专利名称：用于处理和防止感染的离子交换材料铜盐的制作方法每年发生的医院内感染中，约500，000例为外科手术部位感染(SSIs)，每例感染导致的额外费用超过3，000美元，致使医疗体系每年在此上花费合计超过15亿美元。外科手术的术后感染率对所有手术平均为2%-4%，而选定手术则具有显著较高的术后感染率。感染率和发生率最高的外科手术包括冠状动脉旁路移植术(CABG)、心脏外科手术、结肠外科手术、髋关节置换术、膝关节置换术、子宫切除术、血栓动脉内膜切除术和静脉搭桥术。此外，大约30%接受血液透析的病人装有永久性中心静脉导管(CLSs)，这些病人穿刺部位感染和血流感染(BSIs)的发生率很高。其他留置导管也与高感染率相关。目前已研发了大量方案以解决伤口的感染问题，例如外科手术、撕裂伤、擦伤和烧伤所形成的伤口，以及形成在伤口引流部位、导管进入部位和造口术开口部位的长期或慢性伤口。现已将包括抗菌剂、抗生素、抗真菌剂和抗病毒剂在内的抗感染剂加入到多种伤口护理产品中，如伤口敷料、绷带、乳膏和油膏。已知几种金属材料具有抗菌特性，包括银、铜、铅、镉、钯和锌。在这些金属中，铜具有作为见于人体内的自然存在离子的优势。人血浆中的铜浓度为大约0. 85ug/ml ±0. 19，且根据医疗器械如覆铜IUD的使用证明，人体对存在于体内的铜的耐受期很长。英国专利申请GB 2 092 006描述了一种有杀菌力的伤口或烧伤敷料，其包括吸水垫，和具有金属铜或铜化合物涂层的不吸水透液薄片。将所述含铜薄片放置在与伤口或烧伤部位接触的位置，从而保护其不被细菌感染同时不会导致细菌产生抗性。美国专利US 4，637，820描述了一种包括纤维素纤维的改性纤维材料，所述纤维、的纤维素脱水葡萄糖单元被阴离子实体所取代，且被铜阳离子封闭，使得该纤维上结合的铜以纤维重量计为约0. I重量％-3. 0重量％。其还描述了制备铜改性羧基烷基纤维素纤维的方法，其包括用水性铜(II)盐溶液处理纤维，洗涤纤维以除去该盐，然后干燥。优选该纤维的铜取代度为0. 01-0. 3。采用该纤维制得的材料包括外科敷料、脱脂棉和各种卫生器械。美国专利US 5，977，428描述了用于吸收伤口渗出物的吸水敷料，其中该敷料含有多个密封在多孔容器中的吸水性水凝胶颗粒。该多孔容器没有贴附在伤口上，且吸收渗出物后该水凝胶颗粒仍然密封在该容器中。上述颗粒可为干燥的聚丙烯腈水凝胶颗粒，且所述颗粒可含有或释放伤口愈合剂或辅助愈合过程的营养素，如含铜和锌的化合物或络合物。PCT公布的申请WO 2008/101417中描述了一种用于覆盖或处理伤口的水凝胶敷料，和制备该敷料的方法。该敷料包括包含交联混合物的基体结构，和具有单质金属或离子金属涂层且嵌入上述基体结构中的弹性薄片。所述交联混合物包括亲水聚合物、光催化剂 和水。所述金属优选为TiO2和银离子的组合，其中银可被锌和铜所代替。美国公布申请US 2008/0311165描述了通过应用内嵌不溶于水的铜氧化物的聚酰胺、聚酯、丙烯酸或聚烯烃材料治疗并愈合疮、冷疱疹、皮肤开口、溃疡、损伤、擦伤、烧伤和皮肤问题的方法。通过与流体接触，所述材料释放出铜(I)离子、铜(II)离子或它们的组口 o现有的市售抗感染敷料加入银作为抗感染剂。这些敷料价格昂贵(约为传统敷料的5-10倍)，因此只用于严重烧伤、慢性不愈伤口和高危病人。这些敷料的例子包括Argentum Medical公司的Silverlon 敷料、强生公司的Actieote 敷料、美联公司的Argalase 敷料、施乐辉公司的Actisorb 敷料和Conoplast公司的Contreed 敷料。虽然市场上已有多种可用的银基产品，但这些敷料的高价格阻碍了其在很多可有助于防止感染场合中的应用。此外，虽然银和其他金属(如铅、钯、镉和锌)可有效作为抗菌剂，但这些金属会在体内蓄积且不容易被除去，这会给治愈过程带来危害。因此，本领域需要提供有成本效益的抗感染产品。同样，还需要制造物品，其在接触如水、汗和伤口渗出物的流体时，以受控和稳定的方式释放铜离子，从而提供抗感染特性。此类物品可包含离子交换树脂铜盐，其中该物品可为，例如伤口敷料、纱布、绷带和/或外用制剂的形式，如乳膏、凝胶、水凝胶和油膏。所述释放铜离子的物品可在伤口中产生铜离子平衡，其铜离子平衡水平可在治疗上有效地防止感染。此外，根据本发明的抗感染产品可作为现有银基抗感染敷料的有成本效益的替代物，从而拓宽本发明的抗感染敷料的可应用范围。
本发明满足本领域及其他领域的需要，提供了抗感染的铜递送系统，其通过接触流体可稳定控释出铜离子。铜离子的释放水平适于应用在生物体系中，优选在流体中建立的铜离子平衡中的铜离子水平可在治疗上有效地防止感染且不超过毒性浓度。有利地，所述铜递送系统可以离子交换树脂如纤维素衍生物的铜盐的形式提供，所述纤维素衍生物包括纤维素的醚类和酯类衍生物。优选的纤维素衍生物包括羧甲基纤维素(CMC)、乙基纤维素(EC)、甲基纤维素(MC)、羟丙基纤维素(HPC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟乙基甲基纤维素(HEMC)、醋酸纤维素、三醋酸纤维素，和其盐。根据本发明的一方面，CMC、羧甲基纤维素钠和羧甲基纤维素钙可用作该离子交换树脂。根据本发明的另外方面，所述离子交换树脂铜盐可用于制备可吸收流体的水胶体。本发明还提供物品例如伤口敷料、纱布、绷带和/或外用制剂如乳膏、凝胶、水凝胶和油膏，其中所述物品包含适于建立铜离子平衡的形式的铜盐。本发明还提供防止包括长期、不愈和慢性伤口在内的伤口感染的方法。例如，含铜盐的物品可用于降低下述伤口的感染发生率的方法，所述伤口可为外科手术伤口、撕裂伤、擦伤和烧伤，以及长期伤口，如溃疡和形成在伤口引流、导管和造口术部位的伤口。本发明还进一步涉及制备上述包含铜盐的物品的方法，该物品可为例如伤口敷料、纱布、绷带和/或如乳膏、凝胶、水凝胶和油膏形式的外用制剂。根据本发明的一方面，本发明涉及离子交换树脂铜盐。该离子交换树脂可为选自于羧甲基纤维素(CMC)、乙基纤维素(EC)、甲基纤维素(MC)、羟丙基纤维素(HPC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟乙基甲基纤维素(HEMC)、醋酸纤维素和三醋酸纤维素组成的组的纤维素衍生物。该铜盐可由铜(I)离子和/或铜(II)离子形成。有利地，通过接触如水、汗和伤 口渗出物等流体，所述铜盐在该流体中产生铜离子平衡，此铜离子平衡水平可在治疗上有效地防止感染。根据本发明的一方面，本发明提供包含离子交换树脂铜盐的物品。该离子交换树脂可由选自于羧甲基纤维素(CMC)、乙基纤维素(EC)、甲基纤维素(MC)、羟丙基纤维素(HPC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟乙基甲基纤维素(HEMC)、醋酸纤维素和三醋酸纤维素组成的组的纤维素衍生物形成。所述物品可以伤口敷料、纱布、绷带、乳膏、凝胶、水凝胶和油膏的形式提供。本发明的另一方面涉及一种制备抗感染伤口护理物品的方法。该方法包括提供离子交换材料，提供一种或多种铜盐的溶液，将上述离子交换材料浸泡于上述铜盐溶液中，然后去除溶剂以形成所述离子交换材料的铜盐。有利地，所述纤维素衍生物铜盐可加入到物品如伤口敷料、纱布、绷带、乳膏、凝胶、水凝胶和油膏中。本发明的另一方面涉及一种在伤口部位提供抗感染剂的方法，其包括形成包含离子交换材料铜盐的物品，将该物品施用于伤口部位，并使来自于该伤口部位的液体与该物品接触，其中来自于该伤口部位的液体中的铜离子和与该物品中的离子交换材料铜盐结合的铜离子之间达到平衡。本发明的再一方面涉及一种处理感染的方法，其包括将包含离子交换材料铜盐的物品施用于受感染的伤口。所述感染伤口可为长期、不愈和/或慢性伤口。通过将包含离子交换材料铜盐的物品施用于伤口，并将此伤口的感染率与未使用该含离子交换材料铜盐的物品处理的伤口的感染率做比较，所述感染处理方法也可用于降低伤口的感染发生率。所述伤口选自于外科伤口、撕裂伤、擦伤、烧伤、皮肤溃疡、伤口引流、导管部位和造口术部位组成的组。通过下述说明或本发明的实践学习，本发明的其他新特点和优点对本领域技术人员是显而易见的。通过下面仅以说明和示例方式给出的详细说明和附图，可充分理解本发明的内容。图I为表示Na+CMC固体的Cu++含量对溶解态的Cu++含量的影响的曲线图。图2为表示Ca+CMC固体的Cu++含量对溶解态的Cu++含量的影响的曲线图。图3为表示Na+CMC固体的Ag+含量对溶解态的Ag+含量的影响的曲线图。
7.再次分离漏斗上的沉淀，并用少量的甲醇水溶液冲洗。再次在配衡圆底烧瓶中蒸发，称量残渣重量，并保存用于分析。8.将沉淀重悬在IOOml甲醇水溶液中。搅拌10分钟后再次过滤，保留滤液。将0. Ig碳酸钠溶于Iml蒸馏水中，并向滤液中加入三滴。如果滤液澄清，则进入第9步，否则重复第8步，直至溶液澄清。澄清的溶液表明所有剩余的铜都以CMC盐的形式存在。9.当滤液中没有未结合的铜离子时，小心地将沉淀转移到塑料称量皿中。将称量皿放入真空烘箱并在105° C干燥。称量干燥粉末并将干燥的CMCCu/Na混合盐贮存在带盖棕色玻璃瓶中备用。10.对上述过程进行物料平衡，对过程中的钠盐和铜盐进行计算。通过分析，计算产物中铜的取代度。实施例2 (对比)=CMC银盐的制备方法羧甲基纤维素(CMC)的银/钠盐是通过将可溶性银盐的浓溶液移取至羧甲基纤维素钠的水溶液中，进行沉淀反应得到。银盐由USP硝酸银制备。所得盐通过过滤分离，随后用甲醇水溶液置换洗涤进行纯化，最后进行真空干燥。所需试剂USP羧甲基纤维素钠。CMC的取代度应该低于或等于0. 95，优选为约0. 7，为中等粘度类型；USP级硝酸银；蒸馏水；无水甲醇；氯化钠。所需仪器顶置式搅拌器；500ml烧杯；1升三口圆底烧瓶；500ml三口圆底烧瓶；设置为75° C的真空烘箱；小结晶皿；真空源(泵和抽吸器);1升过滤瓶，配有2-3”布氏漏斗和配套的粗滤纸，或者砂芯漏斗；分析天平，精确至0. Ig ;塑料称量皿；棕色玻璃瓶；100ml，250ml和500ml量筒；磁力搅拌器和搅拌子；250ml单口圆底烧瓶；旋转蒸发器；滴管，药匙，
夹具，按需使用。CMC银/钠混合盐的制备步骤I.用去离子水配置400g 50%w/w硝酸银水溶液。如不立刻使用，则储存于棕色玻璃瓶内。2.将大约3ml的CMC (称量精确至0. Ig)的溶液移至小烧杯中，并用滴管逐滴地加入硝酸银溶液。观察沉淀的生成。如果有沉淀生成，则使沉淀沉积，并再加一滴硝酸银溶液以保证完全沉淀。记录加入银溶液的量并进行步骤3。3.将200g羧甲基纤维素钠溶液移至I升的圆底烧瓶中。用顶置式搅拌器缓慢搅拌。用滴管缓慢地加入硝酸银溶液，其加入量根据步骤2计算得到，从而沉淀得到产物。加完后继续揽祥15分钟，以保证完全沉淀。4.小心地过滤将水溶液与沉淀分离。称量并保存用于分析。将沉淀放入500ml烧杯中。5.制备360ml甲醇和240ml去离子水的溶液。6.将沉淀悬浮在烧杯中的IOOml甲醇水溶液中，搅拌10分钟。将液体尽可能地倒入配衡烧瓶中，并重悬在IOOml甲醇水溶液中。继续搅拌10分钟。分别蒸发所得到的甲醇水溶液，并称量残渣的重量。如果有可见的残渣，则收集用于分析。7.再次分离漏斗上的沉淀，并用少量的甲醇水溶液冲洗。再次在配衡圆底烧瓶中蒸发，称量残渣重量，并保存用于分析。8.将沉淀重悬在IOOml甲醇水溶液中。搅拌10分钟后再次过滤，保留滤液。将0. Ig氯化钠溶于Iml蒸馏水中，并向滤液中加入三滴。如果滤液澄清，则进入第9步，否则 重复第8步，直至溶液澄清。澄清的溶液表明所有剩余的银都以CMC盐的形式存在。9.当滤液中没有未结合的银离子时，小心地将沉淀转移到塑料称量皿中。将称量皿放入烘箱并在105° F干燥I小时。称量干燥粉末并将干燥的CMCAg/Na混合盐贮存在带盖棕色玻璃瓶中备用。10.对上述过程进行物料平衡，对过程中的钠盐和银盐进行计算。通过分析，计算反应产物中钠和银的取代度。实施例3 :铜和银阳离子平衡水平的评价产物表征样品分解将精确称取的含有20_30mg银或10_15mg铜的样品移至硼硅酸盐分解瓶中。向样品中加入5ml ACS试剂级硫酸，并涡旋搅拌润湿样品。然后加入I. OmlACS试剂级硝酸，并涡旋混合。在通风橱中加热分解瓶开始分解。然后加热分解瓶产生硫酸烟雾。如果溶液澄清，继续加热将硫酸减量至少于2ml。如果在第一次加热结束时，有黑色残渣产生，则冷却分解瓶，小心地加入I. Oml硝酸，并重复加热产生烟雾。如果必要，重复上述步骤以完成残余碳的氧化。将分解瓶冷却到室温，然后搅拌下向瓶中加入25ml去离子水，涡旋处理使水与酸混合。如果必要，可加热使盐溶解。然后移至滴定容器中以准备进行滴定。如果使用ISE技术测定金属，样品用量可以减少大约10倍，其中含2_3mg银或
l-2mg铜。精确称量的样品可移至30mmxl20mm的硼硅酸盐试管中进行分解。所加入的硫酸应减至I. 0ml，硝酸应减至0.5ml。加热产生硫酸的浓烟。如果仍有黑色的残余，再加入0.5ml硝酸并加热得到澄清的分解液。分解液的最终体积应少于0.5ml。小心地将分解液用去离子水稀释并转移至分析容器进行最终测定。产物表征滴定法测定银向样品溶液中加入一滴甲基橙指示剂，加IN NaOH溶液至甲基橙的中间色。用去离子水稀释至60-75ml。放到滴定台上，用0. 050M KCl溶液滴定。滴定仪配备有IOml或20ml的滴定管，并结合使用银感测电极和标准双液接参比电极。按销售商指定，参比电极中含有IM硝酸钾溶液。使用销售商提供的标准滴定仪规则，打印结果和滴定曲线进行记录。精确测量体积的标准硝酸银溶液用作QC标准。铜步骤与上述基本相同，只是银感测电极被铜ISE电极代替，所用的滴定剂是0.050N EDTA溶液。用ACS试剂级氢氧化铵将溶液pH调整至7_8。用去离子水稀释到60-75ml。如果怀疑存在钙、镁或锌，则应用2M醋酸钠溶液，而不是氢氧化铵，将溶液pH调整到3.8-4. 2。EDTA溶液用标准铜溶液或标准锌溶液标定。这些标准物质可以通过购买或者由纯金属制备得到。使用离子选择电极的备选测定方法银电极标定在含有0. IM醋酸钠/0. IM醋酸的缓冲液中，在0. l_20mg银/升的范围内，测定电极反应。使用用ACS试剂级硝酸银和去离子水配制的标准硝酸银溶液。计算测定的log [Ag] vs. mV图的斜率。斜率应该是银浓度每变化10倍，为56-61mV之间。该斜率用于计算酸分解物中的银含量。银样品分析向样品中加入2滴甲基红指示剂溶液并加入50ml去离子水。然后向样品溶液中加入2M醋酸钠溶液，直至溶液由红色变为橙色。用去离子水将样品溶液稀释至200ml。将电极组浸入溶液中并缓慢搅拌。稳定后记录mV读数。参照电极标定图，估计溶 液中的银浓度。向样品溶液中加入测定体积的硝酸银溶液，导致12-24mV的变化。合理估计将溶液中银的浓度增加到原始浓度的60-150%所需的体积。记录加入的体积及mV读数。再向溶液中加入同样体积的硝酸银，并记录所加体积和mV读数。参照销售商的电极手册进行计算。铜电极标定在含有0. IM醋酸钠/0. IM醋酸的缓冲液中，在0. l_20mg铜/升的范围内，测定电极反应。使用用ACS试剂级五水氯化铜和去离子水配制的标准氯化铜溶液。计算测定的log[Cu]vs. mV图的斜率。斜率应该是铜浓度每变化10倍，为28-31mV之间。该斜率用于计算酸分解物中的铜含量。铜样品分析向样品中加入2滴甲基红指示剂溶液并加入50ml去离子水。然后向样品溶液中加入2M醋酸钠溶液，直至溶液由红色变为橙色。用去离子水将样品溶液稀释至200ml。将电极组浸入溶液中并缓慢搅拌。稳定后记录mV读数。参照电极标定图，估计溶液中的铜浓度。向样品溶液中加入测定体积的氯化铜溶液，导致10-18mV的变化。合理估计将溶液中铜的浓度增加到原始浓度的2. 3到4倍所需的体积。记录加入的体积及mV读数。再向溶液中加入同样体积的氯化铜溶液，并记录所加体积和mV读数。参照销售商的电极手册进行计算。离子交换/溶解度研究铜和银离子选择电极可用于监测金属络合水溶液，如林格氏乳酸盐中的总溶解态物质。电极只对自由离子有响应，但如果络合剂的浓度基本保持稳定，自由离子与总溶解态离子的浓度比就会保持恒定。如果金属离子发生沉淀，比如银离子在林格氏乳酸盐溶液中沉淀，电极不会提供关于以氯化银形式存在的银的信息。然而，氨等络合剂可用于样品制备，从而省略制备用于ISE技术分析的样品的酸分解步骤。当这种方法用于样品制备时，需要米用加标技术(standard addition technique)。计划采用ISE直接读数技术来监测此方案中制备的银和铜化合物的溶解率。它可提供关于自由金属离子浓度以及溶液何时达到饱和的信息。可以认为，当CMC银盐与固体进行搅拌时，林格氏乳酸盐溶液中的高氯化物浓度会使氯化银沉淀。如果对于CMC银盐，这一结果十分明显，那么采用此方法确定从平衡溶液中分离的固体中的银含量是很恰当的。在样品制备后通过ISE测定银和铜在各自溶液中的总溶解度。如广物分析中所述，样品制备包括过滤除去悬浮固体以及酸分解。作为酸分解方法的备选，亦可通过对过滤溶液用ACS试剂级氢氧化铵处理，之后再用ISE加标技术分析。如果结果相当，可以使用氢氧化铵样品制备方法。铜和银的滴定方法所需样品量多于通常可提供的样品量。相对于ISE分析方法所需的样品量，滴定法所需的样品量更多，因此需要花费大量的时间来制备。分析方法通过采用硫酸分解，然后在Cu++离子特异性电极的监测下进行EDTA滴定完成制备样品的分析。Ca++CMC必须在低于5的pH值下滴定，以消除钙的干扰。总的来说，ISE方法具有很好的可信度。在每天的实验分析中，离子选择性电极应该用加标方法标定以保证精确测定。此 夕卜，还针对各种离子溶液(盐背景，酸分解溶液，林格氏乳酸盐等)，进行添加实验，以保证精确的电极性能。分析方案中使用的所有分配滴定管也进行了标定。在使用林格氏乳酸盐作为离子溶液进行平衡研究时，值得注意的是林格氏乳酸盐会导致电极读数的截距明显偏移。这很可能是生成自由Cu++离子的乳酸盐络合物所导致的。这表明今后的研究应该使用仅含无机盐的离子溶液。这会简化对实验数据的解释。平衡时间研究将CU++CMC原料的样品在150ml乳酸林格氏溶液中搅拌。来自盐中的Cu++离子的表达通过Cu++离子选择电极测试。这些试验的目的是为了了解Cu++离子多快能从CU++CMC盐中被离子交换出来。这些试验的数据表明这些盐在林格氏乳酸盐中非常迅速地达到平衡；对于基于Na+CMC的原料，通常在5分钟之内；对于基于Ca++CMC的原料，通常在7分钟之内。这些数据很鼓舞人心，它表明这些CMC铜盐原料会快速且自由地释放所结合的Cu++离子至竞争离子交换介质，如伤口流体中。此外，重复实验表明此两种合成原料所达到的最终平衡态是非常一致的。 CU++CMC 平衡研究对Ca++CMC和Na+CMC都进行了离子交换平衡研究。步骤包括向林格氏乳酸盐(100_300ml)中加入少量的CMC试剂(少于I. 5g的Ca++CMC或少于0. 5g的Na+CMC)。林格氏乳酸盐用于提供进行Cu++离子交换的阳离子源。混合液在烧杯中用搅拌子混合。向搅拌的混合物中添加CuCl2的标准添加物，并使用Cu++离子特异性电极监测溶解态铜。溶解态Cu++含量vs. Na+CMC固体中Cu++含量的数据见表1_5，图示见图I。溶解态Cu++含量vs. Ca++CMC固体中Cu++含量的数据见表6_9，图示见图2。基本呈直线形式的图示表明这些原料呈现典型的离子交换剂行为；这些线的不同斜率表明在测试中可能有些竞争因素没有保持恒定。建议今后不使用林格氏乳酸盐溶液作为离子交换介质，这是因为已表明乳酸盐成分会与Cu++离子络合，造成它不能被特异性离子电极读出。还建议采用更高的固体/液体比例以更好的代表建议的产品使用环境。最后，在今后的实验室试验中，将会研究CMC试剂粒径与所得试验数据一致性的关系。


本发明总体涉及离子交换材料铜盐，其可提供适宜用作抗感染剂水平的铜离子。本发明的某些方面提供了纤维素衍生物的铜盐。所述离子交换材料铜盐可由纤维素的醚类或酯类衍生物形成，如羧甲基纤维素(CMC)、乙基纤维素(EC)、甲基纤维素(MC)、羟丙基纤维素(HPC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟乙基甲基纤维素(HEMC)、醋酸纤维素和三醋酸纤维素。本发明还涉及其中包含所述离子交换材料铜盐的伤口敷料。所述离子交换材料铜盐可在伤口中产生铜离子平衡，其铜离子平衡水平可在治疗上有效地防止感染。