CN111234267B - 一种导电光热自愈合复合水凝胶敷料及制备方法和应用 - Google Patents

一种导电光热自愈合复合水凝胶敷料及制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种导电光热自愈合复合水凝胶敷料及制备方法和应用，通过在壳聚糖上接枝丙烯酸，得到N‑羧乙基壳聚糖聚合物；通过在三嵌段共聚物
Figure DDA0002425153230000011
上接枝对羟基苯甲醛，得到醛基封端的
Figure DDA0002425153230000012
聚合物(PF127‑CHO)；将醛基封端的
Figure DDA0002425153230000013
聚合物配制成溶液后，在该聚合物溶液中加入碳纳米管，冰浴内超声，得到醛基封端的
Figure DDA0002425153230000014
/碳纳米管分散液；将N‑羧乙基壳聚糖聚合物配制成溶液，并且与醛基封端的
Figure DDA0002425153230000015
/碳纳米管分散液混合，在20‑45℃相互交联5～400秒，得到拥有导电、黏附、自愈合、光热、纳米复合水凝胶。本发明具有优异的粘附、自愈合、pH响应、生物相容性、止血性能，且能够在暴露于近红外(NIR)区域后会表现出光热行为，对细菌造成物理损伤，具有治疗感染伤口的巨大潜力。

Description

一种导电光热自愈合复合水凝胶敷料及制备方法和应用
技术领域
本发明属于可降解生物医用材料技术领域，具体涉及一种导电光热自愈合复合水凝胶敷料及制备方法和应用。
背景技术
人体最大的器官是皮肤组织，它是防止脱水，化学/放射损伤和微生物入侵的外部环境的第一道屏障。然而，在遭受严重损害(包括外科手术，烧伤，皮肤病等)后，屏障将失去其基本的保护机制，最终会造成伤口。一旦受损的组织失去了作为保护屏障的主要功能，在此期间，微生物很容易侵入并在伤口部位形成菌落，导致感染并进一步导致慢性伤口。细菌感染的伤口将严重影响人们的生活质量，甚至威胁患者的生命。此外，还将给全世界的卫生保健系统带来沉重负担。因此，迫切需要开发用于治疗细菌感染的伤口的生物材料。
已开发出多种结合抗生素的伤口敷料用于治疗细菌感染的伤口。但是，在长期的抗生素治疗所诱导产生的耐药性已成为公共卫生和新出现的全球性疾病的主要问题。因此，非常需要开发一种用于细菌感染伤口的多功能无抗生素伤口敷料。
抗菌光疗(主要包括光热疗法和光动力疗法等)由于其广谱抗菌特性而在感染伤口的治疗方面引起了广泛关注。其中。光热伤口敷料通常具有近红外(NIR)光吸收剂，可以将光能转化为热量。因此，主要通过提高局部温度(>50℃)杀死微生物。
已开发出多种生物材料，例如弹性体，薄膜，纳米纤维和水凝胶，用于伤口愈合。在这些伤口敷料中，具有与细胞外基质相似微结构的水凝胶在伤口修复具有很大的应用价值。此外，水凝胶还可以作为屏障来保护伤口免受微生物侵害，并保持潮湿的伤口环境以防止伤口部位脱水，从而避免形成疤痕组织。特别是，具有自我修复能力的自修复水凝胶在受到外力作用后能够自我修复，在将其应用于伤口部位后，其使用寿命得以延长。
现有技术中专利号为201810746272.4的一种抗菌粘附可注射水凝胶敷料及其制备方法和应用，记载了通过在壳聚糖上接枝2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTMAC)，得到季铵化壳聚糖聚合物(QCS)作为水凝胶的主要原料，通过在三嵌段共聚物F127上接枝对羧基苯甲醛，得到醛基封端的F127聚合物(PF127-CHO)作为凝胶的交联剂，和季铵化壳聚糖聚合物(QCS)在生理环境下进行交联反应，得到拥有快速自愈合，易延展，易压缩的抗菌粘附可注射水凝胶敷料(QCS/PF)，具有有良好的粘合性、pH值响应性、机械性能、自愈合性能、止血性能及抗菌性能。但是该水凝胶的抗菌活性和自愈合是原料本身的固有性能，愈合和抗菌能力虽显著但有限，且对已感染伤口治疗效果不佳，因此，亟需一种能够用于全层皮肤伤口感染模型中的杀菌抗菌、自修复愈合效果更佳的敷料。
发明内容
本发明提供一种导电光热自愈合复合水凝胶敷料及制备方法和应用，具有优异的粘附性能，自愈合性能，良好的pH响应性能，光热及光热抗菌性能，生物相容性，良好的止血性能。
本发明的技术方案是：一种导电光热自愈合复合水凝胶敷料的制备方法，其步骤包括：
S1：通过在壳聚糖上接枝丙烯酸，得到N-羧乙基壳聚糖聚合物；
S2：通过在三嵌段共聚物
Figure BDA0002425153210000021
F127上接枝对羟基苯甲醛，得到醛基封端的
Figure BDA0002425153210000022
F127聚合物(PF127-CHO)；
S3：将醛基封端的
Figure BDA0002425153210000023
F127聚合物配制成溶液后，在该聚合物溶液中加入碳纳米管，冰浴内超声，得到醛基封端的
Figure BDA0002425153210000024
F127/碳纳米管分散液；
S4：将N-羧乙基壳聚糖聚合物配制成溶液，并且与醛基封端的
Figure BDA0002425153210000025
F127/碳纳米管分散液混合，在20-45℃相互交联5～400秒，得到拥有导电、黏附、自愈合、光热、纳米复合水凝胶，其中N-羧乙基壳聚糖和PF127-CHO的质量比为(5～20)：(80～100)。
作为本发明进一步的方案，步骤S1中N-羧乙基壳聚糖聚合物的具体制备步骤包括：
3)将壳聚糖悬浮在去离子水中得到壳聚糖分散液，随后边连续搅拌边逐滴添加丙烯酸，30-80℃温度下搅拌24-96小时得到反应液；
4)在反应液中加入氢氧化钠水溶液将反应液的pH调节至8-12，再将反应液用蒸馏水透析，重复换水3-5天，然后冷冻干燥，得到N-羧乙基壳聚糖聚合物；
其中，壳聚糖和丙烯酸的质量比为(2～6)：(1～8)。
作为本发明进一步的方案，壳聚糖分散液的浓度为15mg/mL～25mg/mL。
作为本发明进一步的方案，氢氧化钠水溶液浓度为0.5mol/L～2mol/L。
作为本发明进一步的方案，醛基封端的
Figure BDA0002425153210000031
F127聚合物(PF127-CHO)的制备步骤具体包括：
1)将
Figure BDA0002425153210000032
F127聚合物密封在三口瓶中60-90℃下真空干燥5-24小时，随后加入干燥的二氯甲烷，在0℃冰浴下加入干燥的三乙胺，充分搅拌10-60分钟，之后将干燥的甲磺酰氯溶于干燥的二氯甲烷中，将甲磺酰氯溶液滴加入
Figure BDA0002425153210000033
F127溶液，在氮气环境下搅拌10-60分钟，随后在15-40℃下搅拌12-36小时，之后在反应溶液中加入去离子水，并用二氯甲烷进行提纯，重复2-5次，有机相用0.5mol/L-2mol/L盐酸溶液进行洗涤，重复2-4次，再用饱和食盐水洗涤2-4次，之后将有机相用干燥的硫酸钠固体干燥并旋转蒸发，将浓缩的有机相用5～8倍体积的冰乙醚进行沉淀，直至沉淀完全析出，并将该沉淀过程重复1-3次，15-40℃下真空干燥，得到白色中间产物G1；
2)将得到的G1产物溶解至干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，并加入碳酸钾、4-羟基苯甲醛，在氮气保护下，60-90℃搅拌15-60小时，待反应液凉至15-30℃，加入去离子水，并用二氯甲烷进行提纯，重复2-4次，有机相用饱和食盐水洗涤2-4次，之后将有机相用干燥的硫酸钠固体干燥并旋转蒸发，将浓缩的有机相用5～8倍体积的冰乙醚进行沉淀，直至沉淀完全析出，并将该沉淀过程重复1-3次，15-40℃下真空干燥，得到醛基封端的
Figure BDA0002425153210000034
F127聚合物(PF127-CHO)。
作为本发明进一步的方案，上述步骤1)中
Figure BDA0002425153210000035
F127聚合物：三乙胺：甲磺酰氯的质量体积比为：(15～30)g：(1.2～4.5)mL：(0.5～2.5)mL。
作为本发明进一步的方案，上述步骤1)中
Figure BDA0002425153210000036
F127聚合物：二氯甲烷的质量体积比为(15～30)g：(100～300)mL，甲磺酰氯：二氯甲烷溶解液的体积比为(0.5～2.5)mL：(15～50)mL。
作为本发明进一步的方案，上述步骤1)中去离子水：盐酸溶液：饱和食盐水：总二氯甲烷的体积比为(40～220)mL：(25～180)mL：(25～180)mL：(115～350)mL。
作为本发明进一步的方案，上述步骤1)中硫酸钠固体：
Figure BDA0002425153210000041
F127聚合物质量比为(5～25)g：(15～30)g。
作为本发明进一步的方案，上述步骤1)中旋转蒸发得到浓缩的有机相(二氯甲烷)：总二氯甲烷溶液的体积比为(10～100)mL：(115～350)mL。
作为本发明进一步的方案，上述步骤2)中G1产物：碳酸钾：4-羟基苯甲醛的质量比为(15～30)g：(1.8～3.5)g：(0.8～4.0)g。
作为本发明进一步的方案，上述步骤2)中G1产物：N,N-二甲基甲酰胺的质量体积比为(15～30)g：(100～300)mL。
作为本发明进一步的方案，上述步骤2)中去离子水：饱和食盐水：二氯甲烷的体积比为(40～220)mL：(25～180)mL：(115～350)mL。
作为本发明进一步的方案，上述步骤2)中硫酸钠固体：G1产物质量比为(5～25)g：(15～30)g。
作为本发明进一步的方案，上述步骤2)中旋转蒸发得到浓缩的有机相(二氯甲烷)：总二氯甲烷溶液的体积比为(10～100)mL：(115～350)mL。
作为本发明进一步的方案，上述步骤S3中的醛基封端的
Figure BDA0002425153210000042
F127/碳纳米管分散液的制备具体步骤为：将步骤S2得到的醛基封端的
Figure BDA0002425153210000043
F127聚合物配制成溶液后，在该聚合物溶液中加入碳纳米管，冰浴内超声，得到醛基封端的
Figure BDA0002425153210000044
F127/碳纳米管分散液。
作为本发明进一步的方案，上述醛基封端的
Figure BDA0002425153210000045
F127聚合物浓度为20mg/mL～50mg/mL。
作为本发明进一步的方案，上述醛基封端的
Figure BDA0002425153210000046
F127聚合物和碳纳米管质量比为(80～120)：(0～10)。
作为本发明进一步的方案，上述步骤S4中N-羧乙基壳聚糖聚合物溶液是用去离子水配制，质量浓度为10～30mg/mL，醛基封端的
Figure BDA0002425153210000047
F127/碳纳米管分散液是用离子水配制，质量浓度为300～500mg/mL，N-羧乙基壳聚糖聚合物：醛基封端的
Figure BDA0002425153210000048
F127/碳纳米管分散液的体积比为(300～600)μL：(100～300)μL。
本发明还公开了采用上述方法制得一种导电光热自愈合复合水凝胶敷料，并且公开了其作为多功能伤口敷料在全层皮肤伤口感染模型中以及其他皮肤伤口愈合中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下的有益技术效果：
本发明以海洋无毒天然生物材料壳聚糖为基础，通过在壳聚糖上接枝丙烯酸(acrylic acid)，得到N-羧乙基壳聚糖聚合物(CEC)作为该水凝胶的主要原料，壳聚糖是一种天然多糖，具有良好的生物相容性，生物可降解性和良好的抗菌性能，已广泛用于生物医学应用，包括细胞调节，基因传递和组织再生等。而N-羧乙基壳聚糖聚合物显示出良好的水溶性和细胞相容性，三嵌段共聚物
Figure BDA0002425153210000051
F127拥有良好的生物相容性，应用于生物医用材料领域，通过在三嵌段共聚物
Figure BDA0002425153210000052
F127上接枝对羟基苯甲醛，得到醛基封端的
Figure BDA0002425153210000053
F127聚合物(PF127-CHO)，通过向该聚合物溶液中添加碳纳米管(CNTs)，得到醛基封端的
Figure BDA0002425153210000054
F127/碳纳米管分散液作为交联剂和光热组分，和N-羧乙基壳聚糖聚合物(CEC)在进行交联反应，得到导电、黏附、自愈合、光热、纳米复合水凝胶伤口敷料(CEC/PF/CNT)，且该敷料具有良好的光热性能，能够在暴露于近红外(NIR)区域后会表现出光热行为，将近红外(NIR)光转化为热量，提高局部温度，对细菌造成物理损伤(热破坏)以杀死细菌，具有治疗感染伤口的巨大潜力。
本发明的优点是：
(1)本发明中CEC/PF/CNT水凝胶拥有优良的光热抗菌性能，水凝胶原料中活性的席夫碱基团具有一定的抗菌效果，这个抗菌活性是材料的固有性能，且效果显著，同时碳纳米管作为一种NIR光吸收剂，可以将光能转化为热量，通过提高局部温度(>50℃)杀死微生物，当将光热伤口敷料置于近红外光照射下时，会导致细菌的物理损伤(热破坏)，从而起到良好杀菌效果，进一步提高杀菌抗菌效果；
(2)本发明中N-羧乙基壳聚糖聚合物(CEC)中的氨基和醛基封端的
Figure BDA0002425153210000055
F127聚合物(PF127-CHO)中的醛基在生理环境下会发生动态结合，形成动态席夫碱键，另外由于三嵌段共聚物
Figure BDA0002425153210000056
F127是在水中可以进行自组装，形成微型胶术，在水凝胶网络中这种微型胶术也充当动态的交联剂，因此，在动态席夫碱键的动态共价交联网络及碳纳米管在水凝胶网络中的物理交联相互作用下，CEC/PF/CNT水凝胶在生理条件下显示出自主且有效的自我修复能力，同时这种自愈合性能是“自主性的”，不需外界的环境刺激；
(3)本发明中的氨基在弱酸性环境下会逐渐质子化，分子间静电作用增强，席夫碱键会逐渐破损甚至断裂，造成凝胶部分孔径变大，从而在酸性环境下药物释放迅速，表现出明显的pH响应性能；
(4)本发明中
Figure BDA0002425153210000061
F127胶束在水凝胶网络中承担动态微型交联剂的作用，当水凝胶受到外部挤压或者拉伸作用时，
Figure BDA0002425153210000062
F127胶束可以在负载时耗散一部分能量，并且在卸载时重新恢复其原始结构，因此该水凝胶被赋予易于拉伸和压缩的良好机械性能；
(5)本发明中PF127-CHO中的醛基可以与真皮中的氨基相互作用，形成席夫碱以连接组织，同时，水凝胶和组织之间形成氢键，还可以增强水凝胶样品的粘合强度，此外，在碳纳米管中的芳香环与皮肤组织之间也可能形成π-π相互作用，然后有助于水凝胶的粘合性，同时壳聚糖可以通过静电作用和疏水作用于细胞膜上的磷脂分子相互结合，因此多种作用共同赋予该水凝胶良好的粘合性能；
(6)本发明中壳聚糖本身良好的止血性能，同时该系列水凝胶结构稳定，粘合性能优异，成凝胶时间较短，此外，带负电荷的CEC可以激活凝血过程的内在途径，并最终导致稳定的血纤蛋白形成，从而在止血早期强化血小板栓塞,通过掺入适当含量的碳纳米管，水凝胶的止血能力也得到增强；
(7)本发明中由于碳纳米管具有良好的导电性，有利于电刺激细胞的增殖，分化和再生，因此该水凝胶拥有良好的促进伤口修复的能力。
实验结果证明：本发明方法制得的拥有导电、黏附、自愈合、光热、纳米复合水凝胶伤口敷料CEC/PF/CNT在全层皮肤伤口感染模型中，通过光热治疗感染皮肤创面，并进一步评估伤口闭合面积，肉芽组织厚度，表皮厚度，胶原蛋白代谢和沉积等结果，该凝胶展示出优于商用敷料的治疗效果，且抗生素与治疗效果十分接近。此外，这些水凝胶具有稳定的流变学特性，与人体软组织接近的模量，可调控的成凝胶时间，与人体皮肤接近的电导率，优异的粘附性能，自愈合性能，良好的pH响应性能，光热及光热抗菌性能，生物相容性，良好的止血性能等。因此，该系列多功能水凝胶敷料CEC/PF/CNT在促进全层皮肤伤口感染领域有着良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明中聚合物CEC，PF127-CHO和CEC/PF/CNT水凝胶的FT-IR图；
图2是本发明制得的CEC/PF/CNT水凝胶在37℃下(PBS，pH＝7.4)溶胀比；
图3是本发明制得的CEC/PF/CNT水凝胶在37℃下(PBS，pH＝7.4)平衡溶胀比；
图4是本发明制得的CEC/PF/CNT水凝胶在37℃下(PBS，pH＝7.4)体外降解曲线；
图5是本发明制得的水凝胶CEC/PF/CNT流变学性能；
其中，图5(a)是本发明制得的水凝胶CEC/PF/CNT在流变仪测定的存储模量-时间曲线图；图5(b)是本发明制得的水凝胶CEC/PF/CNT在流变仪测定的压缩应力-应变循环曲线；图5(c)是本发明制得的水凝胶CEC/PF/CNT2在20％-80％应变下的压缩应力-应变曲线；图5(d)是本发明制得的水凝胶CEC/PF/CNT2在20％应变下的循环压缩应力-应变曲线，压缩次数为10次；图5(e)是本发明制得的水凝胶CEC/PF/CNT2在40％应变下的循环压缩应力-应变曲线，压缩次数为10次；图5(f)是本发明制得的水凝胶CEC/PF/CNT2在60％应变下的循环压缩应力-应变曲线，压缩次数为10次；图5(g)是本发明制得的水凝胶CEC/PF/CNT2在60％应变下，第1次和第10次，以及37℃下，恢复3小时后循环压缩应力-应变曲线；
图6(a)是本发明制得的CEC/PF/CNT水凝胶在原始状态，溶胀平衡后(PBS，pH＝7.4)的冻干后扫描电镜微观形貌图像；图6(b)和图6(c)本发明制得的CEC/PF/CNT水凝胶在原始状态，溶胀平衡后(PBS，pH＝7.4)的水凝胶的孔径统计图；
图7(a)是本发明制得的水凝胶CEC/PF/CNT2在流变仪测定的存储模量，耗损模量-应力曲线图；图7(b)是本发明制得的水凝胶CEC/PF/CNT2在流变仪测定的存储模量，耗损模量-时间曲线图；
图8是本发明制得的水凝胶CEC/PF/CNT水凝胶的电导率；
图9是本发明制得的水凝胶CEC/PF/CNT水凝胶的粘粘强度；
图10是本发明制得的水凝胶CEC/PF/CNT水凝胶的杨氏模量；
图11是本发明制得水凝胶CEC/PF/CNT的温度变量-近红外辐射时间曲线，近红外808nm的辐射功率为1.4W/cm2；
图12(a)和图12(b)分别是本发明制得的CEC/PF/CNT0,CEC/PF/CNT2水凝胶，以及PBS组在接种10μL 108CFU/mL金黄色葡萄球菌和大肠杆菌后，使用近红外808nm(1.4W/cm2)辐射不同时间时，金黄色葡萄球菌和大肠杆菌存活率；
图13(a)是本发明制得的CEC/PF/CNT2水凝胶在pH7.4和6.0值的生理溶液磷酸盐缓冲液(PBS)中释放莫西沙星盐酸盐(Moxifloxacin hydrochloride)的释放曲线；图13(b)是负载莫西沙星(2mg/mL)的CEC/PF/CNT2水凝胶的抑菌圈直径改变统计结果；图13(c)是CEC/PF/CNT水凝胶的体内抗菌实验结果，其中，水凝胶负载莫西沙星含量2mg/mL，近红外808nm的辐射功率为1.4W/cm2，照射时间10分钟；
图14是本发明制得水凝胶CEC/PF/CNT的生物相容性评估。其中，图14(a)为CEC/PF/CNT水凝胶对于小鼠血细胞的溶血率测试；图14(b)为CEC/PF/CNT水凝胶对于小鼠成纤维细胞(L929)的细胞存活率测试；
图15是本发明制得水凝胶CEC/PF/CNT的止血能力测试；图15(a)本发明制得水凝胶CEC/PF/CNT2水凝胶在小鼠肝脏扎孔模型止血测试中的流血量；图15(b)本发明制得水凝胶CEC/PF/CNT2水凝胶在小鼠肝脏划口模型止血测试中的流血量；图15(c)本发明制得水凝胶CEC/PF/CNT2水凝胶在小鼠断尾模型止血测试中的流血量；
图16是本发明制得的CEC/PF/CNT水凝胶和负载莫西沙星盐酸盐的水凝胶(Mox-CEC/PF/CNT2)水凝胶，以及光热治疗组(伤口覆盖CEC/PF/CNT2水凝胶，近红外808nm，1.4W/cm2辐射10分钟，NIR-CEC/PF/CNT2)和商业薄膜敷料(TegadermTM)(对照组)，在第3，7和14天的伤口收缩面积统计；
图17是本发明制得的CEC/PF/CNT水凝胶和负载莫西沙星盐酸盐的水凝胶(Mox-CEC/PF/CNT2)水凝胶，以及光热治疗组(NIR-CEC/PF/CNT2)水凝胶在第3天，第7天以及第14天的创伤再生组织的组织学观察；
图18是小鼠皮肤创口经过本实验制得的CEC/PF/CNT0,CEC/PF/CNT2，Mox-CEC/PF/CNT2水凝胶，以及NIR-CEC/PF/CNT2和商业薄膜敷料(TegadermTM)处理后，第7天新生组织处肉芽组织厚度统计图；
图19是本发明制得的CEC/PF/CNT水凝胶和负载莫西沙星盐酸盐的水凝胶(Mox-CEC/PF/CNT2)水凝胶，以及光热治疗组(NIR-CEC/PF/CNT2)水凝胶在第7天创伤再生组织马松染色观察。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做清楚完整的描述，以使本领域的技术人员在不需要作出创造性劳动的条件下，能够充分实施本发明。
本发明提供一种导电光热自愈合复合水凝胶敷料的制备方法，其步骤包括：
S1：N-羧乙基壳聚糖聚合物的制备：1)将壳聚糖悬浮在去离子水中得到壳聚糖分散液，随后边连续搅拌边逐滴添加丙烯酸，30-80℃温度下搅拌24-96小时得到反应液；2)在反应液中加入氢氧化钠水溶液将反应液的pH调节至8-12，再将反应液用蒸馏水透析，重复换水3-5天，然后冷冻干燥，得到N-羧乙基壳聚糖聚合物；其中，壳聚糖和丙烯酸的质量比为(2～6)：(1～8)，壳聚糖分散液的浓度为15mg/mL～25mg/mL，氢氧化钠水溶液浓度为0.5mol/L～2mol/L；
S2：醛基封端的
Figure BDA0002425153210000091
F127聚合物(PF127-CHO)的制备：1)将
Figure BDA0002425153210000092
F127聚合物密封在三口瓶中60-90℃下真空干燥5-24小时，随后加入干燥的二氯甲烷，在0℃冰浴下加入干燥的三乙胺，充分搅拌10-60分钟，之后将干燥的甲磺酰氯溶于干燥的二氯甲烷中，将甲磺酰氯溶液滴加入
Figure BDA0002425153210000093
F127溶液，在氮气环境下搅拌10-60分钟，随后在15-40℃下搅拌12-36小时，之后在反应溶液中加入去离子水，并用二氯甲烷进行提纯，重复2-5次，有机相用0.5mol/L-2mol/L盐酸溶液进行洗涤，重复2-4次，再用饱和食盐水洗涤2-4次，之后将有机相用干燥的硫酸钠固体干燥并旋转蒸发，将浓缩的有机相用5～8倍体积的冰乙醚进行沉淀，直至沉淀完全析出，并将该沉淀过程重复1-3次，15-40℃下真空干燥，得到白色中间产物G1，
Figure BDA0002425153210000094
F127聚合物：三乙胺：甲磺酰氯的质量体积比为：(15～30)g：(1.2～4.5)mL：(0.5～2.5)mL，
Figure BDA0002425153210000095
F127聚合物：二氯甲烷的质量体积比为(15～30)g：(100～300)mL，甲磺酰氯：二氯甲烷溶解液的体积比为(0.5～2.5)mL：(15～50)mL，去离子水：盐酸溶液：饱和食盐水：总二氯甲烷的体积比为(40～220)mL：(25～180)mL：(25～180)mL：(115～350)mL，硫酸钠固体：
Figure BDA0002425153210000101
F127聚合物质量比为(5～25)g：(15～30)g，旋转蒸发得到浓缩的有机相(二氯甲烷)：总二氯甲烷溶液的体积比为(10～100)mL：(115～350)mL；
2)将得到的G1产物溶解至干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，并加入碳酸钾、4-羟基苯甲醛，在氮气保护下，60-90℃搅拌15-60小时，待反应液凉至15-30℃，加入去离子水，并用二氯甲烷进行提纯，重复2-4次，有机相用饱和食盐水洗涤2-4次，之后将有机相用干燥的硫酸钠固体干燥并旋转蒸发，将浓缩的有机相用5～8倍体积的冰乙醚进行沉淀，直至沉淀完全析出，并将该沉淀过程重复1-3次，15-40℃下真空干燥，得到醛基封端的
Figure BDA0002425153210000102
F127聚合物(PF127-CHO)，其中G1产物：碳酸钾：4-羟基苯甲醛的质量比为(15～30)g：(1.8～3.5)g：(0.8～4.0)g，G1产物：N,N-二甲基甲酰胺的质量体积比为(15～30)g：(100～300)mL，去离子水：饱和食盐水：二氯甲烷的体积比为(40～220)mL：(25～180)mL：(115～350)mL，硫酸钠固体：G1产物质量比为(5～25)g：(15～30)g，旋转蒸发得到浓缩的有机相(二氯甲烷)：总二氯甲烷溶液的体积比为(10～100)mL：(115～350)mL；
S3：醛基封端的
Figure BDA0002425153210000103
F127/碳纳米管分散液的制备：将步骤S2得到的醛基封端的
Figure BDA0002425153210000104
F127聚合物配制成溶液后，在该聚合物溶液中加入碳纳米管，冰浴内超声，得到醛基封端的
Figure BDA0002425153210000105
F127/碳纳米管分散液，醛基封端的
Figure BDA0002425153210000106
F127聚合物浓度为20mg/mL～50mg/mL，上述醛基封端的
Figure BDA0002425153210000107
F127聚合物和碳纳米管质量比为(80～120)：(0～10)；
S4：将N-羧乙基壳聚糖聚合物配制成溶液，并且与醛基封端的
Figure BDA0002425153210000108
F127/碳纳米管分散液混合，在20-45℃相互交联5～400秒，得到拥有导电、黏附、自愈合、光热、纳米复合水凝胶，其中N-羧乙基壳聚糖和PF127-CHO的质量比为(5～20)：(80～100)，N-羧乙基壳聚糖聚合物溶液是用去离子水配制，质量浓度为10～30mg/mL，醛基封端的
Figure BDA0002425153210000109
F127/碳纳米管分散液是用离子水配制，质量浓度为300～500mg/mL，N-羧乙基壳聚糖聚合物：醛基封端的
Figure BDA00024251532100001010
F127/碳纳米管分散液的体积比为(300～600)μL：(100～300)μL。
本发明中CEC/PF/CNT水凝胶通过引入光热组分碳纳米管(CNTs)，拥有具有良好的光热及光热抗菌性能，具体是指水凝胶可以有效杀死革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，同时碳纳米管作为一种NIR光吸收剂，当将光热伤口敷料暴露于NIR区域后会表现出光热行为，可以将近红外(NIR)光转化为热能，通过提高局部温度(>50℃)对细菌光热裂解后提供出色的物理抗菌性能。
本发明中CEC/PF/CNT水凝胶拥有具有优异的自愈合性能是由于该水凝胶网络中同时存在动态化学键(席夫碱)，动态物理作用(胶束交联)以及碳纳米管之间的相互作用(π-π堆积)，使得水凝胶在遭受外部损伤后，能够生理条件下显示出自主且有效的自我修复能力。
本发明中水凝胶的基地材料壳聚糖分子中的氨基在弱酸性环境下会逐渐质子化而增强分子间静电作用，进一步导致席夫碱键破损甚至断裂，造成凝胶部分孔径变大，从而在酸性环境下药物释放迅速，表现出明显的pH响应性能。本发明中PF127胶束在水凝胶网络中承担动态微型交联剂的作用，当水凝胶收到外部挤压或者拉伸作用时，PF127胶束可以在负载时耗散一部分能量，并且在卸载时重新恢复其原始结构，因此该水凝胶被赋予易于拉伸和压缩的良好机械性能。
本发明中PF127-CHO中的醛基可以与真皮中的氨基相互作用，形成席夫碱以连接组织，同时，水凝胶和组织之间形成氢键，还可以增强水凝胶样品的粘合强度，此外，在CNT中的芳香环与皮肤组织之间也可能形成π-π相互作用，有助于水凝胶的粘合性，同时壳聚糖可以通过静电作用和疏水作用于细胞膜上的磷脂分子相互结合，因此多种作用共同赋予该水凝胶良好的粘合性能。
本发明中水凝胶的基地材料壳聚糖自身良好的止血性能，此外，带负电荷的N-羧乙基壳聚糖(CEC)可以激活凝血过程的内在途径，并且水凝胶中掺入适当含量的CNT协同增强水凝胶的止血能力。
本发明中由于碳纳米管(CNT)具有良好的导电性，有利于电刺激细胞的增殖，分化和再生，因此该水凝胶拥有良好的促进伤口修复的能力。
本发明的水凝胶的组成如下：
Figure BDA0002425153210000111
Figure BDA0002425153210000121
其中本发明制得的CEC的结构式如下式A所示：
Figure BDA0002425153210000122
其中本发明制得的PF127-CHO的结构式如下式B所示：
Figure BDA0002425153210000123
其中本发明制得的CEC/PF/CNT水凝胶的结构式如下式C所示：
Figure BDA0002425153210000124
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
S1：CEC(N-carboxyethyl chitosan，N-羧乙基壳聚糖)聚合物的制备：先将4.0g壳聚糖悬浮在200mL去离子水中，连续搅拌，然后将5.84mL丙烯酸逐滴添加到该悬浮液中，继续在50℃下搅拌72小时，反应后，用1mol/L氢氧化钠水溶液将反应混合物的pH调节至8-12，将混合物用蒸馏水渗析(MWCO 8000)，重复换水3天，然后冷冻干燥，得到纯的CEC聚合物；
S2：PF127-CHO(Benzaldehyde-terminated PF127，醛基封端的
Figure BDA0002425153210000139
F127)聚合物的制备：
1)将25g
Figure BDA0002425153210000131
F127聚合物密封在三口瓶中通氮气30分钟后，于80℃下真空干燥12小时，随后加入干燥的二氯甲烷240mL，在0℃冰浴下加入2.772mL干燥的三乙胺，充分搅拌10分钟，之后将1.584mL干燥的甲磺酰氯溶于39.6mL干燥的二氯甲烷中，将甲磺酰氯/二氯甲烷混合溶液滴加入
Figure BDA0002425153210000138
F127溶液，在氮气环境下搅拌30分钟，随后在30℃下搅拌24小时，之后在反应溶液中加入300mL去离子水，并用200mL二氯甲烷进行提纯，重复4次，有机相用200mL，1mol/L盐酸溶液进行洗涤，重复4次，再用200mL饱和食盐水洗涤4次，之后将有机相用15g干燥的硫酸钠固体干燥并旋转蒸发至50mL，将浓缩的有机相用7倍体积的冰乙醚进行沉淀，直至沉淀完全析出，并将该沉淀过程重复3次，25℃下真空干燥，得到白色中间产物G1(甲磺酸盐封端的F127，PF-SO3)；
2)将得到的G1产物溶解至干燥的200mL N,N-二甲基甲酰胺中，并加入2.74g碳酸钾、1.95g 4-羧基苯甲醛，在氮气保护下，80℃搅拌48小时，待反应液凉至25℃，加入200mL去离子水，并用150mL二氯甲烷进行提纯，重复4次，有机相用200mL饱和食盐水洗涤4次，之后将有机相用15g干燥的硫酸钠固体干燥并旋转蒸发至50mL，将浓缩的有机相用7倍体积的冰乙醚进行沉淀，直至沉淀完全析出，并将该沉淀过程重复3次，25℃下真空干燥，得到醛基封端的
Figure BDA0002425153210000132
F127聚合物(PF127-CHO)。
S3：醛基封端的
Figure BDA0002425153210000133
F127/碳纳米管分散液的制备：将400mg醛基封端的
Figure BDA0002425153210000134
F127聚合物溶于1mL去离子水中，得到浓度为400mg/mL的醛基封端的
Figure BDA0002425153210000135
F127聚合物溶液后，在该聚合物溶液中加入4mg碳纳米管，然后在冰浴中以300Hz的频率超声处理1h，得到醛基封端的
Figure BDA0002425153210000136
F127/CNT分散液，其中，碳纳米管的浓度为4mg/mL。
S4：将750μLN-羧乙基壳聚糖聚合物用去离子水配制成20mg/mL溶液，并且与250μL离子水配制的醛基封端的
Figure BDA0002425153210000137
F127/碳纳米管分散液混合，在25℃相互交联120秒，得到拥有导电、黏附、自愈合、光热、纳米复合水凝胶伤口敷料CEC/PF/CNT1。
实施例2
将步骤S3中的醛基封端的
Figure BDA0002425153210000141
F127/碳纳米管分散液中的碳纳米管(CNTs)终浓度控制在8mg/mL，其它条件同实施例1，获得CEC/PF/CNT2水凝胶。
实施例3
将步骤S3中的醛基封端的
Figure BDA0002425153210000142
F127/碳纳米管分散液中的碳纳米管(CNTs)终浓度控制在12mg/mL，其它条件同实施例1，获得CEC/PF/CNT3水凝胶。
实施例4
将步骤S3中的醛基封端的
Figure BDA0002425153210000143
F127/碳纳米管分散液中的碳纳米管(CNTs)终浓度控制在16mg/mL，其它条件同实施例1，获得CEC/PF/CNT4水凝胶。
实施例5
将步骤S3中的醛基封端的
Figure BDA0002425153210000144
F127/碳纳米管分散液中的碳纳米管(CNTs)终浓度控制在0mg/mL，其它条件同实施例1，获得CEC/PF/CNT0水凝胶。
实施例6
将步骤S3中的醛基封端的
Figure BDA0002425153210000145
F127/碳纳米管分散液中的碳纳米管(CNTs)终浓度控制在8mg/mL，向步骤S4中N-羧乙基壳聚糖聚合物溶液中加入2mg莫西沙星盐酸盐(Moxifloxacin hydrochloride)，其它条件同实施例1，获得Mox-CEC/PF/CNT2水凝胶。
本发明的拥有导电、黏附、自愈合、光热、纳米复合水凝胶伤口敷料，性能稳定，其光热抗菌性能在体外光热抗菌以及体内抗菌测试中均表现良好，机械性能和自愈合性能在测试中均表现优异，负载碳纳米管的凝胶，光热治疗组均对小鼠皮肤创口有优于商用敷料(TegadermTM)的促进愈合作用，且光热治疗组对小鼠感染创面的愈合效果与负载抗生素莫西沙星盐酸盐组治疗效果接近。下面结合实验数据详细分析。
图1为实施例1，2，4制得的CEC和PF-CHO聚合物以及CEC/PF/CNT水凝胶在傅里叶转换红外光谱图(FT-IR)，分析图谱可得：CEC聚合物上1573cm-1峰属于-COO的不对称拉伸振动，表明壳聚糖链已成功接枝丙烯酸，CEC聚合物被成功合成；PF-CHO聚合物上1734cm-1处的峰是由C＝O的伸缩振动引起，说明醛基已经被成功接枝在
Figure BDA0002425153210000151
F127聚合物链端；在水凝胶CEC/PF/CNT的红外图谱上新出现的位于1644cm-1的峰则是聚合物CEC贡献的氨基和聚合物PF-CHO贡献的醛基相互反应形成希夫碱键的特征振动。以上的FT-IR结果证明水凝胶CEC/PF/CNT的形成，以及聚合物CEC和聚合物PF-CHO的成功合成。
图2为实施例1～5制得的CEC/PF/CNT水凝胶在pH值为7.4的磷酸盐缓冲液中达到溶胀曲线，随着碳纳米管含量的增加，凝胶的溶胀速率和溶胀率降低，表明该系列水凝胶的溶胀速率和溶胀率具有碳纳米管浓度依赖性，即碳纳米管浓度越高，溶胀速率和溶胀率越低。
图3为实施例1～5制得的CEC/PF/CNT水凝胶在pH值为7.4的磷酸盐缓冲液中达中达到溶胀平衡的溶胀率，所有水凝胶均溶胀率均超过2000％(ESR>2000％)，表明该系列水凝胶良好的吸水能力以及多孔的结构。
图4为实施例1～5制得的CEC/PF/CNT水凝胶在pH值为7.4的磷酸盐缓冲液中的体外降解曲线。该系列水凝胶均表现出良好的可降解性，且随着交联剂PF-CHO含量的增多，水凝胶降解速率逐渐降低。
图5为实施例1～5制得水凝胶CEC/PF/CNT流变学性能。其中，图5(a)是本发明制得的水凝胶CEC/PF/CNT在流变仪测定的存储模量-时间曲线图；随着交联剂PF-CHO的浓度增高，水凝胶样品的存储模量不断增高，实施例1～5中的样品CEC/PF/CNT1，CEC/PF/CNT2，CEC/PF/CNT3，CEC/PF/CNT4，CEC/PF/CNT0其水凝胶样品的存储模量分别为7000Pa，8900Pa，12000Pa，16000Pa和6000Pa。这些结果说明，依照此发明方法制得的拥有可注射水凝胶敷料的可以达到一个较高的强度，从而拥有一个相对稳定的结构以及稳定的机械性能。图5(b)显示，水凝胶在承受10％-80％应变的外部压缩时，发生形变，且随着水凝胶中碳纳米管含量的增加，水凝胶压缩应力增加。图5(c)表明，实施例2制得的水凝胶CEC/PF/CNT2水凝胶在承受20％-80％应变的外部压缩时，水凝胶发生形变，而当取消外部负载时，水凝胶能够维持完整的结构不受破坏。图5(d)至图5(G)表明，当水凝胶进行10次循环压缩试验时，在最大压缩应变为60％，凝胶发生滞后作用和的变形，表明水凝胶网络中存在能量耗散，但是在较低的应变(40％，20％)下，CEC/PF/CNT2水凝胶没有出现严重的变形，且在室温下恢复7小时后，CEC/PF/CN2水凝胶的恢复应力达到约85％的恢复率，表明它们具有很好的弹性以及自恢复性能。
图6(a)至图6(c)为实施例1～5制得水凝胶的扫描电子显微镜图片(SEM)孔径统计图，可以观察到显示出CEC/PF/CNT水凝胶的均匀且相互连接的微观结构。溶胀前的CEC/PF/CNT水凝胶显示出较小的孔径，其中，CEC/PF/CNT1，CEC/PF/CNT2，CEC/PF/CNT3，CEC/PF/CNT4，CEC/PF/CNT0其水凝胶样品的直径分别约为74.0μm，68.7μm，67.8μm，66.1μm和81.7μm。溶胀后，水凝胶CEC/PF/CNT1，CEC/PF/CNT2，CEC/PF/CNT3，CEC/PF/CNT4，CEC/PF/CNT0的直径分别约为129.7μm,120.6μm,118.7μm,and 107.2μm和138.7μm。因此，该系列水凝胶拥有良好的多孔结构，有利于负载的药物小分子从孔中扩散。
图7(a)和图7(b)是用流变恢复测试对水凝胶进行的自愈合性能的测试，包括存储模量，耗损模量-应力曲线和存储模量，耗损模量-时间曲线。选择实施例2制备的水凝胶样品CEC/PF/CNT2加以说明。发现该水凝胶样品在施加外力304.63％时达到该凝胶的胶状和溶液状的临界位点，如图7(a)。当给其施加600％的应变力，水凝胶的存储模量低于其耗损模量，水凝胶结构坍塌，而当应变力减少至1％时，水凝胶的存储模量又迅速回升，水凝胶结构又恢复正常，如此反复改变外力5次，水凝胶依旧可以表现出良好的自愈合性能，说明该水凝胶的自愈合性能稳定且优良，如图7(b)。
图8为实施例1～5制得水凝胶CEC/PF/CNT电导率的测试。水凝胶CEC/PF/CNT1，CEC/PF/CNT2，CEC/PF/CNT3，CEC/PF/CNT4，CEC/PF/CNT0的电导率分别约为1.86×10-3，2.61×10-3，5.93×10-3，8.45×10-3和1.38×10-3西门子/米。因此，该系列水凝胶拥有良好的电导率，且随着碳纳米管含量增加，电导率增加。
图9为实施例1～5制得水凝胶的粘粘强度的测试，水凝胶CEC/PF/CNT1，CEC/PF/CNT2，CEC/PF/CNT3，CEC/PF/CNT4，CEC/PF/CNT0的粘粘强度分别约为4.8kPa，5.4kPa，7.7kPa，8.5kPa和3.6kPa.通过增加碳纳米管的含量，水凝胶的粘合强度逐渐增强。这些水凝胶表现出理想的粘合强度，与商用纤维蛋白胶粘合剂
Figure BDA0002425153210000171
(约5kPa)保持相当的强度。因此，该系列水凝胶表现出良好的粘合性能。
图10为实施例1～5制得水凝胶的杨氏模量的测试，水凝胶CEC/PF/CNT1，CEC/PF/CNT2，CEC/PF/CNT3，CEC/PF/CNT4，CEC/PF/CNT0的杨氏模量分别约为6.3kPa，6.6Pa，7.1kPa，8.3kPa和5.1kPa.通过增加碳纳米管的含量，水凝胶的杨氏逐渐增强。CEC/PF/CNT水凝胶的杨氏模量与人体皮肤组织相当，并且高于其他基于氢键的水凝胶(1.66±0.47kPa)。
图11为实施例1～5制得水凝胶的近红外光热效应的测试，通过温度变化—近红外光(808nm)辐射时间曲线的模式来测量。图中可以看出，固定近红外光的功率为1.4W/cm2，随着碳纳米管含量的逐渐增加，水凝胶的温度变化(ΔT)逐渐从16℃升到22℃。当碳纳米管含量达到4mg/mL时，ΔT即可达到最高22.5℃。
图12(a)至图12(b)为实施例1～5制得水凝胶对金黄色葡萄球菌(a)和大肠杆菌(b)光热杀伤率的统计。通过计算照射不同时间近红外808nm(1.4W/cm2)下108CFU/mL细菌的杀死量的对数来进行测量。该测试以CEC/PF/CNT2和PBS为例进行研究。图12(a)和图12(b)可以看出当近红外光照时间逐渐从0min增加到10min时，CEC/PF/CNT2水凝胶的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌杀死量不断增加，且当照射时间1
Figure BDA0002425153210000172
F127 min时可以杀死全部细菌。PBS对照组在不同时间照射下细菌杀死量保持不变。因此，可以说明CEC/PF/CNT2水凝胶可以通过碳纳米管的光热效应极显著的提高抗菌性能。
图(13)实施例6制得水凝胶Mox-CEC/PF/CNT2抗菌性能测试。从图13(a)中可以看出，弱酸性环境下(pH＝6.0)莫西沙星盐酸盐的累积释放率远高于pH＝7.4的弱碱性环境，该结果表明该水凝胶拥有良好的pH响应性能，在弱酸性皮肤环境下，该水凝胶不仅可以达到药物缓释的效果同时又可以达到一个有效的药物释放率，从而达到良好的治疗效果。图13(b)显示负载莫西沙星盐酸盐的水凝胶具有高效且持久的抑菌性能，Mox-CEC/PF/CNT2组的ZOI对金黄色葡萄球菌持续8天，对大肠杆菌持续9天。因此，可以说明载药CEC/PF/CNT2水凝胶的良好抗菌活性。图13(c)表明含有碳纳米管的水凝胶的体内光热抗菌效果于抗生素莫西沙星盐酸盐接近，且均具有高效地体内抑菌率。
图(14)为实施例1～5制得水凝胶的生物相容性评估测试。图14(a)显示出该系列凝胶均具有良好的血液相容性，且溶血率均低于2％。图14(b)为成纤维细胞(L929)在CEC/PF/CNT水凝胶表面的细胞粘附和存活的数目统计。图中展示的实施例1～5中的CEC/PF/CNT1，CEC/PF/CNT2，CEC/PF/CNT3，CEC/PF/CNT4，CEC/PF/CNT0的细胞数据统计。从图14(b)中可以看出，成纤维细胞在与水凝胶CEC/PF/CNT共同培养细胞的24小时之后，所有水凝胶组的细胞存活率良好(存活率均大于85％)，与对照组没有显著性差异，显示出良好较强的生物相容性，可以作为良好的生物医疗材料。
图(15)为实施例2制得水凝胶的止血性能评估测试。图15(a)表明，在小鼠肝脏扎孔模型中，对照组小鼠肝脏释放的血液量接近432.5±59.1mg，而CEC/PF/CNT2水凝胶组小鼠的出血量为143.9±60.3mg，且存在极显著差异(P<0.01)。图15(b)表明，在小鼠肝脏划口模型中，对照组小鼠肝脏释放的血液量接近598±66.4mg，而CEC/PF/CNT2水凝胶组小鼠的出血量为207±19.3mg，且存在极显著差异(P<0.01)。图15(c)表明，在小鼠短尾模型中，对照组小鼠肝脏释放的血液量接近140±39.7mg，而CEC/PF/CNT2水凝胶组小鼠的出血量为30±4.0mg，且存在极显著差异(P<0.01)。这表明水凝胶具有良好的体内止血性能。
图(16)为本发明制得的水凝胶敷料CEC/PF/CNT0，CEC/PF/CNT2，负载莫西沙星盐酸盐组(Mox-CEC/PF/CNT2)，光热处理组(NIR-CEC/PF/CNT2)和商用敷料(TegadermTM)分别在第3天，第7天和第14天的伤口收缩面积统计。第3天时，各组的伤口面积均有所减少，而Mox-CEC/PF/CNT2和NIR-CEC/PF/CNT2组创面收缩面积最大,分别约为40％和35％，说明其对伤口愈合的促进作用较快。第7天，Mox-CEC/PF/CNT2和NIR-CEC/PF/CNT2组均显示出比对照组和水凝胶组更好的治疗效果。创面收缩面积分别达到89％和86％。在第14天，除了Mox-CEC/PF/CNT2和NIR-CEC/PF/CNT2组外，其余组都表现出极小的伤口剩余面积。因此，Mox-CEC/PF/CNT2和NIR-CEC/PF/CNT2水凝胶组显示出比对照组和水凝胶组更好的伤口愈合效果。此外，Mox-CEC/PF/CNT2和NIR-CEC/PF/CNT2水凝胶组在伤口闭合面积统计结果中没有差异性。
图(17)为本发明制得的水凝胶敷料CEC/PF/CNT0，CEC/PF/CNT2，负载莫西沙星盐酸盐组(Mox-CEC/PF/CNT2)，光热处理组(NIR-CEC/PF/CNT2)和商用敷料(TegadermTM)分别在第3天，第7天和第14天的伤口处组织的H&E染色结果。以评估不同阶段的伤口愈合进展。处理3天后，所有的组都表现出不同程度的炎症反应，NIR-CEC/PF/CNT2和Mox-CEC/PF/CNT2组的图像显示，与TegadermTM敷料，CEC/PF/CNT0和CEC/PF/相比，伤口上的炎性细胞更少.且NIR-CEC/PF/CNT2和Mox-CEC/PF/CNT2组的受损区域周围有更多的成纤维细胞。所有组在第7天的炎症细胞减少。出现完整的上皮结构，其中NIR-CEC/PF/CNT2和Mox-CEC/PF/CNT2组表现出更厚的上皮组织，厚度分别为110.6μm和105.6μm。处理14天后，NIR-CEC/PF/CNT2和Mox-CEC/PF/CNT2组显示示出新形成的血管和毛囊数量最多，因此，说明通过本发明制备的拥有良好光热性能的水凝胶通过光热治疗感染全层皮肤伤口的效果与抗生素莫西沙星盐酸盐接近。
图(18)为本发明制得的水凝胶敷料CEC/PF/CNT0，CEC/PF/CNT2，以及商用敷料(TegadermTM),Mox-CEC/PF/CNT2以及光热治疗组(NIR-CEC/PF/CNT2)处理后的肉芽组织厚度统计。如图18所示，经过7天的治疗，商用敷料，CEC/PF/CNT0，CEC/PF/CNT2，Mox-CEC/PF/CNT0及NIR-CEC/PF/CNT2组肉芽组织厚度分别为504μm，559μm，660μm，762μm，和778μm。其中，NIR-CEC/PF/CNT2和Mox-CEC/PF/CNT2组在第7天表现出更厚的肉芽组织，但两组之间没有统计学差异，因此，说明通过本发明制备的拥有良好光热性能的水凝胶通过光热治疗感染全层皮肤伤口的效果与抗生素莫西沙星盐酸盐接近。
图(19)为本发明制得的水凝胶敷料CEC/PF/CNT0，CEC/PF/CNT2，以及商用敷料(TegadermTM),Mox-CEC/PF/CNT2以及光热治疗组(NIR-CEC/PF/CNT2)处理后的第7天创伤再生组织马松染色观察。从图19看出，与含有CNT的水凝胶组相比，商用敷料和CEC/PF/CNT0处理的伤口在第7天的胶原蛋白代谢较少。同时，Mox-CEC/PF/CNT0及NIR-CEC/PF/CNT2组与其他组相比，胶原蛋白水平较高，表明通过使用抗生素莫西沙星盐酸盐或光热治疗可以使肉芽组织中的胶原蛋白沉积提高且效果接近。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述，需要指出的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种导电光热自愈合复合水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，其步骤包括：
S1：通过在壳聚糖上接枝丙烯酸，得到N-羧乙基壳聚糖聚合物；
S2：通过在三嵌段共聚物
Figure FDA0002425153200000011
F127上接枝对羟基苯甲醛，得到醛基封端的
Figure FDA0002425153200000012
F127聚合物(PF127-CHO)；
S3：将醛基封端的
Figure FDA0002425153200000013
F127聚合物配制成溶液后，在该聚合物溶液中加入碳纳米管，冰浴内超声，得到醛基封端的
Figure FDA0002425153200000014
F127/碳纳米管分散液；
S4：将N-羧乙基壳聚糖聚合物配制成溶液，并且与醛基封端的
Figure FDA0002425153200000015
F127/碳纳米管分散液混合，在20-45℃相互交联5～400秒，得到拥有导电、黏附、自愈合、光热、纳米复合水凝胶，其中N-羧乙基壳聚糖和PF127-CHO的质量比为(5～20)：(80～100)。
2.根据权利要求1所述的一种导电光热自愈合复合水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，步骤S1中N-羧乙基壳聚糖聚合物的具体制备步骤包括：
1)将壳聚糖悬浮在去离子水中得到壳聚糖分散液，随后边连续搅拌边逐滴添加丙烯酸，30-80℃温度下搅拌24-96小时得到反应液；
2)在反应液中加入氢氧化钠水溶液将反应液的pH调节至8-12，再将反应液用蒸馏水透析，重复换水3-5天，然后冷冻干燥，得到N-羧乙基壳聚糖聚合物；其中，壳聚糖和丙烯酸的质量比为(2～6)：(1～8)，壳聚糖分散液的浓度为15mg/mL～25mg/mL，氢氧化钠水溶液浓度为0.5mol/L～2mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种导电光热自愈合复合水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，醛基封端的
Figure FDA0002425153200000016
F127聚合物(PF127-CHO)的制备步骤具体包括：
1)将
Figure FDA0002425153200000017
F127聚合物密封在三口瓶中60-90℃下真空干燥5-24小时，随后加入干燥的二氯甲烷，在0℃冰浴下加入干燥的三乙胺，充分搅拌10-60分钟，之后将干燥的甲磺酰氯溶于干燥的二氯甲烷中，将甲磺酰氯溶液滴加入
Figure FDA0002425153200000018
F127溶液，在氮气环境下搅拌10-60分钟，随后在15-40℃下搅拌12-36小时，之后在反应溶液中加入去离子水，并用二氯甲烷进行提纯，重复2-5次，有机相用0.5mol/L-2mol/L盐酸溶液进行洗涤，重复2-4次，再用饱和食盐水洗涤2-4次，之后将有机相用干燥的硫酸钠固体干燥并旋转蒸发，将浓缩的有机相用5～8倍体积的冰乙醚进行沉淀，直至沉淀完全析出，并将该沉淀过程重复1-3次，15-40℃下真空干燥，得到白色中间产物G1；
2)将得到的G1产物溶解至干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，并加入碳酸钾、4-羟基苯甲醛，在氮气保护下，60-90℃搅拌15-60小时，待反应液凉至15-30℃，加入去离子水，并用二氯甲烷进行提纯，重复2-4次，有机相用饱和食盐水洗涤2-4次，之后将有机相用干燥的硫酸钠固体干燥并旋转蒸发，将浓缩的有机相用5～8倍体积的冰乙醚进行沉淀，直至沉淀完全析出，并将该沉淀过程重复1-3次，15-40℃下真空干燥，得到醛基封端的
Figure FDA0002425153200000021
F127聚合物(PF127-CHO)。
4.根据权利要求3所述的一种导电光热自愈合复合水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，上述步骤1)中
Figure FDA0002425153200000022
F127聚合物：三乙胺：甲磺酰氯的质量体积比为：(15～30)g：(1.2～4.5)mL：(0.5～2.5)mL，
Figure FDA0002425153200000023
F127聚合物：二氯甲烷的质量体积比为(15～30)g：(100～300)mL，甲磺酰氯：二氯甲烷溶解液的体积比为(0.5～2.5)mL：(15～50)mL，去离子水：盐酸溶液：饱和食盐水：总二氯甲烷的体积比为(40～220)mL：(25～180)mL：(25～180)mL：(115～350)mL，硫酸钠固体：
Figure FDA0002425153200000024
F127聚合物质量比为(5～25)g：(15～30)g，旋转蒸发得到浓缩的有机相(二氯甲烷)：总二氯甲烷溶液的体积比为(10～100)mL：(115～350)mL。
5.根据权利要求3所述的一种导电光热自愈合复合水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，上述步骤2)中G1产物：碳酸钾：4-羟基苯甲醛的质量比为(15～30)g：(1.8～3.5)g：(0.8～4.0)g，G1产物：N,N-二甲基甲酰胺的质量体积比为(15～30)g：(100～300)mL，去离子水：饱和食盐水：二氯甲烷的体积比为(40～220)mL：(25～180)mL：(115～350)mL，硫酸钠固体：G1产物质量比为(5～25)g：(15～30)g，旋转蒸发得到浓缩的有机相(二氯甲烷)：总二氯甲烷溶液的体积比为(10～100)mL：(115～350)mL。
6.根据权利要求1所述的一种导电光热自愈合复合水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，上述步骤S3中的醛基封端的
Figure FDA0002425153200000025
F127/碳纳米管分散液的制备具体步骤为：将步骤S2得到的醛基封端的
Figure FDA0002425153200000026
F127聚合物配制成溶液后，在该聚合物溶液中加入碳纳米管，冰浴内超声，得到醛基封端的
Figure FDA0002425153200000027
F127/碳纳米管分散液。
7.根据权利要求6所述的一种导电光热自愈合复合水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，上述醛基封端的
Figure FDA0002425153200000031
F127聚合物浓度为20mg/mL～50mg/mL，上述醛基封端的
Figure FDA0002425153200000032
F127聚合物和碳纳米管质量比为(80～120)：(0～10)。
8.根据权利要求1所述的一种导电光热自愈合复合水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，上述步骤S4中N-羧乙基壳聚糖聚合物溶液是用去离子水配制，质量浓度为10～30mg/mL，醛基封端的
Figure FDA0002425153200000033
F127/碳纳米管分散液是用离子水配制，质量浓度为300～500mg/mL，N-羧乙基壳聚糖聚合物：醛基封端的
Figure FDA0002425153200000034
F127/碳纳米管分散液的体积比为(300～600)μL：(100～300)μL。
9.利用权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的一种导电光热自愈合复合水凝胶敷料。
10.如权利要求9所述的导电光热自愈合复合水凝胶敷料，在全层皮肤伤口感染模型中以及其他皮肤伤口愈合中的应用。
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