CN109762100A - 一种芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶及其制备方法 - Google Patents

一种芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶及其制备方法。通过高分子单子原位聚合共同包埋聚乙二醇修饰的碳纳米颗粒和芦荟大黄素，制备一种具有良好的生物相容性的芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶。该水凝胶能够在短期内通过近红外光照射(808nm，2.5W/cm2)迅速抗菌，长期内通过芦荟大黄素的缓慢释放持续抗菌，两种抗菌方式相结合使其具有良好的抗菌性能；同时这种芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶还具有良好的柔韧性，能与创面紧密贴合，促进伤口愈合，具有广泛的应用前景。

Description

一种芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及纳米技术和生物医学领域，具体涉及一种伤口水凝胶敷料，尤其涉及一种芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶及其制备方法。
背景技术
随着细菌的进化和抗生素的滥用，能够抵抗多种抗生素的耐药菌不断出现，造成伤口严重细菌感染，延缓自然愈合的过程，引起脓肿，甚至导致危及生命的脓毒症。伴随着创面感染的高发病率和高死亡率，开发高效杀菌、环境友好并避免耐药性产生的新型抗菌敷料迫在眉睫。自上世纪70年代以来，欧美国家厂商开始研制非棉制新型医用敷料产品，以此取代传统纱布绷带类敷料。其中，用无毒高分子材料研制的水凝胶医用敷料产品是一种高端的医用敷料产品，与传统敷料相比，水凝胶敷料有一定的水含量，从而保持湿润的伤口环境，吸收组织渗出物，使氧气渗透和冷却伤口表面，导致患者疼痛缓解，促进伤口愈合。
与传统抗生素治疗相比，光热疗法(PTT)—近红外光照射可以通过物理热量杀死细菌，表现出对感染治疗的巨大优势。最近，用于细菌感染的光热疗法已得到了国内外的广泛研究。例如，近红外光照射下碳纳米材料(碳纳米管、石墨烯、碳量子点等)可以产生热疗及活性氧以杀死革兰氏阳性金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性大肠杆菌。抗生素芦荟大黄素(AE) 是从芦荟叶中提取的蒽醌类化合物，具有抗炎和抗菌作用。最近，研究表明芦荟大黄素还具有通过TGF-β1/Smad信号通路加速伤口愈合的能力。因此探索出抗菌性能好，成本低，操作简单的多功能水凝胶对治疗细菌的感染和促进伤口愈合具有重要的理论和实际意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶及其制备方法，实现短期和长期都具有良好的抗菌性能，促进伤口愈合。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶及其制备方法，其特征是，包含以下步骤：
A.通过模板法合成碳纳米颗粒。将二氧化硅(SiO2)纳米颗粒(直径150nm) 和多巴胺溶解在Tris-HCl溶液中，并在黑暗条件下搅拌30～36个小时。离心，洗涤后，将产物在40～45℃烘箱中干燥16～20个小时。然后，将所得粉末在600～800℃下碳化2～3小时，然后在60～90℃的水浴锅中，浸泡在NaOH溶液中10～12个小时再离心和洗涤，使其溶液呈中性。最后，在40～45℃烘箱中干燥16～20个小时后获得碳纳米颗粒粉末；
B.碳纳米颗粒的表面修饰。将碳纳米颗粒和D-α-生育酚聚(乙二醇)1000琥珀酸酯混合，然后在0℃下超声处理1～2小时。离心，洗涤，得到聚乙二醇修饰的碳纳米颗粒溶液；
C.芦荟大黄素溶液的制备。将芦荟大黄素粉末溶于二甲基亚砜(DMSO)溶液中，充分涡旋，使得芦荟大黄素固体完全溶解，得到芦荟大黄素溶液；
D.芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶的制备。将N，N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)溶于N，N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)中，N，N-亚甲基双丙烯酰胺在N，N-二甲基丙烯酰胺的质量体积比固定为3％，N，N-二甲基丙烯酰胺在整个体系中的质量体积比为3％～8％，将聚乙二醇修饰的碳纳米颗粒(1.0mg/mL～5.0mg/mL)和芦荟大黄素(12.5mg/mL～50mg/mL)加入其中，再加入过硫酸铵(APS)引发聚合反应，形成芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶溶液，过硫酸铵的终浓度为15～30mg/mL，整个反应体系在醋酸钠(NaAc，PH＝4～5)溶液中。最后，将芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶溶液放置70～90℃的水浴锅中加热6～10分钟，形成芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶。
本发明的有益效果：
本发明所述的碳纳米颗粒的制备方法，生产工艺为：采用现有模板法，通过多巴胺的聚合反应在模板表面形成聚多巴胺层，通过高温碳化及除模板后得碳纳米颗粒材料。其制备工艺成熟、价格低廉，可实施性较强，操作方便。
本发明所述的芦荟大黄素可从芦荟中大量提取，从而降低生产成本，在临床伤口感染护理领域有较好的应用前景。
本发明所述的芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶，具有碳纳米颗粒的光热效应、活性氧发生器和芦荟大黄素的长期抗菌性能。在短期内通过近红外光照射(808nm，2.5W/cm2) 迅速抗菌，长期内通过芦荟大黄素的缓慢释放持续抗菌，两种抗菌方式相结合使其具有良好的抗菌性能。同时这种芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶还具有良好的生物相容性好，延展性和涂抹性较好，能与创面紧密贴合，促进伤口愈合，有较好的实用性和经济效益
附图说明：
附图1为芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶制备的工艺流程图；
附图2为芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶的扫描电子显微镜图
具体实施方式
以下结合附图详细介绍本发明一种芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶及其制备方法的具体实施过程，但是，本发明的实施不限于以下的实施方式。
碳纳米颗粒的制备
.通过模板法合成碳纳米颗粒。将100g二氧化硅(SiO2)纳米颗粒(直径150nm)和100g多巴胺溶解在Tris-HCl溶液(30L，50mM，pH＝8.8)中，并在黑暗条件下搅拌36小时。离心和洗涤后，将产物在45℃烘箱中过夜干燥。将所得粉末在800℃下碳化2小时，然后在80℃的水浴锅中，浸泡于NaOH(1.0mol/L)溶液中10小时以去除SiO2模板，再离心和洗涤，使其溶液呈中性。最后，在45℃下干燥过夜后获得碳纳米颗粒粉末。
碳纳米颗粒的表面修饰
为提高碳纳米颗粒在凝胶体系中的分散性，200mL碳纳米颗粒(HCNPs)(5.0 mg/mL)和200mL D-α-生育酚聚(乙二醇)1000琥珀酸酯(5.0mg/mL)混合，然后在0℃下超声处理1小时。离心，洗涤两次后，得到聚乙二醇修饰的碳纳米颗粒溶液。
芦荟大黄素溶液的制备
称取2.5g的芦荟大黄素固体粉末，溶于100mL DMSO溶液中，充分涡旋，使得芦荟大黄素固体完全溶解，得到浓度为25.0mg/mL的芦荟大黄素溶液。
芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶的制备
将N，N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)溶于N，N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)中，N，N- 亚甲基双丙烯酰胺在N，N-二甲基丙烯酰胺的质量体积比固定为3％，N，N-二甲基丙烯酰胺在整个体系中的质量体积比为5％，将100mL聚乙二醇修饰的碳纳米颗粒(1.0mg/mL)，4mL 芦荟大黄素(25.0mg/mL)加入其中，再加入过硫酸铵(APS)引发聚合反应，形成芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶溶液，碳纳米颗粒的终浓度为100μg/mL，芦荟大黄素的终浓度为100μg/mL，过硫酸铵的终浓度为15mg/mL，整个反应体系在醋酸钠(NaAc，PH＝4.55) 溶液中。最后，将芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶溶液放置80℃的水浴锅中加热6分钟，形成芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶。
抗菌活性评价
用平板计数法测定菌落形成单位(CFU)的数量来评价芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶的长期抗菌能力。将培育的细菌液(OD600＝0.7)进行稀释，与凝胶共培养12小时和24小时，其中光照组采用近红外光照射10分钟(808nm，2.5W/cm2)。将作用后的细菌悬浮液进行稀释涂板，37℃孵育15小时，计算细菌菌落数测定细菌活力，所有实验重复三次。结果显示芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶具有很好的抗菌性能。
应用效果评价
首先建立金黄色葡萄球菌感染小鼠伤口的模型。用手术剪在小鼠背侧制造出直径为6 mm的圆形伤口，并用金黄色葡萄球菌感染小鼠20小时以建立细菌伤口感染模型。将芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶敷在老鼠伤口部位并给予近红外光照射10分钟(808nm，2.5 W/cm2)，并长期孵育24小时。实验结果显示芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶孵育13天后，小鼠背部伤口愈合明显好于对照组。
以下提供2个具体的实验实施例：
实施例1
一种芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶及其制备方法，所述的方法的步骤是：
A.碳纳米颗粒的制备
将100g二氧化硅(SiO2)纳米颗粒(直径150nm)和100g多巴胺溶解在Tris-HCl 溶液(30L，50mM，pH＝8.8)中，并在黑暗条件下搅拌36小时。离心和洗涤后，将产物在45℃烘箱中过夜干燥16个小时。然后将所得粉末在800℃下碳化2小时，然后在90℃的水浴锅中，浸泡于NaOH(1.0mol/L)溶液中10小时以去除SiO2模板，再离心和洗涤，使其溶液呈中性。最后，在45℃下干燥16个小时过夜后获得碳纳米颗粒粉末。
B.碳纳米颗粒的表面修饰
为提高碳纳米颗粒在凝胶体系中的分散性，200mL碳纳米颗粒(HCNPs)(5.0 mg/mL)和200mL D-α-生育酚聚(乙二醇)1000琥珀酸酯(5.0mg/mL)混合，然后在0℃下超声处理1小时。离心，洗涤两次后，得到聚乙二醇修饰的碳纳米颗粒溶液(1.0mg/mL)。
C.芦荟大黄素溶液的制备
称取2.5g的芦荟大黄素固体粉末，溶于100mL DMSO溶液中，充分涡旋，使得芦荟大黄素固体完全溶解，得到浓度为25.0mg/mL的芦荟大黄素溶液。
D.芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶的制备
将N，N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)溶于N，N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)中，N， N-亚甲基双丙烯酰胺在N，N-二甲基丙烯酰胺的质量体积比固定为3％，N，N-二甲基丙烯酰胺在整个体系中的质量体积比为5％，将100mL聚乙二醇修饰的碳纳米颗粒(1.0mg/mL)， 4mL芦荟大黄素(25.0mg/mL)加入其中，再加入过硫酸铵(APS)引发聚合反应，形成芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶溶液，碳纳米颗粒的终浓度为100μg/mL，芦荟大黄素的终浓度为100μg/mL，过硫酸铵的终浓度为15mg/mL，整个反应体系在醋酸钠(NaAc，PH＝4.55) 溶液中。最后，将芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶溶液放置90℃的水浴锅中加热6分钟，形成芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶。
实施例2
一种芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶及其制备方法，所述的方法的步骤是：
A、碳纳米颗粒的制备
将100g二氧化硅(SiO2)纳米颗粒(直径150nm)和100g多巴胺溶解在Tris-HCl 溶液(30L，50mM，pH＝8.8)中，并在黑暗条件下搅拌12小时。离心和洗涤后，将产物在40℃烘箱中过夜干燥20个小时。然后将所得粉末在600℃下碳化3小时，然后在60℃的水浴锅中，浸泡于NaOH(1.0mol/L)溶液中12小时以去除SiO2模板，再离心和洗涤，使其溶液呈中性。最后，在40℃下干燥20个小时过夜后获得碳纳米颗粒粉末。
B.碳纳米颗粒的表面修饰
为提高碳纳米颗粒在凝胶体系中的分散性，200mL碳纳米颗粒(HCNPs)(5.0 mg/mL)和200mL D-α-生育酚聚(乙二醇)1000琥珀酸酯(5.0mg/mL)混合，然后在0℃下超声处理2小时。离心，洗涤两次后，得到聚乙二醇修饰的碳纳米颗粒溶液(2.0mg/mL)。
C.芦荟大黄素溶液的制备
称取2.5g的芦荟大黄素固体粉末，溶于100mL DMSO溶液中，充分涡旋，使得芦荟大黄素固体完全溶解，得到浓度为25.0mg/mL的芦荟大黄素溶液。
D.芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶的制备
将N，N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)溶于N，N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)中，N， N-亚甲基双丙烯酰胺在N，N-二甲基丙烯酰胺的质量体积比固定为3％，N，N-二甲基丙烯酰胺在整个体系中的质量体积比为4％，将100mL聚乙二醇修饰的碳纳米颗粒(2.0mg/mL)， 4mL芦荟大黄素(50.0mg/mL)加入其中，再加入过硫酸铵(APS)引发聚合反应，形成芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶溶液，碳纳米颗粒的终浓度为200μg/mL，芦荟大黄素的终浓度为200μg/mL，过硫酸铵的终浓度为30mg/mL，整个反应体系在醋酸钠(NaAc，PH＝7.0) 溶液中。最后，将芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶溶液放置70℃的水浴锅中加热10分钟，形成芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶。

Claims (1)

1.一种芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶及其制备方法，其特征在于，所述的制备方法的步骤是：
A.通过模板法合成碳纳米颗粒
将二氧化硅(SiO2)纳米颗粒(直径150nm)和多巴胺溶解在Tris-HCl溶液中，并在黑暗条件下搅拌12～36个小时。离心，洗涤后，将产物在40～45℃烘箱中干燥16～20个小时。然后，将所得粉末在600～800℃下碳化2～3小时，然后在60～90℃的水浴锅中，浸泡在NaOH溶液中10～12个小时再离心和洗涤，使其溶液呈中性。最后，在40～45℃烘箱中干燥16～20个小时后获得碳纳米颗粒粉末；
B.碳纳米颗粒的表面修饰
将碳纳米颗粒和D-α-生育酚聚(乙二醇)1000琥珀酸酯混合，然后在0℃下超声处理1～2小时。离心，洗涤，得到聚乙二醇修饰的碳纳米颗粒溶液(1.0mg/mL～5.0mg/mL)；
C.芦荟大黄素溶液的制备
将芦荟大黄素粉末溶于二甲基亚砜(DMSO)溶液中，充分涡旋，使得芦荟大黄素固体完全溶解，得到芦荟大黄素溶液(12.5mg/mL～50mg/mL)；
D.芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶的制备
将N，N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)溶于N，N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)中，N，N-亚甲基双丙烯酰胺在N，N-二甲基丙烯酰胺的质量体积比固定为3％，N，N-二甲基丙烯酰胺在整个体系中的质量体积比为3％～8％，将聚乙二醇修饰的碳纳米颗粒(1.0mg/mL～5.0mg/mL)和芦荟大黄素(12.5mg/mL～50mg/mL)加入其中，再加入过硫酸铵(APS)引发聚合反应，形成芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶溶液，过硫酸铵的终浓度为15～30mg/mL，整个反应体系在醋酸钠(NaAc，PH＝4～7)溶液中。最后，将芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶溶液放置70～90℃的水浴锅中加热6～10分钟，形成芦荟大黄素/碳纳米颗粒抗菌水凝胶。
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