口腔粘膜给药的静电纺丝载体材料及制备方法

1.本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及口腔粘膜给药的静电纺丝载体材料，本发明口腔粘膜给药的静电纺丝载体材料的制备方法。


背景技术：

2.口腔疾病的治疗受到现有剂型的极大限制，由于药物对黏膜的保留有限，这些剂型具有接触时间短、位点特异性差和对机械刺激的敏感性等缺点。基于静电纺丝技术制备的口腔薄膜除了因比表面积大提高载药量外，还能有效地增强药物的溶解度和渗透性。口腔黏膜的湿态环境要求基质具有较高的湿态粘附性能。根据不同基材的性质，作用于湿态环境的粘附机制包括表面张力、脱水、扩散、静电相互作用和化学吸附等。目前，多巴衍生物多巴胺因其优良的粘附性能常用于多种材料的表面改性，但基质体系多采用涂层法制膜或制备呈水凝胶，涂层膜往往无法兼顾膜的力学性能与柔韧性，水凝胶往往需要外源性或内源性刺激而实现药物的控释行为。一个合适的药物递送系统被要求能提供持续的药物释放，直接针对疾病或病变部位，尤其在因口腔中的潮湿环境和黏膜组织表面的灵活性使得体系粘附困难的条件下。对此临床需要，目前还没有有效的商用药物递送系统完全满足。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供口腔粘膜给药的静电纺丝载体材料，解决了在口腔的潮湿环境和黏膜组织表面的灵活性导致口腔粘膜给药材料在目标部位易团缩而无法自发铺展的问题。
4.本发明的另一个目的是提供口腔粘膜给药的静电纺丝载体材料的制备方法。
5.本发明所采用的第一种技术方案是，口腔粘膜给药的静电纺丝载体材料，以聚乙烯醇为纺丝成型材料，将其与多巴胺改性明胶以1:1～1:3质量比共混后通过静电纺丝制备的纤维膜，通过静电纺丝制备纤维膜时还负载有抗菌剂。
6.本发明所采用的第二个技术方案是，口腔粘膜给药的静电纺丝载体材料的制备方法，具体操作步骤如下：
7.步骤1，制备多巴胺改性明胶；
8.步骤2，制备聚乙烯醇/多巴胺改性明胶静电纺丝纤维膜；
9.步骤3，将上述所制备的明胶基静电纺丝纤维膜浸泡于质量浓度为10-100mg/ml的抗菌剂溶液中0.5-12h即得负载有抗菌剂的明胶基静电纺丝纤维膜。
10.本发明的特点还在于，
11.步骤1具体如下：
12.取纯化后的明胶配制为质量分数为2-5％w/v的明胶水溶液，之后与多巴胺和生物交联剂搅拌混匀，充分反应12-24h后用去离子水透析，冷冻干燥后得到明胶多巴胺冻干品，其中，明胶与多巴胺质量比为1:0.1-0.5，明胶与生物交联剂的质量比为1:0.01-0.05。
13.步骤2具体如下：
14.将步骤1制备的明胶多巴胺冻干品溶于混合溶液a中制备的质量分数为10-20％的明胶多巴胺溶液，与质量分数为10-20％的聚乙烯醇水溶液分别以1:1-3的质量比混合并搅拌均匀得静电纺丝溶液；将静电纺丝溶液加入静电纺丝装置中，设置静电纺丝装置的工作参数，进行静电纺丝，得到聚乙烯醇/多巴胺改性明胶静电纺丝纤维膜；
15.混合溶液a包括乙酸、乙醇和水，其中乙酸、乙醇和水的体积比为20-80:10-70:10-70。
16.静电纺丝装置的工作参数中，电压为10～25kv，推进速度为0.5～1ml/h，接收距离为5～10cm，工作时间为30～360min。
17.步骤2制得的聚乙烯醇/多巴胺改性明胶静电纺丝纤维膜中纤维范围为300nm～3μm。
18.生物交联剂包括但不限于京尼平、柠檬酸。
19.抗菌剂包括以阿米卡星为代表的氨基糖苷类药物。
20.本发明中关键步骤的合成原理：
21.本发明利用静电纺丝技术赋予聚乙烯醇和多巴胺改性明胶微纳纤维结构，由于该载体材料由微纳纤维组成，具有较大的比表面积。当该载体材料被贴在目标处时，在口腔湿态环境中，水会通过毛细管作用力浸润到纤维的缝隙中，纤维吸水后膨胀，纤维间距变小，膜上层由于重力作用会在目标处自发铺展。聚乙烯醇和多巴胺改性明胶为亲水性材料，水接触角小于90
°
，会被完全润湿，当该载体材料处于完全润湿态时，在一定应变范围内材料主要发生弹性形变，呈固态，其储能模量大于损耗模量，展示出水凝胶的特性。材料中聚乙烯醇所具有的羟基和明胶分子链上的羧基，与水分子键合形成氢键，从而实现了膜的铺展。多巴胺赋予该载体材料良好的湿态粘附性能，此外，通过原位固定抗菌剂，当其处于完全润湿态时，在一定应变范围内膜材的储能模量大于损耗模量完成纤维膜向凝胶态转变，药物从网状结构中缓慢释放，实现了抗菌剂的持续释放性能。所制备的静电纺丝纤维膜具有在模拟口腔湿态环境(磷酸盐缓冲液)中自铺展的性能、湿态粘附性能和药物缓释性能，可作为性能优异的口腔黏膜给药系统。
22.本发明的有益效果是，
23.本发明所制备的一种口腔黏膜给药静电纺丝载体材料兼具有在模拟口腔湿态环境(磷酸盐缓冲液)中自铺展的性能、湿态粘附性能和药物缓释性能。该材料作为一种新型药物递送系统，原材料来源广泛，制备工艺简单。本发明利用静电纺丝技术赋予聚乙烯醇和多巴胺改性明胶微纳纤维结构，由于该载体材料由微纳纤维组成，具有较大的比表面积。当该载体材料被贴在目标处时，在口腔湿态环境中，水会通过毛细管作用力浸润到纤维的缝隙中，纤维吸水后膨胀，纤维间距变小，膜上层由于重力作用会在目标处自发铺展。当其处于完全润湿态时，在一定应变范围内膜材的储能模量大于损耗模量完成纤维膜向凝胶态转变，材料中聚乙烯醇所具有的羟基和明胶分子链上的羧基，与水分子键合形成氢键，膜材会铺展开，药物从网状结构中缓慢释放。由于体系中存在的邻苯二酚结构使得基材可黏附在湿态组织上。该载体材料还具有良好的力学性能，可满足日常口腔运动所需，保持基材的完整性。
附图说明
24.图1是本发明实施例2所制备的多巴胺改性明胶产物的结构式；
25.图2是本发明实施例2所制备的多巴胺改性明胶红外光谱图；
26.图3是本发明实施例2所制备的多巴胺改性明胶核磁共振图谱；
27.图4是本发明实施例2所制备的聚乙烯醇/多巴胺改性明胶产物静电纺丝sem图。
28.图5是湿态下聚乙烯醇/多巴胺改性明胶纤维膜的流变性测试结果图。
29.图6是本发明静电纺丝纤维膜的原位固定阿米卡星的药物释放曲线。
30.图7是所示本发明膜材的力学性能图。
31.图8是本发明膜材与其他膜材在水中的铺展性能对比图。
具体实施方式
32.本发明提供的口腔粘膜给药的静电纺丝载体材料，以聚乙烯醇为纺丝成型材料，将其与多巴胺改性明胶以1:1～1:3质量比共混后通过静电纺丝制备的纤维膜，通过静电纺丝制备纤维膜时还负载有抗菌剂。
33.下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
34.实施例1
35.第一步：制备多巴胺改性明胶：取纯化后的明胶配制为质量分数为2％w/v的明胶水溶液，之后与多巴胺和生物交联剂搅拌混匀，充分反应12h后用去离子水透析，冷冻干燥后备用。其中，明胶与多巴胺质量比为1:0.1，明胶与生物交联剂的质量比为1:0.01。
36.第二步：制备聚乙烯醇/多巴胺改性明胶静电纺丝纤维膜：将明胶多巴胺冻干品溶于乙酸-乙醇-水(80:10:10，v:v:v)溶液中制备的质量分数为10％(w/v)的明胶多巴胺溶液，与质量分数为10％的聚乙烯醇水溶液分别以1:1(g:g)的质量比混合并搅拌均匀得静电纺丝溶液。将静电纺丝溶液加入静电纺丝装置中，设置静电纺丝装置的工作参数，电压为10kv，推进速度为0.5ml/h，接收距离为5cm，工作时间为30min，进行静电纺丝，得到聚乙烯醇/多巴胺改性明胶静电纺丝纤维膜，纤维直径范围为300nm～3μm。
37.第三步：将上述所制备的明胶基静电纺丝纤维膜浸泡于质量浓度为10mg/ml的抗菌剂溶液中0.5h即得负载有抗菌剂的明胶基静电纺丝纤维膜。
38.实施例2：
39.第一步：制备多巴胺改性明胶：取纯化后的明胶配制为质量分数为2.5％w/v的明胶水溶液，之后与多巴胺和生物交联剂搅拌混匀，充分反应24h后用去离子水透析，冷冻干燥后备用。其中，明胶与多巴胺质量比为1:0.125，明胶与生物交联剂的质量比为1:0.03。
40.第二步：制备聚乙烯醇/多巴胺改性明胶静电纺丝纤维膜：将明胶多巴胺冻干品溶于乙酸-乙醇-水(60:20:20，v:v:v)溶液中制备的质量分数为10％(w/v)的明胶多巴胺溶液，与质量分数为20％的聚乙烯醇水溶液分别以1:3(g:g)的质量比混合并搅拌均匀得静电纺丝溶液。将静电纺丝溶液加入静电纺丝装置中，设置静电纺丝装置的工作参数，电压为25kv，推进速度为1ml/h，接收距离为10cm，工作时间为360min，进行静电纺丝，得到聚乙烯醇/多巴胺改性明胶静电纺丝纤维膜，纤维直径范围为300nm～3μm。
41.第三步：将上述所制备的明胶基静电纺丝纤维膜浸泡于质量浓度为50mg/ml的抗菌剂溶液中12h即得负载有抗菌剂的明胶基静电纺丝纤维膜。
42.如图1所示所制备的多巴胺改性明胶产物的结构式，结构式展示了多巴胺改性明胶是通过生物交联剂接枝到明胶链上。
43.如图2所示所制备的多巴胺改性明胶红外光谱图。对于纯明胶来说，其红外谱图中包含三个特征峰，分别是由于酰胺ⅰ键的c-o拉伸振动出现在1648cm-1
处，酰胺ⅱ键的n-h弯曲振动在1513cm-1
处出现，而酰胺ⅲ键的c-n拉伸振动导致了1266cm-1
处峰值的产生，而对聚乙烯醇来说，3288.6cm-1
处峰值归属于-oh振动，末端乙烯基的c＝c伸缩振动在839.9cm-1
处出现，在聚乙烯醇复合膜中均出现聚乙烯醇的特征峰，这也证实了聚乙烯醇与多巴胺改性明胶的完全混合。在多巴胺改性明胶的纤维膜中出现在3030cm-1
处的宽带代表邻苯二酚-oh的拉伸振动，这证明了多巴胺的接枝成功。
44.如图3所示所制备的多巴胺改性明胶核磁共振氢谱图，从在多巴胺改性的明胶谱图中可以看到在6.7ppm处出现的峰可对应于多巴胺的芳香环，2.75ppm的峰值对应于多巴胺中接近苯基的亚甲基。而在纯明胶的谱图中没有出现，这一测试结果表明了多巴胺改性明胶成功制备出来。
45.如图4所示本发明膜材的sem表征结果显示膜材呈纤维结构。
46.如图5所示本发明膜材在湿态环境下流变性测试结果图。可以发现在一定应变范围内材料主要发生弹性形变，呈固态，其储能模量大于损耗模量，这展示出水凝胶的特性。
47.如图6所示本发明膜材的药物释放曲线图显示24h内膜上固定的阿米卡星在持续释放。
48.如图7所示本发明膜材的力学性能图。从图中可以看到，本发明膜材最大拉伸强度可达5mpa，可满足膜材粘附在口腔内部后不易脱落的要求。
49.如图8所示，将本发明膜材与其他膜材在水中的铺展性能进行对比可以发现，本发明膜材在水中能自发铺展，市售复方氯己定地塞米松膜吸水后会收缩，亲水性静电纺丝膜如本发明所用的聚乙烯醇和明胶材料，明胶静电纺丝纤维膜遇水即溶解，聚乙烯醇静电纺丝纤维膜在吸水后纤维膜会收缩。
50.实施例3
51.第一步：制备多巴胺改性明胶：取纯化后的明胶配制为质量分数为5％w/v的明胶水溶液，之后与多巴胺和生物交联剂搅拌混匀，充分反应24h后用去离子水透析，冷冻干燥后备用。其中，明胶与多巴胺质量比为1:0.5，明胶与生物交联剂的质量比为1:0.05。
52.第二步：制备聚乙烯醇/多巴胺改性明胶静电纺丝纤维膜：将明胶多巴胺冻干品溶于乙酸-乙醇-水(20:70:10，v:v:v)溶液中制备的质量分数为15％(w/v)的明胶多巴胺溶液，与质量分数为15％的聚乙烯醇水溶液分别以1:2(g:g)的质量比混合并搅拌均匀得静电纺丝溶液。将静电纺丝溶液加入静电纺丝装置中，设置静电纺丝装置的工作参数，电压为15kv，推进速度为0.8ml/h，接收距离为8cm，工作时间为200min，进行静电纺丝，得到聚乙烯醇/多巴胺改性明胶静电纺丝纤维膜，纤维直径范围为300nm～3μm。
53.第三步：将上述所制备的明胶基静电纺丝纤维膜浸泡于质量浓度为100mg/ml的抗菌剂溶液中6h即得负载有抗菌剂的明胶基静电纺丝纤维膜。
54.实施例4
55.第一步：制备多巴胺改性明胶：取纯化后的明胶配制为质量分数为5％w/v的明胶水溶液，之后与多巴胺和生物交联剂搅拌混匀，充分反应24h后用去离子水透析，冷冻干燥
后备用。其中，明胶与多巴胺质量比为1:0.5，明胶与生物交联剂的质量比为1:0.05。
56.第二步：制备聚乙烯醇/多巴胺改性明胶静电纺丝纤维膜：将明胶多巴胺冻干品溶于乙酸-乙醇-水(20:10:70，v:v:v)溶液中制备的质量分数为20％(w/v)的明胶多巴胺溶液，与质量分数为20％的聚乙烯醇水溶液分别以1:3(g:g)的质量比混合并搅拌均匀得静电纺丝溶液。将静电纺丝溶液加入静电纺丝装置中，设置静电纺丝装置的工作参数，电压为25kv，推进速度为1ml/h，接收距离为10cm，工作时间为360min，进行静电纺丝，得到聚乙烯醇/多巴胺改性明胶静电纺丝纤维膜，纤维直径范围为300nm～3μm。
57.第三步：将上述所制备的明胶基静电纺丝纤维膜浸泡于质量浓度为50mg/ml的抗菌剂溶液中6h即得负载有抗菌剂的明胶基静电纺丝纤维膜。
58.本发明利用静电纺丝技术赋予聚乙烯醇和多巴胺改性明胶微纳纤维结构，由于该载体材料由微纳纤维组成，具有较大的比表面积。当该载体材料被贴在目标处时，在口腔湿态环境中，水会通过毛细管作用力浸润到纤维的缝隙中，纤维吸水后膨胀，纤维间距变小，膜上层由于重力作用会在目标处自发铺展。当其处于完全润湿态时，在一定应变范围内膜材的储能模量大于损耗模量完成纤维膜向凝胶态转变，材料中聚乙烯醇所具有的羟基和明胶分子链上的羧基，与水分子键合形成氢键，膜材会铺展开，药物从网状结构中缓慢释放。由于体系中存在的邻苯二酚结构使得基材可黏附在湿态组织上。该载体材料还具有良好的力学性能，可满足日常口腔运动所需，保持基材的完整性。
59.本发明采用静电纺丝法制备了聚乙烯醇/多巴胺改性明胶纤维膜，并能通过固定抗菌剂实现药物的缓释性能。该纤维膜具有在模拟口腔湿态环境(磷酸盐缓冲液，ph7.2)中自铺展的性能、湿态粘附性及药物缓释性能，可作为一种良好的口腔黏膜给药材料。

技术特征：
1.口腔粘膜给药的静电纺丝载体材料，其特征在于，以聚乙烯醇为纺丝成型材料，将其与多巴胺改性明胶以1:1～1:3质量比共混后通过静电纺丝制备的纤维膜。2.根据权利要求1所述的口腔粘膜给药的静电纺丝载体材料，其特征在于，通过静电纺丝制备纤维膜时还负载有抗菌剂。3.口腔粘膜给药的静电纺丝载体材料的制备方法，其特征在于，具体操作步骤如下：步骤1，制备多巴胺改性明胶；步骤2，制备聚乙烯醇/多巴胺改性明胶静电纺丝纤维膜；步骤3，将上述所制备的明胶基静电纺丝纤维膜浸泡于质量浓度为10-100mg/ml的抗菌剂溶液中0.5-12h即得负载有抗菌剂的明胶基静电纺丝纤维膜。4.根据权利要求3所述的口腔粘膜给药的静电纺丝载体材料的制备方法，其特征在于，步骤1具体如下：取纯化后的明胶配制为质量分数为2-5％w/v的明胶水溶液，之后与多巴胺和生物交联剂搅拌混匀，充分反应12-24h后用去离子水透析，冷冻干燥后得到明胶多巴胺冻干品，其中，明胶与多巴胺质量比为1:0.1-0.5，明胶与生物交联剂的质量比为1:0.01-0.05。5.根据权利要求4所述的口腔粘膜给药的静电纺丝载体材料的制备方法，其特征在于，步骤2具体如下：将步骤1制备的明胶多巴胺冻干品溶于混合溶液a中制备的质量分数为10-20％的明胶多巴胺溶液，与质量分数为10-20％的聚乙烯醇水溶液分别以1:1-3的质量比混合并搅拌均匀得静电纺丝溶液；将静电纺丝溶液加入静电纺丝装置中，设置静电纺丝装置的工作参数，进行静电纺丝，得到聚乙烯醇/多巴胺改性明胶静电纺丝纤维膜；所述混合溶液a包括乙酸、乙醇和水，其中乙酸、乙醇和水的体积比为20-80:10-70:10-70。6.根据权利要求3所述的口腔粘膜给药的静电纺丝载体材料的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝装置的工作参数中，电压为10～25kv，推进速度为0.5～1ml/h，接收距离为5～10cm，工作时间为30～360min。7.根据权利要求3所述的口腔粘膜给药的静电纺丝载体材料的制备方法，其特征在于，步骤2制得的聚乙烯醇/多巴胺改性明胶静电纺丝纤维膜中纤维范围为300nm～3μm。8.根据权利要求3所述的口腔粘膜给药的静电纺丝载体材料的制备方法，其特征在于，所述生物交联剂包括京尼平或柠檬酸。9.根据权利要求3所述的口腔粘膜给药的静电纺丝载体材料的制备方法，其特征在于，所述抗菌剂包括以阿米卡星为代表的氨基糖苷类药物。

技术总结
本发明公开了口腔粘膜给药的静电纺丝载体材料及制备方法，以聚乙烯醇为纺丝成型材料，将其与多巴胺改性明胶共混后通过静电纺丝制备的纤维膜。由于该材料由微纳纤维组成，具有较大比表面积。当该载体材料被贴在目标处时，在口腔湿态环境中，水会通过毛细管作用力浸润到纤维的缝隙中，纤维吸水后膨胀，纤维间距变小，膜上层由于重力作用会在目标处自发铺展。当其处于完全润湿态时，在一定应变范围内膜材的储能模量大于损耗模量完成纤维膜向凝胶态转变，材料中聚乙烯醇所具有的羟基和明胶分子链上的羧基，与水分子键合形成氢键，膜材会铺展开，药物从网状结构中缓慢释放。该载体材料还具有良好的力学性能，满足日常口腔运动所需，保持基材的完整性。保持基材的完整性。保持基材的完整性。


技术研发人员：沈文 敖芬 毛越洋 吴尚 胡佳茹 闫皮
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/28