CN113577376B - 一种双重载药多糖基自愈合水凝胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双重载药多糖基自愈合水凝胶及其制备方法。首先利用牺牲模板法制备介孔聚多巴胺纳米颗粒，并将其用于负载抗氧化药物；然后将负载抗氧化药物的聚多巴胺纳米颗粒和抗炎药物添加到羧甲基壳聚糖溶液中，混合均匀后使用双醛多糖化学交联改性羧甲基壳聚糖以制得双重载药多糖基自愈合水凝胶。本发明提供的双重载药多糖基自愈合水凝胶不仅具有较高机械强度、良好生物相容性、可注射和快速自愈合的性能，而且同时具备抗菌、抗炎、抗氧化、诱导血管生成和快速愈创的功效，其对糖尿病创面的治疗和修复具有积极地促进作用。

Description

一种双重载药多糖基自愈合水凝胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及载药水凝胶技术领域，具体为一种具有抗菌、抗炎、抗氧化和诱导血管生成、快速愈创的双重载药多糖基自愈合水凝胶及其制备方法。

背景技术

聚多巴胺(PDA)是一种天然黑色素，其发现最早源于贻贝粘附性机理的研究。聚多巴胺含有大量共轭基团，在紫外光-可见光-近红外光区域具有全域的吸收，儿茶酚胺和亚胺等强还原性基团赋予其抗氧化和清除自由基的能力。聚多巴胺具有强近红外吸收和光热转化效率(40％)，显著高于Au、Ag、Cu等金属纳米颗粒，使其成为理想的光热治疗剂。同时，聚多巴胺富含亚胺、氨基、o-邻苯醌等基团，能够参与迈克尔加成、席夫碱反应，其二羟基吲哚、吲哚醌等π-π共轭结构，可通过氢键作用、π-π堆叠作用与疏水性分子结合，可用于改性疏水性材料，也是疏水药物的理想载体，如紫杉醇、喜树碱、姜黄素、吲哚菁绿等。

聚多巴胺以其优越的性质，为制备、改性纳米材料提供新思路，一系列聚多巴胺基的纳米涂层、核-壳纳米颗粒、介孔纳米颗粒、Janus纳米颗粒等纳米材料被开发应用。以聚多巴胺作为修饰平台的纳米材料使得功能化设计简便易行，且聚多巴胺赋予纳米材料光吸收能力、抗氧化能力、生物相容性和生物可降解性，在肿瘤治疗、创伤敷料、材料表面改性和组织工程中展现出卓越应用前景。

自愈合水凝胶是受到外界损伤后能自发愈合的湿润且有弹性的高分子聚合物，具有三维亲水空间结构，与细胞基质相似。多糖基自愈合水凝胶不仅具有对损伤的响应性，还具备良好的生物相容性、低免疫原性而备受瞩目，其作为创面敷料已获得显著成果。其中，以壳聚糖、纤维素、明胶、海藻酸钠为代表的天然多糖，具有廉价易得、易于改性等优势，成为制备自愈合水凝胶的理想材料。壳聚糖是自然界天然存在的唯一阳离子多糖。壳聚糖主要通过静电作用破坏细菌细胞壁、细胞膜或增加通透性，导致细胞成分泄漏。因此，壳聚糖是构建抗菌水凝胶的理想材料，被广泛应用于制备抗菌膜、伤口敷料。此外，由于富含胺基，壳聚糖被常用于构建基于动态亚胺键的自愈合水凝胶。

基于此，本发明提供一种以双醛多糖作为交联剂，掺杂介孔纳米颗粒，具备抗菌、抗炎、抗氧化、促进血管生成等多种功效的自愈合水凝胶。

发明内容

本发明旨在制备一种生物相容性良好、机械性能良好具有抗菌、抗炎、抗氧化、诱导血管生成的多糖基自愈合水凝胶，并探索其在糖尿病伤口治疗中的应用。

本发明首先公开了以下的技术方案，包括：

(1)制备介孔聚多巴胺纳米颗粒：将均三甲苯、泊洛沙姆127、盐酸多巴胺混合制备均三甲苯/泊洛沙姆127/多巴胺胶束，利用模板牺牲法制备介孔聚多巴胺纳米颗粒；

(2)载药处理：采用一锅煮法使介孔聚多巴胺纳米颗粒负载抗氧化成分，得到负载抗氧化活性物质的聚多巴胺纳米颗粒；

(3)制备多糖基自愈合水凝胶：利用高碘酸钠氧化法制备双醛多糖，与羧甲基壳聚糖混合均匀制备多糖基自愈合水凝胶，用以负载活性成分；

(4)制备双重载药的多糖基自愈合水凝胶：将负载抗氧化活性物质的聚多巴胺纳米颗粒和抗炎药物添加到羧甲基壳聚糖中，均匀混合后利用双醛多糖化学交联羧甲基壳聚糖，得到双重载药多糖基自愈合水凝胶。

进一步的，步骤(1)所述介孔聚多巴胺纳米颗粒的获得包括：

取1质量份泊洛沙姆127与1～1.5质量份的盐酸多巴胺分散至水-乙醇混合溶液中，加入0.5-3体积份数的均三甲苯，搅拌混合制备得到白色浑浊乳液；向上述乳液逐滴加入氨水，使其pH为8.5-10.0，随后在25～37℃、400-600rpm条件下搅拌反应2～4h；结束后将反应液在8-10℃、10000-13000rpm条件下离心；沉淀依次用乙醇/丙酮混合液、超纯水超声洗涤、离心，每种溶液重复三次，得到介孔聚多巴胺纳米颗粒。

进一步的，步骤(2)所述负载抗氧化成分的聚多巴胺纳米颗粒由如下方法制得：

将介孔聚多巴胺纳米颗粒与抗氧化成分按质量比为1:(0.25～1)混合分散，产物离心，用超纯水洗涤沉淀，再次反复离心、洗涤，获得负载抗氧化成分的聚多巴胺纳米颗粒。

进一步的，所述抗氧化成分为姜黄素、黄连素、槲皮素、柚皮素、大蒜素、芹菜素、芳樟醇和茴香烯中的一种或多种。

进一步的，步骤(3)所述双醛多糖的制备包括：

于酸性条件下，将高碘酸钠加入双醛多糖水溶液中，高碘酸钠与双醛多糖的摩尔比为1:(1～2)，避光反应4-8h，反应液用超纯水透析三天(3500Da)，冻干保存，得到双醛多糖。

进一步的，所述双醛多糖为双醛透明质酸钠、双醛海藻酸钠、双醛羧甲基纤维素钠、双醛瓜尔胶、双醛淀粉中的一种或多种。

进一步的，步骤(3)所述双醛多糖与羧甲基壳聚糖以质量比为1:(0.5～2)，羧甲基壳聚糖取代度≥80％。

进一步的，步骤(4)所述多糖基自愈合水凝胶中负载抗氧化活性物质的聚多巴胺纳米颗粒的质量分数为0.4～0.8wt％，多糖基自愈合水凝胶所负载抗炎药物的质量分数为0.4～0.8wt％。

进一步的，所述抗炎药物为阿司匹林、吲哚美辛、双氯芬酸、盐酸二甲双胍、格列喹酮中的一种或多种。

本发明还公开了一种上述任一制备方法制得的双重载药多糖基自愈合水凝胶。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明利用软模板牺牲法制备聚多巴胺介孔纳米颗粒，制备过程快捷简便，安全性高，克服硬模板法合成复杂、成本高、耗时长的特点。该材料不仅具备高比表面积、高的孔容及均匀的孔径分布，而且具有良好的热稳定性和生物相容性，其表面含有丰富的基团可直接进行修饰改性，为多种药物提供负载平台。

(2)本发明通过双醛多糖交联阳离子多糖羧甲基壳聚糖，基于席夫碱反应制备动态亚胺键交联的自愈合水凝胶，能够抗菌、保湿性能，且具备一定抗压能力，符合医用材料作为创口敷料的应用要求。本发明利用天然高分子多糖，取材天然，善用天然，制备过程简便快捷，成本低廉，复合清洁化工、绿色医药的环保理念。

(3)本发明探索了掺杂纳米颗粒的自愈合水凝胶的制备过程与应用潜力，为纳米基水凝胶的制备提供一种新思路。由于介孔聚多巴胺纳米颗粒的掺入能提高水凝胶的抗压强度，并增强水凝胶的抗氧化性能和粘附性能，拓宽了水凝胶的应用前景。

(4)本发明制备了一种具备抗菌、抗炎、抗氧化、促进血管生成等多功能的多糖基自愈合水凝胶，该掺杂纳米颗粒的多糖自愈合水凝胶双重载药体系在慢性伤口治疗中展现出良好的治疗效果。该双重载药体系中，介孔聚多巴胺纳米颗粒用于负载抗氧化药物，并和抗炎药物分散在水凝胶网络中，不同的负载机理使抗炎与抗氧化药物分步释放，适应糖尿病伤口不同愈合阶段的需求。同时，该材料呈现出pH敏感性的药物释放能力，能够在慢性伤口弱碱性环境刺激下较快释放药物。

附图说明

图1为介孔聚多巴胺纳米颗粒的SEM照片：

图2为多糖基自愈合水凝胶的SEM照片；其中(a)为未负载药物的多糖基自愈合水凝胶的SEM照片，(b)为双重载药的多糖基自愈合水凝胶双重载药体系；

图3为多糖基自愈合水凝的抗压强度对比图；

图4为多糖基自愈合水凝的溶胀性能对比图；

图5为多糖基自愈合水凝在不同pH条件下姜黄素的累计释放的曲线。

具体实施方式

根据本发明的技术方案，一种具体实施方式如下说明：

(1)介孔聚多巴胺纳米颗粒的制备及载药：泊洛沙姆127与盐酸多巴胺分散至水-乙醇混合溶液中，二者质量比为1:(1.5～1)，加入0.5-3体积份数的均三甲苯，搅拌混合制备得到白色浑浊乳液；向上述乳液逐滴加入氨水，使其pH为8.5-10.0，25～37℃下，400-600rpm下搅拌反应2～4h；反应液在8-10℃、10000-13000rpm条件下离心；沉淀依次用乙醇/丙酮混合液、超纯水超声洗涤、离心，每种溶液重复三次，制备得到介孔聚多巴胺纳米颗粒。将上述介孔聚多巴胺纳米颗粒与抗氧化成分以质量比为1:(0.25～1)混合分散，产物离心，用超纯水洗涤沉淀，反复离心、洗涤，获得负载抗氧化成分的聚多巴胺纳米颗粒；其中抗氧化成分为姜黄素、黄连素、槲皮素、柚皮素、大蒜素、芹菜素、芳樟醇和茴香烯中的一种或多种。

(2)双重载药多糖基自愈合水凝胶：利用高碘酸钠氧化法制备氧化双醛多糖，高碘酸钠与双醛多糖的摩尔比为1:(1～2)，避光反应时间为4-8h，反应液用超纯水透析三天(3500Da)，冻干保存，得到双醛多糖；其中双醛多糖为双醛透明质酸钠、双醛海藻酸钠、双醛羧甲基纤维素钠、双醛瓜尔胶、双醛淀粉中的一种或多种。将所述负载抗氧化活性物质的聚多巴胺纳米颗粒和抗炎药物添加到羧甲基壳聚糖中，均匀混合后加入双醛多糖，制得双重载药多糖基自愈合水凝胶。其中，羧甲基壳聚糖与双醛多糖的质量比为1:(0.5～2)，多糖基自愈合水凝胶中负载抗氧化活性物质的聚多巴胺纳米颗粒的质量分数为0.4～0.8wt％，多糖基自愈合水凝胶所负载抗炎药物的质量分数为0.4～0.8wt％，所述抗炎药物为阿司匹林、吲哚美辛、双氯芬酸、盐酸二甲双胍、格列喹酮中的一种或多种。

实施例1

(1)介孔聚多巴胺纳米颗粒的制备及载药：泊洛沙姆127与盐酸多巴胺分散至水-乙醇混合溶液中，二者质量比为1:1.5，加入1.6体积份数的均三甲苯，搅拌混合制备得到白色浑浊乳液；向上述乳液逐滴加入氨水，使其pH为9.0，25℃，400rpm下搅拌反应2h；反应液在8℃、13000rpm条件下离心；沉淀依次用乙醇/丙酮混合液、超纯水超声洗涤、离心，每种溶液重复三次，制备得到介孔聚多巴胺纳米颗粒。将上述介孔聚多巴胺纳米颗粒与抗氧化成分以质量比为1:0.25混合分散，产物离心，用超纯水洗涤沉淀，反复离心、洗涤，获得负载抗氧化成分的聚多巴胺纳米颗粒，其中抗氧化成分为姜黄素；

(2)双重载药多糖基自愈合水凝胶：利用高碘酸钠氧化法制备氧化双醛多糖，高碘酸钠与双醛多糖的摩尔比为1:1，避光反应8h，反应液用超纯水透析3天(3500Da)，冻干保存，其中双醛多糖选用双醛透明质酸钠。将所述负载抗氧化活性物质的聚多巴胺纳米颗粒和抗炎药物添加到羧甲基壳聚糖中，均匀混合后加入双醛多糖，制得双重载药多糖基自愈合水凝胶。其中，羧甲基壳聚糖与双醛多糖的质量比为1:0.5，载药聚多巴胺纳米颗粒质量分数为0.8wt％，抗炎药物质量分数为0.4wt％，其中抗炎药物选用双氯芬酸。

实施例2

(1)介孔聚多巴胺纳米颗粒的制备及载药：泊洛沙姆127与盐酸多巴胺分散至水-乙醇混合溶液中，二者质量比为1:1，加入1.8体积份数的均三甲苯，搅拌混合制备得到白色浑浊乳液；向上述乳液逐滴加入氨水，使其pH为9.5，25℃，400rpm下搅拌反应2h；反应液在8℃、13000rpm条件下离心；沉淀依次用乙醇/丙酮混合液、超纯水超声洗涤、离心，每种溶液重复三次，制备得到介孔聚多巴胺纳米颗粒。将上述介孔聚多巴胺纳米颗粒与抗氧化成分以质量比为1:0.5混合分散，产物离心，用超纯水洗涤沉淀，反复离心、洗涤，获得负载抗氧化成分的聚多巴胺纳米颗粒，其中抗氧化成分为大蒜素与茴香烯按质量比1:1混合；

(2)双重载药多糖基自愈合水凝胶：利用高碘酸钠氧化法制备氧化双醛多糖，高碘酸钠与双醛多糖的二者摩尔比为1:1，避光反应6h，反应液用超纯水透析3天(3500Da)，冻干保存，其中双醛多糖选用双醛瓜尔胶。将所述负载抗氧化活性物质的聚多巴胺纳米颗粒和抗炎药物添加到羧甲基壳聚糖中，均匀混合后加入双醛多糖，制得双重载药多糖基自愈合水凝胶。其中，羧甲基壳聚糖与双醛多糖的质量比为1:1，载药聚多巴胺纳米颗粒质量分数为0.6wt％，抗炎药物质量分数为0.6wt％，其中抗炎药物选用阿司匹林。

实施例3

(1)介孔聚多巴胺纳米颗粒的制备及载药：泊洛沙姆127与盐酸多巴胺分散至水-乙醇混合溶液中，二者质量比为1:2，加入2体积份数的均三甲苯，搅拌混合制备得到白色浑浊乳液；向上述乳液逐滴加入氨水，使其pH为10.0，25℃、400rpm下搅拌反应2h；反应液在8℃、13000rpm条件下离心；沉淀依次用乙醇/丙酮混合液、超纯水超声洗涤、离心，每种溶液重复三次，制备得到介孔聚多巴胺纳米颗粒。将上述介孔聚多巴胺纳米颗粒与抗氧化成分以质量比为1:1混合分散，产物离心，用超纯水洗涤沉淀，反复离心、洗涤，获得负载抗氧化成分的聚多巴胺纳米颗粒，其中抗氧化成分为槲皮素与柚皮素按质量比2:3混合；

(2)双重载药多糖基自愈合水凝胶：利用高碘酸钠氧化法制备氧化双醛多糖，高碘酸钠与双醛多糖的摩尔比为1:1，避光反应4h，反应液用超纯水透析3天(3500Da)，冻干保存，其中双醛多糖选用等质量比的双醛淀粉和双醛羧甲基纤维素钠的混合物。将所述负载抗氧化活性物质的聚多巴胺纳米颗粒和抗炎药物添加到羧甲基壳聚糖中，均匀混合后加入双醛多糖，制得双重载药多糖基自愈合水凝胶。其中，羧甲基壳聚糖与双醛多糖的质量比为1:2，载药聚多巴胺纳米颗粒质量分数为0.4wt％，抗炎药物质量分数为0.4wt％，其中抗炎药物选用吲哚美辛。

下面结合各附图对本发明所得的产品的性能进行进一步的解释：

图1为介孔聚多巴胺纳米颗粒的SEM照片。根据图1我们可以看到制得的介孔聚多巴胺纳米颗粒呈现出规整的球状，具有均匀的粒径分布和孔径分布，呈现出较高的比表面积和孔容，且由于具有丰富的基团和易于修饰的特性，介孔聚多巴胺纳米颗粒是进行药物控释的理想平台，尤其在疏水性活性成分的负载与递送中展现出优势。

图2为多糖基自愈合水凝胶的SEM照片；其中(a)为未负载药物的多糖基自愈合水凝胶的SEM照片，(b)为双重载药的多糖基自愈合水凝胶双重载药体系。可以看到制得多糖基自愈合水凝胶具有三维网络结构，保证环境中水分、气体、营养物质的传递与交换，孔径分布为150μm-200μm，适宜成纤维细胞、血管内皮细胞等细胞的增殖，是制备伤口敷料的理想材料。

图3为多糖基自愈合水凝的抗压强度对比图。通过图3可以看出，伤口敷料应具备一定的抗压能力，能够保护创面免受外部刺激，所述制得多糖基自愈合水凝胶抗压强度高于30kPa，具备足够的机械强度和延展性，能够抵御外界压力，维持材料的完整并支撑创面组织生长。

图4为多糖基自愈合水凝的溶胀性能对比图。通过图4可以看出，制得的多糖基自愈合水凝胶在处理12h后达到溶胀平衡，溶胀率约为200％，适当的溶胀比率能够保证内部营养物质、组织液的交换，利于物质和信号的传递，所述制得多糖基自愈合水凝胶在处理24h后能维持三维网络结构，体现出优异的稳定性，是作为伤口敷料的理想材料。

图5为多糖基自愈合水凝在不同pH条件下姜黄素的累计释放的曲线。通过图5可以看出，慢性创口组织渗出液呈现弱碱性，伴随长期炎症pH逐渐上升，所述制备多糖基自愈合水凝胶具有刺激响应性释放药物的能力，在pH 7.4条件下较快释放抗氧化活性物质姜黄素，7天累计释放率为30％，该水凝胶能够响应慢性创口微环境的特性，在创面治疗中具有可观的应用前景。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种双重载药多糖基自愈合水凝胶的制备方法，包括：

（1）制备介孔聚多巴胺纳米颗粒：

取1质量份泊洛沙姆127与1-1.5质量份盐酸多巴胺分散至水-乙醇混合溶液中，加入0.5-3体积份数的均三甲苯，搅拌混合制备得到白色浑浊乳液；

向白色浑浊乳液中加入氨水调节pH值为8.5-10.0，随后在25-37℃、400-600rpm条件下搅拌2-4h，结束后将反应液在8-10℃、10000-13000rpm条件下离心；

离心得到的沉淀依次用乙醇/丙酮混合液、超纯水超声洗涤、离心处理，每种溶液重复三次，得到介孔聚多巴胺纳米颗粒；

（2）载药处理：

采用一锅煮法使介孔聚多巴胺纳米颗粒负载抗氧化成分，得到负载抗氧化成分的聚多巴胺纳米颗粒；

（3）利用双醛多糖化学交联羧甲基壳聚糖制备多糖基自愈合水凝胶：

于酸性条件下，将高碘酸钠加入双醛多糖水溶液中，高碘酸钠与双醛多糖摩尔比为1:（1-2），避光反应4-8h，反应液用超纯水透析三天（3500Da），冻干保存，得到双醛多糖备用；其中双醛多糖与羧甲基壳聚糖的质量比为1:（0.5-2）；羧甲基壳聚糖取代度≥80％；

（4）制备双重载药的多糖基自愈合水凝胶：

将负载抗氧化活性物质的聚多巴胺纳米颗粒和抗炎药物添加到多糖基自愈合水凝胶中，制得双重载药多糖基自愈合水凝胶。

2. 根据权利要求1所述的制备方法，其中：

步骤（2）所述负载抗氧化成分的聚多巴胺纳米颗粒由如下方法制得：

将介孔聚多巴胺纳米颗粒与抗氧化成分按质量比为1:（0.25-1）混合分散，产物离心，用超纯水洗涤沉淀，再次反复离心、洗涤，获得负载抗氧化成分的聚多巴胺纳米颗粒。

3. 根据权利要求2所述的制备方法，其中：

所述抗氧化成分为姜黄素、黄连素、槲皮素、柚皮素、大蒜素、芹菜素、芳樟醇和茴香烯中的一种或多种。

4. 根据权利要求1所述的制备方法，其中：

步骤（3）所述双醛多糖为双醛透明质酸钠、双醛海藻酸钠、双醛羧甲基纤维素钠、双醛瓜尔胶、双醛淀粉中的一种或多种。

5. 根据权利要求1所述的制备方法，其中：

步骤（4）所述多糖基自愈合水凝胶中负载抗氧化活性物质的聚多巴胺纳米颗粒的质量分数为0.4-0.8wt％，多糖基自愈合水凝胶所负载抗炎药物的质量分数为0.4-0.8wt％。

6. 根据权利要求1所述的制备方法，其中：

步骤（4）所述抗炎药物为阿司匹林、吲哚美辛、双氯芬酸、盐酸二甲双胍、格列喹酮中的一种或多种。

7. 一种根据权利要求1-6所述任一制备方法制得的双重载药多糖基自愈合水凝胶。

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