CN112843327A - 一种pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

一种pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶及其制备方法和应用，属于医用材料技术领域，该pH响应的粘附智能载药水凝胶的制备方法为：含邻位羟基的聚合物被氧化为含醛基的聚合物，与含氨基且具有邻苯二酚结构的分子通过席夫碱反应制备侧链含有邻苯二酚结构小分子的功能聚合物；将此功能聚合物和抗菌纳米材料溶液与含氨基基团的聚合物及适量氧化剂的溶液互相混合，即可快速制备双交联粘附载药水凝胶。通过加入亲水性药物或载药纳米粒子等，赋予其在生物医学上的应用。该载药水凝胶制备过程简单，具有良好的黏附性能，可通过pH响应快速释放药物，并且pH响应后可自然解离，不会对组织造成损伤，具有生物相容性良好的优点。

Description

一种pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶及其制备 方法和应用
技术领域
本发明涉及医用材料技术领域，具体涉及到一种pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
水凝胶具有交联的三维聚合物网络结构，由于其机械和化学性与生物组织相似而被广泛研究。同时，水凝胶的显著柔韧性使其成为有前途的生物医学材料。水凝胶具有许多不同的应用，包括用于分离介质的载体，生物技术转化以及组织工程和药物递送载体等。水凝胶在药物递送方面具有独特优势，不仅可以在病理组织部位持续释放高剂量药物，而且具有微不足道的全身毒性。众所周知，疾病部位微环境非常复杂和多样化，且不同于健康组织。因此，刺激响应性水凝胶因其能根据环境变化而改变形状引起了广泛关注，如活性氧(ROS)，pH，温度，酶，光和超声等。在药物递送中，与传统水凝胶相比，刺激响应性水凝胶可以在疾病部位实现药物的智能局部按需释放。近些年，包括糖尿病感染伤口在内的慢性感染伤口的治疗已成为临床上很重要问题。据卫生保健系统统计，每年将花费超过190亿美元来治疗慢性伤口。水凝胶不仅可以为伤口创造潮湿的环境，吸收伤口部位的多余渗出液，而且能作为药物递送载体来治疗感染伤口。针对疾病部位微环境，设计能够对微环境多重刺激实现准确而快速响应的智能水凝胶具有重要的意义。许多细菌在伤口感染部位生长和代谢过程中产生的乳酸和乙酸伤将导致伤口部位局部酸化(pH 4.5-6.5)。因此，pH响应按需释放药物的水凝胶可以大大提高治疗效率并减少副作用，在伤口治疗方面代表了一种有前途的策略。目前，科学家们正在积极探索新型水凝胶配方来治疗慢性感染伤口，尽管最近的研究已经取得重大进展，然而他们仍然面临众多挑战。例如，在实际应用中，如果水凝胶不能很好地粘附在皮肤组织上，它将很容易从伤口部位脱落，导致治疗效果很差。因此目前已提出了多种超强组织粘附特性的水凝胶作为伤口敷料。这些水凝胶虽然改善了与皮肤组织的粘附强度，但是如何在二次治疗中将伤口部位的水凝胶有效地清除仍然具有较大的挑战。因此，如何将这些满足伤口敷料复杂要求的功能特性整合到单个水凝胶中，即满足可注射、自愈合、智能响应以及能够与组织保持良好的粘附性能且又能在二次手术中自然脱落成为伤口敷料设计亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶及其制备方法和应用，可有效解决现有水凝胶作为伤口敷料时粘附性弱导致的水凝胶无法长期滞留在伤口为其提供治疗，同时也解决了粘附性强导致的手术二次损伤的问题，同时本发明提供的水凝胶配方制备过程简单以及成本低。
为达上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：用含邻位羟基的聚合物和氧化剂反应制得含有醛基的聚合物；
步骤(2)：将步骤(1)制备含有醛基的聚合物与含氨基且具有邻苯二酚结构的化合物反应制备侧链含有邻苯二酚结构的功能聚合物；
步骤(3)：抗菌纳米材料的制备；
步骤(4)：将抗菌纳米材料、亲水性药物或载药胶束和步骤(2)中制得的功能聚合物溶液与含氨基的聚合物和氧化剂溶液混合均匀，制得水凝胶。
进一步地，步骤(1)中的具体反应过程为：将含邻位羟基的聚合物溶解得含邻位羟基的聚合物溶液，向该溶液中加入氧化剂，于30-40℃条件下反应4-8小时后在去离子水中透析，然后再进行冷冻干燥得纯化，制得含有醛基基团的聚合物；其中，邻位羟基的聚合物和氧化剂的质量比为1.25-2:1。
进一步地，步骤(1)中的具体反应过程为：将含邻位羟基的聚合物溶解于水中，得含邻位羟基的聚合物溶液，向该聚合物溶液中加入氧化剂，于37℃条件下反应6小时后在去离子水中透析3天，然后再进行冷冻干燥得纯化的含有醛基基团的聚合物；其中，邻位羟基的聚合物和氧化剂的质量比为5:4。
进一步地，步骤(1)中含邻位羟基的聚合物为葡聚糖、海藻酸钠、透明质酸、甲基纤维素或其改性产物。
进一步地，步骤(1)中氧化剂为高碘酸钠。
进一步地，步骤(2)中的具体反应过程为：将步骤(1)制得的含醛基的聚合物溶解得含醛基的聚合物溶液，向该溶液中加入含氨基且具有邻苯二酚结构的化合物，于30-40℃和惰性气体保护条件下反应8-16小时后在去离子水中透析，然后再进行冷冻干燥得纯化的侧链含有邻苯二酚结构的功能聚合物；其中，含醛基的聚合物和含氨基且具有邻苯二酚结构的化合物的质量比为0.8-1:1。
进一步地，步骤(2)中的具体反应过程为：将步骤(1)制得的含醛基的聚合物溶解于水中，得含醛基的聚合物溶液，向该溶液中加入含氨基且具有邻苯二酚结构的化合物，于37℃和惰性气体保护条件下反应12小时后在去离子水中透析3天，然后再进行冷冻干燥得纯化的侧链含有邻苯二酚结构的功能聚合物；其中，含醛基的聚合物和含氨基且具有邻苯二酚结构的化合物的质量比为1:1。
进一步地，步骤(2)中含氨基且具有邻苯二酚结构的化合物为3,4二羟基苯甲胺氢溴酸盐、多巴胺或4-(3-氨基丙基)苯-1,2-二醇。
进一步地，步骤(3)中的抗菌纳米材料为金属氧化物、银纳米颗粒、银纳米簇、银纳米棒、银纳米星或银纳米片。
进一步地，步骤(3)中的抗菌纳米材料为包括但不限于氧化锌、氧化铜或三氧化二铁。
进一步地，步骤(4)中的具体反应过程为：将亲水性药物或载药纳米胶束、抗菌纳米材料和步骤(2)中制得的功能聚合物溶解于水中得到溶液A；其中，功能聚合物的质量浓度为2～10％w/v，亲水性药物或载药纳米胶束和抗菌纳米材料的质量浓度分别为100～300ug/mL和50～150ug/mL；将含氨基的聚合物和氧化剂溶解于水中得到溶液B；其中，含氨基的聚合物的质量浓度为1～5％w/v，氧化剂的摩尔浓度为5～15mM；然后将溶液A和溶液B混合均匀，即可制得载药水凝胶。
进一步地，步骤(4)中的具体反应过程为：将亲水性药物或载药纳米胶束、抗菌纳米材料和步骤(2)中制得的功能聚合物溶解于水中得到溶液A；其中，功能聚合物的质量浓度为5％w/v，亲水性药物或载药纳米胶束和抗菌纳米材料的质量浓度分别为200ug/mL和100ug/mL；将含氨基的聚合物和氧化剂溶解于水中得到溶液B；其中，含氨基的聚合物的质量浓度为3％w/v，氧化剂的摩尔浓度为10mM；然后将溶液A和溶液B混合均匀，即可制得载药水凝胶。
进一步地，步骤(4)中亲水性药物为抗生素、生长因子、基因药物、人源重组胶原或促血管生成药物；其中，优选为万古霉素、庆大霉素、阿米卡星、bFGF(碱性成纤维细胞生长因子)、VEGF(血管内皮生长因子)质粒、人源重组I型胶原蛋白、人源重组III型胶原蛋白或去铁胺(DFO)。
进一步地，步骤(4)中的载药纳米胶束的具体制备过程为：将两亲性聚合物和疏水性药物完全溶解于溶剂中，在持续搅拌条件下向其中缓慢滴加去离子水，搅拌2-4小时，在去离子水中透析后制得载药纳米胶束；其中，两亲性聚合物和疏水性药物的质量比为5-7:1。
进一步地，载药纳米胶束制备过程中疏水药物为抗炎药、促细胞增殖药或促细胞迁移药；其中，优选为萘普生、舒瑞伐他汀、姜黄素、MMP-9激动剂吡唑啉酮衍生物。
进一步地，载药纳米胶束制备过程中的溶剂为DMSO、DMF、甲醇或丙酮。
进一步地，载药纳米胶束制备过程中两亲性聚合物制备过程为：将亲水性聚合物和疏水分子在室温条件下完全溶解于二甲基亚砜中，并向其中加入N,N'-二环己基碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶，连续搅拌45-50小时，将混合物在水中透析2-3天，最后进行冻干备用；其中，亲水性聚合物、疏水分子、N,N'-二环己基碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶的质量比为4-6:3-5:2-4:1。
进一步地，两亲性聚合物的制备过程中亲水性聚合物为透明质酸、海藻酸钠、葡聚糖、壳聚糖、羧甲基纤维素钠、聚乙二醇、聚赖氨酸或聚乙烯亚胺；疏水性分子为胆固醇、对醛基苯甲酸、对羟基甲基苯甲醛、聚乳酸、磷脂或疏水性多肽。
进一步地，步骤(4)中含氨基的聚合物包括但不限于聚赖氨酸、聚乙烯亚胺、季铵盐壳聚糖或羧甲基壳聚糖。
进一步地，步骤(4)中氧化剂为高碘酸钠、过氧化氢酶或辣根过氧化物酶。
本发明还提供上述的制备方法制得的pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶。
本发明还提供上述的pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶在制备或用作伤口敷料中的应用。
本发明所产生的有益效果为：
1、本发明中的载药水凝胶具有双重交联机制，一是形成席夫碱结构，二是邻苯二酚-邻苯二酚加合物的生成；
2、本发明的载药水凝胶制备过程简单，双交联机制使水凝胶具有优越的流变学性能和对皮肤组织具有良好的粘附性能，同时具有自愈合、可注射等多种动态功能；
3、本发明的载药水凝胶具有双重pH响应机制，在慢性感染伤口可快速响应并释放出药物。一是含氨基且具有邻苯二酚结构的化合物与聚合物之间的席夫碱键，如多巴胺与聚合物之间的席夫碱键，二是侧链含有邻苯二酚结构的功能聚合物与带氨基基团聚合物之间的席夫碱键，如多巴胺修饰聚合物与带氨基基团聚合物之间的席夫碱键；
4、本发明的载药水凝胶具有的pH响应性使其能在伤口部位自然脱落，不会造成二次损伤；
5、本发明的载药水凝胶具有良好的细胞和血液相容性，在体内无不良反应。
附图说明
图1是本发明实施例1中OD、DA和OD-DA的核磁氢谱图；
图2是本发明实施例1中OD、DA和OD-DA紫外可见光谱图；
图3是本发明实验例中银纳米颗粒的透射电镜图；
图4是本发明实验例中水凝胶的凝胶图像；
图5是本发明实验例中水凝胶的频率扫描测试结果图；
图6是本发明实验例中水凝胶的可注射性结果图；
图7是本发明实验例中水凝胶的自愈合结果图；
图8是本发明实验例中水凝胶的交替阶跃应变扫描实验图；
图9是本发明实验例中水凝胶对猪皮的粘附强度结果图；
图10是本发明实验例中水凝胶粘附各种材料和组织的图像；
图11是本发明实验例中水凝胶的pH响应行为；
图12是本发明实验例中水凝胶AgNPs在48h内的释放曲线；
图13是本发明实验例中水凝胶DFO在48h内的释放曲线；
图14是本发明实验例中金黄色葡萄球菌在12h和24h的存活率结果图；
图15是本发明实验例中大肠杆菌在12h和24h的存活率结果；
图16是本发明实验例中在不同水凝胶处理后金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的琼脂平板菌落图；
图17是本发明实验例中不同水凝胶处理后的L929细胞在24,48和72小时的细胞存活率结果图；
图18是本发明实验例中不同水凝胶处理后的红细胞溶血率结果图；
图19是本发明实验例中水凝胶处理后L929细胞不同时间的创面划痕实验图；
图20是本发明实验例中细胞创面划痕面积定量数据结果图；
图21是本发明实验例中HIF-1α和VEGF蛋白表达水平结果图；
图22是本发明实验例中不同时间点伤口愈合图；
图23是本发明实验例中不同水凝胶处理组在14天内的伤口闭合率结果图；
图24是本发明实验例中7d和14d创面H&E染色和Masson染色图；
图25是本发明实验例中pH响应的智能载药水凝胶的制备过程和促进伤口愈合机制图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下实施例中，基体以外的化学试剂除特别声明的外均为化学纯。
实施例1
一种pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶的制备方法，其反应方程式及制备步骤如下：
Figure BDA0002912121070000051
(1)氧化葡聚糖聚合物(OD)的合成
准确称取葡聚糖(10.00g)溶于200mL的去离子水中，向其中加入8.00g的高碘酸钠。然后，在37℃条件下搅拌6h，加入3mL的乙二醇搅拌2h终止反应。最后在去离子水中(pH7.4)透析3天，3天后用冻干机对其进行冷冻干燥，得到纯化得含有醛基的聚合物OD；
(2)多巴胺修饰氧化葡聚糖聚合物(OD-DA)的合成
将OD(3.00g)和多巴胺(DA，3.00g)在37℃和氮气保护条件下完全溶解于去离子水(50mL)中，在37℃条件下连续搅拌12h；然后将混合物在水中透析3天，最后将成品进行冻干得到侧链含有邻苯二酚结构的功能聚合物OD-DA；
(3)抗菌材料银纳米颗粒的制备
将新鲜制备的硼氢化钠(NaBH4,2.00mM)与柠檬酸三钠(TSC,4.28mM)水溶液混合，在黑暗环境中剧烈搅拌加热至60℃。30min后，逐滴加入2mL AgNO3(1.00mM)溶液，然后温度又升高到90℃，并将溶液的pH值调整到10.5，搅拌25分钟后，混合物溶液在室温下缓慢冷却。最后,将混合液以12000rpm/min的速度离心15分钟，沉淀即为银纳米颗粒(AgNPs)，并将其重分散于去离子水中，以备将来使用；
(4)水凝胶的制备
在PBS(pH 8.5)中制备5％(w/v)的OD-DA溶液，与等体积含高碘酸钠(10mM)的3％壳聚糖季铵盐溶液混合，水凝胶迅速形成，用PBS(pH 7.4)冲洗以去除残留的高碘酸钠。为了制备载药水凝胶，将包含AgNPs(100μg/mL)和去铁胺(200μg/mL)的OD-DA(5％w/v)溶液A与等体积含高碘酸钠(10mM)的3％季铵盐壳聚糖溶液B混合，载药水凝胶可立即制备。
实施例2
一种pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶的制备方法，制备步骤如下：
(1)氧化甲基纤维素聚合物的合成
精密称取甲基纤维素(10.00g)溶于200mL的去离子水中，向其中加入8.00g的高碘酸钠。然后，在37℃条件下搅拌6h，加入3mL的乙二醇搅拌2h终止反应。最后在去离子水中(pH7.4)透析3天，3天后用冻干机对其进行冷冻干燥，得到纯化的氧化甲基纤维素聚合物；
(2)多巴胺修饰氧化甲基纤维素聚合物的合成
将氧化甲基纤维素聚合物(3.00g)和多巴胺(DA，3.00g)在37℃和氮气保护条件下完全溶解于去离子水(50mL)中，在37℃条件下连续搅拌12h；然后将混合物在水中透析3天，最后将成品进行冻干得到多巴胺修饰氧化甲基纤维素聚合物；
(3)抗菌材料介孔氧化锌的制备
将50mM Zn(NO3)2·6H2O(六水合硝酸锌)和25mM HMT(六亚甲基四胺)溶解在100mL去离子水中，在密封条件下搅拌10分钟。在65℃的水浴中加热15分钟后，将0.14g Na3C6H5O7(柠檬酸钠)、0.1g HPMC(羟丙基甲基纤维素)和0.025g碳添加到上述溶液中，并将其放在85℃水浴条件下保持10h。然后将混合物用无水乙醇洗涤两次，并用水洗涤两次，进行微波辐射15分钟(850瓦)，在-80℃冷冻后，冷冻干燥12小时，最终获得氧化锌(ZnO)粉末。
(4)水凝胶的制备
在PBS(pH 8.5)中制备多巴胺修饰氧化甲基纤维素聚合物溶液，与含高碘酸钠氧化剂的羧甲基壳聚糖溶液混合，水凝胶迅速形成，用PBS(pH 7.4)冲洗以去除残留的氧化剂。为了准备载药水凝胶，将包含ZnO和去铁胺(200μg/mL)的多巴胺修饰氧化甲基纤维素聚合物溶液A与等体积含高碘酸钠(10mM)的羧甲基壳聚糖溶液B混合，载药水凝胶可立即制备；其中，功能聚合物的质量浓度为5％w/v，亲水性药物或载药纳米胶束和抗菌纳米材料ZnO的质量浓度分别为200ug/mL和100ug/mL。
实施例3
一种pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶的制备方法，制备步骤如下：
(1)氧化透明质酸聚合物的合成
精密称取透明质酸(10.00g)溶于200mL的去离子水中，向其中加入8.00g的高碘酸钠。然后，在37℃条件下搅拌6h，加入3mL的乙二醇搅拌2h终止反应。最后在去离子水中(pH＝7.4)透析3天，3天后用冻干机对其进行冷冻干燥，得到纯化的氧化透明质酸聚合物；
(2)多巴胺修饰氧化透明质酸聚合物的合成
将氧化透明质酸聚合物(3.00g)和多巴胺(DA，3.00g)在37℃和氮气保护条件下完全溶解于去离子水(50mL)中，在37℃条件下连续搅拌12h；然后将混合物在水中透析3天，最后将成品进行冻干得到多巴胺修饰氧化透明质酸聚合物；
(3)抗菌材料纳米氧化铜的制备
精密称取1g Cu(CH3COO)2·H2O溶解在250mL含1g PVP的无水乙醇中，在500mL三口烧瓶内超声20min。随后将三口烧瓶置于恒温水浴锅中，进行加热搅拌，当温度升至80℃时，向反应液中缓慢滴加12.5mL去离子水，反应15min，再滴加17.5mL 0.2mol/L的无水碳酸钠溶液，反应15min后，进行冷却，陈化，离心，洗涤，真空干燥。
(4)水凝胶的制备
在PBS(pH 8.5)中制备多巴胺修饰氧化透明质酸聚合物溶液，与含过氧化氢氧化剂的聚赖氨酸溶液混合，水凝胶迅速形成，用PBS(pH 7.4)冲洗以去除残留的氧化剂。为了准备载药水凝胶，将包含氧化铜和去铁胺(200μg/mL)的多巴胺修饰氧化透明质酸聚合物溶液A与含辣根过氧化物酶氧化剂(10mM)的聚赖氨酸溶液B混合，载药水凝胶可立即制备。
实施例4
一种pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶的制备方法，制备步骤如下：
(1)氧化海藻酸钠聚合物的合成
精密称取海藻酸钠(10.00g)溶于200mL的去离子水中，向其中加入8.00g的高碘酸钠。然后，在37℃条件下搅拌6h，加入3mL的乙二醇搅拌2h终止反应。最后在去离子水中(pH7.4)透析3天，3天后用冻干机对其进行冷冻干燥，得到纯化的氧化海藻酸钠聚合物；
(2)多巴胺修饰氧化海藻酸钠聚合物的合成
将氧化海藻酸钠聚合物(3.00g)和多巴胺(DA，3.00g)在37℃和氮气保护条件下完全溶解于去离子水(50mL)中，在37℃条件下连续搅拌12h；然后将混合物在水中透析3天，最后将成品进行冻干得到多巴胺修饰氧化海藻酸钠聚合物；
(3)抗菌材料银纳米簇的制备
将制备的GSH(300μL,50mM)和AgNO3(250μL,20mM)的水溶液在4.45mL的去离子水中剧烈搅拌混合。可立即观察到白色沉淀形成，表明GSH-Ag(I)配合物形成，然后加入一定量的NaOH溶液(180μL,0.1M)，将溶液pH调至6.1，几秒钟内白色沉淀溶解，反应溶液变清。将反应溶液加热至175℃，维持约5h，然后在4℃孵育过夜，制备银纳米簇。
(4)水凝胶的制备
在PBS(pH 8.5)中制备多巴胺修饰氧化海藻酸钠聚合物溶液，与含氧化剂(高碘酸钠或过氧化氢中一种)的聚乙烯亚胺溶液混合，水凝胶迅速形成，用PBS(pH 7.4)冲洗以去除残留的氧化剂。为了准备载药水凝胶，将包含银纳米簇和去铁胺(200μg/mL)的多巴胺修饰氧化海藻酸钠聚合物溶液A与等体积高碘酸钠(10mM)的聚乙烯亚胺溶液B混合，载药水凝胶可立即制备。
实施例5
一种pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶的制备方法，制备步骤如下：
(1)氧化甲基纤维素聚合物的合成
精密称取甲基纤维素(10.00g)溶于200mL的去离子水中，向其中加入8.00g的高碘酸钠。然后，在37℃条件下搅拌6h，加入3mL的乙二醇搅拌2h终止反应。最后在去离子水中(pH7.4)透析3天，3天后用冻干机对其进行冷冻干燥，得到纯化的氧化甲基纤维素聚合物；
(2)多巴胺修饰氧化甲基纤维素聚合物的合成
将氧化甲基纤维素聚合物(3.00g)和多巴胺(DA，3.00g)在37℃和氮气保护条件下完全溶解于去离子水(50mL)中，在37℃条件下连续搅拌12h；然后将混合物在水中透析3天，最后将成品进行冻干得到多巴胺修饰氧化甲基纤维素聚合物；
(3)两亲性药物载体
两亲性载体可直接选用由公司购买的二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇2000共聚物(DSPE-PEG2000)或聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)。
(4)载药胶束的制备
将10mg DSPE-PEG(或PLGA)和疏水性药物(抗炎药、促细胞增殖、迁移药中一种，1mg)溶于DMSO(10mL)中，然后在缓慢搅拌的情况下，将其逐滴加入到10mL水中，最终，混合物在水中透析2天，制得；
(5)水凝胶的制备
将多巴胺修饰氧化甲基纤维素聚合物溶在纳米空白胶束溶液中，与含氧化剂(高碘酸钠或过氧化氢中一种)的季铵盐壳聚糖溶液混合，水凝胶迅速形成，用PBS(pH 7.4)冲洗以去除残留的氧化剂。为了准备载药水凝胶，将亲水性药物(抗生素、生长因子、基因药物、人源重组胶原中的一种)和多巴胺修饰氧化甲基纤维素聚合物溶解在纳米载药胶束溶液中，与等含适量氧化剂的季铵盐壳聚糖溶液混合，载药水凝胶可立即制备；其中，各组分用量与实施例1相同。
试验例
以实施例1中制得的物质为例，进行检测，具体操作过程及结果如下：
一、对步骤(1)和(2)中制得的OD-DA进行检测，具体结果见图1和图2，如图1所示，OD-DA聚合物的1H NMR谱上存在多巴胺亚甲基质子峰(δ3.1和2.7ppm)和芳香质子峰(δ～6.8ppm)，证明OD-DA聚合物的成功制备。如图2所示，通过检测OD-DA的紫外吸收，OD-DA的紫外可见光吸收光谱也与DA具有较高的相似性；在280nm处出现了一个单一峰，证明了OD-DA聚合物中的DA未被氧化。其中，图1中从上至下依次为OD-DA、DA和OD的核磁氢谱检测结果，图2中从上至下依次为OD-DA、DA和OD的紫外吸收检测结果。
二、对步骤(3)中制得的银纳米颗粒进行TEM形貌检测，如图3所示，TEM结果表明银纳米颗粒为均一的球形结构，粒径约为10nm，证明银纳米颗粒的成功制备；
以下实验图例，如无特殊说明，水凝胶组1-4组分别代表以下组合：水凝胶组1(Hydrogel 1)：空白水凝胶；水凝胶组2(Hydrogel 2)：装载银纳米颗粒的水凝胶；水凝胶组3(Hydrogel 3)：装载药物去铁胺的水凝胶；水凝胶组4(Hydrogel 4)：装载银纳米颗粒和药物去铁胺的水凝胶。
三、对步骤(4)制得的水凝胶进行检测，用MCR302型流变仪对水凝胶的流变性能进行了测试。37℃条件下采用了间隙为4mm的双同心圆柱几何结构进行稳态剪切流动。频率扫描用1％应变和从0.1到100rad/s的振荡频率。应变扫描的振荡频率为1Hz，应变为0.01～100％。在自愈合实验中，采用交替阶跃应变扫描实验(小应变：200％，30s和小应变：1％，30s)。具体见图4-图8。图4为水凝胶的制备图；图5为水凝胶的频率扫描图，水凝胶的储能模量(G’)大于损耗模量(G”)，证明了水凝胶的成功制备；图6为水凝胶的可注射性图，水凝胶能从1mL注射器里被注射成水凝胶英文字母“HYDROGEL”,证明了水凝胶具有可注射性；图7为水凝胶的自愈合图，原来的水凝胶被切成两半。然后，将水凝胶的破裂处重新紧贴，并保持接触10分钟。然后用镊子夹起水凝胶，实验结果表明修复后的水凝胶的结构强度可以承受自身重量而不开裂，这说明合成的水凝胶具有快速的自我修复过程，证明了制备的水凝胶具有很强的自愈合性能；图8为水凝胶的交替阶跃应变扫描结果图，结果表明水凝胶结构再被破坏两次后，水凝胶仍有96.2％的储能模量恢复，证明了水凝胶具有很强的自修复性能；其中，图5中左侧(a)中从上至下依次为水凝胶组1(G’,G”)和水凝胶组4(G’,G”)，右侧(b)中从上至下依次为水凝胶组2(G’,G”)和水凝胶组3(G’,G”)，其中，G’代表储能模量，G”代表损耗模量；图8左侧(a)中1％区域内从上至下依次为水凝胶组1(G’)、水凝胶组4(G’)、水凝胶组1(G”)和水凝胶组4(G”)，左侧(a)中200％所示区域内从上至下依次为水凝胶组1(G”)、水凝胶组4(G”)、水凝胶组4(G’)和水凝胶组1(G’)，右侧(b)中1％所示区域内从上至下依次为水凝胶组3(G’)、水凝胶组2(G’)、水凝胶组2(G”)和水凝胶组3(G”)，右侧(b)中200％所示区域内从上至下依次为水凝胶组3(G”)、水凝胶组2(G”)、水凝胶组2(G’)和水凝胶组3(G’)；其中，G’代表储能模量，G”代表损耗模量。
四、对制得的水凝胶的粘附性能进行检测，通过搭载剪切试验研究了水凝胶的粘接性能。根据ASTM F2255-05标准，将猪皮片(1.5cm×4cm)在PBS中漂洗1h，涂上5％(w/v)OD-DA溶液(200μL，pH＝8.5)。将200μL含高碘酸钠(10mM)的壳聚糖季铵盐溶液(3％，w/v)涂于另一块猪皮肤表面。两片皮肤立即放置在一起(粘合区域：1.5×1cm2)，在200克的重量下使两片皮肤上的水凝胶保持接触6分钟，其他水凝胶样品的制备也遵循同样的步骤程序。然后测试样品的拉伸剪切强度。测试是在一台带有10N的测压元件的万能测试机上进行的，拉伸速度为10mm/min。所有测试重复三次。图9为水凝胶对猪皮的粘附强度，结果表明水凝胶对猪皮组织的粘附强度约为10kpa。图10表明水凝胶可以粘附在各种材料表面，如不锈钢、橡胶、玻璃和聚丙烯等。同时，水凝胶可以长时间粘在手指上，也可以粘在肘关节内侧。最后，水凝胶对包括心脏、肝脏、脾脏、肺和肾脏在内的器官组织表现出牢固的黏附性能。以上结果表明，水凝胶具有良好的粘附性能。
五、水凝胶对pH的响应检测
水凝胶制备成功之后，将水凝胶处于pH 5.0的PBS溶液里，六小时后对水凝胶拍照。结果如图11所示，水凝胶在酸性环境下处理六小时后，水凝胶由凝胶状态变为溶胶状态，证明水凝胶具有pH响应性。
六、水凝胶中药物的释放检测
精确称取0.2g的水凝胶浸泡在pH 7.4或pH 5.0的磷酸缓冲盐溶液(PBS)中，通过在0，1,3,6,12,24,48小时的预定时间内收集外部PBS缓冲液定量测定药物释放量，如图12和13所示，银纳米颗粒和药物去铁胺在pH 5.0情况下快速释放。在PBS(pH 7.4)，Ag+的累积释放量在48h约为20％，然而在PBS(pH 5.0)，Ag+的释放速率明显更高，在48h Ag+的累积释放率为83.9％。如图13所示，DFO在pH 5.0下释放速度更快，在48h，DFO的累积释放率超过90％，而在pH 7.4时释放的DFO不足30％。以上实验结果证明，水凝胶在酸性条件下可以快速释放药物；其中，图12中从上至下依次代表PBS中pH为5.0(PBS 5.0)和PBS中pH为7.4(PBS7.4)的测试结果；图13中从上至下依次代表PBS中pH为5.0(PBS 5.0)和PBS中pH为7.4(PBS7.4)的测试结果。
七、水凝胶的抗菌性能检测
采用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌对水凝胶进行抗菌效果评价。将1mL细菌(1×106CFU/mL)和不同的水凝胶样品在24孔板中共培养12h，然后将细菌悬浮液涂在LB固体上培养基，37℃培养12h。同时在OD600 nm处检测细菌悬浮液的浓度。活死细菌染色实验采用SYTO 9和碘化丙啶在黑暗条件下染色15min，然后采用激光共聚焦扫描显微镜(CLSM,ex:488nm；em:536nm)来拍摄细菌的荧光图像。活菌/死菌的比例为用ImageJ软件计算。结果如图14和15所示，水凝胶在负载银纳米颗粒之后表现出优异的抗菌性能。水凝胶二组和水凝胶四组处理后的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的存活率均低于25％。细菌涂板实验结果表明水凝胶二组和水凝胶四组的琼脂平板上发现了稀少的菌落，结果如图16所示，表明水凝胶二组和水凝胶四组具有良好的抗菌性能。
八、水凝胶的生物相容性检测
采用小鼠成纤维细胞L929细胞和人脐静脉内皮细胞(HUVECs)对水凝胶的生物相容性进行评价。将紫外灭菌后的水凝胶在pH 5.0的细胞培养基(0.2g/mL)中浸泡24h。然后用pH 7.4的培养基稀释水凝胶浸出液至原浓度的1/3。分别在96孔板接种L929细胞和HUVECs细胞，接种密度为每孔8000个。24h后，移出细胞培养液，用水凝胶浸出液替代不同的水凝胶样品。24h、48h和72h的L929细胞和HUVECs细胞的增殖率和形貌分别采用CCK-8和FDA/PI染色来进行检测。FDA(30μg/mL)溶液PI(10μg/mL)对L929和HUVECs细胞进行染色后静置5min，然后用荧光显微镜对细胞进行观察。孵育24h、48h、72h后，每孔加入新鲜培养基(90μL)和稀释的CCK-8溶液(10μL)。2h后，通过用酶标仪测定450nm处的吸收值来计算细胞增殖率。水凝胶对小鼠成纤维细胞的存活率结果如图17所示，结果表明，所有水凝胶组对小鼠成纤维细胞在24h,48h,和72h显示无毒性，表明水凝胶具有良好的细胞相容性。此外，水凝胶在负载去铁胺后，细胞存活率高于对照组和空白水凝胶组，表明去铁胺有效地促进了细胞的增殖；水凝胶对红细胞的溶血率结果如图18所示，所有水凝胶组均具有较小溶血率，低于2％，表明水凝胶具有良好的血液相容性。
九、水凝胶的促细胞划痕愈合能力检测
将L929细胞接种于6孔板，密度为每孔5×105个细胞。用10μL的枪头在细胞表层进行划痕，记录初始划痕面积为C0。在37℃下加入各种水凝胶样品的浸出液来孵育细胞。在0h、12h、24h、48h对细胞进行成像，并记录划痕区域面积作为Ct。细胞划痕愈合率计算公式如下:细胞划痕愈合率(％)＝(C0-Ct)/C0×100％。每组有三个平行样本。结果如图19所示，水凝胶实验组的细胞在促细胞划痕愈合方面比空白对照组的细胞移动得更快。在四个实验组中，水凝胶四组对细胞迁移的促进作用最大。如图20所示，在48h时其创面愈合率超过95％，而对照组创面愈合率低于75％。结果表明水凝胶四组能有效促进L929细胞的迁移和增殖，具有促进伤口愈合和皮肤再生的潜力；其中，图20中每个时间点(0、12、24和48h)中从左至右依次对应对照组(Control)、水凝胶组1(Hydrogel 1)、水凝胶组2(Hydrogel 2)、水凝胶组3(Hydrogel 3)和水凝胶组4(Hydrogel 4)。
十、水凝胶促血管生成相关蛋白的表达
蛋白质印迹检测
首先用不同的水凝胶浸出液与接种在6孔板上的HUVECs(2×105细胞/孔)进行共培养2天，然后用RIPA裂解缓冲液裂解细胞。用12％十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)分离等量的蛋白质，然后电转移到聚偏氟乙烯(PVDF,0.45μm，Beyotime,China)膜上。Anti-HIF-1α(1:500)and Anti-VEGF(1:500)抗体在4℃下与PVDF膜共培养过夜。最后,膜冲洗之后和二抗(1:5000)在37℃孵育2小时。膜上的蛋白质通过ECL试剂和ChemiDoc-XRS成像系统(Bio-Rad)来观察。用ImageJ软件对蛋白质含量进行定量。
Elisa检测
取HUVECs(2×105细胞/孔)，加入不同水凝胶样品浸出液，置于6孔板中孵育2天。根据生产商的说明使用书用酶联免疫吸附试验(ELISA)试剂盒对收集于Eppendorf管中的1.5mL细胞培养上清液的HIF-1α和VEGF的总浓度进行测定。每组有6个平行样本。水凝胶促血管生成相关蛋白的表达结果如图21所示，内皮细胞经水凝胶3和水凝胶4组处理48h后，其HIF-1α和VEGF蛋白表达水平明显升高。且与空白对照组和水凝胶1组相比，水凝胶4组处理的细胞中HIF-1α/β-actin和VEGF/β-actin的比值更高，结果表明水凝胶在负载DFO后可有效地促进心生血管的生成。
十一、水凝胶的体内伤口愈合检测
为了研究水凝胶对体内创面愈合的影响，建立了金黄色葡萄球菌感染糖尿病大鼠创面模型。如图22所示，伤口部位的照片显示感染的伤口用水凝胶四组处理后其创面愈合速度明显快于其余四组，第7天创面闭合率达79％，如图23所示。而对照组、水凝胶1组、水凝胶2组、水凝胶3组在第7天的创面愈合率分别为44％、55％、65％和69％，表明水凝胶4组可以更快的促进大鼠伤口的愈合，在14天，水凝胶4组的伤口愈合率已达到百分之百，而空白组的伤口愈合率不到60％。在第7天和第14天通过组织学染色评估伤口组织。苏木精伊红(H&E)染色结果如图24所示，在水凝胶4组，创面皮肤组织在第14天表现出几乎完全的上皮再生，且多层的上皮结构与健康完整皮肤的表皮非常相符。而对照组和对照水凝胶组治疗的创面在第14天未完全闭合。Masson染色检测胶原的沉积。结果表明水凝胶4组在第7天的胶原沉积最高，其次是水凝胶3组、水凝胶2组和水凝胶1组，最后是对照组。结果表明水凝胶4组能快速地促进糖尿病感染伤口地愈合；其中，图23中从上至下依次代表水凝胶组4(Hydrogel 4)、水凝胶组3(Hydrogel 3)、水凝胶组2(Hydrogel 2)、水凝胶组1(Hydrogel1)和对照组(Control)。
水凝胶的制备过程及促进糖尿病感染伤口愈合的机制示意图如图25所示。首先，通过DA的-NH2和OD的-CHO之间发生的席夫碱反应，本发明的发明人合成得到了多巴胺共轭的氧化葡聚糖聚合物，再合成了季铵盐壳聚糖。然后通过混合OD-DA和HTCC溶液(pH 8.5)并添加适量的高碘酸钠(10mM)，制备得到pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶。该水凝胶中的双重交联机制由HTCC中的-NH2与OD-DA中的-CHO之间的席夫碱结构，以及邻苯二酚-邻苯二酚加合物组成。邻苯二酚-邻苯二酚加合物的机理如下：多巴胺很容易被氧化成多巴醌，多巴胺和多巴醌之间会发生反向歧化反应，产生半醌自由基，然后通过偶联形成交联键。双交联机制也赋予了水凝胶优异的机械性能，包括机械强度、自愈性、粘附性和可注射性。当考虑在生物医学应用中使用水凝胶时，例如用于治疗感染的慢性伤口时，水凝胶中常载有药物或生长因子等，以赋予其生物活性。在本发明中，通过有效地载药AgNPs和促血管生成药物甲磺酸去铁胺(DFO)，水凝胶获得抗菌和促血管生成的能力。本发明的发明人选择了一种简单的混合方法来载入AgNPs和DFO，从而避免了复杂的化学交联，同时简化了临床转化时的制备过程和监管问题。在酸性细菌感染的糖尿病伤口部位，由于双重席夫碱断裂机制—HTCC和OD-DA之间的席夫碱以及OD和DA之间的席夫碱—水凝胶会迅速分解，之后在受感染的糖尿病伤口处释放银纳米颗粒和DFO。水凝胶中释放的银纳米颗粒和HTCC可以迅速杀死金黄色葡萄球菌和大肠杆菌，从而减少伤口处的局部炎症。此外，DFO可以增强HIF-1α和VEGF的表达，从而促进伤口处的血管再生。综上所述，本发明的水凝胶可通过快速杀死细菌、减少炎症和促进血管生成，加速感染的糖尿病伤口的愈合。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本领域的技术人员不经创造性劳动即对所描述的具体实施例做的修改或补充或采用类似的方式替代仍属本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：用含邻位羟基的聚合物和氧化剂反应制得含有醛基的聚合物；
步骤(2)：将步骤(1)制备含有醛基的聚合物与含氨基且具有邻苯二酚结构的化合物反应制备侧链含有邻苯二酚结构的功能聚合物；
步骤(3)：抗菌纳米材料的制备；
步骤(4)：将抗菌纳米材料、亲水性药物或载药胶束和步骤(2)中制得的功能聚合物溶液与含氨基的聚合物和氧化剂溶液混合均匀，制得载药水凝胶。
2.如权利要求1所述的pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的具体反应过程为：将含邻位羟基的聚合物溶解得含邻位羟基的聚合物溶液，向该溶液中加入氧化剂，于30-40℃条件下反应4-8小时后在去离子水中透析，冷冻干燥，制得含有醛基基团的聚合物；其中，邻位羟基的聚合物和氧化剂的质量比为1.25-2:1。
3.如权利要求1或2所述的pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中含邻位羟基的聚合物为葡聚糖、海藻酸钠、透明质酸、甲基纤维素或其改性产物，所述步骤(1)中氧化剂为高碘酸钠。
4.如权利要求1的pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的具体反应过程为：将步骤(1)制得的含醛基的聚合物溶解得含醛基的聚合物溶液，向该溶液中加入含氨基且具有邻苯二酚结构的化合物，于30-40℃和惰性气体保护条件下反应8-16小时后在去离子水中透析，冷冻干燥，制得侧链含有邻苯二酚结构的功能聚合物；其中，含醛基的聚合物和含氨基且具有邻苯二酚结构的化合物的质量比为0.8-1:1。
5.如权利要求1或4所述的pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中含氨基且具有邻苯二酚结构的化合物为3,4二羟基苯甲胺氢溴酸盐、盐酸多巴胺或4-(3-氨基丙基)苯-1,2-二醇。
6.如权利要求1所述的pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的抗菌纳米材料为金属氧化物、银纳米颗粒、银纳米簇、银纳米棒、银纳米星或银纳米片。
7.如权利要求1所述的pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的具体反应过程为：将亲水性药物或载药纳米胶束、抗菌纳米材料和步骤(2)中制得的功能聚合物溶解于水中得到溶液A；将含氨基的聚合物和氧化剂溶解于水中得到溶液B；然后将溶液A和溶液B混合均匀，即可制得载药水凝胶；其中，功能聚合物的质量浓度为2～10％w/v，亲水性药物或载药纳米胶束和抗菌纳米材料的质量浓度分别为100～300ug/mL和50～150ug/mL；含氨基的聚合物的质量浓度为1～5％w/v，氧化剂的摩尔浓度为5～15mM。
8.如权利要求1或7所述的pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中亲水性药物为抗生素、生长因子、基因药物、人源重组胶原或促血管生成药物，所述步骤(4)中氧化剂为高碘酸钠、过氧化氢酶或辣根过氧化物酶，所述步骤(4)中含氨基的聚合物包括但不限于聚赖氨酸、聚乙烯亚胺、季铵盐壳聚糖或羧甲基壳聚糖，所述步骤(4)中的载药纳米胶束的具体制备过程为：将两亲性聚合物和疏水性药物溶解于溶剂中，在持续搅拌条件下缓慢滴加去离子水，搅拌2-4小时，在去离子水中透析后，制得载药纳米胶束；其中，两亲性聚合物和疏水性药物的质量比为5-7:1。
9.权利要求1-8中任一项所述的制备方法制备得到的pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶。
10.权利要求9所述的pH响应的双交联贻贝仿生粘附智能载药水凝胶在制备或用作伤口敷料中的应用。
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