备用。标记为Kaolin_H。

对比例2

和实施例5相比，区别在于，未添加本发明纳米氧化物/高岭土复合止血抗菌材料(ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-3)，具体如下：

称取1g明胶(typeA,300bloom，酸法制备的明胶)，加入15mL三氟乙醇，搅拌溶解后加入1g聚己内酯(Mn＝80000,Sigma-Aldrich)，室温搅拌12h，滴加含0.2v/v％三氟乙醇的乙酸溶液，搅拌均匀后，继续搅拌12h。将混合液装入5mL注射器，采用静电纺丝装置制备薄膜。其中针尖和收集器的电压：20.0kV，距离15cm，推料速度：0.003mm/s，将纱布固定在圆筒接收器上收集，共加入15mL混合液进行静电纺丝。室温干燥0.5h后，密闭保存于底部放置变色硅胶的干燥皿中备用。标记为PG。

应用实施例

抗菌实验：

采用菌落计数法，以大肠杆菌(ATCC8739，广东省微生物研究所)为对象，加入细菌浓度为1×10^5·6CFU>-1，抗菌粉末浓度为0.001g/mL,共培养3h；各案例的抗菌结果见表1所示。

表1

案例材料细菌存活率(％)对比例1Kaolin_H113±4.7实施例1Kaolin@Fe₂O₃21.8±4实施例2ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-19.4±2.5实施例3ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-24.2±0.9实施例4ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-30.4±0.1对比例2PG无明显抗菌性

Kaolin_H、Kaolin@Fe₂O₃、ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-1、ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-2、ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-3的细菌存活率分别为113±4.7％、21.8±4％、9.4±2.5％、4.2±0.9％、0.4±0.1％；在该条件下，ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-3细菌存活率最低，细菌基本被抑制，该复合物具有最优的抑菌效果。

止血实验：

雄性BALB/C小鼠，体重18.0～22.0g，按体重随机分组。将小鼠固定，漏出尾部，在小鼠尾端用手术刀片切1cm创口使其流血，切口后迅速给予相应的材料粉末(表2所示)后，用计时器记录出血时间；各案例止血时间见表2所示。

表2

案例材料出血时间(s)空白对照组无材料223±66对比例1Kaolin_H163±33实施例1Kaolin@Fe₂O₃178±57实施例4ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-3129±9对比例2PG203±93

表2可知，在Kaolin@Fe₂O₃的表面负载纳米氧化锌，可以有效提升止血速度。

愈合实验：

雄性BALB/C小鼠，体重18.0～22.0g，按体重随机分组。各组小鼠腹腔注射水合氯醛(10％)麻醉，用剪刀剪下小鼠背部皮肤直径为2cm的圆形创口，随后滴入100uL大肠杆菌(1×10^5·6CFU>-1)，30min后加入内含表3材料粉末的自制创可贴或实施例5的纤维膜。隔天给药，连续给药14天。分别于给药3天、7天和14天分别检测各组小鼠创口面积，进行创口细菌浓度检测。ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-3/PG能明显增加给药第3天小鼠创口的愈合面积；ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-3，ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-3/PG能明显减少给药第7天、第14天小鼠创口细菌数。ZnO/Kaolin@Fe₂O₃-3以粉末形式或者与聚己内酯/明胶(PG)纺丝后，均能有效抑制创口细菌增殖，显著促进创口愈合。愈合数据见表3。

表3

表3可知，将本发明的止血抗菌材料复合在载体(例如纤维膜)上，可促进伤口愈合。

以上所述仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。