CN114533945A

CN114533945A - 促进感染性糖尿病创面愈合的二维MXene-无机有机杂化多功能水凝胶及制备方法

Info

Publication number: CN114533945A
Application number: CN202210016681.5A
Authority: CN
Inventors: 张秋禹; 杨作婷; 张宝亮; 周丽; 郑华
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2022-04-11
Filing date: 2022-04-11
Publication date: 2022-05-27

Abstract

本发明涉及一种促进感染性糖尿病创面愈合的二维MXene‑无机有机杂化多功能水凝胶及制备方法，二维MXene‑无机有机杂化多功能水凝胶为聚醚‑对羟基苯甲醛水溶液、支化阳离子聚合物水溶液、3,3'‑二硫代双(丙酰肼)(DTPH)水溶液和多巴胺修饰的MXene‑生物活性无机材料水溶液，按照(14‑18)：(1‑6)：(1‑4)：(1‑4)的体积比混合通过席夫碱反应得到的FGDM水凝胶。FGDM水凝胶可注射、可自愈合、导电，具有温度和氧化还原双响应性、ROS清除能力、快速止血能力、良好的生物相容性、较强的组织粘附性和抗菌性，能够促进糖尿病小鼠感染性皮肤创面修复。制备方法简单，无有机溶剂残留，合成方法环保、操作方便、原料成本低。

Description

促进感染性糖尿病创面愈合的二维MXene-无机有机杂化多功能水凝胶及制备方法

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，涉及一种促进感染性糖尿病创面愈合的二维MXene-无机有机杂化多功能水凝胶及制备方法。

背景技术

皮肤是人体最大的器官，也是人体自我保护的第一道屏障。糖尿病患者的皮肤伤口愈合受损导致全世界很高的发病率和死亡率。因而，损伤后皮肤完整性、稳态和保护功能的恢复对人类生存至关重要。目前，用于伤口治疗的敷料包括棉絮、绷带、纱布及水凝胶等。其中，水凝胶支架因含有丰富的水分和三维交联网络结构且可生物降解，能够保持伤口环境湿润、促进氧气交换和吸收伤口渗出液并避免敷料去除时造成的二次创伤，因而成为促进伤口愈合敷料的首要选择。然而，由于糖尿病伤口对多重耐药(MDR)细菌感染的脆弱性，目前大多数基于水凝胶的敷料往往在糖尿病伤口愈合中受损。将抗菌剂封装在水凝胶中能够赋予水凝胶抗菌性能。目前，临床上使用的抗菌剂局限于抗生素。但随着抗生素类产品的大量使用，造成的细菌多药耐药性也愈发严峻，这对感染性糖尿病伤口的修复来说无疑是一个巨大的挑战。近年来，大量纳米抗菌材料如金属纳米粒子、聚合物纳米结构和碳基纳米材料的出现为解决细菌多药耐药性问题提供了新的思路。此外，天然抗菌材料如抗菌多肽(AMP)因其具有广谱的抗菌能力也被广泛研究报道。相比抗生素，纳米抗菌材料和抗菌多肽的杀菌作用主要依靠物理作用破坏细胞膜，细菌不会对其产生耐药性，因而能够作为抗生素的替代品封装在水凝胶中用于多药耐药细菌感染伤口的修复。除了细菌感染外，有害活性氧 (ROS)引起的氧化创伤微环境也会阻碍感染糖尿病伤口的有效愈合。因此，减轻ROS 对相关组织损伤在抗菌生物材料设计中具有重要意义。

一个理想的用于感染糖尿病伤口高效快速修复的水凝胶需要具有可生物降解性、良好的生物相容性、抗菌性能、抗氧化性、止血能力、自修复能力、组织粘附、适当的机械性能和导电性等多功能性。良好的生物相容性确保水凝胶支架低毒的同时促进细胞增殖；止血能力能快速控制组织损伤后的出血，有利于创面愈合；自修复能力使得水凝胶在受到损坏时能够快速自我恢复，从而在愈合过程中保持结构稳定；具有良好粘附能力的水凝胶能够在愈合过程中附着在创口表面保持湿润的环境，从而加速伤口闭合和组织再生；皮肤组织对电刺激敏感，具有良好导电性的伤口敷料可以通过电刺激来构建细胞通信网络，促进血管生成并调节多种伤口愈合基因的表达。此外，可注射多功能水凝胶除了具备上述优势外，还具有良好的形状适应性，可以覆盖不规则的伤口，是目前最具吸引力的伤口敷料。值得注意的是，多功能纳米粒子的掺杂更有利于具有上述多功能特征的用于耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)感染伤口修复的水凝胶支架得以开发。

近年来，二维Mxenes材料因其易于功能化、机械灵活性、优良的导电性、良好的生物相容性、易降解性以及在近红外(NIR)区域的强吸收，已被广泛应用于生物医学领域。此外，MXenes的原子结构和超薄厚度使其对革兰氏阳性金黄色葡萄球菌 (S.aureus)和革兰氏阴性大肠杆菌(E.coli)显示出良好的抗菌性能。在众多类MXenes 中，碳化铌(Nb₂C)MXene和碳化钒(V₂C)MXene不仅具有MXenes的一般特性，还具有明显的抗氧化作用，可清除自由基，促进糖尿病伤口的有效愈合。不幸的是， Nb₂C MXene缺乏粘附能力，因而在其表面修饰具有生物贻贝特性的PDA来提高材料的组织粘附能力是一个不错的选择。因此，将PDA修饰的Nb₂C MXene整合到可注射水凝胶能够有针对性的实现抗菌、清除活性氧、止血能力、组织粘附等的多功能。

但是，现有技术中还存在着水凝胶用于感染性糖尿病创面修复组织粘附性弱、自愈合能力差、抗感染能力差以及不能有效改善创面微环境等问题。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种促进感染性糖尿病创面愈合的二维MXene-无机有机杂化多功能水凝胶及制备方法，方法工艺简单，制得的水凝胶具有可注射性、温度和氧化还原双响应性、导电性、自愈合能力、组织粘附性快速止血能力、ROS清除能力及较强的抗菌性能，不仅能有效抑制游离细菌的生长，还能抵抗生物被膜，缓解有害氧化微环境，促进感染性糖尿病创面修复，在糖尿病伤口治疗方面具有潜在的应用价值。

技术方案

一种促进感染性糖尿病创面愈合的二维MXene-无机有机杂化多功能水凝胶，其特征在于组份为按照14-18︰1-6︰1-4︰1-4的体积比混合的聚醚-对羟基苯甲醛水溶液、支化阳离子聚合物水溶液、3,3'-二硫代双(丙酰肼)DTPH水溶液和2％-10％的多巴胺修饰的MXene-生物活性无机材料水溶液；所述聚醚-对羟基苯甲醛水溶液的质量浓度为10％-30％；所述支化阳离子聚合物水溶液的质量浓度为5％-30％；所述3,3'-二硫代双(丙酰肼)DTPH水溶液的质量浓度为2％-10％；所述多巴胺修饰的MXene-生物活性无机材料水溶液的质量浓度2％-10％。

所述的聚醚为P123三嵌段共聚物或Pluronic F127。

所述的阳离子聚合物为季铵化壳聚糖、聚乙烯亚胺或ε-聚赖氨酸。

所述的二维MXene-生物活性无机材料为Nb₂C Mxene或V₂C MXene。

一种制备所述的促进感染性糖尿病创面愈合的二维MXene-无机有机杂化多功能水凝胶的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将聚醚-对羟基苯甲醛配制成质量浓度为10％-30％的水溶液，将支化阳离子聚合物配制成质量浓度分别为5％-30％的水溶液，将3,3'-二硫代双(丙酰肼)DTPH 配制成2-10％的水溶液，将PDA@MXene-生物活性无机材料分别配制成质量浓度为 2％-10％的水溶液；

步骤2：将支化阳离子聚合物水溶液、PDA@MXene-生物活性无机材料水溶液和DTPH水溶液加入到聚醚-对羟基苯甲醛水溶液中，混合均匀后于37℃放置10min-1h，通过醛基和氨基之间的席夫碱反应形成凝胶网络得到FGDM水凝胶；

所述聚醚-对羟基苯甲醛水溶液、支化阳离子聚合物水溶液、3,3'-二硫代双(丙酰肼)DTPH水溶液和2％-10％的多巴胺修饰的MXene-生物活性无机材料水溶液的体积比为14-18︰1-6︰1-4︰1-4。

所述聚醚-对羟基苯甲醛的制备方法如下：将聚醚与甲磺酰氯以摩尔比为1︰6-1 ︰4的比例反应制备聚醚-SO₃；将聚醚-SO₃与对羟基苯甲醛和碳酸钾以摩尔比为1︰4 ︰4-1︰2︰2的比例反应制备聚醚-Phe-CHO。

所述支化阳离子聚合物的制备方法如下：将丙三醇与丙烯酰氯以摩尔比为1︰5 的比例反应制备三丙烯酸甘油酯预聚物GTA；将GTA与阳离子聚合物以摩尔比为1 ︰4-1︰2的比例通过迈克尔加成反应制备支化阳离子聚合物。

所述多巴胺修饰的MXene-生物活性无机材料的制备方法如下：将MAX相剥离形成单层MXene纳米片；以MXene纳米片与多巴胺质量比为1︰2的比例，将多巴胺通过多巴胺氧化自聚合修饰于MXene纳米片的表面得到PDA@MXene-生物活性无机材料。

有益效果

本发明提出的一种促进感染性糖尿病创面愈合的二维MXene-无机有机杂化多功能水凝胶及制备方法，二维MXene-无机有机杂化多功能水凝胶为聚醚-对羟基苯甲醛水溶液、支化阳离子聚合物水溶液、3,3'-二硫代双(丙酰肼)(DTPH)水溶液和多巴胺修饰的MXene-生物活性无机材料水溶液，按照(14-18)：(1-6)：(1-4)：(1-4)的体积比混合通过席夫碱反应得到的FGDM水凝胶，其中，F为聚醚-对羟基苯甲醛；G 为支化聚阳离子聚合物；D为3,3'-二硫代双(丙酰肼)，M为多巴胺修饰的MXene-生物活性无机材料。FGDM水凝胶可注射、可自愈合、导电，具有温度和氧化还原双响应性、ROS清除能力、快速止血能力、良好的生物相容性、较强的组织粘附性和抗菌性，能够促进糖尿病小鼠感染性皮肤创面修复。制备方法简单，无有机溶剂残留，合成方法环保、操作方便、原料成本低。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明以具有较好生物相容性的聚醚和具有较强抗菌性的阳离子聚合物为原料，先后制备出聚醚-Phe-CHO和支化阳离子聚合物；然后将多巴胺通过氧化自聚合修饰于MXene-生物活性无机材料的表面得到PDA@MXene-生物活性无机材料。再将聚醚 -Phe-CHO、DTPH和PDA@MXene-生物活性无机材料与支化阳离子聚合物混合通过席夫碱反应得到FGDM水凝胶。本发明的制备方法简单，且无有机溶剂残留，所使用的合成方法环保、操作方便、原料成本低。具有以下优点：

(1)本发明所使用的聚醚具有良好的生物相容性，且廉价易得。

(2)本发明将阳离子聚合物与三丙烯酸甘油酯预聚物反应制备支化阳离子聚合物作为水凝胶的组分之一，赋予了水凝胶优异的抗菌性能。

(3)本发明选用的二维MXene-生物活性无机材料具有导电性，除抗菌性能外，还具有抗氧化能力，有效缓解有害氧化微环境。

(4)本发明利用聚多巴胺对MXene-生物活性无机材料进行改性，不仅改善生物活性无机材料分散性差的问题，而且增强水凝胶对组织的粘附性。

(5)本发明中制备的FGDM水凝胶导电、可注射、可自愈合、具有温度和氧化还原双响应性及快速止血能力。

(6)本发明中制备的FGDM水凝胶在激光照射下具有优异的抗菌性能，不仅能有效抑制浮游细菌的生长，还能有效抵抗细菌生物被膜，并促进感染性糖尿病伤口愈合。

(7)本发明中使用的溶剂为水，所制备的FGDM水凝胶不存在任何的有机溶剂。

本发明所述的FGDM水凝胶，经实验结果证明：具有导电性、温度和氧化还原双响应性、良好的生物相容性和较好的抗氧化性，组织粘附性强，可快速止血，可自愈合，能够有效抑制浮游细菌生长并抵抗生物被膜，并且能促进糖尿病小鼠感染皮肤损伤修复。

附图说明

图1A是FGDM1水凝胶FCHO的¹H-NMR核磁图谱；

图1B为FGDM1水凝胶各组分的红外谱图。

图2A为FGDM1水凝胶成凝胶过程和温度响应性特征图片；

图2B为FGDM1水凝胶可注射结果；

图2C图为FGDM1水凝胶自愈合过程；

图2D为FGDM1水凝胶的导电率测定结果。

图2E为FGDM1水凝胶氧化还原响应性特征照片；

图3A为FGDM2水凝胶对活性氧H2O2的清除能力；

图3B是FGDM2水凝胶的粘附性测定结果。

图4为FGDM3及各组分在不同浓度下对NIH3T3细胞的毒性测定结果。

图5A是FGDM4水凝胶及对照组对大肠杆菌(E.coli)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的抗菌结果；

图5B为FGDM4水凝胶及对照组对糖尿病小鼠感染性皮肤损伤修复结果。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明以聚醚-Phe-CHO、支化阳离子聚合物和PDA@MXene-生物活性无机材料为原料制备一种促进感染性糖尿病创面愈合的二维MXene-无机有机杂化多功能水凝胶。其中，支化阳离子聚合物和PDA@MXene-生物活性无机材料具有广谱抗菌性，可与聚醚-Phe-CHO和DTPH通过席夫碱反应形成凝胶网络。聚醚-Phe-CHO作为主体结构具有温度响应性，赋予水凝胶可注射性。除抗菌性能外，二维MXene还具有抗氧化能力，有效改善氧化微环境。经聚多巴胺修饰的二维MXene-生物活性无机材料不仅具有良好的水分散性，而且能增强水凝胶与组织之间的粘附。DTPH不仅参与凝胶网络的形成，而且因其二硫键的存在，赋予了水凝胶氧化还原响应特性，并能消耗生物被膜微环境中的GSH，改善创面微环境。在各组分的协同作用下，此无机有机杂化多功能水凝胶可显著促进感染性糖尿病创面愈合。

实施例1

(1)Pluronic F127-甲磺酸酯(F127-SO₃)的制备：将12.6g F127溶于120mL无水二氯甲烷中，然后依次加入0.88mL三乙胺和0.32mL甲磺酰氯，于室温下搅拌24h。反应结束后，用二氯甲烷萃取并用1M盐酸和饱和氯化钠洗涤有机相。经无水硫酸钠干燥后在冷乙醚中沉淀并真空干燥即得F127-SO₃(产率89％)。

(2)F127-对羟基苯甲醛(FCHO)的制备：将12.17g F127-SO₃溶于120mL DMF 中，然后加入0.52g对羟基苯甲醛和0.59g碳酸钾(K₂CO₃)，于80℃下反应72h。反应结束后，待其冷却至室温，加入150mL水并用二氯甲烷萃取。之后用饱和氯化钠洗涤有机相，有机相经无水硫酸镁干燥后，在冷乙醚中沉淀并真空干燥即得FCHO (产率90％)。

(3)三丙烯酸甘油酯预聚物(GTA)的制备：将0.18g丙三醇和0.9g TEA加入 100mL氯仿中。在0℃下向该溶液中滴加0.82g丙烯酰氯(AC)。在0℃下反应1小时，并在50℃下反应23小时后，过滤除去三乙胺盐酸盐。滤液中的三乙胺和HCl分别用稀HCl和NaHCO₃水溶液中和。经无水Na₂SO₄干燥后，减压蒸馏即得GTA(产率：89％)。

(4)支化聚赖氨酸(GEPL)的制备：将0.35g GTA溶于50mL DMSO中作为溶液A。氮气保护下将10.5gε-聚赖氨酸(EPL)在50℃溶解在30mL H₂O中得到溶液B。在30min内将溶液A缓慢加入溶液B中。50℃下反应48h后，用截留分子量为3500的透析袋在蒸馏水中透析2天，冷冻干燥即得GEPL(产率：75％)。

(5)二维Nb₂C MXene的制备：将2g Nb₂AlC粉末浸入40mL HF中，并在30℃ 的水浴中连续搅拌2天。反应结束后，离心收集产物并用去离子水反复洗涤，直到pH 值约为6，以获得多层Nb₂C MXene。然后，将多层Nb₂C MXene重新分散在40mL 的40％四丙基氢氧化铵(TPAOH)中，室温下搅拌三天后，离心除去TPAOH。向离心管中加入去离子水并超声6h后，离心得到的上清液为单层Nb₂C MXene分散液。

(6)聚多巴胺修饰的Nb₂C MXene的制备：将10g Nb₂C MXene分散液(9.8mg/g) 添加到40mL Tris-HCl缓冲液(PH＝8.7)中。然后，加入0.196g多巴胺。在室温下反应20h后，通过离心收集沉淀物并用去离子水反复洗涤。最后，冷冻干燥即得 PDA@Nb₂C MXene纳米片。

(7)水凝胶(FGDM1)的制备：将5μL GEPL(20wt％)溶液、5μL DTPH水溶液(10wt％)和5μL PDA@Nb₂C MXene纳米片分散液(5wt％)混匀后，加入90 μL F127-Phe-CHO水溶液(20wt％)中，混合均匀后于25-37℃放置5min得到FGDM1 水凝胶(图2A)。以5μL水替代PDA@Nb₂C MXene纳米片分散液制备的水凝胶FGD1 为对照组。

该FGDM1水凝胶可注射(图2B)、可自愈合(图2C)、导电(图2D)，具有温度和氧化还原双响应性(图2E)、ROS清除能力、快速止血能力和较强的组织粘附性，而且FGDM1及各组分的细胞毒性都较低，还能促进细胞增殖。该水凝胶对大肠杆菌 (E,coli)、金黄色葡萄球菌(S,aureus)和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)都具有较强的抗菌性，还可有效抵抗细菌生物被膜。将该水凝胶注射到糖尿病小鼠感染性皮肤创面上，分别在0、3、7和14天拍照记录各组的皮肤修复情况。观察发现，与对照组相比，FGDM1水凝胶能有效促进感染性糖尿病皮肤创面愈合。因此，这种 FGDM1水凝胶在治疗感染性糖尿病皮肤创面方面展现了巨大的应用价值。

实施例2

(1)P123-甲磺酸酯(P123-SO₃)的制备：将5.8g P123溶于70mL无水二氯甲烷中，然后依次加入0.56mL三乙胺和0.76g甲磺酰氯于室温下反应24h。反应结束后，用二氯甲烷萃取并用稀盐酸和饱和氯化钠洗涤有机相。经无水硫酸钠干燥后在冷乙醚中沉淀并真空干燥即得P123-SO₃(产率88％)。

(2)P123-对羟基苯甲醛(PCHO)的制备：将2.5g P123-SO₃溶于40mL DMF 中，然后加入0.15g对羟基苯甲醛和0.16g碳酸钾(K₂CO₃),于80℃下反应72h。反应结束后，待其冷却至室温，加入50mL水并用二氯甲烷萃取。之后用饱和氯化钠洗涤有机相，有机相经无水硫酸镁干燥后，在冷乙醚中沉淀并真空干燥即得PCHO(产率90％)。

(4)支化聚乙烯亚胺聚合物(GPEI)的制备：将1.5g GTA和3.9g PEI分别溶于20mLDMSO和60mL水中，然后将GTA水溶液加入PEI溶液中，在60℃下反应 72h后，用截留分子量为3000的透析袋在蒸馏水中透析3天，冷冻干燥即得到GPEI 聚合物。

(7)水凝胶(FGDM2)的制备：将20μL GEPL(10wt％)溶液、10μL DTPH 水溶液(2.5wt％)和5μL PDA@V₂C MXene纳米片分散液(5wt％)混匀后，加入 80μL PCHO水溶液(25wt％)中，混合均匀后于25-37℃放置10min得到FGDM2 水凝胶。以5μL水替代PDA@V₂CMXene纳米片分散液制备的水凝胶FGD2为对照组。

该FGDM2水凝胶、可注射、可自愈合、导电，具有温度和氧化还原双响应性、 ROS清除能力(图3A)、快速止血能力和较强的组织粘附性(图3B)，而且FGDM2 及各组分的细胞毒性都较低，还能促进细胞增殖。该水凝胶对大肠杆菌(E,coli)、金黄色葡萄球菌(S,aureus)和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)都具有较强的抗菌性，还可有效抵抗细菌生物被膜。将该水凝胶注射到糖尿病小鼠感染性皮肤创面上，分别在0、3、7和14天拍照记录各组的皮肤修复情况。观察发现，与对照组相比，FGDM2 水凝胶能有效促进感染性糖尿病皮肤创面愈合。因此，这种FGDM2水凝胶在治疗感染性糖尿病皮肤创面方面展现了巨大的应用价值。

实施例3

(1)Pluronic F127-甲磺酸酯(F127-SO₃)的制备：将12.6g F127溶于120mL无水二氯甲烷中，然后依次加入0.88mL三乙胺和0.32mL甲磺酰氯，于室温下搅拌24h。反应结束后，用二氯甲烷萃取并用1M盐酸和饱和氯化钠洗涤有机相。经无水硫酸钠干燥后在冷乙醚中沉淀并真空干燥即得F127-SO₃(产率87％)。

(2)F127-对羟基苯甲醛(FCHO)的制备：将12.17g F127-SO₃溶于120mL DMF 中，然后加入0.52g对羟基苯甲醛和0.59g碳酸钾(K₂CO₃)，于80℃下反应72h。反应结束后，待其冷却至室温，加入150mL水并用二氯甲烷萃取。之后用饱和氯化钠洗涤有机相，有机相经无水硫酸镁干燥后，在冷乙醚中沉淀并真空干燥即得FCHO (产率89％)。

(5)二维V₂C MXene的制备：将1g MAX相前体V₂AlC粉末在室温下缓慢浸入30mL HF中，磁力搅拌72小时后，将悬浮液离心10min并使用去离子水反复洗涤，直到上清液pH值达到5.0以上。将获得的大块沉淀物重新分散在40mL的TPAOH 溶液中并在室温搅拌24h。离心收集产物，并用氩(Ar)脱气去离子水冲洗3次以去除残留的TPAOH，最后离心50min收集上清液即得单层V₂C MXene分散液。

(6)聚多巴胺修饰的V₂C MXene的制备：将15g V₂C MXene分散液(6.3mg/g) 添加到60mL Tris-HCl缓冲液(PH＝8.7)中。然后，加入0.189g多巴胺。在室温下反应20h后，通过离心收集沉淀物并用去离子水反复洗涤。最后，冷冻干燥即得 PDA@V₂C MXene纳米片。

(7)水凝胶(FGDM3)的制备：将20μL GPEI(10wt％)溶液、10μL DTPH 水溶液(5wt％)和5μL PDA@Nb₂C MXene纳米片分散液(10wt％)混匀后，加入 80μL FCHO水溶液(20wt％)中，混合均匀后于25-37℃放置5min得到FGDM3水凝胶。以10μL水替代PDA@Nb₂CMXene纳米片分散液制备的水凝胶FGD3为对照组。

该FGDM3水凝胶可注射、可自愈合、导电，具有温度和氧化还原双响应性、ROS 清除能力、快速止血能力和较强的组织粘附性，而且FGDM3及各组分的细胞毒性都较低(图4)，还能促进细胞增殖。该水凝胶对大肠杆菌(E,coli)、金黄色葡萄球菌(S, aureus)和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)都具有较强的抗菌性，还可有效抵抗细菌生物被膜。将该水凝胶注射到糖尿病小鼠感染性皮肤创面上，分别在0、3、7和 14天拍照记录各组的皮肤修复情况。观察发现，与对照组相比，FGDM3水凝胶能有效促进感染性糖尿病皮肤创面愈合。因此，这种FGDM3水凝胶在治疗感染性糖尿病皮肤创面方面展现了巨大的应用价值。

实施例4

(4)支化季铵化壳聚糖聚合物(GQCS)的制备：将1.2g GTA和2.4g季铵化壳聚糖溶于100mL水中，于60℃下反应72h。反应结束后，用截留分子量为3500的透析袋在蒸馏水中透析3天，冷冻干燥即得到GQCS聚合物。

(7)水凝胶(FGDM4)的制备：将20μL GQCS(5wt％)溶液、10μL DTPH 水溶液(5wt％)和10μL PDA@V₂C MXene纳米片分散液(2.5wt％)混匀后，加入 140μL FCHO水溶液(20wt％)中，混合均匀后于25-37℃放置30min得到FGDM4 水凝胶。以10μL水替代PDA@V₂C MXene纳米片分散液制备的水凝胶FGD4为对照组。

该FGDM4水凝胶可注射、可自愈合、导电，具有温度和氧化还原双响应性、ROS 清除能力、快速止血能力和较强的组织粘附性，而且FGDM4及各组分的细胞毒性都较低，还能促进细胞增殖。该水凝胶对大肠杆菌(E,coli)、金黄色葡萄球菌(S,aureus) 和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)都具有较强的抗菌性(图5A)，还可有效抵抗细菌生物被膜。将该水凝胶注射到糖尿病小鼠感染性皮肤创面上，分别在0、3、7 和14天拍照记录各组的皮肤修复情况。观察发现，与对照组相比，FGDM4水凝胶能有效促进感染性糖尿病皮肤创面愈合(图5B)。因此，这种FGDM4水凝胶在治疗感染性糖尿病皮肤创面方面展现了巨大的应用价值。

本发明所制备的上述FGDM水凝胶导电、可注射、可自愈合，具有温度和氧化还原双响应性、ROS清除能力、快速止血能力和较强的组织粘附性，而且FGDM及各组分的细胞毒性都较低，还能促进细胞增殖。该水凝胶对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌都具有较强的抗菌性，还可有效抵抗细菌生物被膜。此外，FGDM水凝胶还能有效促进感染性糖尿病皮肤创面修复。下面结合实验数据详细分析。

图1A是FGDM1水凝胶F127-Phe-CHO的¹H-NMR核磁图谱，从图中可以看出归属于F127和对羟基苯甲醛的各特征峰均能在谱图上显示出来，说明FCHO的成功合成；图1B为FGDM1水凝胶各组分的红外谱图，从图中可以看出，2882cm^-1和1110 cm^-1处的吸收峰归属于FCHO的C-H伸缩振动和醚键吸收峰，1602cm^-1和1692cm^-1处的吸收峰为FCHO苯环上的骨架振动和醛基吸收峰。与FCHO相比，FG1、FGD1 和FGDM1在1692cm^-1处对应醛基的吸收峰消失且在1667cm^-1处出现了归属于亚胺键(-C＝N)的伸缩振动。这证实了GEPL、DTPH、F127-Phe-CHO和PDA@Nb₂C MXene 之间通过席夫碱反应构建了FGDM1水凝胶网络。

图2A为FGDM1水凝胶成凝胶过程图片，由图可知，在4℃下，FGDM1为溶液状态，当温度升高到37℃时，放置一段时间后，FGDM1成为凝胶状态；图2B为FGDM1 水凝胶可注射结果，实验表明FGDM1可以顺利通过1mL的注射器而不堵塞，并可流畅的书写字母；图2C为FGDM1水凝胶自愈合过程，可以看出，凝胶中间的孔洞随着时间延长逐渐减小，直至消失，证明FGDM1可以自愈合；图2D为FGDM1水凝胶和对照组的电导率，可以看出，由于PDA@Nb₂CMxene生物活性无机材料的掺杂， FGDM1水凝胶表现出比FCHO和FGD1更高的导电率，说明PDA@Nb₂C Mxene显著增强了水凝胶的导电性。图2E为FGDMN1水凝胶的氧化还原响应性结果，可以看出，将还原剂二硫苏糖醇(DTT)加入水凝胶后，FGDM1水凝胶变为溶液状态，这是因为凝胶网络中的二硫键被破坏；当加入氧化剂(H₂O₂)后，被破坏的二硫键重新被氧化形成，FGDM1又转变为凝胶状态，证明FGDM1水凝胶具有氧化还原响应性。

图3A为FGDM2水凝胶对活性氧H₂O₂的清除能力，从曲线中可以看出，随着时间的延长，H₂O₂的浓度逐渐降低，说明FGDM2水凝胶能有效缓解有害活性氧，且其对H₂O₂的清除能力依赖于生物活性无机材料PDA@Nb₂C Mxene纳米片在凝胶中的浓度。图3B为FGDM2水凝胶的粘附性测定结果，可以看出，该水凝胶能够紧紧黏附在弯曲不同程度的指关节上而不脱落，证明了FGDM2较强的粘附性。

图4为不同浓度下FGDM3及各组分与NIH3T3细胞共孵育24h后的细胞毒性结果，由图可知，FGDM3及各组分对NIH3T3细胞的的毒性都较小，即使在浓度为25 μg/mL时，其细胞活力均在90％以上，说明本发明制备的FGDM水凝胶具有较好的生物相容性。

图5A是FGDM4水凝胶及对照组对大肠杆菌(E.coli)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的抗菌结果，由图可知，FGDM4和FGD4在上述三种细菌中均显示出较高的抗菌性能，其抗菌能力达到99％以上，说明本发明制备的FGDM水凝胶具有较强的抗感染能力。图5B为FGDM4水凝胶及对照组对糖尿病小鼠感染性皮肤创面的修复结果，可以看出，随着时间延长，各组的皮肤缺损面积逐渐减小。相比对照组，FGDM4组显示出更快的修复速度和更好的修复效果，说明 FGDM水凝胶能促进感染性糖尿病创面愈合。

本发明初次使用PDA修饰的二维MXene-生物活性无机材料、聚醚-Phe-CHO、支化阳离子聚合物和DTPH为原料制备FGDM水凝胶。该方法工艺简单，操作方便、原料成本低。所制备的FGDM水凝胶可注射、可自愈合、导电，具有温度和氧化还原双响应性、ROS清除能力、快速止血能力和较强的组织粘附性，且细胞毒性较低，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌都具有较强的抗菌性(图5A)，还可有效抵抗细菌生物被膜。更重要的是，FGDM水凝胶能够促进糖尿病小鼠感染性皮肤创面修复。因此，FGDM水凝胶有望成为一种可同时实现止血、抗感染和促进创面愈合的新型多功能制剂，在慢性感染糖尿病皮肤创面的临床治疗中有着很好的应用前景。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims

1.一种促进感染性糖尿病创面愈合的二维MXene-无机有机杂化多功能水凝胶，其特征在于组份为按照14-18︰1-6︰1-4︰1-4的体积比混合的聚醚-对羟基苯甲醛水溶液、支化阳离子聚合物水溶液、3,3'-二硫代双(丙酰肼)DTPH水溶液和2％-10％的多巴胺修饰的MXene-生物活性无机材料水溶液；所述聚醚-对羟基苯甲醛水溶液的质量浓度为10％-30％；所述支化阳离子聚合物水溶液的质量浓度为5％-30％；所述3,3'-二硫代双(丙酰肼)DTPH水溶液的质量浓度为2％-10％；所述多巴胺修饰的MXene-生物活性无机材料水溶液的质量浓度2％-10％。

2.根据权利要求1所述的促进感染性糖尿病创面愈合的二维MXene-无机有机杂化多功能水凝胶，其特征在于：所述的聚醚为P123三嵌段共聚物或Pluronic F127。

3.根据权利要求1所述的促进感染性糖尿病创面愈合的二维MXene-无机有机杂化多功能水凝胶，其特征在于：所述的阳离子聚合物为季铵化壳聚糖、聚乙烯亚胺或ε-聚赖氨酸。

4.根据权利要求1所述的促进感染性糖尿病创面愈合的二维MXene-无机有机杂化多功能水凝胶，其特征在于：所述的二维MXene-生物活性无机材料为Nb₂C Mxene或V₂C MXene。

5.一种制备权利要求1～4任一项所述的促进感染性糖尿病创面愈合的二维MXene-无机有机杂化多功能水凝胶的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将聚醚-对羟基苯甲醛配制成质量浓度为10％-30％的水溶液，将支化阳离子聚合物配制成质量浓度分别为5％-30％的水溶液，将3,3'-二硫代双(丙酰肼)DTPH配制成2-10％的水溶液，将PDA@MXene-生物活性无机材料分别配制成质量浓度为2％-10％的水溶液；

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述聚醚-对羟基苯甲醛的制备方法如下：将聚醚与甲磺酰氯以摩尔比为1︰6-1︰4的比例反应制备聚醚-SO₃；将聚醚-SO₃与对羟基苯甲醛和碳酸钾以摩尔比为1︰4︰4-1︰2︰2的比例反应制备聚醚-Phe-CHO。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述支化阳离子聚合物的制备方法如下：将丙三醇与丙烯酰氯以摩尔比为1︰5的比例反应制备三丙烯酸甘油酯预聚物GTA；将GTA与阳离子聚合物以摩尔比为1︰4-1︰2的比例通过迈克尔加成反应制备支化阳离子聚合物。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述多巴胺修饰的MXene-生物活性无机材料的制备方法如下：将MAX相剥离形成单层MXene纳米片；以MXene纳米片与多巴胺质量比为1︰2的比例，将多巴胺通过多巴胺氧化自聚合修饰于MXene纳米片的表面得到PDA@MXene-生物活性无机材料。