CN108434091A - 一种促进创面愈合和肿瘤治疗的自愈合水凝胶及其制备方法 - Google Patents

一种促进创面愈合和肿瘤治疗的自愈合水凝胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种促进创面愈合和肿瘤治疗的自愈合水凝胶及其制备方法，自愈合水凝胶为质量浓度8％‑50％的聚醚‑阳离子聚合物水溶液、质量浓度10％‑40％的聚醚‑对羟基苯甲醛水溶液和质量浓度2％‑10％的多巴胺修饰的生物活性无机材料水溶液，按照(22‑28)：(7‑10)：(4‑10)的体积比混合通过席夫碱反应得到的FCB水凝胶，其中，F为聚醚‑阳离子聚合物；C为聚醚‑对羟基苯甲醛；B为多巴胺修饰的生物活性无机材料。具有良好的生物相容性、较好的光热性质和较强的抗菌性，在激光照射下能够有效抑制动物肿瘤生长，并且能促进小鼠皮肤损伤修复。制备方法简单，无有机溶剂残留，合成方法环保、操作方便、原料成本低。

Description

一种促进创面愈合和肿瘤治疗的自愈合水凝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物医用材料技术领域，具体为一种促进创面愈合和肿瘤治疗的自愈合水凝胶及其制备方法。
背景技术
皮肤作为人体最大的器官对于保持体内环境的稳定起着重要作用，而且还可保护身体免受外在环境的影响。皮肤癌是人类常见的恶性肿瘤之一，每年检测出的皮肤癌患者超过100万例。目前临床上皮肤癌的治疗策略包括手术切除和后期的化疗/放疗。为了防止复发，手术切除时必须清除肿瘤细胞周围的许多正常皮肤，从而造成较大的皮肤缺陷，容易引起伤口感染，导致创面很难愈合。此外，传统的化疗/放疗已被广泛用于避免癌症复发，但其严重的副作用和耐药性给患者带来无尽的痛苦。截至目前，要满足皮肤癌治疗、切除手术后的皮肤修复和抗感染三大目标仍是一个巨大的挑战。因此，开发用于肿瘤治疗、促进创面修复并能抗感染的材料已成为生物医用材料技术领域的研究热点。
近年来，光热治疗因其高效低毒的特性已成为肿瘤治疗中的一种新型策略。各种光热制剂如：氧化石墨烯纳米材料、金纳米颗粒、二硫化钼和硫化亚铜等已被相继开发用于肿瘤治疗。多巴胺(DA)因较好的生物相容性和较低的毒性在生物材料领域得到广泛应用。此外，多巴胺单体可自聚合成具有较好光热性质的聚多巴胺(PDA)。在弱碱性条件下通过酰胺化反应或席夫碱反应可将PDA修饰在纳米颗粒的表面，从而赋予其光热性能。而且，因PDA对pH的敏感性，经PDA修饰的纳米颗粒可在生理条件下保持稳定，而在肿瘤弱酸性环境中降解。
生物活性玻璃(BG)是一种以三维硅氧四面体形成的玻璃网络为基础，掺入Ca和P等其他元素作为改性剂的硅酸盐玻璃。生物陶瓷是指用作特定的生物或生理功能的一类陶瓷材料如：羟基磷灰石(HAP)、磷酸钙(CP)、β-磷酸三钙(β-TCP)、双向磷酸钙(BCP)、硅酸钙(CS)和碳酸钙(CC)等。生物活性玻璃和生物陶瓷因其良好的生物活性、生物相容性及与生物组织优异的亲和性能与骨组织和软组织形成化学键合并且促进组织再生，因此在骨缺损及皮肤组织的修复与重建等方面得到了广泛的应用。
但是，现有技术中还存在着生物材料应用于皮肤癌治疗中对癌细胞抑制能力弱、抗感染能力差、皮肤创面易感染和愈合差等问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种促进创面愈合和肿瘤治疗的自愈合水凝胶及其制备方法，方法工艺简单，制得的水凝胶展现具有较好的光热性质和较强的抗菌性，能有效抑制肿瘤的生长，促进皮肤创面修复，在皮肤癌治疗方面展现了巨大的应用价值。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种促进创面愈合和肿瘤治疗的自愈合水凝胶，所述自愈合水凝胶为质量浓度8％-50％的聚醚-阳离子聚合物水溶液、质量浓度10％-40％的聚醚-对羟基苯甲醛水溶液和质量浓度2％-10％的多巴胺修饰的生物活性无机材料水溶液，按照(22-28)：(7-10)：(4-10)的体积比混合通过席夫碱反应得到的FCB水凝胶，其中，F为聚醚-阳离子聚合物；C为聚醚-对羟基苯甲醛；B为多巴胺修饰的生物活性无机材料。
优选的，所述的聚醚为聚乙二醇(PEG)、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)和Pluronic F127中的一种。
优选的，所述的阳离子聚合物为聚乙烯亚胺(PEI)、聚丙烯亚胺(PPI)、聚赖氨酸(PLL)、ε-聚赖氨酸(EPL)和壳聚糖(Chitosan)中的一种。
优选的，所述的生物活性无机材料为生物活性玻璃(BGN)、羟基磷灰石(HAP)、磷酸钙(CP)、β-磷酸三钙(β-TCP)、双向磷酸钙(BCP)、硅酸钙(CS)和碳酸钙(CC)中的一种。
一种促进创面愈合和肿瘤治疗的自愈合水凝胶的制备方法，将聚醚-对羟基苯甲醛配制成质量浓度为10％-40％的水溶液，将聚醚-阳离子聚合物配制成质量浓度分别为8％-50％的水溶液，将PDA-生物活性无机材料分别配制成质量浓度为2％-10％的水溶液，并按(7-10)：(22-28)：(4-10)的体积比取上述三种的水溶液；然后将聚醚-对羟基苯甲醛水溶液和PDA-生物活性无机材料水溶液加入作为主体结构的聚醚-阳离子聚合物水溶液中，混合均匀后于37℃放置6-24h通过席夫碱反应形成凝胶网络得到FCB水凝胶。
优选的，所述聚醚-对羟基苯甲醛的制备方法如下：
将聚醚与对甲苯磺酸酯反应制备聚醚-Ots；
将聚醚-OTs与4-羟基苯甲醛和碳酸钾(K2CO3)反应制备聚醚-Phe-CHO。
优选的，所述的聚醚-阳离子聚合物的制备方法如下：
将聚醚与对甲苯磺酸酯反应制备聚醚-Ots；
将聚醚-OTs与阳离子聚合物反应制备聚醚-阳离子聚合物的共聚物。
优选的，所述的多巴胺修饰的生物活性无机材料的制备方法如下：
将多巴胺自聚合成聚多巴胺后修饰于生物活性无机材料的表面得到PDA-生物活性无机材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明以具有较好生物相容性的聚醚和具有较强抗菌性的阳离子聚合物为原料，先后制备出聚醚-Phe-CHO和聚醚-阳离子聚合物；然后将多巴胺自聚合成聚多巴胺后修饰于生物活性无机材料的表面得到PDA-生物活性无机材料。再将聚醚-Phe-CHO和PDA-生物活性无机材料与聚醚-阳离子聚合物混合通过席夫碱反应得到FCB水凝胶。本发明的制备方法简单，且无有机溶剂残留，所使用的合成方法环保、操作方便、原料成本低。具有以下优点：
(1)本发明所使用的聚醚具有良好的生物相容性，且廉价易得。
(2)本发明将阳离子聚合物与聚醚反应制备聚醚-阳离子聚合物作为水凝胶的组分之一，赋予了水凝胶优异的抗菌性能。
(3)本发明利用聚多巴胺对生物活性无机材料进行改性，改善生物活性无机材料水溶性差的问题，不仅赋予其光热性能，还能促进皮肤损伤修复。
(4)本发明中制备的FCB水凝胶可注射、可自愈合。
(5)本发明中制备的FCB水凝胶在激光照射下具有较好的光热性质，能有效抑制动物肿瘤的生长。
(6)本发明中使用的溶剂为水，所制备的FCB水凝胶不存在任何的有机溶剂。
本发明所述的FCB水凝胶，经实验结果证明：具有良好的生物相容性、较好的光热性质和较强的抗菌性，在激光照射下能够有效抑制动物肿瘤生长，并且能促进小鼠皮肤损伤修复。
附图说明
图1A是FCB1水凝胶FEPL的1H-NMR核磁图谱；
图1B为FCB1水凝胶各组分的红外谱图。
图2A为FCB1水凝胶成凝胶过程图片；
图2B为FCB1水凝胶自愈合过程；
图2C图为FCB1可注射结果。
图3A是FCB1及各组分经激光照射后的温度变化情况；
图3B是FCB2及各组分在A375和C2C12细胞中孵育不同时间的细胞毒性结果。
图4是FCB3水凝胶及对照组对大肠杆菌(E.coli)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)和甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌(MRSA)的抗菌结果。
图5是FCB5水凝胶及各对照组的肿瘤治疗效果图。
图6是FCB6水凝胶及各对照组对小鼠皮肤损伤修复结果。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明以聚醚-Phe-CHO、聚醚-阳离子聚合物和PDA-生物活性无机材料为原料制备一种促进创面愈合和肿瘤治疗的自愈合水凝胶。其中，聚醚-阳离子聚合物作为主体结构，具有较好的生物相容性及较强的抗菌性，可与聚醚-Phe-CHO和PDA-生物活性无机材料通过席夫碱反应形成凝胶网络。经聚多巴胺修饰的PDA-生物活性无机材料作为光热制剂赋予水凝胶光热性能，在激光照射下，能有效抑制肿瘤生长，并能促进皮肤创面修复。通过利用聚多巴胺修饰的微纳米生物活性玻璃(BGN)或生物陶瓷材料为光热制剂以制备能够应用于肿瘤光热治疗、皮肤损伤修复及抗感染的多功能水凝胶。
实施例1
(1)Pluronic F127-对甲苯磺酸酯(F127-OTs)的制备：将12.3g F127溶于70mL无水二氯甲烷中，然后依次加入0.83mL三乙胺和1.14g对甲苯磺酰氯于室温下反应24h。反应结束后，有机相先后用稀盐酸和饱和碳酸氢钠溶液洗涤，萃取。然后，将有机相浓缩并在乙醚中沉淀即得到F127-OTs(产率90％)。
(2)F127-对羟基苯甲醛(F127-Phe-CHO)的制备：将2.5g F127-OTs溶于50mL DMF中，然后加入0.11g 4-羟基苯甲醛和0.12g碳酸钾(K2CO3),于80℃下反应72h。反应结束，待其冷却至室温后，加入50mL水并用二氯甲烷萃取。有机相经无水硫酸镁干燥后，在乙醚中沉淀即得到F127-Phe-CHO(产率90％)。
(3)F127-聚赖氨酸聚合物(FEPL)的制备：将6.5g F127-OTs和4.2g EPL分别溶于20mL水和60mL DMSO中，然后将F127-OTs水溶液加入EPL溶液于60℃下反应72h。反应结束后，用截留分子量为5000的透析袋在蒸馏水中透析3天后冷冻干燥即得到FEPL聚合物。
(4)聚多巴胺修饰的生物活性玻璃(PDA-BGN)的制备：将20mg BGN用Tris洗涤三次后分散于40mL Tris缓冲液中，然后将80mg多巴胺(DA)加入上述溶液于室温下反应1h。然后，初产物经Tris洗涤三次后，真空干燥得到PDA-BGN。
(5)水凝胶(FCB1)的制备：将70μL F127-Phe-CHO水溶液(20wt％),和80μL PDA-BGN(5wt％)溶液混匀后，加入250μL FEPL水溶液(40wt％)中，混合均匀后于37℃放置24h得到FCB水凝胶。以80μL水替代PDA-BGN溶液制备的水凝胶FCE1为对照组。
该FCB1水凝胶可注射，可自愈合(图2B)，并呈现强的近红外光吸收性质(图3A)。在808nm激光照射下，FCB1 2min内升温25.9℃(图3A)，而且FCB1及各组分的细胞毒性都较低。该水凝胶对革兰氏阴性菌(大肠杆菌，E,coli)、革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌，S,aureus)和甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌(MRSA)都具有较强的抗菌性。将该水凝胶注射到裸鼠异植瘤的肿瘤内，然后通过激光照射裸鼠的肿瘤。治疗18天后，将老鼠处死，随后解剖取出肿瘤并称重拍照，观测可发现癌细胞几乎被完全消融。将FCB1水凝胶涂抹于小鼠皮肤创面上，分别在0、3、7、10和14天拍照记录各组的皮肤修复情况。观察发现，与对照组相比，FCB1水凝胶能有效促进皮肤创面愈合。因此，这种FCB1水凝胶在抗感染、癌症治疗和创面愈合方面展现了巨大的应用价值。
实施例2
(1)Pluronic F127-对甲苯磺酸酯(F127-OTs)的制备：将12.3g F127溶于70mL无水二氯甲烷中，然后依次加入0.83mL三乙胺和1.14g对甲苯磺酰氯于室温下反应24h。反应结束后，有机相先后用稀盐酸和饱和碳酸氢钠溶液洗涤，萃取。然后，将有机相浓缩并在乙醚中沉淀即得到F127-OTs(产率90％)。
(2)F127-对羟基苯甲醛(F127-Phe-CHO)的制备：将2.5g F127-OTs溶于50mL DMF中，然后加入0.11g 4-羟基苯甲醛和0.12g碳酸钾(K2CO3),于80℃下反应72h。反应结束，待其冷却至室温后，加入50mL水并用二氯甲烷萃取。有机相经无水硫酸镁干燥后，在乙醚中沉淀即得到F127-Phe-CHO(产率90％)。
(3)F127-聚乙烯亚胺聚合物(FPEI)的制备：将6.5g F127-OTs和0.9g PEI分别溶于20mL水和60mL水中，然后将F127-OTs水溶液加入PEI溶液于60℃下反应72h。反应结束后，用截留分子量为3000的透析袋在蒸馏水中透析3天后冷冻干燥即得到FPEI聚合物。
(4)聚多巴胺修饰的磷酸钙(PDA-CP)的制备：将20mg BGN用Tris洗涤三次后分散于40mL Tris缓冲液中，然后将60mg多巴胺(DA)加入上述溶液于室温下反应1h。然后，初产物经Tris洗涤三次后，真空干燥得到PDA-CP。
(5)水凝胶(FCB2)的制备：将80μL F127-Phe-CHO水溶液(25wt％),和100μL PDA-CP(4wt％)溶液混匀后，加入220μL FPEI水溶液(30wt％)中，混合均匀后于37℃放置24h得到FCB2水凝胶。以100μL水替代PDA-CP溶液制备的水凝胶FCE2为对照组。
该FCB2水凝胶可注射，可自愈合，并呈现强的近红外光吸收性质。在808nm激光照射下，FCB2能迅速升温，而且FCB2及各组分的细胞毒性都较低(图3B)。该水凝胶对革兰氏阴性菌(大肠杆菌，E,coli)、革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌，S,aureus)和甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌(MRSA)都具有较强的抗菌性。将该水凝胶注射到裸鼠异植瘤的肿瘤内，然后通过激光照射裸鼠的肿瘤。治疗18天后，将老鼠处死，随后解剖取出肿瘤并称重拍照，观测可发现癌细胞几乎被完全消融。将FCB2水凝胶涂抹于小鼠皮肤创面上，分别在0、3、7、10和14天拍照记录各组的皮肤修复情况。观察发现，与对照组相比，FCB2水凝胶能有效促进皮肤创面愈合。因此，这种FCB2水凝胶在抗感染、癌症治疗和创面愈合方面展现了巨大的应用价值。
实施例3
(1)P123-对甲苯磺酸酯(P123-OTs)的制备：将5.8g P123溶于70mL无水二氯甲烷中，然后依次加入0.56mL三乙胺和0.76g对甲苯磺酰氯于室温下反应24h。反应结束后，有机相先后用稀盐酸和饱和碳酸氢钠溶液洗涤，萃取。然后，将有机相浓缩并在乙醚中沉淀即得到P123-OTs(产率87％)。
(2)P123-对羟基苯甲醛(P123-Phe-CHO)的制备：将2g P123-OTs溶于40mL DMF中，然后加入0.1g 4-羟基苯甲醛和0.11g碳酸钾(K2CO3),于80℃下反应72h。反应结束，待其冷却至室温后，加入40mL水并用二氯甲烷萃取。有机相经无水硫酸镁干燥后，在乙醚中沉淀即得到P123-Phe-CHO(产率91％)。
(3)P123-聚赖氨酸聚合物(PPLL)的制备：将2.9g P123-OTs和3.5g PLL分别溶于40mL水和50mL水中，然后将P123-OTs水溶液加入PLL溶液于60℃下反应72h。反应结束后，用截留分子量为14000的透析袋在蒸馏水中透析3天后冷冻干燥即得到PPLL聚合物。
(4)聚多巴胺修饰的羟基磷灰石(PDA-HAP)的制备：将20mg HAP用Tris洗涤三次后分散于40mL Tris缓冲液中，然后将100mg多巴胺(DA)加入上述溶液于室温下反应1h。然后，初产物经Tris洗涤三次后，真空干燥得到PDA-HAP。
(5)水凝胶(FCB3)的制备：将80μL P123-Phe-CHO水溶液(10wt％),和40μL PDA-HAP(8wt％)溶液混匀后，加入280μL PPLL水溶液(40wt％)中，混合均匀后于37℃放置24h得到FCB3水凝胶。以40μL水替代PDA-HAP溶液制备的水凝胶FCE3为对照组。
该FCB3水凝胶可注射，可自愈合，并呈现强的近红外光吸收性质(图3A)。在808nm激光照射下，FCB3能快速升温，而且FCB3及各组分的细胞毒性都较低。该水凝胶对革兰氏阴性菌(大肠杆菌，E,coli)、革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌，S,aureus)和甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌(MRSA)都具有较强的抗菌性(图4)。将该水凝胶注射到裸鼠异植瘤的肿瘤内，然后通过激光照射裸鼠的肿瘤。治疗18天后，将老鼠处死，随后解剖取出肿瘤并称重拍照，观测可发现癌细胞几乎被完全消融。将FCB3水凝胶涂抹于小鼠皮肤创面上，分别在0、3、7、10和14天拍照记录各组的皮肤修复情况。观察发现，与对照组相比，FCB3水凝胶能有效促进皮肤创面愈合。因此，这种FCB3水凝胶在抗感染、癌症治疗和创面愈合方面展现了巨大的应用价值。
实施例4
(1)P123-对甲苯磺酸酯(P123-OTs)的制备：将5.8g P123溶于70mL无水二氯甲烷中，然后依次加入0.56mL三乙胺和0.76g对甲苯磺酰氯于室温下反应24h。反应结束后，有机相先后用稀盐酸和饱和碳酸氢钠溶液洗涤，萃取。然后，将有机相浓缩并在乙醚中沉淀即得到P123-OTs(产率87％)。
(2)P123-对羟基苯甲醛(P123-Phe-CHO)的制备：将2g P123-OTs溶于40mL DMF中，然后加入0.1g 4-羟基苯甲醛和0.11g碳酸钾(K2CO3),于80℃下反应72h。反应结束，待其冷却至室温后，加入40mL水并用二氯甲烷萃取。有机相经无水硫酸镁干燥后，在乙醚中沉淀即得到P123-Phe-CHO(产率91％)。
(3)P123-聚丙烯亚胺聚合物(PPPI)的制备：将2.9g P123-OTs和1.2g PPI分别溶于40mL水和50mL水中，然后将P123-OTs水溶液加入PLL溶液于60℃下反应72h。反应结束后，用截留分子量为3000的透析袋在蒸馏水中透析3天后冷冻干燥即得到PPPI聚合物。
(4)聚多巴胺修饰的β-磷酸三钙(β-TCP)(PDA-β-TCP)的制备：将20mgβ-TCP用Tris洗涤三次后分散于40mL Tris缓冲液中，然后将120mg多巴胺(DA)加入上述溶液于室温下反应1h。然后，初产物经Tris洗涤三次后，真空干燥得到PDA-β-TCP。
(5)水凝胶(FCB4)的制备：将100μL P123-Phe-CHO水溶液(30wt％),和40μL PDA-β-TCP(6wt％)溶液混匀后，加入260μL PPPI水溶液(35wt％)中，混合均匀后于37℃放置6h得到FCB4水凝胶。以40μL水替代PDA-β-TCP溶液制备的水凝胶FCE4为对照组。
该FCB4水凝胶可注射，可自愈合，并呈现强的近红外光吸收性质。在808nm激光照射下，FCB4能快速升温，而且FCB4及各组分的细胞毒性都较低。该水凝胶对革兰氏阴性菌(大肠杆菌，E,coli)、革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌，S,aureus)和甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌(MRSA)都具有较强的抗菌性。将该水凝胶注射到裸鼠异植瘤的肿瘤内，然后通过激光照射裸鼠的肿瘤。治疗18天后，将老鼠处死，随后解剖取出肿瘤并称重拍照，观测可发现癌细胞几乎被完全消融。将FCB4水凝胶涂抹于小鼠皮肤创面上，分别在0、3、7、10和14天拍照记录各组的皮肤修复情况。观察发现，与对照组相比，FCB4水凝胶能有效促进皮肤创面愈合。因此，这种FCB4水凝胶在抗感染、癌症治疗和创面愈合方面展现了巨大的应用价值。
实施例5
(1)PEG-对甲苯磺酸酯(PEG-OTs)的制备：将5g PEG溶于70mL无水二氯甲烷中，然后依次加入0.56mL三乙胺和0.76g对甲苯磺酰氯于室温下反应24h。反应结束后，有机相先后用稀盐酸和饱和碳酸氢钠溶液洗涤，萃取。然后，将有机相浓缩并在乙醚中沉淀即得到PEG-OTs(产率89％)。
(2)PEG-对羟基苯甲醛(PEG-Phe-CHO)的制备：将2.5g PEG-OTs溶于50mL DMF中，然后加入0.15g 4-羟基苯甲醛和0.17g碳酸钾(K2CO3),于80℃下反应72h。反应结束，待其冷却至室温后，加入50mL水并用二氯甲烷萃取。有机相经无水硫酸镁干燥后，在乙醚中沉淀即得到PEG-Phe-CHO(产率90％)。
(3)PEG-聚乙烯亚胺聚合物(PPEI)的制备：将2.5g PEG-OTs和0.9g PEI分别溶于50mL水和20mL水中，然后将PEG-OTs水溶液加入PEI溶液于60℃下反应72h。反应结束后，用截留分子量为5000的透析袋在蒸馏水中透析3天后冷冻干燥即得到PPEI聚合物。
(4)聚多巴胺修饰的硅酸三钙(CS)(PDA-CS)的制备：将20mg CS用Tris洗涤三次后分散于40mL Tris缓冲液中，然后将100mg多巴胺(DA)加入上述溶液于室温下反应1h。然后，初产物经Tris洗涤三次后，真空干燥得到PDA-CS。
(5)水凝胶(FCB5)的制备：将100μL PEG-Phe-CHO水溶液(25wt％),和40μL PDA-CS(7wt％)溶液混匀后，加入260μL PPEI水溶液(50wt％)中，混合均匀后于37℃放置11h得到FCB5水凝胶。以40μL水替代PDA-CS溶液制备的水凝胶FCE5为对照组。
该FCB5水凝胶可注射，可自愈合，并呈现强的近红外光吸收性质。在808nm激光照射下，FCB5能快速升温，而且FCB5及各组分的细胞毒性都较低。该水凝胶对革兰氏阴性菌(大肠杆菌，E,coli)、革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌，S,aureus)和甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌(MRSA)都具有较强的抗菌性。将该水凝胶注射到裸鼠异植瘤的肿瘤内，然后通过激光照射裸鼠的肿瘤。治疗18天后，将老鼠处死，随后解剖取出肿瘤并称重拍照，观测可发现癌细胞几乎被完全消融(图5)。将FCB5水凝胶涂抹于小鼠皮肤创面上，分别在0、3、7、10和14天拍照记录各组的皮肤修复情况。观察发现，与对照组相比，FCB5水凝胶能有效促进皮肤创面愈合。因此，这种FCB5水凝胶在抗感染、癌症治疗和创面愈合方面展现了巨大的应用价值。
实施例6
(1)PEG-对甲苯磺酸酯(PEG-OTs)的制备：将5g PEG溶于70mL无水二氯甲烷中，然后依次加入0.56mL三乙胺和0.76g对甲苯磺酰氯于室温下反应24h。反应结束后，有机相先后用稀盐酸和饱和碳酸氢钠溶液洗涤，萃取。然后，将有机相浓缩并在乙醚中沉淀即得到PEG-OTs(产率89％)。
(2)PEG-对羟基苯甲醛(PEG-Phe-CHO)的制备：将2.5g PEG-OTs溶于50mL DMF中，然后加入0.15g 4-羟基苯甲醛和0.17g碳酸钾(K2CO3),于80℃下反应72h。反应结束，待其冷却至室温后，加入50mL水并用二氯甲烷萃取。有机相经无水硫酸镁干燥后，在乙醚中沉淀即得到PEG-Phe-CHO(产率90％)。
(3)PEG-壳聚糖聚合物(PCTS)的制备：将2.5g PEG-OTs和1g CTS分别溶于50mL水和20mL稀醋酸溶液中，然后将PEG-OTs水溶液加入CTS溶液于60℃下反应72h。反应结束后，用截留分子量为14000的透析袋在蒸馏水中透析3天后冷冻干燥即得到PCTS聚合物。
(4)聚多巴胺修饰的双向磷酸钙(BCP)(PDA-BCP)的制备：将20mg BCP用Tris洗涤三次后分散于40mL Tris缓冲液中，然后将80mg多巴胺(DA)加入上述溶液于室温下反应1h。然后，初产物经Tris洗涤三次后，真空干燥得到PDA-BCP。
(5)水凝胶(FCB6)的制备：将100μL PEG-Phe-CHO水溶液(40wt％),和80μL PDA-BCP(2wt％)溶液混匀后，加入220μL PCTS水溶液(10wt％)中，混合均匀后于37℃放置16h得到FCB6水凝胶。以80μL水替代PDA-BCP溶液制备的水凝胶FCE6为对照组。
该FCB6水凝胶可注射，可自愈合，并呈现强的近红外光吸收性质。在808nm激光照射下，FCB6能快速升温，而且FCB6及各组分的细胞毒性都较低。该水凝胶对革兰氏阴性菌(大肠杆菌，E,coli)、革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌，S,aureus)和甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌(MRSA)都具有较强的抗菌性。将该水凝胶注射到裸鼠异植瘤的肿瘤内，然后通过激光照射裸鼠的肿瘤。治疗18天后，将老鼠处死，随后解剖取出肿瘤并称重拍照，观测可发现癌细胞几乎被完全消融。将FCB6水凝胶涂抹于小鼠皮肤创面上，分别在0、3、7、10和14天拍照记录各组的皮肤修复情况。观察发现，与对照组相比，FCB6水凝胶能有效促进皮肤创面愈合(图6)。因此，这种FCB6水凝胶在抗感染、癌症治疗和创面愈合方面展现了巨大的应用价值。
实施例7
(1)PEG-对甲苯磺酸酯(PEG-OTs)的制备：将5g PEG溶于70mL无水二氯甲烷中，然后依次加入0.56mL三乙胺和0.76g对甲苯磺酰氯于室温下反应24h。反应结束后，有机相先后用稀盐酸和饱和碳酸氢钠溶液洗涤，萃取。然后，将有机相浓缩并在乙醚中沉淀即得到PEG-OTs(产率89％)。
(2)PEG-对羟基苯甲醛(PEG-Phe-CHO)的制备：将2.5g PEG-OTs溶于50mL DMF中，然后加入0.15g 4-羟基苯甲醛和0.17g碳酸钾(K2CO3),于80℃下反应72h。反应结束，待其冷却至室温后，加入50mL水并用二氯甲烷萃取。有机相经无水硫酸镁干燥后，在乙醚中沉淀即得到PEG-Phe-CHO(产率90％)。
(3)PEG-壳聚糖聚合物(PCTS)的制备：将2g PEG-OTs和0.5g CTS分别溶于50mL水和20mL稀醋酸溶液中，然后将PEG-OTs水溶液加入CTS溶液于60℃下反应72h。反应结束后，用截留分子量为14000的透析袋在蒸馏水中透析3天后冷冻干燥即得到PCTS聚合物。
(4)聚多巴胺修饰的碳酸钙(CC)(PDA-CC)的制备：将20mg CC用Tris洗涤三次后分散于40mL Tris缓冲液中，然后将100mg多巴胺(DA)加入上述溶液于室温下反应1h。然后，初产物经Tris洗涤三次后，真空干燥得到PDA-CC。
(5)水凝胶(FCB7)的制备：将100μL PEG-Phe-CHO水溶液(40wt％),和40μL PDA-CC(10wt％)溶液混匀后，加入260μL PCTS水溶液(8wt％)中，混合均匀后于37℃放置20h得到FCB7水凝胶。以40μL水替代PDA-CC溶液制备的水凝胶FCE7为对照组。
该FCB7水凝胶可注射，可自愈合，并呈现强的近红外光吸收性质。在808nm激光照射下，FCB7能快速升温，而且FCB7及各组分的细胞毒性都较低。该水凝胶对革兰氏阴性菌(大肠杆菌，E,coli)、革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌，S,aureus)和甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌(MRSA)都具有较强的抗菌性。将该水凝胶注射到裸鼠异植瘤的肿瘤内，然后通过激光照射裸鼠的肿瘤。治疗18天后，将老鼠处死，随后解剖取出肿瘤并称重拍照，观测可发现癌细胞几乎被完全消融。将FCB7水凝胶涂抹于小鼠皮肤创面上，分别在0、3、7、10和14天拍照记录各组的皮肤修复情况。观察发现，与对照组相比，FCB7水凝胶能有效促进皮肤创面愈合。因此，这种FCB7水凝胶在抗感染、癌症治疗和创面愈合方面展现了巨大的应用价值。
本发明所制备的上述FCB水凝胶可注射、可自愈合，在激光照射下具有较好的光热性质，细胞毒性较低。此外，FCB水凝胶对革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌和甲氧西林耐药的金黄色葡萄菌均有较强的抗菌性能。而且，在激光照射下FCB水凝胶能显著抑制黑素瘤模型中肿瘤的生长，还能有效促进小鼠的皮肤损伤修复。下面结合实验数据详细分析。
图1A是FCB1水凝胶FEPL的1H-NMR核磁图谱，从图中可知归属于F127和EPL的各特征峰均能在谱图上显示出来，说明FEPL被成功合成；图1B为FCB1水凝胶各组分的红外谱图，从图中可知，1600cm-1是F127-OTs苯环上的骨架振动，F127的C-H伸缩振动和醚键吸收峰分别位于2876cm-1和1099cm-1，3247cm-1是EPL上氨基的吸收峰位置，表明FEPL的成功合成。1687cm-1处醛基峰消失和1662cm-1处亚胺键的伸缩振动说明F127-Phe-CHO的醛基和FEPL的氨基通过席夫碱反应形成了FCB1水凝胶网络。
图2A为FCB1水凝胶成凝胶过程图片，由图可知，在4℃下，FCB1为溶液状态，当温度升高到37℃时，放置一段时间后，FCB1成为凝胶状态；图2B为FCB1水凝胶自愈合过程，从图上可知，随着时间延长，凝胶中的小孔逐渐变小，直至消失，证明FCB1可以自愈合；图2C为FCB1水凝胶可注射结果，实验表明FCB1可以通过1mL的注射器，并可书写字母。
图3A是FCB1及各组分经激光照射后的温度变化情况，能够体现FCB1水凝胶光热性能，由图可知，与FCE1和水相比，激光照射后，FCB1水凝胶的升温速度较快，照射9分钟后其温度上升到40℃，而未经激光照射的FCB1水凝胶温度基本没变；图3B是FCB2及各组分在A375和C2C12细胞中孵育不同时间的细胞毒性结果，由图可知，在A375和C2C12细胞中，FCB2及各组分的细胞毒性都较小，即使孵育48小时候，其细胞活力均在80％以上，说明本发明制备的FCB水凝胶具有较好的生物相容性。
图4是FCB3水凝胶及对照组对大肠杆菌(E.coli)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)和甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌(MRSA)的抗菌结果，由图可知，FCB3和FCE3在上述三种细菌中均显示出较高的抗菌性能，其抗菌能力达到99％以上，说明本发明制备的FCB水凝胶具有较强的抗感染能力。
图5是FCB5水凝胶及各对照组的肿瘤治疗效果图，由图可知，在激光照射下，FCB5水凝胶能显著抑制肿瘤的增长，与PBS组相比，FCB5的抗肿瘤效率高达94％。
图6是FCB6水凝胶及各对小鼠皮肤损伤修复结果，从图上可知，随着时间延长，各组的皮肤缺损面积逐渐减小。与对照组相比，FCB6组显示出较好的创面修复效果，说明FCB水凝胶能促进创面愈合。
本发明初次使用PDA修饰的生物活性无机材料、聚醚-Phe-CHO和聚醚-阳离子聚合物为原料制备FCB水凝胶。该方法工艺简单，操作方便、原料成本低。所制备的FCB水凝胶可注射、可自愈合，具有较好的光热性质和较低的细胞毒性，对革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌和甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌都具有较强的抗菌性。而且，在近红外激光照射下具有较好的光热性质，FCB水凝胶能在动物水平显著抑制肿瘤的生长，并能有效促进小鼠的皮肤创面修复愈合。因此，FCB水凝胶有望成为一种可同时实现肿瘤治疗、创面愈合和抗感染的新型多功能制剂，在皮肤癌的临床治疗中有着很好的应用前景。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种促进创面愈合和肿瘤治疗的自愈合水凝胶，其特征在于，所述自愈合水凝胶为质量浓度8％-50％的聚醚-阳离子聚合物水溶液、质量浓度10％-40％的聚醚-对羟基苯甲醛水溶液和质量浓度2％-10％的多巴胺修饰的生物活性无机材料水溶液，按照(22-28)：(7-10)：(4-10)的体积比混合通过席夫碱反应得到的FCB水凝胶，其中，F为聚醚-阳离子聚合物；C为聚醚-对羟基苯甲醛；B为多巴胺修饰的生物活性无机材料。
2.根据权利要求1所述的一种促进创面愈合和肿瘤治疗的自愈合水凝胶，其特征在于，所述的聚醚为聚乙二醇、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物和PluronicF127中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种促进创面愈合和肿瘤治疗的自愈合水凝胶，其特征在于，所述的阳离子聚合物为聚乙烯亚胺、聚丙烯亚胺、聚赖氨酸、ε-聚赖氨酸和壳聚糖中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种促进创面愈合和肿瘤治疗的自愈合水凝胶，其特征在于，所述的生物活性无机材料为生物活性玻璃、羟基磷灰石、磷酸钙、β-磷酸三钙、双向磷酸钙、硅酸钙和碳酸钙中的一种。
5.一种促进创面愈合和肿瘤治疗的自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，将聚醚-对羟基苯甲醛配制成质量浓度为10％-40％的水溶液，将聚醚-阳离子聚合物配制成质量浓度分别为8％-50％的水溶液，将PDA-生物活性无机材料分别配制成质量浓度为2％-10％的水溶液，并按(7-10)：(22-28)：(4-10)的体积比取上述三种的水溶液；然后将聚醚-对羟基苯甲醛水溶液和PDA-生物活性无机材料水溶液加入作为主体结构的聚醚-阳离子聚合物水溶液中，混合均匀后于37℃放置6-24h通过席夫碱反应形成凝胶网络得到FCB水凝胶。
6.根据权利要求5所述的一种促进创面愈合和肿瘤治疗的自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述聚醚-对羟基苯甲醛的制备方法如下：
将聚醚与对甲苯磺酸酯反应制备聚醚-Ots；
将聚醚-OTs与4-羟基苯甲醛和碳酸钾反应制备聚醚-Phe-CHO。
7.根据权利要求5所述的一种促进创面愈合和肿瘤治疗的自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的聚醚-阳离子聚合物的制备方法如下：
将聚醚与对甲苯磺酸酯反应制备聚醚-Ots；
将聚醚-OTs与阳离子聚合物反应制备聚醚-阳离子聚合物的共聚物。
8.根据权利要求5所述的一种促进创面愈合和肿瘤治疗的自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的多巴胺修饰的生物活性无机材料的制备方法如下：
将多巴胺自聚合成聚多巴胺后修饰于生物活性无机材料的表面得到PDA-生物活性无机材料。
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