一种细菌纤维素-聚氨酯复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种细菌纤维素-聚氨酯复合材料及其制备方法和应用。制备方法包括：将细菌纤维素微纤进行有机溶剂交换处理，获得不同浓度的细菌纤维素微纤的复合物A和复合物B；于油浴条件下加入聚合物多元醇和二异氰酸酯类化合物进行加聚反应，反应得到细菌纤维素复合聚氨酯泡沫预聚体；然后进行固化得到该细菌纤维素-聚氨酯复合材料。本发明专利技术采用细菌纤维素微纤与聚氨酯泡沫材料复合，显著提高了复合材料的力学性能；细菌纤维素纳米纤维表面大量羟基有效加强了复合材料的亲水性能及吸水能力；同时细菌纤维素良好的组织亲和能力可以改善聚氨酯材料的生物相容性。氨酯材料的生物相容性。

【技术实现步骤摘要】
一种细菌纤维素-聚氨酯复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于皮肤修复
，涉及一种具有梯度结构的细菌纤维素-聚氨酯复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]伤口的愈合过程是一个连续的动态过程，是细胞与细胞、细胞与细胞基质以及与可溶性介质间相互作用的过程。临床上伤口的治愈以伤口敷料使用为主，随着“湿法疗法”理论和实践得到普及，具有吸湿功能的高性能湿性敷料在在世界医疗卫生领域得到日益重视。
[0003]目前临床上常用的敷料按材质的不同可分为细菌纤维素类敷料、聚氨酯敷料等。
[0004]细菌纤维素是由葡萄糖以β-1,4-糖苷链连接而成的高分子化合物，作为一种优良的生物材料，具有其独特的物理、化学性能：细菌纤维素具有天然的三维纳米网络结构；高抗张强度和弹性模量；高亲水性，良好的透气、吸水、透水性能，非凡的持水性和高湿强度。另外，大量研究表明细菌纤维素具有良好的体内、体外生物相容性和生物可降解性，这使得细菌纤维素本身可以应用于生物医用领域。国外采用单纯的细菌纤维素水凝胶作为敷料已有报道，并且已经产业化用于临床。因此，以细菌纤维素水凝胶作为敷料的基体材料，利用细菌纤维素本身的吸水性能，可以在保证生物安全性的基础上持续有效地吸收伤口渗出液及代谢产物。细菌纤维素水凝胶用于伤口敷料领域有很好的发展前景，它为伤口提供了湿润的环境以促进伤口更好地愈合。但是细菌纤维素水凝胶本身的三维纳米网络结构缺少良好的防水阻菌性能，外界的微生物及水分能够透过其纳米网络渗入到伤口。同时，细菌纤维素水凝胶敷料具有较大的水蒸气透过率，在使用过程中其内部的水分较易失去。这些问题都制约了细菌纤维素水凝胶敷料的应用。
[0005]聚氨酯是在高分子结构主链上含有氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)的聚合物总称。其分子结构中的软硬段属热力学不相容体系，存在极性差异，可引起微相分离，因此具备良好的生物相容性、抗凝血性。大量动物实验和急慢性毒性实验证实，医用聚氨酯材料与人体血液相容性和组织相容性好，无毒无致畸变作用，对局部无过敏反应，有良好的韧性、耐溶剂性、耐水解性及抗菌性，并且耐磨损，容易加工成型，性能可控，所以被认为是最具价值的生物医学合成材料之一。1、采用聚氨酯薄膜制备的敷料产品能够保持创面的湿润，控制水蒸气透过速率，并抵御微生物和外界水分的侵入。2、聚氨酯泡沫材料具有较好的生物相容性、亲水性和柔软性，可吸收体液或血液，避免积液的形成，具有很好的柔软性服帖性，利于和组织较好地贴和，减少不适和疼痛，特有的孔状结构还可以根据需要加载和释放药物，与组织不粘连，易于揭取更换。如聚氨酯泡沫敷料既可以用于保持创面湿润，又可允许气体通过，促进创面愈合。但是聚氨酯泡沫在实际应用中其生物相容性、力学性能和亲水性能有待于加强，尤其是在人体修复材料、智能药物缓释材料和组织工程材料的应用方面。
[0006]因此，当前的皮肤创伤敷料产品有待进一步改进。

技术实现思路

[0007]本专利技术的一个目的在于提供一种具有梯度结构的细菌纤维素-聚氨酯复合材料；本专利技术的另一目的在于提供该具有梯度结构的细菌纤维素-聚氨酯复合材料的制备方法；本专利技术的再一目的在于提供该具有梯度结构的细菌纤维素-聚氨酯复合材料在人体修复材料、智能药物缓释材料和组织工程材料中的应用。
[0008]本专利技术的目的通过以下技术方案得以实现：一方面，本专利技术提供一种细菌纤维素-聚氨酯复合材料的制备方法，其包括以下步骤：将细菌纤维素微纤进行有机溶剂交换处理，获得不同浓度的细菌纤维素微纤的复合物A和复合物B；其中，所述复合物A以重量份为100wt%计，包括30~50wt%的完全脱水的细菌纤维素微纤和余量的有机溶剂；所述复合物B以重量份为100wt%计，包括15~30wt%的部分脱水的细菌纤维素微纤和余量的有机溶剂；其中，部分脱水的细菌纤维素微纤中含有5~10wt%（以复合物B的重量份计）的水；将复合物A和复合物B以体积比为1:（2~5）进行混合，于油浴条件下加入聚合物多元醇和二异氰酸酯类化合物进行加聚反应，反应得到细菌纤维素复合聚氨酯泡沫预聚体；将其固化后得到细菌纤维素-聚氨酯复合材料；其中，所述聚合物多元醇和所述二异氰酸酯类化合物的重量比为1：（0.1~0.2）；所述聚合物多元醇占所述复合物A和所述复合物B总重量的20%~60%。
[0009]本专利技术创造性的将细菌纤维素和聚氨酯联合制备复合材料，采用细菌纤维素的纳米纤维微纤均匀分布在聚氨酯材料的内部，增强聚氨酯泡沫材料，通过聚氨酯反应中残留的异氰酸酯基团与细菌纤维素纳米纤维表面的羟基基团相互作用，以化学键合的方式使细菌纤维素纳米纤维与聚氨酯泡沫基体有效结合，使得该复合材料的力学性能得到了显著提高；细菌纤维素纳米纤维表面大量羟基有效提高了复合材料的亲水性能及吸水能力；同时细菌纤维素良好的组织亲和能力可以改善聚氨酯材料的生物相容性，发挥两种材料的优势，得到的一款理想的皮肤创伤敷料产品，使其在生物医用领域具有巨大的应用前景。
[0010]本专利技术中，复合物A是细菌纤维素微纤完全脱水后与有机溶剂的混合物，复合物B是细菌纤维素微纤脱去表面游离水，仍含有少量结合水的微纤与有机溶剂的混合物。本专利技术采取溶剂交换的方法，在不破坏细菌纤维素纳米纤维表面羟基的基础上去除部分水分子；少量的结合水能够与异氰酸酯基团反应生成二氧化碳（2RNCO + H2O
ꢀ→ꢀ
RNHCONHR + CO2↑
），具有致孔剂的功能。在制备过程中，由于纤维素微纤不同含水量的比重不同，复合物A与复合物B按照体积比1:（2~5）进行调配后，会在沉降过程中自动分层，含水量的不同会使致孔的二氧化碳气体量不同，从而形成不同的孔径分布。因此，本专利技术制备的细菌纤维素-聚氨酯复合材料为具有不同孔径的梯度双层结构，一层为大孔层（主要包含较多的复合物B），另一层为微孔层（主要包含较多的复合物A），该细菌纤维素-聚氨酯复合材料是由大孔层与微孔层构成的有机整体，在使用过程中上层为微孔层能够防水阻菌，并控制水蒸气透过率；下层为大孔层能够保持伤口湿性微环境、控制伤口渗出液、促进伤口愈合。
[0011]上述的制备方法中，优选地，还包括将菌株发酵得到的细菌纤维素进行纯化、均质处理得到细菌纤维素微纤的过程；所述菌株包括木醋杆菌、根瘤菌属、八叠球菌属、假单胞菌属、无色杆菌属、产碱菌属、气杆菌属和固氮菌属中的一种或多种的组合。
[0012]本专利技术中，采取上述菌株进行发酵的方法为本领域常规方法，发酵培养基为本领域生产细菌纤维素常规培养基，发酵时间一般为3~7天，发酵温度为30℃~37℃。
[0013]上述的制备方法中，优选地，还包括将菌株发酵得到的细菌纤维素进行纯化、均质处理得到细菌纤维素微纤的过程；其中，对细菌纤维素进行纯化的方法包括：于70℃~100℃的温度下，将细菌纤维素在质量百分含量为4%~8%的氢氧化钠水溶液中洗涤4～6h，再用蒸馏水反复冲洗至中性，以除去细菌纤维素上的菌体蛋白和粘附在纤维素膜上的残余培养基，获得纯化后的细菌纤维素。
[0014]上述的制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种细菌纤维素-聚氨酯复合材料的制备方法，其包括以下步骤：将细菌纤维素微纤进行有机溶剂交换处理，获得不同浓度的细菌纤维素微纤的复合物A和复合物B；其中，所述复合物A以重量份为100wt%计，包括30~50wt%的完全脱水的细菌纤维素微纤和余量的有机溶剂；所述复合物B以重量份为100wt%计，包括15~30wt%的部分脱水的细菌纤维素微纤和余量的有机溶剂；其中，部分脱水的细菌纤维素微纤中含有5~10wt%的水；将复合物A和复合物B以体积比为1:（2~5）进行混合，于油浴条件下加入聚合物多元醇和二异氰酸酯类化合物进行加聚反应，反应得到细菌纤维素复合聚氨酯泡沫预聚体；将其固化后得到细菌纤维素-聚氨酯复合材料；其中，所述聚合物多元醇和所述二异氰酸酯类化合物的重量比为1：（0.1~0.2）；所述聚合物多元醇占所述复合物A和所述复合物B总重量的20%~60%。2.根据权利要求1所述的方法，其还包括将菌株发酵得到的细菌纤维素进行纯化、均质处理得到细菌纤维素微纤的过程；其中，所述菌株包括木醋杆菌、根瘤菌属、八叠球菌属、假单胞菌属、无色杆菌属、产碱菌属、气杆菌属和固氮菌属中的一种或多种的组合。3.根据权利要求1所述的方法，其还包括将菌株发酵得到的细菌纤维素进行纯化、均质处理得到细菌纤维素微纤的过程；其中，对细菌纤维素进行纯化的方法包括：于70℃~100℃的温度下，将细菌纤维素在质量百分含量为4%~8%的氢氧化钠水溶液中洗涤4～6h，再用蒸馏水反复冲洗至中性，以除去细菌纤维素上的菌体蛋白和粘附在纤维素膜上的残余培养基，获得纯化后的细菌纤维素。4.根据权利要求3所述的方法，其中，对细菌纤维素进行均质处理的方法为：采用高速分散机于5000~25000rpm的转速下，对纯化后的细菌纤维素均质5~10min，得到细菌纤维素微纤。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述细菌纤维素微纤的长度为0.1~10μm，直径为50~100nm。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述有机溶剂交换处理的方法为：将细菌纤维素微纤浸泡于无水乙醇中，通过控制浸泡时间8-12h获得完全脱水后的细菌纤维素微纤和控制浸泡时间3-6h获得部分脱水后的细菌纤维素微纤；将完全脱水后的细菌纤维素微纤浸泡于有机溶剂中48~72h，获得复合物A；将部分脱水后的细菌纤维素微纤浸泡于有机溶剂中12~48h，获得复合物B。7.根据权利要求1或6所述的方法，其中，所述有机溶剂包括乙基乙二醇乙酸酯、乙酸乙酯、丁内酯、乙酸和丙酮中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟宇光，钟春燕，
申请(专利权)人：钟宇光海南椰国食品有限公司海南光宇生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：