CN112358646A - 一种荧光水凝胶敷料的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物材料技术领域，公开了一种荧光水凝胶敷料的制备方法及其应用，所述方法具体为：制备碳量子点溶液，制备聚丙烯酰胺凝胶并将其冷冻干燥，干凝胶浸泡在碳量子点溶液中得到含碳量子点的凝胶；将该敷料涂敷于伤口处，可用来反映伤口处的pH状态，实现对伤口愈合状态的实时监测。

Description

一种荧光水凝胶敷料的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及生物材料技术领域，尤其涉及一种含碳量子点的荧光水凝胶敷料的制备方法，以及其在检测伤口感染中的应用。
背景技术
伤口愈合是一个复杂的过程，在伤口愈合的过程中，会受到各种因素的影响，包括体内的生化反应和外界的环境因素。伤口环境中的pH值已被证明对解释伤口状态具有重要意义。一般来说，健康皮肤的pH值为弱酸性，pH值在5～5.5之间；而感染后，由于酶和细菌的存在，伤口周围的pH值会变得偏碱性，在7～9之间。
有越来越多的证据表明，检测非愈合状态或感染状态的伤口表面pH值对预防病情恶化至关重要，对伤口护理中的治疗干预也有帮助。到目前为止，已经构建了各种系统来实现与伤口状态相关的pH值监测，如染料固定化技术、基于微机械的传感器、丝网印刷的pH电位传感器或伏安传感器等。虽然这些基于电化学或比色法制造的缠绕式pH传感器在准确性和灵敏度方面是可以接受的，但这些测试方法在便携性、兼容性和廉价性等方面仍然是不足的。
碳量子点作为新一代荧光纳米材料，由于其良好的水溶性、简单的合成方法、稳定的光致发光性、低毒、环保等优点，引起了人们的广泛关注。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供了一种用于制备荧光水凝胶敷料的方法，将该敷料涂敷于伤口处，可用来反映伤口处的pH状态，实现对伤口愈合状态的实时监测。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了制备该荧光凝胶敷料的方法，具体包括以下步骤：
S1、制备碳量子点溶液；
S2、将丙烯酰胺溶于水，再加入交联剂、引发剂和催化剂，在50～70℃下反应3～7h，得到聚丙烯酰胺凝胶，冷冻干燥，得到聚丙烯胺干凝胶；
S3、经步骤S2中的干凝胶放入等体积的碳量子点溶液中，充分浸泡反应后，得到含碳量子点的聚丙烯酰胺凝胶敷料。
优选的，步骤S1所述碳量子点溶液制备方法为：将葡萄糖和过硫酸铵溶于超纯水中，置于反应釜中并加热至140～160℃，反应10～14h，取出后冷却，使用透析袋透析，得到透明的碳量子点溶液；所述葡萄糖的浓度为1～3mg/ml，所述过硫酸铵的浓度为1～3mg/ml。
优选的，步骤S2中所述丙烯酰胺的浓度为5～10wt％。
优选的，步骤S2所述交联剂为含有多个不饱和键的交联剂；更加优选的，所述交联剂为甲叉双丙烯酰胺，所述甲叉双丙烯酰胺与所述丙烯酰胺的质量比为0.002～0.004:1。
优选的，步骤S2所述引发剂为过硫酸铵或/和过硫酸钾，所述引发剂与所述丙烯酰胺的质量比为0.1～0.2:1。
优选的，步骤S2所述催化剂为四甲基乙二胺，所述催化剂与水的体积比为0.05～0.2:1。
本发明第二发明提供了上述荧光水凝胶敷料在监测伤口pH中的应用。
在上述技术方案中，使用方法具体为：将水凝胶涂覆在伤口处，采用紫外灯照射，观察荧光强度变化。
本发明的有益效果是：本发明先将丙烯酰胺聚合得到聚丙烯酰胺凝胶，然后冷冻干燥后，再置于碳量子点溶液中，使碳量子点进入凝胶网络，凝胶具有三维网状结构，有利于细胞的粘附和组织的生长。实验证明，本发明提供的水凝胶敷料随着所处环境pH值的减小，荧光逐渐增强，随着pH值的增加，荧光强度逐渐减弱。基于伤口处pH的变化，通过紫外光激发，可以实时监测伤口处pH的变化，实现简单可视化监测。
附图说明
图1为本发明制备的荧光水凝胶敷料的使用方法参考图；
图2为本发明制备的荧光水凝胶敷料的荧光强度随pH变化图；
图3为本发明制备的荧光水凝胶的不同pH下的紫外灯照射示意图；
图4为本发明制备的荧光水凝胶敷料的力学强度；
图5为本发明实施例所制备的荧光水凝胶敷料的扫描电镜图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
称取0.1g葡萄糖，0.1g过硫酸铵，溶于50mL水中，加入2mL乙二胺，在160℃下反应12h，然后使用500KDa透析袋透析三天，备用。
将100mg丙烯酰胺溶于2ml水，加入0.4mg甲叉双丙烯酰胺，10mg过硫酸铵和0.2ml四甲基乙二胺。在70℃下反应7h，得到聚丙烯酰胺水凝胶。将聚丙烯酰胺水凝胶置于-22℃冰箱冷冻24h，然后置于冷冻干燥机中冷冻干燥72h，得到海绵状的干凝胶。
将干燥后的凝胶浸泡于等体积的碳量子点溶液中，充分反应，使得碳量子点进入凝胶网络中，得到荧光水凝胶敷料。在敷料中，碳量子点通过离子作用存在于凝胶网络中。
对制备的荧光水凝胶敷料及各中间产物分别进行检测，结果如下：
图2为制备的荧光水凝胶的荧光强度随pH的变化图，检测方法具体为：将荧光水凝胶置于不同pH的PBS缓冲液中浸泡10min，模拟伤口pH，然后测量荧光水凝胶的荧光强度。从图片可知，制备的碳量子点溶液随着pH值的增大，荧光强度逐渐减弱。
图3为制备的荧光水凝胶敷料在不同pH下的荧光强度，检测方法具体为：将置于不同pH的缓冲液中浸泡10min后的凝胶置于夹具中，激发波长为360nm，得到荧光水凝胶敷料的荧光强度。由图可知，随着pH增加，荧光水凝胶的荧光强度逐渐降低。
图4为荧光水凝胶敷料的力学强度，检测方法具体为：使用DHR流变仪测定水凝胶的储能模量和损耗模量，将凝胶置于平板夹具上，固定频率为1Hz，振幅为0.1％～10％。有图片可知，水凝胶具有较高的储能模量和损耗模量，具有较好的强度。
图5为制备的荧光水凝胶的扫描电镜图，从图片可知，水凝胶具有微孔结构，易于细胞生长。
使用时，将荧光水凝胶敷料覆盖于伤口处，一段时间后(如10min)，即可使用波长为360nm的紫外灯照射，观察荧光强度；继续敷用，待需要时，使用紫外灯观察荧光强度的变化，通过荧光强弱的变化，可以确定伤口pH变化趋势，进而确定伤口愈合或感染状态，实现伤口pH的实时监测。
实施例2
称取0.15g葡萄糖，0.15g过硫酸铵，溶于50mL水中，加入2mL乙二胺，在145℃下反应13h，然后使用500KDa透析袋透析三天，备用。
将150mg丙烯酰胺溶于2ml水，加入0.5mg甲叉双丙烯酰胺，15mg过硫酸铵和0.2ml四甲基乙二胺。在50℃下反应6h，得到聚丙烯酰胺水凝胶。将聚丙烯酰胺水凝胶置于-22℃冰箱冷冻30h，然后置于冷冻干燥机中冷冻干燥72h，得到海绵状的干凝胶。
将干燥后的凝胶浸泡于等体积的碳量子点溶液中，充分反应，使得碳量子点进入凝胶网络中，得到荧光水凝胶敷料。
对比例1
称取0.1g葡萄糖，0.1g过硫酸铵，溶于50mL水中，加入2mL乙二胺，在160℃下反应12h，然后使用截留分子量为500的透析袋透析三天，稀释50倍备用。
将100mg丙烯酰胺溶于2ml碳量子点溶液，加入0.4mg甲叉双丙烯酰胺，10mg过硫酸铵和0.2ml四甲基乙二胺。在70℃下反应7h，得到聚丙烯酰胺水凝胶。
将对比例1中制备的水凝胶置于不同pH的PBS缓冲液中浸泡10min，使用荧光分光光度计测量水凝胶的荧光强度，发现没有荧光。因此对比例1中制备荧光水凝胶的方法会导致碳量子点猝灭，而实施例中先将聚丙烯凝胶干燥，再用碳量子点溶液浸泡干凝胶，不仅可以保证碳量子点在凝胶中的均匀分布，且不会导致碳量子点猝灭；但是，对于这两种现象的出现，发明人在实验中并未得到确定的原因。碳量子点作为检测伤口pH的关键成分，一旦猝灭，该水凝胶就失去作用，无法进行伤口pH的实时检测。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种荧光水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，所述荧光水凝胶敷料的荧光强度随pH值呈线性变化，并通过以下步骤制备：
S1、制备碳量子点溶液；
S2、将丙烯酰胺溶于水，再加入交联剂、引发剂和催化剂，在50～70℃下反应3～7h，得到聚丙烯酰胺凝胶，将聚丙烯酰胺凝胶冷冻干燥，得到海绵状的干凝胶；
S3、将S2中制备的干凝胶放入碳量子点溶液中，得到含碳量子点的聚丙烯酰胺凝胶。
2.根据权利要求1所述荧光水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，步骤S1所述碳量子点溶液制备方法为：将葡萄糖和过硫酸铵溶于超纯水中，置于反应釜中并加热至140～160℃，反应10～14h，取出后冷却，使用透析袋透析，得到透明的碳量子点溶液；所述葡萄糖的浓度为1～3mg/ml，所述过硫酸铵的浓度为1～3mg/ml。
3.根据权利要求1所述荧光水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述丙烯酰胺的浓度为5～10wt％。
4.根据权利要求3所述荧光水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，步骤S2所述交联剂为甲叉双丙烯酰胺，所述交联剂与所述丙烯酰胺的质量比为0.002～0.004：1。
5.根据权利要求3所述荧光水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，步骤S2所述引发剂为过硫酸铵或/和过硫酸钾，所述引发剂与所述丙烯酰胺的质量比为0.1～0.2:1。
6.根据权利要求1所述荧光水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，步骤S2所述催化剂为四甲基乙二胺，所述催化剂与水的体积比为0.05～0.2:1。
7.权利要求1～6任一权利要求所制备的荧光水凝胶敷料在监测伤口pH中的应用。
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