CN114748450B - 一种近红外响应Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶及其制备与应用 - Google Patents

一种近红外响应Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶及其制备与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种近红外响应Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶及其制备与应用。本发明以Bi/BiOCl异质结为主体结构，将其掺杂进纤维蛋白凝胶网络中，赋予Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶近红外响应精准高效抗菌和促愈合的功能。本发明方法简单，成本较低，且反应条件易控；所得复合材料生物相容性好，有良好的抗菌和促愈合效果，是一种很好的糖尿病感染伤口喷剂材料。

Description

一种近红外响应Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶及其制备 与应用
技术领域
本发明属于医用生物材料领域，具体涉及一种具有近红外响应等离子激元共振效应的Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶喷剂的制备方法及其在促糖尿病感染伤口愈合的应用。
背景技术
糖尿病是以高血糖为特征的慢性疾病，持续高血糖会导致微血管受损并危及心脑、手足等部位造成多种并发症。糖尿病伤口溃烂是糖尿病最严重并发症之一，高糖环境导致的伤口难愈合，甚至造成截肢风险。研究表明，细菌感染是延缓伤口愈合的重要原因。在这些溃疡中可以发现多种细菌，最常见的金黄色葡萄球菌。传统的治疗方法，如手术清创、植皮、伤口敷料等往往需要辅助抗生素治疗，而糖尿病患者微血管受损阻碍了活性抗生素作用，并且抗生素具有耐药性等副作用。其他类型的抗菌材料(如季铵化合物、银纳米粒子或抗菌聚合物)被用于伤口修复，但是这些替代品的副作用(如细胞毒性、免疫原性、不稳定的抗菌性)不容忽视。因此，开发具有抗菌促愈合的敷料仍然是糖尿病感染性伤口的迫切临床需求。
与抗生素相比，光热疗法(PTT)抗菌显示了可控、微创和深层组织穿透能力的优势。此外，PTT可以实现精准治疗，因为激光仅聚焦于目标区域，对全身的影响较小，并且其独特的抗菌机制，诱发耐药性的可能性较小。然而，只有超过70℃的高温才能彻底根除细菌，这一条件会严重损害周围健康组织。而组织细胞可以耐受的温度(50～60℃)会衰减抗菌效果。因此，抗菌剂与近红外激光的结合可能是一种更有前景的策略。近年来，具有良好生物相容性BiOCl引起广泛关注，其具有光致发光和热刺激导电性的是潜在的近红外光热纳米剂。但是BiOCl的带隙较宽(3.5eV)，因此只能响应紫外光，不利于临床应用。构建Bi/BiOCl金属-半导体异质结是一种有效策略，与一般的贵金属改性相比，Bi金属生物相容更好，更经济。使用原位还原法合成的Bi/BiOCl更容易制备且成本更低。由于Bi纳米颗粒是原位层层反应形成，具有更好的晶格匹配有利于电荷的转移，能够实现生物窗口近红外光响应。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种近红外响应Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶的制备方法。本发明以具有等离子激元共振效应的Bi/BiOCl异质结为主体结构，将其掺杂进纤维蛋白凝胶网络中，赋予纤维蛋白凝胶近红外响应，实现精准高效抗菌和促愈合的功能。
本发明的另一目的在于提供上述方法制得的一种近红外响应Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶。
本发明的再一目的在于提供上述一种近红外响应Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶在糖尿病感染伤口中的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种近红外响应Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)水热法制备BiOCl纳米粉体；
(2)将BiOCl纳米粉体分散到聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，加入还原剂，搅拌反应3～10min，得到Bi/BiOCl异质结粉体；
(3)将Bi/BiOCl异质结粉体分散在纤维蛋白胶原溶液中，然后与凝血酶溶液混合均匀并成胶，得到Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶。
优选地，步骤(1)具体为：将甘露醇溶解在水中，加入铋源并搅拌溶解后，加入饱和氯源溶液，然后在140～160℃水热反应3～5h，洗涤，干燥，得到BiOCl纳米粉体。
更优选地，所述铋源为五水硝酸铋，所述氯源为氯化钠；所述甘露醇、铋源和饱和氯源溶液的比例为1.82g：1.944～5.832g：10mL。
更优选地，所述甘露醇和水的比例为1.82～5.46g：50mL。
优选地，步骤(2)所述BiOCl纳米粉体、聚乙烯吡咯烷酮和还原剂的比例为0.5g：0.025g：0.375～1.875g。
优选地，步骤(2)所述聚乙烯吡咯烷酮水溶液的浓度为0.5～1.5mg/mL。
优选地，步骤(2)所述还原剂为硼氢化钠和/或硼氢化钾；所述还原剂以水溶液的形式加入，其水溶液的浓度为25～125mmol/L。
优选地，步骤(2)和(3)均在室温下进行。
优选地，步骤(3)所述Bi/BiOCl异质结粉体、纤维蛋白胶原溶液和凝血酶溶液的比例为0.001～0.01g：0.5mL：0.5mL；所述纤维蛋白胶原溶液的浓度为0.005～0.02g/mL；所述凝血酶溶液的浓度为10～100U/mL。
优选地，步骤(3)所述成胶指混合或喷射成胶。
上述方法制得的一种近红外响应Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶。
上述一种近红外响应Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶在糖尿病感染伤口药物制备中的应用。
优选地，所述近红外响应Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶在糖尿病感染伤口抗菌喷剂制备中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)本发明采用具有等离子激元共振效应的Bi/BiOCl为主体材料，生物相容性好，具有优异的近红外光响应性和广谱的抗菌性能，能够有效杀死金黄色葡萄球菌，并且可以与水凝胶复合而不降低其抗菌性能；
(2)本发明制备的Bi/BiOCl异质结，拓展了BiOCl的光吸收，使原来只能响应紫外光的材料可以实现生物窗口近红外响应，并且具有稳定抗菌性；
(3)本发明的制备方法简单，成本较低，可以大量制备，且功能全面，克服了现有技术的缺陷与不足，实现了一种可智能调控、精准定位同时满足抑菌止血、促伤口愈合的多功能糖尿病感染伤口喷剂。
附图说明
图1为本发明的Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶的制备方法流程图。
图2为实施例1制备BiOCl和Bi/BiOCl异质结的SEM图。
图3为实施例1制备BiOCl和Bi/BiOCl异质结的X射线光电子能谱图。
图4为实施例1制备BiOCl和Bi/BiOCl异质结的吸收光谱图。
图5为实施例1制备的Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶的SEM图。
图6为实施例1制备的纤维蛋白凝胶和Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶实物图。
图7为实施例1制备的BiOCl和Bi/BiOCl异质结对金黄色葡萄球菌(S.aureus，ATCC25923)的作用效果图。
图8为实施例1制备的Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶对糖尿病感染伤口的作用效果图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用未注明生产厂商者的原料、试剂等，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
一种Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将1.82g甘露醇溶解在50mL去离子水中；
(2)加入1.944g五水硝酸铋在室温下搅拌溶解；
(2)待溶解完全后，滴加10mL饱和氯化钠溶液并搅拌均匀；
(3)将混合溶液在160℃水热3h，用乙醇/去离子离心洗涤4次，在60℃下真空干燥过夜，得到BiOCl粉体；
(4)将0.025g聚乙烯吡咯烷酮溶解在25mL去离子水溶液中；
(5)加入0.5g BiOCl粉体搅拌均匀；
(6)加入15mL硼氢化钠溶液(硼氢化钠1.5g)磁力搅拌反应10min，用乙醇/去离子离心洗涤4次，在60℃下真空干燥过夜，得到Bi/BiOCl异质结粉体；
(7)将Bi/BiOCl异质结粉体分散在0.01g/mL的纤维蛋白胶原溶液中，其中Bi/BiOCl异质结粉体在纤维蛋白胶原溶液中的浓度为0.01g/mL；
(8)将50u/mL的凝血酶溶液和含Bi/BiOCl异质结的纤维蛋白胶原溶液等体积混合，得到Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶。
如图2所示，BiOCl表面均匀，而Bi/BiOCl中BiOCl的Bi被还原成Bi纳米颗粒，故表面变粗糙。如图3所示，Bi/BiOCl结构中具有0价Bi单质。如图4所示，相比较只能响应紫外光的BiOCl，Bi/BiOCl显示高近红外吸收响应。如图5所示，Bi/BiOCl异质结在纤维蛋白凝胶中分散性良好。如图6所示，容器瓶倒置之后，样品仍然在瓶底保持较好的形态，说明成胶效果良好。
实施例2
实施例1所得BiOCl、Bi/BiOCl粉体的抗菌效果测试。通过琼脂板共培养来表征抗菌效果。取金黄色葡萄球菌(S.aureus，ATCC25923)悬浮液(2×106CFU/ml)分别与BiOCl粉体分散液(对照组)和Bi/BiOCl异质结粉体(实验组)分散液(两种分散液的浓度均为500μg/mL)等体积共混，光照处理后稀释100倍涂板，在37℃培育箱中培育14h取出观察结果。所得抗菌结果如图7所示，实验组细菌数量显著减少，能够有效抗菌。并且相较于可见光照射30min Bi/BiOCl粉体才能杀死细菌，808nm近红外光照10min Bi/BiOCl异质结粉体就能实现有效抗菌，这说明Bi/BiOCl异质结能够响应近红外光快速抗菌。
实施例3
实施例1所得Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶的促糖尿病感染伤口测试。通过动物实验的伤口愈合面积来表征该近红外响应异质结复合水凝胶的促糖尿病感染伤口愈合效果。将雄性BALB/c小鼠连续注射链脲佐菌素五天，饲养一段时间直至血糖大于16.7mmol/L为糖尿病小鼠，制备直径为7mm的圆形全层皮肤缺损创面，并将其感染金黄色葡萄球菌(S.aureus，ATCC25923)悬浮液(108CFU/ml)。对照组接下来不做处理，实验组用Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶和808nm近红外光照10min处理，14天后观察小鼠伤口拍照。结果如图8所示，对照组不做处理，糖尿病感染伤口难以愈合。实验组Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶能够响应近红外光促进糖尿病感染伤口愈合。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种近红外响应Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）水热法制备BiOCl纳米粉体；
（2）将BiOCl纳米粉体分散到聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，加入还原剂，搅拌反应3～10min，得到Bi/BiOCl异质结粉体；
（3）将Bi/BiOCl异质结粉体分散在纤维蛋白胶原溶液中，然后与凝血酶溶液混合均匀并成胶，得到Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶；
步骤（2）所述BiOCl纳米粉体、聚乙烯吡咯烷酮和还原剂的比例为0.5 g：0.025 g：0.375～1.875 g；
步骤（2）所述还原剂为硼氢化钠和/或硼氢化钾；所述还原剂以水溶液的形式加入，其水溶液的浓度为25～125 mmol/L。
2.根据权利要求1所述一种近红外响应Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述Bi/BiOCl异质结粉体、纤维蛋白胶原溶液和凝血酶溶液的比例为0.001～0.01 g：0.5 mL：0.5 mL；所述纤维蛋白胶原溶液的浓度为0.005~0.02 g/mL；所述凝血酶溶液的浓度为10~100 U/mL。
3.根据权利要求1所述一种近红外响应Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述聚乙烯吡咯烷酮水溶液的浓度为0.5～1.5 mg/mL。
4.根据权利要求1所述一种近红外响应Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）和（3）均在室温下进行。
5.根据权利要求1所述一种近红外响应Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（1）具体为：将甘露醇溶解在水中，加入铋源并搅拌溶解后，加入饱和氯源溶液，然后在140～160 ℃水热反应3～5 h，洗涤，干燥，得到BiOCl纳米粉体。
6.根据权利要求5所述一种近红外响应Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，所述铋源为五水硝酸铋，所述氯源为氯化钠；所述甘露醇、铋源和饱和氯源溶液的比例为1.82 g：1.944～5.832 g：10 mL；所述甘露醇和水的比例为1.82～5.46 g ：50 mL。
7.权利要求1～6任一项所述方法制得的一种近红外响应Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶。
8.权利要求7所述一种近红外响应Bi/BiOCl异质结复合纤维蛋白凝胶在糖尿病感染伤口药物制备中的应用。
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