一种用于医用敷料的含富勒烯和纳米银复合静电纺丝材料及制备方法

摘要

本发明公开了一种用于医用敷料的含富勒烯和纳米银复合静电纺丝材料的制备方法，包括：1）制备壳聚糖溶液；2）富勒烯的羧基化修饰；3）将2）溶液与1）溶液混合得富勒烯-壳聚糖溶液；4）将3）溶液与聚合物混合制备富勒烯-壳聚糖-聚合物纺丝溶液；5）将1）溶液与聚合物混合，加硝酸银粉末，制备硝酸银-壳聚糖-聚合物纺丝溶液；6）将4）溶液和5）制备的溶液装入并列注射器，用并列不锈钢喷头同时纺丝，获得由富勒烯-壳聚糖-聚合物纺丝和纳米银-壳聚糖-聚合物纺丝缠绕的纳米纺丝纤维膜；7）将6）纤维膜紫外照射即完成复合静电纺丝材料的制备。本发明对创伤、烧伤以及褥疮大面积皮肤创口具备杀菌、保护促进伤口愈合多重功效。

说明书

技术领域

本发明涉及复合纳米纤维材料领域，特别涉及一种用于医用敷料的含富勒 烯和纳米银的复合静电纺丝材料及其制备方法。

背景技术

利用静电纺丝技术制备的纳米纤维膜具有较高的比表面积、良好的延展性、 可调控的孔径及较高的孔隙率，同时静电纺丝纤维的组分具有较强的可控性。 静电纺丝制备的纳米纤维膜作为医用敷料具有诸多得天独厚的优势：首先由于 其具有较高的孔隙率，有利于伤口渗出液的蒸发和氧气的通透，从而有利于创 面组织的愈合；同时静电纺丝制备的纳米纤维膜具有良好的延展性和柔性，有 利于保护伤口；通过调控静电纺丝纤维的组分，可以制备出具有止血、杀菌、 促进伤口生长等功能的纳米纤维膜。因此，利用静电纺丝技术制备的医用敷料 具有广阔的应用前景。

在创伤、烧伤以及褥疮等大面积皮肤创口的治疗过程中，如何同时防止细 菌感染并促使创口愈合是临床面临的难题。目前临床使用的创口敷料多为凡士 林纱布、碘伏纱布和无纺布等材料，用于清洁和保护创面。但这些材料在高效 抑菌、减少伤口感染、促进创口愈合等方面仍然无法满足临床治疗的需求。与 此同时，由于紫外线具有杀菌、抑菌以及加快创面皮肤代谢的功效，临床上常 用于对创伤、烧伤以及褥疮等大面积皮肤创口进行照射，是一种有效而且经济 的治疗褥疮等皮肤创伤的方法。然而，紫外线照射在破坏细菌DNA和RNA等 遗传物质的同时，会对皮肤组织的正常细胞和创口的新生细胞造成损伤。在紫 外光化学效应下，皮肤细胞内水分子、含半胱氨酸蛋白等发生光分解以及酶— 底物反应等，会产生大量氧自由基（如O₂·、OH·、H₂O₂等），损伤皮肤细胞 的DNA和蛋白酶等，从而诱导细胞的凋亡、坏死和组织的炎症，甚至诱导皮肤 癌等肿瘤的发生。因此，如何安全有效使用紫外线对创口进行杀菌消炎，同时 又对周围正常组织细胞和创口新生细胞不造成损伤，是一个重要的临床问题。

富勒烯是一种强效的抗氧化剂，能够有效清除氧自由基，减少自由基对组 织和皮肤的损伤，已被成功添加于化妆品中用于延缓肌肤衰老。特别是富勒烯 能够强效吸收紫外线照射下产生的氧自由基，能够有效保护组织和细胞免受紫 外辐射造成的损伤。在使用紫外线对皮肤创口进行杀菌消炎过程中以及照射后， 如果在医用敷料中添加富勒烯成分，可有效吸收紫外光化学效应下皮肤细胞产 生的大量氧自由基，从而有效保护创口及周围的皮肤组织和细胞。

与此同时，纳米银具有优异的广谱抗菌能力，同时对人无毒副作用，可被 广泛用作抗菌消炎剂使用。通过静电纺丝方法制备含纳米银的纳米纤维，可达 到均匀缓慢释放纳米银，从而达到持久杀菌效果。通过缓慢释放敷料中的纳米 银，可有望达到对创口的持续杀菌消炎效果。

然而，到目前为止，尚没有同时富含富勒烯和纳米银的兼具消除自由基和 抗菌功能的静电纺丝材料以及其在医用敷料应用的报道及专利。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于医用敷料的含富勒烯和纳米银复合静电纺丝 材料及其制备方法，以该材料制备的医用敷料兼具消除自由基和抗菌功能，可 用于创伤、烧伤以及褥疮等大面积皮肤创口。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于医用敷料的含富勒烯和纳米银复合静电纺丝材料的制备方法，包 括下述步骤：

（1）制备壳聚糖溶液

在常温下将壳聚糖溶于酸液中，室温下搅拌2～5h，即得到体积质量分数 2～6%的稳定的壳聚糖溶液，备用；

（2）富勒烯的羧基化修饰

将富勒烯类加入到混合酸溶液中，配制成0.01～0.05g/mL的溶液；然后将混 合液加入回流装置，加热沸腾回流2～4h，制得水溶性羧基化富勒烯溶液；二次 蒸馏水洗水溶性羧基化富勒烯溶液至无色，pH=7；再置于透析袋中使用二次蒸 馏水透析所得溶液48h，常温保存备用；

（3）富勒烯-壳聚糖溶液制备

将步骤（2）制备的水溶性羧基化富勒烯溶液使用二次蒸馏水稀释至0.5～2 mg/mL，超声分散30～60min；然后将水溶性羧基化富勒烯溶液与步骤（1）制 备的壳聚糖溶液进行混合，超声30～60min，即得富勒烯-壳聚糖复合物溶液；

（4）富勒烯-壳聚糖-聚合物纺丝溶液制备

将步骤（3）制备的富勒烯-壳聚糖复合物溶液与聚合物按照质量比5～10： 1进行混合，室温下磁力搅拌30～60min，制成用于静电纺丝的富勒烯-壳聚糖- 聚合物溶液；

（5）硝酸银-壳聚糖-聚合物纺丝溶液制备

将步骤（1）制备的壳聚糖溶液与聚合物按照质量比5～10：1进行混合，然 后加入占壳聚糖和聚合物总质量0.5～3%的硝酸银粉末，室温下超声30～60min， 再磁力搅拌30～60min，即得用于静电纺丝的硝酸银-壳聚糖-聚合物溶液；

（6）制备包含富勒烯和纳米银的复合纳米纤维膜

将步骤（4）制备的富勒烯-壳聚糖-聚合物溶液和步骤（5）制备的用于静电 纺丝的硝酸银-壳聚糖-聚合物溶液分别装入并列的注射器针管，分别固定于注射 泵，采用并列式不锈钢喷头，喷头距离铝箔接收板15～20cm，控制纺丝条件， 两个喷头同时纺丝，获得由富勒烯-壳聚糖-聚合物纺丝和纳米银-壳聚糖-聚合物 纺丝缠绕的纳米纺丝纤维膜；

（7）将步骤（6）制备的纳米纤维膜使用紫外照射30～60min，使复合纤维 中的银离子部分还原成为银纳米颗粒，纳米银颗粒部分附着于复合纳米纤维膜 的表面，部分位于纳米纤维内部。

进一步地，所述壳聚糖的分子量在2～30万之间。

进一步地，所述酸液为甲酸、冰乙酸、盐酸或苯甲酸。

进一步地，所述步骤（2）中混合酸溶液为质量比为1：3的HSO₄/HNO₃溶液。

进一步地，所述富勒烯类含有选自C₆₀、C₇₀以及其衍生物中的至少1种。

进一步地，所述富勒烯类含有选自C₆₀、C₇₀中的至少1种。

进一步地，所述步骤（3）中水溶性羧基化富勒烯溶液与壳聚糖溶液按照质 量比0.1～0.5：1进行混合。

进一步地，所述聚合物为聚乙烯醇、环氧乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚 乙酸内酯或聚乳酸。

进一步地，所述步骤（6）中控制纺丝条件为，纺丝在室温下进行，纺丝电 压为5-30kV，注射泵流速为0.05～0.20mL/h。

该复合静电纺丝材料以壳聚糖和聚合物为基材，通过酸化改性使富勒烯表 面修饰了羧基，由于电荷吸引使改性富勒烯与壳聚糖之间发生了组装混溶。同 时制备含有银离子的壳聚糖-聚合物溶液。利用并列式喷头分别将富勒烯-壳聚糖 -聚合物以及纳米银-壳聚糖-聚合物溶液同时进行射流激发纺丝，制得同时含有 富勒烯和纳米银的束状复合静电纺丝纤维，其同时具有消除自由基和抗菌的功 能。

因此，本发明利用并列式喷头静电纺丝，制得了同时含有富勒烯和纳米银 的复合静电纺丝纤维，该纤维制备的医用敷料利用富勒烯的强效抗自由基作用， 以富含富勒烯的纳米纺丝纤维制备的医用敷料兼备消除自由基和抗菌双重功 能。在创伤、烧伤以及褥疮大面积皮肤损伤使用紫外线进行照射治疗时，含有 富勒烯的纳米纤维医用敷料能够有效保护周围正常皮肤组织和创口新生组织免 受紫外线的损伤。与此同时，纳米纤维膜中的银离子在紫外照射下能够还原成 为纳米银颗粒，起到长效杀菌的功能。本发明可用于创伤、烧伤以及褥疮等大 面积皮肤创口，具备杀菌、保护创口和促进伤口愈合的多重功效。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合实施例对本发明作进一步详述。下述 实施实例是在本发明技术方案的前提下的优选实施方式，但本发明的保护范围 不限于下述的实施例。

一种用于医用敷料的含富勒烯和纳米银复合静电纺丝材料，其制备方法包 括如下步骤：

（1）制备壳聚糖溶液

在常温下将分子量2～30万之间的壳聚糖溶于甲酸、冰乙酸、盐酸或苯甲酸 等酸中，配制为体积质量分数2～6%的壳聚糖溶液，室温下磁力搅拌2～5h至完 全溶解，即得到稳定的壳聚糖溶液。

（2）富勒烯的羧基化修饰

本发明所述的富勒烯类含有选自C₆₀、C₇₀以及其衍生物中的至少1种。

将所述富勒烯类加入到HSO₄/HNO₃（质量比为1：3）混合酸溶液中，配 制成0.01～0.05g/mL的溶液。然后将混合液加入回流装置，加热沸腾回流2～4h， 制得水溶性羧基化富勒烯溶液。然后该羧基化富勒烯溶液使用二次蒸馏水洗至 无色以及pH=7。最后将水溶性羧基化富勒烯溶液置于透析袋中使用二次蒸馏水 透析两天，去除杂质。最后将制得的溶液常温保存备用。

（3）富勒烯-壳聚糖溶液制备

将步骤（2）制备的水溶性羧基化富勒烯溶液使用二次蒸馏水稀释至0.5～2 mg/mL，超声30～60min使其富勒烯成单分散状。然后将水溶性羧基化富勒烯 溶液与步骤（1）制备的壳聚糖溶液按照质量比0.1～0.5：1进行混合，超声 30～60min。由于羧基化富勒烯所带负电荷与壳聚糖所带的正电荷相互吸引，羧 基化富勒烯与壳聚糖之间发生了自组装，进而制备了稳定的富勒烯-壳聚糖复合 物溶液。

（4）富勒烯-壳聚糖-聚合物纺丝溶液制备

为了获得纺丝性能更好的材料，将步骤（3）制备的富勒烯-壳聚糖复合物溶 液与聚合物（选自聚乙烯醇、环氧乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙酸内酯、 聚乳酸）按照质量比5～10：1进行混合，室温下磁力搅拌30～60min，制成用 于静电纺丝的富勒烯-壳聚糖-聚合物溶液。

（5）硝酸银-壳聚糖-聚合物纺丝溶液制备

将步骤（1）制备的壳聚糖溶液与步骤（4）使用的聚合物（选自聚乙烯醇、 环氧乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙酸内酯、聚乳酸）按照质量比5～10： 1进行混合，然后在该溶液中加入占壳聚糖和聚合物总质量0.5～3%的硝酸银粉 末，室温下超声30～60min，再磁力搅拌30～60min，使硝酸银完全溶解，制得 用于静电纺丝的硝酸银-壳聚糖-聚合物溶液。

（6）制备包含富勒烯和纳米银的复合纳米纤维膜

将步骤（4）和（5）制备的纺丝溶液分别装入并列的注射器针管，分别固 定于注射泵，采用并列式不锈钢喷头，喷头距离铝箔接收板约15～20cm，纺丝 电压为5-30kV，注射泵流速0.05～0.20mL/h，两个喷头同时纺丝，获得由富勒 烯-壳聚糖-聚合物纺丝和纳米银-壳聚糖-聚合物纺丝缠绕的纳米纺丝纤维膜。纺 丝在室温下进行。

将步骤（6）制备的纳米纤维膜使用紫外照射30～60min，使复合纤维中的 银离子部分还原成为银纳米颗粒，纳米银颗粒部分附着于复合纳米纤维膜的表 面，部分位于纳米纤维内部。

下面通过具体实施例对本发明制备过程做进一步详细说明。

实施例1

（1）制备壳聚糖溶液：室温下将分子量为2万的壳聚糖溶解于10mL质量 浓度为2%的乙酸溶液中，制得体积质量分数2%的壳聚糖溶液，室温下磁力搅 拌2h。

（2）富勒烯的羧基化修饰：将1g富勒烯C₆₀加入到100mL的HSO₄/HNO₃（质量比为1：3）混合酸中，配制成0.01g/mL的溶液。将混合液加入回流装 置，加热沸腾回流2h。然后将制得的羧基化富勒烯溶液使用二次蒸馏水洗10 次至无色以及pH=7。最后将水溶性羧基化富勒烯溶液置于透析袋中使用二次蒸 馏水透析两天，在此期间经常换水以除去杂质。

（3）富勒烯-壳聚糖溶液制备：将步骤（2）制备的水溶性羧基化富勒烯溶 液使用二次蒸馏水稀释至0.5mg/mL，超声30min使其富勒烯成单分散状。然 后将水溶性羧基化富勒烯溶液与步骤（1）制备的壳聚糖溶液按照质量比0.1：1 进行混合，超声30min，获得稳定的富勒烯-壳聚糖复合物溶液。

（4）富勒烯-壳聚糖-聚合物纺丝溶液制备：将步骤（3）制备的富勒烯-壳 聚糖复合物溶液与聚乙烯醇按照质量比10：1进行混合，室温下磁力搅拌30min 左右，制成用于静电纺丝的富勒烯-壳聚糖-聚乙烯醇溶液。

（5）制备硝酸银-壳聚糖-聚合物纺丝溶液制备：将步骤（1）制备的壳聚糖 溶液与聚乙烯醇按照质量比10：1进行混合，然后在该溶液中加入壳聚糖和聚 合物总质量0.5%的硝酸银粉末，室温下超声30min，再磁力搅拌30min，使硝 酸银完全溶解，制得用于静电纺丝的硝酸银-壳聚糖-聚乙烯醇溶液。

（6）制备含富勒烯和纳米银的复合纳米纤维膜：将步骤（4）和（5）制备 的纺丝溶液分别装入并列的5mL注射器针管，分别固定于注射泵，采用并列式 不锈钢喷头，喷头距离铝箔接收板约15cm，纺丝电压为5kV，注射泵流速0.05 mL/h，两个喷头同时纺丝，获得由富勒烯-壳聚糖-聚乙烯醇纺丝和纳米银-壳聚 糖-聚乙烯醇纺丝缠绕的单根纳米纺丝纤维膜，其平均直径为170nm。

（7）将步骤（6）制备的纳米纤维膜使用紫外照射30min，还原的银纳米 颗粒平均直径11nm。

实施例2

（1）制备壳聚糖溶液：室温下将分子量为15万的壳聚糖溶解于10mL质 量浓度为2%的乙酸溶液中，制得体积质量分数4%的壳聚糖溶液，室温下磁力 搅拌4h。

（2）富勒烯的羧基化修饰：将2.5g富勒烯C₆₀加入到100mL的HSO₄/HNO₃（质量比为1：3）混合酸中，配制成0.025g/mL的溶液。将混合液加入回流装 置，加热沸腾回流3h。然后将制得的羧基化富勒烯溶液使用二次蒸馏水洗10 次至无色以及pH=7。最后将水溶性羧基化富勒烯溶液置于透析袋中使用二次蒸 馏水透析两天，在此期间经常换水以除去杂质。

（3）富勒烯-壳聚糖溶液制备：将步骤（2）制备的水溶性羧基化富勒烯溶 液使用二次蒸馏水稀释至1mg/mL，超声45min使其富勒烯成单分散状。然后 将水溶性羧基化富勒烯溶液与步骤（1）制备的壳聚糖溶液按照质量比0.25：1 进行混合，超声45min，获得稳定的富勒烯-壳聚糖复合物溶液。

（4）富勒烯-壳聚糖-聚合物纺丝溶液制备：将步骤（3）制备的富勒烯-壳 聚糖溶液与环氧乙烯按照质量比7：1进行混合，室温下磁力搅拌45min左右， 制成用于静电纺丝的富勒烯-壳聚糖-环氧乙烯溶液。

（5）制备硝酸银-壳聚糖-聚合物纺丝溶液制备：将步骤（1）制备的壳聚糖 溶液与环氧乙烯按照质量比7：1进行混合，然后在该溶液中加入壳聚糖和聚合 物总质量1.5%的硝酸银粉末，室温下超声45min，再磁力搅拌45min，使硝酸 银完全溶解，制得用于静电纺丝的硝酸银-壳聚糖-环氧乙烯溶液。

（6）制备含富勒烯和纳米银的复合纳米纤维膜：将步骤（4）和（5）制备 的纺丝溶液分别装入并列的5毫升注射器针管，分别固定于注射泵，采用并列 式不锈钢喷头，喷头距离铝箔接收板约20cm，纺丝电压为10kV，注射泵流速 0.1mL/h，两个喷头同时纺丝，获得由富勒烯-壳聚糖-环氧乙烯纺丝和纳米银- 壳聚糖-环氧乙烯纺丝缠绕的单根纳米纺丝纤维膜，其平均直径为191nm。

（7）将步骤（6）制备的纳米纤维膜使用紫外照射50min，还原的银纳米 颗粒平均直径15nm。

实施例3

（1）制备壳聚糖溶液：室温下将分子量为30万的壳聚糖溶解于10mL质 量浓度为2%的乙酸溶液中，制得体积质量分数6%的壳聚糖溶液，室温下磁力 搅拌5h。

（2）富勒烯的羧基化修饰：将5g富勒烯C₆₀加入到100mL的HSO₄/HNO₃（质量比为1：3）混合酸中，配制成0.05g/mL的溶液。将混合液加入回流装 置，加热沸腾回流4h。然后将制得的羧基化富勒烯溶液使用二次蒸馏水洗10 次至无色以及pH=7。最后将水溶性羧基化富勒烯溶液置于透析袋中使用二次蒸 馏水透析两天，在此期间经常换水以除去杂质。

（3）富勒烯-壳聚糖溶液制备：将步骤（2）制备的水溶性羧基化富勒烯溶 液使用二次蒸馏水稀释至2mg/mL，超声60min使其富勒烯成单分散状。然后 将水溶性羧基化富勒烯溶液与步骤（1）制备的壳聚糖溶液按照质量比0.5：1 进行混合，超声60min，获得稳定的富勒烯-壳聚糖复合物溶液。

（4）富勒烯-壳聚糖-聚合物纺丝溶液制备：将步骤（3）制备的富勒烯-壳 聚糖溶液与聚对苯二甲酸乙二醇酯按照质量比5：1进行混合，室温下磁力搅拌 60min左右，制成用于静电纺丝的富勒烯-壳聚糖-聚对苯二甲酸乙二醇酯溶液。

（5）制备硝酸银-壳聚糖-聚合物纺丝溶液制备：将步骤（1）制备的壳聚糖 溶液与聚对苯二甲酸乙二醇酯按照质量比5：1进行混合，然后在该溶液中加入 壳聚糖和聚合物总质量3%的硝酸银粉末，室温下超声1h，再磁力搅拌1h，使 硝酸银完全溶解，制得用于静电纺丝的硝酸银-壳聚糖-聚对苯二甲酸乙二醇酯溶 液。

（6）制备含富勒烯和纳米银的复合纳米纤维膜：将步骤（4）和（5）制备 的纺丝溶液分别装入并列的5mL注射器针管，分别固定于注射泵，采用并列式 不锈钢喷头，喷头距离铝箔接收板约15cm，纺丝电压为30kV，注射泵流速 0.2mL/h，两个喷头同时纺丝，获得由富勒烯-壳聚糖-聚对苯二甲酸乙二醇酯纺 丝和纳米银-壳聚糖-聚对苯二甲酸乙二醇酯纺丝缠绕的单根纳米纺丝纤维膜，其 平均直径为232nm。

（7）将步骤（6）制备的纳米纤维膜使用紫外照射1h，还原的银纳米颗粒 平均直径21nm。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不 能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换， 都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。