CN113440503B - 超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料及其制备方法、用途 - Google Patents

超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料及其制备方法、用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种超长效可控缓释介孔‑透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料，该纳米材料包括药物载体、活性药物和透明质酸，其中所述药物载体为介孔二氧化硅纳米颗粒，所述活性药物包合在环糊精内形成包合物，所述包合物负载在介孔二氧化硅纳米颗粒上，所述透明质酸包裹在负载有包合物的介孔二氧化硅纳米颗粒表面，形成介孔‑透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料。本发明还提供一种超长效可控缓释介孔‑透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料的制备方法和用途。本发明的纳米材料可使活性药物得到双重缓释，实现活性药物的超长效缓释，并可实现药物的pH响应释放，活性药物长效释放可控。

Description

超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料及其 制备方法、用途
技术领域
本发明涉及生物材料技术领域，具体而言涉及一种超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料及其制备方法、用途。
背景技术
慢性牙周炎是由牙周致病菌感染所导致的口腔慢性感染性疾病。目前临床治疗主要以机械清除牙周致病菌为主。然而由于存在器械无法到达的区域，以及牙周致病菌易再定植等原因，仍需辅以局部抗菌治疗。
氯己定(chlorhexidine,CHX)作为一种生物活性抗菌剂，具有广谱抑菌、杀菌以及低毒性的特点，在牙周抗菌治疗中应用广泛。但目前牙周局部抗菌药物普遍存在释放较快、需多次给药及无法炎症靶向等缺点。为此，构建新型多功能纳米材料，实现牙周局部抗菌药物的超长效缓释和炎症靶向抗菌，进一步提升牙周疗效，显得尤为迫切。
介孔二氧化硅纳米颗粒(mesoporous silica nanoparticles,MSNs)具有比表面积大、生物相容性好、形貌可控等优点，作为药物载体具有良好的缓释功能。然而其药物缓释时间离临床需求仍有差距。
大环合成受体作为主客体化学重要组成部分而备受关注，环糊精作为常见的大环合成受体，可与客体分子结合形成包合物，可有效降低客体药物分子的释放速率，延长药物释放时间，在分子组装等主客体药物化学方面得到广泛应用。
透明质酸(Hyaluronic acid,HA)是由D-葡糖醛酸和N-乙酰葡糖胺组成的呈线性带负电的糖胺聚糖，是细胞外基质的重要成分，具有良好的生物相容性和生物降解性，研究表明HA的水解与pH值密切相关，在酸性条件下不稳定，易于水解，在医药中应用广泛。此外HA具有良好的抗炎作用，可有效减轻牙周炎症。
基于此，本研究以前期合成的具有优良载药性能的MSNs作为药物载体，创新性的将氯己定(CHX)-环糊精(CD)包合物装载于MSNs，并在表面包裹HA，设计和构筑新型氯己定智能载药体系(HA-CHX-CD-MSNs)，实现CHX的双重、超长效和pH响应释放。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术中药物缓释时效短、不可控的问题，提供一种超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料，该纳米材料通过将环糊精包合活性药物形成的包合物装载于介孔二氧化硅纳米颗粒上，使活性药物得到双重缓释，实现活性药物的超长效缓释，并结合包覆在介孔二氧化硅纳米颗粒表面的透明质酸，实现药物的pH响应释放，实现活性药物长效释放的可控。
为实现上述目的，本发明目的的第一方面提出一种超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料，该纳米材料包括药物载体、活性药物和透明质酸，其中所述药物载体为介孔二氧化硅纳米颗粒，所述活性药物包合在环糊精内形成包合物，所述包合物负载在介孔二氧化硅纳米颗粒上，所述透明质酸包裹在负载有包合物的介孔二氧化硅纳米颗粒表面，形成介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料。
优选地，所述活性药物为氯己定。
优选地，所述包合物嵌合在介孔二氧化硅纳米颗粒的表面微孔结构内，且表面微孔结构的孔径在10nm-20nm。
本发明目的的第二方面提出一种超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料的制备方法，具体包括以下步骤：
先将活性药物的丙酮溶液与环糊精水溶液充分混合，抽滤真空干燥，得到包合物；
将包合物溶于缓冲溶液中，与溶于缓冲溶液的介孔二氧化硅纳米颗粒混合反应，得到负载包合物的介孔二氧化硅纳米颗粒溶液；
再将溶于缓冲溶液的透明质酸，与负载包合物的介孔二氧化硅纳米颗粒溶液混合，搅拌离心，得到一代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒；
将一代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒溶于缓冲溶液，与透明质酸缓冲溶液混合，搅拌离心，得到二代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒；
将二代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒溶于缓冲溶液，与负透明质酸缓冲溶液混合，搅拌离心，之后，用缓冲溶液清洗，得到介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料。
优选地，所述活性药物的丙酮溶液与环糊精水溶液的体积比为1:1，其中活性药物的丙酮溶液浓度为0.25mg/mL，环糊精水溶液的浓度为1mg/mL。
优选地，所述包合物与介孔二氧化硅纳米颗粒的质量比为1:2，包合物缓冲溶液的浓度为0.5mmoL/mL。
优选地，透明质酸与负载包合物的介孔二氧化硅纳米颗粒的体积比为1:10
优选地，透明质酸的缓冲溶液浓度为15mg/mL，一代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒的缓冲溶液浓度为2mg/mL，二代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒的缓冲溶液浓度为2mg/mL。
优选地，搅拌时间为15min，离心速度为8000rpm，离心时间为1min。
优选地，所述缓冲溶液皆为PBS缓冲溶液。
根据本发明的改进，还提出一种超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料在制备预防和/或治疗牙周炎的药物中的用途，所述药物包含施用有效量的药物组合物，所述药物组合物具有作为活性成分的前述超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料以及药用辅料。
优选地，所述药用辅料包含以下任意一种或者它们的组合；稀释剂，赋形剂，填充剂，粘合剂，崩解剂，湿润剂，吸收促进剂，吸附载体，润滑剂，表面活性剂、水凝胶以及调味剂。
优选地，所述药物组合物为注射剂、膜剂、软膏剂、控释剂、缓释剂、纳米制剂中的一种。
优选地，所述药物组合物为预防和/或治疗牙周炎的局部外用制剂，被设置成通过局部外用的方式施用于需要这种治疗的受者。
根据本发明改进的第一方面，提出一种超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料在治疗牙周炎药物制备中的用途，环糊精包合活性药物形成的包合物装载于介孔二氧化硅纳米颗粒上，使活性药物得到双重缓释，实现活性药物的超长效缓释，并结合包覆在介孔二氧化硅纳米颗粒表面的透明质酸，实现药物的pH响应释放，实现活性药物长效释放的可控。
根据本发明改进的第二方面，还提出一种用于治疗牙周炎的局部超长效可控药物缓释体系，包括上述超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料。
与现有技术相比，本发明的显著的有益效果在于：
1、本发明提出的超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料，通过将环糊精包合活性药物形成的包合物装载于介孔二氧化硅纳米颗粒上，环糊精与介孔二氧化硅协同作用，使活性药物得到双重缓释，从而实现活性药物的超长效缓释，并结合包覆在介孔二氧化硅纳米颗粒表面的透明质酸，以透明质酸作为堵孔材料，实现药物的pH响应释放，从而控制药物在需要的情况下进行释放，从而实现活性药物长效释放的可控；
2、本发明的纳米材料具有持久、优异的抗菌效果，有助于防止伤口感染，并且由于其具有长期抗菌特性，在作为伤口敷料时可降低敷料更换频率，节约成本；
3、本发明的纳米材料构建的超长效可控药物缓释体系可以以敷料、药剂、粉末等多种形式存在，还可以联合药物组合物进行使用，形式多样，便捷长效，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明的超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料的合成示意图。
图2是本发明的包合物的表征测试图：(A)(B)包合物的FTIR光谱；(C)环糊精的氮元素能谱；(D)氯己定的氮元素能谱；(E)包合物的氮元素能谱；(F)环糊精的氯元素能谱；(G)氯己定的氯元素能谱；(H)包合物的氯元素能谱；(I)(J)包合物的核磁共振谱图；(K)包合物的热重分析。
图3是本发明的HA-CHX-CD-MSNs的表征测试图：(A)MSNs的SEM图；(B)复合纳米材料的孔容积检测；(C)复合纳米材料的XRD检测；(D)(E)(F)复合纳米材料的氮元素能谱；(G)复合纳米材料的FTIR光谱；(H)复合纳米材料的热重分析。
图4是本发明的GelMA-HA-CHX-CD-MSNs的表征及药物释放测试图：(A)GelMA-HA-CHX-CD-MSNs的SEM图；(B)GelMA-HA-CHX-CD-MSNs的流变分析；(C)不同pH下GelMA-HA-CHX-CD-MSNs的药物释放；(D)GelMA-HA-CHX-CD-MSNs长效药物释放。
图5是本发明的GelMA-HA-CHX-CD-MSNs的抗菌性能测试图：(A)对金黄色葡萄球菌的长效抗菌实验；(B)对金黄色葡萄球菌第9天抗菌实验后的平板菌落数；(C)对金黄色葡萄球菌第9天抗菌实验后的细菌活死染色图；(D)对大肠杆菌的长效抗菌实验；(E)对大肠杆菌第9天抗菌实验后的平板菌落数；(F)对大肠杆菌第9天抗菌实验后的细菌活死染色图。
图6是本发明的GelMA-HA-CHX-CD-MSNs的生物相容性测试图：(A)水凝胶中含有不同浓度纳米材料对细胞活性的影响；(B)不同共培养时间对细胞活性的影响；(C)与GelMA-HA-CHX-CD-MSNs后的细胞活死染色图。
图7是本发明的GelMA-HA-CHX-CD-MSNs的皮肤伤口感染愈合测试图：(A)感染金黄色葡萄球菌的伤口愈合情况；(B)感染金黄色葡萄球菌的伤口愈合率；(C)第15天全层伤口的H&E染色图像。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施。
【长效可控双重缓释的抗菌纳米材料】
结合图1，根据本发明示例性实施例，提出一种超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料，该纳米材料通过将环糊精包合活性药物形成的包合物装载于介孔二氧化硅纳米颗粒上，使活性药物得到双重缓释，实现活性药物的超长效缓释，并结合包覆在介孔二氧化硅纳米颗粒表面的透明质酸，实现药物的pH响应释放，实现活性药物长效释放的可控。
在具体的实施例中，该纳米材料包括药物载体、活性药物和透明质酸。其中所述药物载体为介孔二氧化硅纳米颗粒，所述活性药物包合在环糊精内形成包合物，所述包合物负载在介孔二氧化硅纳米颗粒上，所述透明质酸包裹在负载有包合物的介孔二氧化硅纳米颗粒表面，形成介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料。
在一个优选的实施例中，所述活性药物为氯己定，以尤其适用于在预防或者治疗牙周炎的药物或者药物组合物中使用，作为活性成分，应用于牙周抗菌的预防与治疗方案中。
在另一个优选的实施例中，所述包合物嵌合在介孔二氧化硅纳米颗粒的表面微孔结构内，且介孔二氧化硅纳米颗粒的表面微孔结构的孔径在10nm-20nm。
【制备工艺与方法】
根据本发明公开的示例，本发明示例性的提出了一种超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料的制备方法，具体包括以下步骤：
先将活性药物的丙酮溶液与环糊精水溶液充分混合，抽滤真空干燥，得到包合物；
将包合物溶于缓冲溶液中，与溶于缓冲溶液的介孔二氧化硅纳米颗粒混合反应，得到负载包合物的介孔二氧化硅纳米颗粒溶液；
再将溶于缓冲溶液的透明质酸，与负载包合物的介孔二氧化硅纳米颗粒溶液混合，搅拌离心，得到一代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒；
将一代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒溶于缓冲溶液，与透明质酸缓冲溶液混合，搅拌离心，得到二代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒；以及
将二代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒溶于缓冲溶液，与透明质酸缓冲溶液混合，搅拌离心，之后，用缓冲溶液清洗，得到介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料。
由此，制备获得超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料，可冻干保存，以备用。
以氯已定CHX作为活性药物为例，所制得的介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料为HA-CHX-CD-MSNs纳米材料。其中，HA表示透明质酸，CD表示环糊精，MSNs表示介孔二氧化硅纳米材料。
在优选的实施例中，所述活性药物的丙酮溶液与环糊精水溶液的体积比为1:1，其中活性药物的丙酮溶液浓度为0.25mg/mL，环糊精水溶液的浓度为1mg/mL。
在另外的实施例中，所述包合物与介孔二氧化硅纳米颗粒的质量比为1:2，包合物缓冲溶液的浓度为0.5mmoL/mL。
优选地，透明质酸与负载包合物的介孔二氧化硅纳米颗粒的体积比为1:10。
透明质酸的缓冲溶液浓度为15mg/mL，一代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒的缓冲溶液浓度为2mg/mL，二代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒的缓冲溶液浓度为2mg/mL。
在可选的实施例中，搅拌时间为15min，离心速度为8000rpm，离心时间为1min。
在另一个可选的实施例中，所述缓冲溶液皆为PBS缓冲溶液。
在其中一个具体的实施例中，介孔二氧化硅纳米颗粒可通过以下方式制备：
将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶解在去离子水中，再加入NaOH，充分混匀后，加入均三甲苯，80℃水浴下剧烈搅拌2h；随后滴加TEOS，继续保持上述温度80℃剧烈搅拌2h，生成白色沉淀；将反应完成的产物经真空抽滤，并用大量甲醇溶液洗涤，真空干燥过夜，MSN初产物；取干燥后的MSN初产物分散在甲醇溶液中，再加入浓盐酸，50℃水浴中搅拌6h，去除模板剂，待反应结束后，抽滤洗涤后，真空干燥过夜，备用，获得介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNs)。
应该理解为，介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNs)获得包括但不限于上述方法，也可通过市场购买的方式取得，尤其可选的是，所获得的介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNs)满足孔径在10nm-20nm的范围内。
本发明还提出了上述超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料在治疗牙周炎药物制备中的用途，环糊精包合活性药物形成的包合物装载于介孔二氧化硅纳米颗粒上，使活性药物得到双重缓释，实现活性药物的超长效缓释，并结合包覆在介孔二氧化硅纳米颗粒表面的透明质酸，实现药物的pH响应释放，实现活性药物长效释放的可控。
【用于治疗牙周炎的局部超长效可控药物缓释体系】
本发明还提出一种用于治疗牙周炎的局部超长效可控药物缓释体系，包括上述超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料。
在一些实施例中，用于治疗牙周炎的局部超长效可控药物缓释体系是水凝胶，例如，将上述长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料与甲基丙烯酰化明胶结合，构建水凝胶，并以敷料的形式给药，以适用于复杂的牙周环境，便于牙周局部给药，构建牙周局部药物长效缓释体系。
在另一些实施例中，用于治疗牙周炎的局部超长效可控药物缓释体系还可以是注射剂、膜剂、软膏剂、控释或缓释剂或纳米制剂。
在其他的实施例中，用于治疗牙周炎的局部超长效可控药物缓释体系中可包括药用辅料，所述药用辅料包括但不限于以下种类：
1)稀释剂、赋形剂，如水等；
2)填充剂，如淀粉、蔗糖等；
3)粘合剂，如纤维素衍生物、藻酸盐、明胶和聚乙烯吡咯烷酮等；
4)湿润剂，如甘油等；
5)吸收促进剂，如季铵化合物等；
6)吸附载体，如高岭土、皂粘土等；
7)润滑剂，如滑石粉、硬脂酸钙/镁、聚乙二醇等。
8)表面活性剂，如十六烷醇；
9)崩解剂，如琼脂、碳酸钙和碳酸氢钠等。
在一些实施例中，上述用于治疗牙周炎的局部超长效可控药物缓释体系还可以与现已上市的药物联合使用，形成药物组合物。
在另一些具体的实施例中，还可在上述药物组合物中加入其他辅剂，例如香味剂、甜味剂等调味剂。
【GelMA-HA-CHX-CD-MSNs制备】
应当理解，在前述制备获得HA-CHX-CD-MSNs纳米材料为基础，取适量的HA-CHX-CD-MSNs纳米材料溶解分散与适于药用的水凝胶溶液中，获得GelMA-HA-CHX-CD-MSNs。
在一些实施例中，水凝胶可采用现有的适于药用的水凝胶，尤其是具有抗菌效果的水凝胶。
下面结合具体的示例对以上制备过程和制备的超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材进行试验测试。
下述实施例中所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施方式中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
【实施例1】
CHX-CD的合成
将2.5mg/10mL氯己定丙酮溶液滴加入10mg/10mL β-CD水溶液中，其中两者体积比为1:1，之后充分混合搅拌24h后，抽滤分离后，真空干燥，获得氯己定-环糊精包合物(CHX-CD)保存备用。
CHX-CD的表征
傅里叶红外：
取适量样品(3.0mg)，加入溴化钾粉末(200mg)，放入红外灯照射下的玛瑙研钵中，将两者充分研磨均匀，之后将研磨好的细粉转移至配套的压片机中，制成厚度约为0.5mm的薄片。以空白盘为对照，将制备好的薄片放入傅里叶红外光谱仪中测定。
核磁共振氢谱：
将包合物溶于D2O中，配置为适量浓度的溶液后移入核磁管，然后放入仪器中检测。核磁共振的测试温度为25℃，扫描次数64次，用四甲基硅烷(TMS)作为核磁内部对照。
热重分析：
将样品约3.0mg放入热重分析仪专用的耐热坩埚中，对样品进行热重分析。氮气流量为50mL/min，测量的温度范围为25-600℃，升温速率为10℃/min。不同样品的热重数据经质量百分数归一化处理。
X射线光电子能谱，用于测定包合物的元素组成。
测试结果如图2所示，结果表明成功制得包合物。通过红外检测可观察到CHX-CD包合物呈现出CHX和CD的特征峰，同时CHX在1602cm-1处的C＝C谱带向更高的波段移动，而在1537cm-1处的谱带向更低的波段移动以及特征性的CHX波段变得更宽(图2A和2B)。X射线光电子能谱(XPS)也证明CHX-CD已成功制备。图2C-2H显示了CD、CHX和CHX-CD的N1s和Cl2p的XPS分析结果。首先，CD没有像预期的那样检测到N1s和Cl2p的光谱(图2C和2F)，而CHX和CHX-CD在394-410eV和192-210eV处显示了N1s和Cl2p光谱。(图2D-E和2G-H)。另外，与CHX相比，CHX-CD在398eV处C＝N的相对强度降低，证明体系中C＝N键的含量减少，这意味着CD中的羟基不仅仅是CHX。在Cl2p光谱(图2G和2H)中，在197.45和199eV处有两个典型特征峰对应于氯化物中的氯基团，在200.5和202.5eV处有两个典型特征峰对应于氯化物。另外，通过1H NMR可观察到CHX光谱(图2I)中芳香族区域(7到7.3ppm之间)中的两对耦合双峰，而在包合物的光谱中可观察到CHX芳香族区域的位移。CHX-CD的芳香族区域从7.0ppm移至5.0ppm。CHX-CD的TG曲线(图2K)显示出与主要减重阶段相似的趋势，而CHX显示出两个主要减重阶段。对应于CHX的TGA和DTG曲线分别显示了在214℃和475℃下的两个热过程。在294℃(重量减少22％)和475℃(重量减少58％)下的重量损失与生物聚合物燃烧后的热解分解有关。
【实施例2】
HA-CHX-CD-MSNs的制备
将1.0g CTAB溶解在480mL去离子水中，再加入3.5mL 2mol/L NaOH，充分混匀后，加入7.0mL均三甲苯，80℃水浴下剧烈搅拌2h。
随后滴加5.0mL TEOS，继续保持上述温度80℃剧烈搅拌2h，生成白色沉淀。
将反应完成的产物经真空抽滤，并用大量甲醇溶液洗涤，真空干燥过夜，MSN初产物。
取1.0g干燥后的材料分散在100mL甲醇溶液中，再加入0.75mL浓盐酸，50℃水浴中搅拌6h，去除模板剂，主要是CTAB。
待反应结束后，抽滤洗涤后，真空干燥过夜，备用，获得MSNs。
取10mg实施例1得到的包合物CHX-CD溶于10mL PBS缓冲溶液中，得到0.05mmoL/mL的PBS溶液，作为第一溶液，将20mg MSNs超声分散于第一溶液中，混合后于25℃搅拌24h，反应结束后，得到MSN-CHX-CD-PBS混合溶液，备用。
取15mg透明质酸(HA)溶于1ml的PBS，并加至上述的10ml MSN-CHX-CD-PBS混合溶液，持续搅拌15min后，8000r/min离心1min，得到一代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒。
取上述离心所得的一代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒沉淀溶于10ml的PBS缓冲溶液，并加入1mL的浓度为15mg/mL透明质酸溶液，持续搅拌15min后，8000r/min离心1min，得到二代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒。
取上述离心所得的二代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒沉淀溶于10ml的PBS缓冲溶液，并加入1mL的浓度为15mg/mL透明质酸溶液，持续搅拌15min后，8000r/min离心1min；之后用PBS清洗，冷冻干燥，得到超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料(HA-CHX-CD-MSNs)，保存备用。
HA-CHX-CD-MSNs的表征
扫描电镜：
取上述材料加入到乙醇溶液中，配置成合适浓度，滴于硅片表面，待自然干燥后，观察，选取适当倍数图像。
比表面积测试(BET)：
采用等温氮气吸附仪对粉体样品的孔径大小、孔径分布及比表面积进行表征，比表面积采用BET方法计算，孔径分布按BJH模型计算。
红外光谱：
将干燥后的样品与KBr颗粒混合均匀并用研钵研碎，通过压片机制成圆片状，放入红外光谱仪中扫描。
X射线衍射仪(XRD)：
使用波长λ为0.15405nm的Cu-Kα辐射线，测试电压和电流分别为40kV和20mA。小角扫描范围2θ＝1°～10°，对样品进行扫描。
热重分析：
将样品约3.0mg放入热重分析仪专用的耐热坩埚中，对样品进行热重分析。氮气流量为50mL/min，测量的温度范围为25-600℃，升温速率为10℃/min。不同样品的热重数据经质量百分数归一化处理。
测试结果如图3所示，图3A显示合成的空白MSN通常呈球形并显示出明确的多孔结构。为了进一步系统地揭示HA分子在MSNs上的成功修饰，进行了各种技术来检查获得的产物。MSNs的BET测量表明，合成的MSNs表现出典型的IV型等温线曲线(图3B)，这证实了MSNs的介孔结构。更重要的是，MSNs、CHX-CD-MSNs和HA-CHX-CD-MSNs的表面积随着CHX-CD的掺入和HA的修饰而减少。在MSN中加入CHX-CD和HA修饰后，孔径和孔体积略有下降。此外，还通过低角度XRD图案研究了所获得的MSN的均匀介孔结构。如图3C所示，合成后的MSN显示出低角度衍射峰，反射为布拉格峰。用HA修饰后，HA-CHX-CD-MSNs的衍射峰强度急剧下降。图3D-3E显示了XPS分析MSN、CHX-CD-MSN和HA-CHX-CD-MSN的N1s谱。首先，MSNs分别在399.5和403eV处显示出NSi3和NSiO2特征峰(图3F)，但在MSNs加载CHX-CD后，MSNs的N1S特征峰消失了，而CN(399.5eV)和C＝在CHX-CD-MSNs中检测到N(403eV)特征峰(图3D)，这证明CHX-CD已成功加载到介孔二氧化硅中。FTIR光谱以检测MSN改性过程中的表面化学变化(图3G)。HA-CHX-CD-MSNs的FT-IR光谱揭示了1580cm-1氯己定双胍结构的特征峰。所有介孔材料在1080/805cm-1和460cm-1处表现出特折高峰，分别归属于Si-O-Si的结构。如图3H中的热重分析(TGA)曲线所示，曲线在每次修改后都表现出重量逐渐减少的趋势，表明CHX-CD和HA与MSN结合。
【实施例3】
GelMA-CHX-CD-MSNs水凝胶的制备
称取0.05g的光引发剂Ingacure 2959溶于10mL去离子水中，得到0.05％(w/v)光引发剂溶液。
取0.5g甲基丙烯酰化明胶(GelMA)水凝胶前体溶于光引发剂溶液中，得到10％(w/v)水凝胶前体溶液，60℃磁力搅拌10min使其充分溶解。
取100ug实施例2得到的HA-CHX-CD-MSNs离心，分散于GelMA水凝胶溶液中，制得水凝胶溶液，将此溶液加入至PMMA模具中，制备盘状水凝胶(直径d＝10mm，厚度h＝2mm)，即为GelMA-CHX-CD-MSNs水凝胶，备用。
GelMA-CHX-CD-MSNs水凝胶的表征
扫描电镜：取制得水凝胶，置于-80℃冷冻48小时，而后冷冻干燥2天取出，导电胶带贴于铝台，真空喷金30秒，扫描电镜观察材料表面形貌及内部结构。
力学性质：将上述方法制备的水凝胶圆盘，浸泡于37℃PBS溶液中24小时，使其完全溶胀，小心吸去表面多余液体，应用流变仪检测其储存模量和损耗模量。
GelMA-CHX-CD-MSNs水凝胶的药物释放测试
pH响应：把水凝胶分别浸没在50mLpH值为5.5和7.5的PBS溶液中，将样品置于摇床上，每隔一段时间取出5mL溶液，同时加入5mL PBS溶液保证释放体系的溶液体积一定，被取出液体，通过紫外分光光度计于253.5nm处测得，绘制药物释放曲线。
长效释放：把水凝胶分别浸没在50mL PBS溶液中，将样品置于摇床上，每隔一段时间取出5mL溶液，同时加入5mL PBS溶液保证释放体系的溶液体积一定，被取出液体，通过紫外分光光度计于253.5nm处测得，绘制药物释放曲线。
如图4A所示，GelMA-HA-CHX-CD-MSNs水凝胶的表面显示出从45到67nm的广泛孔径分布。与纯GelMA相比，加入HA-CHX-CD-MSNs后，GelMA-HA-CHX-CD-MSNs水凝胶的流变仪降低了35％(图4B)。在图4C中，CHX的释放曲线在不同条件下表现出显着差异。在pH 7.5时，CHX的累积释放量在60分钟内仅为约7.53％。而在pH 5.5时，CHX的累积释放量在60分钟内分别达到了19.87％。在图4D中，显示在前6小时内从GelMA-HA-CHX-MSNs水凝胶中快速且不受控制地释放CHX。从GelMA-HA-CHX-CD-MSNs水凝胶的药物释放结构可见观察到CHX的9天累积释放量仅达到65％。
【实施例4】
采用与实施例3相同的制备方法，只是将HA-CHX-CD-MSNs换成MSNs，制备得到GelMA-MSNs。
【实施例5】
采用与实施例2相同的制备方法，只是将包合物CHX-CD换成CHX，制备得到HA-CHX-MSNs；在采用与实施例3相同的制备方法，将HA-CHX-CD-MSNs换成HA-CHX-MSNs，制备得到GelMA-HA-CHX-MSNs。
【实施例6】
体外抗菌实验
在96孔板中加入制备好的水凝胶，在365mm紫外光照射下聚合成胶，使用无菌PBS冲洗3次，并在超净台内紫外光照射灭菌30min，设置空白对照组、水凝胶组(GelMA-MSNs)、载药水凝胶组(GelMA-HA-CHX-MSNs、GelMA-HA-CHX-CD-MSNs)，每组3复孔。
然后加入100μL上述稀释好的菌液，于恒温培养箱中培养，分别培养1、3、5、7、9天后，使用酶标仪检测。
细菌活死染色在48孔板中加入制备好的水凝胶，在365nm紫外光照射下聚合成胶，使用无菌PBS冲洗3次，并在超净台内紫外光照射灭菌30min，加入300μL上述菌液，恒温培养24h，高速离心去除培养基后，加入PBS，利用细菌活死染色试剂盒对细菌进行染色，室温避光静置15min后，取10μL溶液用于荧光显微镜观察。将细菌悬液在PBS中连续稀释并铺在血琼脂平板上，通过在第5、7和9天计算CFU(CFU/mL)来定量活细菌细胞。
测试结果如图5所示，首先，可知没有加载纳米颗粒的水凝胶被证明对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌没有抗菌效果，所有装载有氯已定CHX或CHX-CD包合物的药物缓释水凝胶体系均观察到对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均有优异的抗菌效果，如图5A和5D所示，对于GelMA-HA-CHX-MSNs水凝胶和GelMA-HA-CHX-CD-MSNs，近90％的细菌(金黄色葡萄球菌和大肠杆菌)在第1天和第3天几乎被杀死水凝胶，并且在第5天时上述两种水凝胶具有不同且良好的抗菌效果。一周后，两种水凝胶杀死金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的能力减弱，尤其是GelMA-HA-CHX-MSNs水凝胶。9天后，GelMA-HA-CHX-MSNs水凝胶失去了抗菌性能，而GelMA-HA-CHX-CD-MSNs水凝胶对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率仍然分别保持在59.71％和47.56％，图5B和5E分别显示了在第9天用GelMA-HA-CHX-MSNs水凝胶和GelMA-HA-CHX-CD-MSNs水凝胶培养的细菌菌落。细菌的活/死染色也表明对照组中有许多活菌和GelMA-MSNs，而在GelMA-HA-CHX-MSNs水凝胶和GelMA-HA-CHX-CD-MSNs水凝胶中观察到死细菌(图5C和5F)。
由上可知，虽然GelMA-HA-CHX-MSNs中的CHX含量与GelMA-HA-CHX-CD-MSNs中的CHX含量相同，但GelMA-HA-CHX-CD-MSNs具有更持久的抗菌性能。
且相比之下，Gel-HA-CHX-CD-MSNs对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有更持久和稳定的抗菌性能超过9天。
从这个意义上说，从CD包合物中受控的CHX释放导致了抗菌作用，由于从包合物中释放的CHX时间更长，抗菌作用在抗菌期间更持久。
【实施例7】
生物相容性
GelMA-HA-CHX-CD-MSNs对L929的生物相容性通过CCK-8试验和细胞活死染色确定。不同浓度的HA-CHX-CD-MSNs结合GelMA后，37℃下培养24小时。
此后，加入10μLCCK-8溶液后孵育2h，取200μL上清液置于96孔板中，用酶标仪在450nm处测量。然后，将L929细胞与GelMA-MSNs、GelMA-HA-CHX-MSNs和GelMA-HA-CHX-CD-MSNs在上述最佳浓度下孵育3、5、7和9天。加入10μL CCK-8溶液，用分光光度计在450nm处测量。
此外，在第9天指定处理后，通过LIVE/DEADTM活力/细胞毒性试剂盒染色，观察。
如图6A所示，不同浓度水凝胶与L929细胞共培养24小时，并与对照组相比，均对细胞有轻微抑制。其中以1mg/mL GelMA-HA-CHX-CD-MSNs水凝胶最为明显，但抑制率仅为4％。此外，测试了GelMA-HA-CHX-CD-MSNs水凝胶在第3、5、7、9天和空白组培养后的细胞活力以进行比较。GelMA-HA-CHX-CD-MSNs水凝胶的细胞活力略低于97％，而GelMA-HA-CHX-MSNs水凝胶的细胞活力在第9天培养后低于95％(图6B)。如图5C所示，对照组主要含有约99％的活细胞染成绿色，约1％的死细胞染成红色。GelMA-HA-CHX-CD-MSNs水凝胶显示包含近98％的活细胞和约2％的死细胞，表明具有良好的生物相容性。
【实施例8】
大鼠伤口感染模型实验
在雄性Balb/c小鼠形成全层圆形皮肤切口伤口(6mm)。然后，用20μL 108CFU/mL金黄色葡萄球菌感染伤口1小时，形成感染伤口。
将小鼠分为四个治疗组，其中伤口覆盖有PBS、GelMA-MSNs、GelMA-HA-CHX-MSNs和GelMA-HA-CHX-CD-MSNs(n＝5)。在实验期间，所有处理过的小鼠都被关在单独的笼子里并密切监测。在治疗的第1、5、10和15天，测量伤口面积，并使用Image-Pro Plus计算伤口闭合率。15天后，收获伤口样本，并固定在4％的甲醛中，然后包埋在石蜡中。
组织切片(5μm)安装在载玻片上进行组织学分析。使用标准方案进行苏木精和伊红(H&E)染色以可视化形成的组织和胶原形成的病理变化。使用尼康显微镜评估染色的载玻片。
结果如图7A所示，对照组在治疗5天后显示出具有明显的伤口感染，并且伤口面积无明显减少，影响到伤口愈合速率。相比之下，用Gel-MSNs组、Gel-HA-CHX-MSNs组和Gel-HA-CHX-CD-MSNs组处理的伤口没有可见的细菌生物膜，表明这些组的细菌感染较少，并且在5天后伤口面积开始减小，尤其是Gel-HA-CHX-MSNs组和Gel-HA-CHX-CD-MSNs组。Gel-HA-CHX-CD-MSNs组的清创和抗菌效果优于其他组，且15天后的伤口基本愈合，积缩小近100％，而其他组不能很好地愈合，如图7B所示。此外，H&E分析用于评估第15天新形成的皮肤，观察到GelMA-HA-CHX-CD-MSNs水凝胶(0.35毫米)的疤痕宽度(图7C中的黑线)最小对照组(1.45mm)、Gel-MSNs水凝胶(1.09mm)和GelMA-HA-CHX-MSNs水凝胶(0.72mm)。
结果表明，Gel-HA-CHX-CD-MSNs具有最佳和最持久的抗菌作用，有助于伤口感染，并且由于具有长期抗菌特性，作为伤口敷料可降低辅料更换频率。本发明表明超长效药物释放水凝胶体系治疗牙周炎药物的前景。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (14)

1.一种超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料，其特征在于，该纳米材料包括药物载体、活性药物和透明质酸，其中所述药物载体为介孔二氧化硅纳米颗粒，所述活性药物包合在环糊精内形成包合物，所述包合物负载在介孔二氧化硅纳米颗粒上，所述透明质酸包裹在负载有包合物的介孔二氧化硅纳米颗粒表面，形成介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料；所述活性药物为氯己定。
2.根据权利要求1所述的超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料，其特征在于，所述包合物嵌合在介孔二氧化硅纳米颗粒的表面微孔结构内，且表面微孔结构的孔径在10nm-20nm。
3.一种根据权利要求1或2所述的超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
先将活性药物的丙酮溶液与环糊精水溶液充分混合，抽滤真空干燥，得到包合物；
将包合物溶于缓冲溶液中，与溶于缓冲溶液的介孔二氧化硅纳米颗粒混合反应，得到负载包合物的介孔二氧化硅纳米颗粒溶液；
再将溶于缓冲溶液的透明质酸，与负载包合物的介孔二氧化硅纳米颗粒溶液混合，搅拌离心，得到一代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒；
将一代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒溶于缓冲溶液，与透明质酸缓冲溶液混合，搅拌离心，得到二代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒；
将二代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒溶于缓冲溶液，与透明质酸缓冲溶液 混合，搅拌离心，之后，用缓冲溶液清洗，得到介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料。
4.根据权利要求3所述的超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料的制备方法，其特征在于，所述活性药物的丙酮溶液与环糊精水溶液的体积比为1:1，其中活性药物的丙酮溶液浓度为0.25mg/mL，环糊精水溶液的浓度为1mg/mL。
5.根据权利要求3所述的超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料的制备方法，其特征在于，所述包合物与介孔二氧化硅纳米颗粒的质量比为1:2，包合物缓冲溶液的浓度为0.5mmoL/mL。
6.根据权利要求5所述的超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料的制备方法，其特征在于，透明质酸与负载包合物的介孔二氧化硅纳米颗粒的体积比为1:10。
7.根据权利要求6所述的超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料的制备方法，其特征在于，透明质酸的缓冲溶液浓度为15mg/mL，一代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒的缓冲溶液浓度为2mg/mL，二代介孔-透明质酸杂化纳米颗粒的缓冲溶液浓度为2mg/mL。
8.根据权利要求3所述的超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料的制备方法，其特征在于，搅拌时间为15min，离心速度为8000rpm，离心时间为1min。
9.根据权利要求3-8中任意一项所述的超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料的制备方法，其特征在于，所述缓冲溶液皆为PBS缓冲溶液。
10.一种根据权利要求1或2所述的超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料在制备治疗牙周炎药物中的用途，其特征在于，所述环糊精包合活性药物形成的包合物装载于介孔二氧化硅纳米颗粒上，使活性药物得到双重缓释，实现活性药物的超长效缓释，并结合包覆在介孔二氧化硅纳米颗粒表面的透明质酸，实现药物的pH响应释放，实现活性药物长效释放的可控。
11.一种超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料在制备预防和/或治疗牙周炎的药物中的用途，所述药物包含施用有效量的药物组合物，所述药物组合物具有作为活性成分的前述权利要求1或2所述的超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料以及药用辅料。
12.根据权利要求11所述的超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料在制备预防和/或治疗牙周炎的药物中的用途，其特征在于，所述药用辅料包含以下任意一种或者它们的组合；稀释剂，赋形剂，填充剂，粘合剂，崩解剂，湿润剂，吸收促进剂，吸附载体，润滑剂，表面活性剂、水凝胶以及调味剂。
13.根据权利要求11所述的超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料在制备预防和/或治疗牙周炎的药物中的用途，其特征在于，所述药物组合物为注射剂、膜剂、软膏剂、控释剂、缓释剂、纳米制剂中的一种。
14.根据权利要求11所述的超长效可控缓释介孔-透明质酸杂化靶向抗菌纳米材料在制备预防和/或治疗牙周炎的药物中的用途，其特征在于，所述药物组合物为预防和/或治疗牙周炎的局部外用制剂，被设置成通过局部外用的方式施用于需要这种治疗的受者。
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