CN115300451A - 一种负载有机纳米药物的抑菌创面凝胶的制备方法及应用 - Google Patents

一种负载有机纳米药物的抑菌创面凝胶的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种负载有机纳米药物的抑菌创面凝胶的制备方法及应用，属于生物医学领域。制备方法包括，将Zn2+交联的海藻酸钠(SA)水凝胶浸入2‑甲基咪唑(2‑MIM)和姜黄素(CCM)的乙醇溶液中室温反应，得到负载CCM有机纳米药物的SA水凝胶。本发明通过Zn2+交联的方法制备得到CCM@ZIF‑8@SA复合水凝胶贴片，形貌尺寸可调，载药性能良好，表面负载的药物释放比较缓慢，能够长效抑菌及创面修复，降低皮肤创面受细菌感染风险。同时本发明的产品制备简单，成本低，且生物适配性高。可以达到长时间缓释效果，且具有良好抗菌性能。提供的水凝胶，纳米药物缓慢释放。

Description

一种负载有机纳米药物的抑菌创面凝胶的制备方法及应用
技术领域
本发明属于生物医学领域，具体涉及一种负载有机纳米药物的抑菌创面凝胶的制备方法及应用。
背景技术
在过去的几十年里，为提高生物利用度、安全性和有效性，人们开发了大量方法来制备难溶性药物。但是大约40％的已批准药物和90％的在售药物都表现出较差的水溶性，因此开发新的系统来输送疏水性药物十分重要。
为了实现药物递送，人们设计了各种纳米颗粒，用于治疗的药物一般装载在颗粒内部或者与颗粒表面结合。然而，低载药量(药物在整个载药纳米颗粒中的质量分数)依旧是阻碍其实际应用的主要挑战。对于报道的各种纳米颗粒系统，载药量通常低于10％。例如，聚合物纳米颗粒的载药量通常低于5％，甚至低于 1％。因此，迫切地需要开发出更高载药量的纳米颗粒。部分研究表明，基于模块化生物分子模板的核壳纳米颗粒的制备，其具有极高的载药量高达65％(药物重量/载药纳米颗粒的总重量)和高封装效率(>99％)。(YangG,Liu Y,Wang H,et al.Bioinspired Core–Shell Nanoparticles for HydrophobicDrug Delivery[J]. Angewandte Chemie,2019,131(40):14495–14502.)
姜黄素(CCM)便是上述难溶性药物中的一个典型代表。姜黄素有很好的药理活性，比如抗氧化、抗菌还有抗肿瘤的功效，还具有改善人体系统功能的作用，如免疫系统、消化系统、心脑血管系统甚至还有神经系统等。但是姜黄素水溶性很差，在肠道被吸收能力差还有生物相容性差等等劣势。为了克服这样的局限性，新型的药物输送系统由此发展开来，主要是将其与脂质体、纳米颗粒、胶束等这一类相结合，目前正处于临床前研究阶段。
以药物为配体，以金属配体(Zn2+、Fe3+)为中心合成的多孔骨架化合物 MOFs纳米药物，结构大小可以保持在50-80nm，研究证明，这类MOF纳米药物不仅可以降低细胞因子的活性，减少纤维细胞的产生，还能提高药物的溶解度、稳定性。而且通过海藻酸钠(SA)水凝胶载药的方式，一方面可以增加药物在水中分散性，另一方面，海藻酸钠水凝胶的温度响应性以及缓释性可以使药物在伤口部位持续作用。(Suresh K,Matzger A J.Enhanced DrugDelivery by Dissolution of Amorphous Drug Encapsulated in a Water UnstableMetal-Organic Framework(MOF)[J].Angewandte Chemie(International ed.inEnglish),2019, 58(47):16946–16950.)
在此背景下，本实验设想通过姜黄素基MOFs@海藻酸钠水凝胶的研发，可以改善创面愈合方面治疗效果。
目前还没有文献和专利报道负载有机纳米药物的抑菌创面凝胶及其制备方法，并提出将其应用于生物医学领域。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题在于提供一种负载有机纳米药物的抑菌创面凝胶及其制备方法。针对现有的载药凝胶结构制备方法中许多难溶性药物难以递送、载药量低、封装效率第、药物释放速率不达标等问题，本发明提供了一种负载有机纳米药物的抑菌创面凝胶及其制备方法，能有效进行药物递送，且载药量高。这类MOF纳米药物不仅可以降低细胞因子的活性，减少纤维细胞的产生，还能提高药物的溶解度、稳定性。而且通过SA水凝胶载药的方式，一方面可以增加药物在水中分散性，另一方面，SA水凝胶的温度响应性以及缓释性可以使药物在伤口部位持续作用。
本文要解决的第二个技术问题在于提供一种负载有机纳米药物的抑菌创面凝胶的应用
为解决上述第一个技术问题，本发明采用一种负载有机纳米药物的抑菌创面凝胶的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备Zn2+交联的SA水凝胶：
将SA溶于去离子水中，搅拌均匀，得到SA水溶液，然后将其冷冻定型。将ZnCl2溶于去离子中，搅拌均匀。将ZnCl2溶液滴加至已定型的SA水溶液中，反应0.5-5个小时，得到SA水凝胶。
S2：制备CCM@ZIF-8@SA复合水凝胶：
将2-mIM和CCM溶于乙醇溶液中，搅拌均匀，然后将S2中得到的Zn2+交联的SA水凝胶浸入此溶液中，继续反应1-8个小时，反应完全后得到CCM@ ZIF-8@SA复合水凝胶。
进一步的，S1中所述的SA水溶液中SA的质量分数为1％-8％，去离子水添加量为0.5-5mL；所述的ZnCl2溶液中ZnCl2浓度为1-8mmol/L，去离子水添加量为5-40mL。
进一步的，S2中2-MIM浓度为1-8mmol/L，CCM浓度为0.005-0.05mmol/L，乙醇添加量为3-25mL。
进一步的，S2中所述搅拌为磁力搅拌，搅拌时间为5-30分钟。
进一步的，其特征在于所得到的CCM@ZIF-8@SA复合水凝胶为薄膜状，尺寸、厚度可调，ZIF-8颗粒大小为38-42nm，CCM均匀填充在ZiF-8孔隙中， CCM@ZIF-8有效负载在SA水凝胶表面。
进一步的，其特征在于所得到的CCM@ZIF-8@SA复合水凝胶可以实现有机药物CCM的递送和缓慢释放，达到长效抑菌及创面修复，降低皮肤创面受细菌感染风险的优点，且整体结构生物适配性高。
为解决上述第二个技术问题，本发明所述方法制备的负载有机纳米药物的抑菌创面凝胶是作为载药水凝胶应用在生物医用领域。
本发明的有益成果
1.本发明通过Zn2+交联的方法制备得到CCM@ZIF-8@SA复合水凝胶。
2.本发明通过Zn2+交联的方法得到形貌尺寸可调的CCM@ZIF-8@SA复合水凝胶贴片，载药性能良好，药物释放比较缓慢，可以达到长时间缓释效果，且具有良好抗菌性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为实施例1中Zn2+交联SA水凝胶表面形貌扫描电镜(SEM)图片。
图2为实施例2中得到ZIF-8@SA复合水凝胶表面形貌SEM图片。
图3为实施例1中得到CCM@ZIF-8@SA复合水凝胶表面形貌SEM图片。
图4为实施例1中Zn2+交联SA水凝胶抗菌性能测试结果图片。
图5为实施例2中Zn2+交联ZIF-8@SA水凝胶抗菌性能测试图片。
图6为实施例3中Zn2+交联CCM@ZIF-8@SA复合水凝胶抗菌性能测试结果图片。
图7为实施例3中Zn2+交联CCM@ZIF-8@SA复合水凝胶药物释放测试结果图片。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
实施例1
将10-80mg的SA溶于去0.5-5mL离子水中，磁力搅拌5-30分钟得到SA 水溶液，并将其冷冻定型。将200-800mg浓度为1-8mmol/L的ZnCl2溶于5-40 mL去离子中，磁力搅拌5-30分钟。将ZnCl2溶液滴加至已定型的SA水溶液中，反应0.5-5个小时，得到SA水凝胶。
性能测试
将50-300μL浓度为1×104-1×104CFU/mL金黄色葡萄球菌滴在SA水凝胶上，共培养一定时间，将20-200μL共培养后的菌液均匀涂布在LB固体培养基上，培养过夜后，菌落生长状况如图4
实施例2
将100-600mg浓度为1-8mmol/L的2-MIM溶于3-25mL乙醇溶液中，搅拌5-30分钟，然后将例1中得到的Zn2+交联的SA水凝胶浸入此溶液中，继续反应1-8个小时，反应完全后得到ZIF-8@SA复合水凝胶。
性能测试
将50-300μL浓度为1×104-1×104CFU/mL金黄色葡萄球菌滴在ZIF-8@SA 水凝胶上，共培养一定时间，将20-200μL共培养后的菌液均匀涂布在LB固体培养基上，培养过夜后，菌落生长状况如图5
实施例3
本次实施例所使用的2-MIM由北京百灵威科技有限公司提供，使用前未做进一步处理，其结构式如式(1)所示：
Figure RE-GDA0003800135050000051
将100-600mg浓度为1-8mmol/L的2-MIM和2-10mg浓度为0.005-0.05 mmol/L的CCM溶于3-25mL乙醇溶液中，搅拌5-30分钟，然后将例1中得到的Zn2+交联的SA水凝胶浸入此溶液中，继续反应1-8个小时，反应完全后得到 CCM@ZIF-8@SA复合水凝胶。
性能测试：
1)用紫外分光光度计测量CCM@ZIF-8@SA复合水凝胶释放时间为0.5h、1h、2h、4h、8h、24h、72h的溶液在425nm处的吸光度值，三组平行实验取平均值，然后根据标准曲线计算得到姜黄素的释放量，由此绘制出CCM@ ZIF-8@SA在pH＝7.4的条件下姜黄素随时间变化的释放曲线如图6所示。姜黄素的释放量在前4h快速上升，这之后的释放量上升趋势逐渐放缓，最后接近平稳状态。ZIF-8较小的孔径将姜黄素尽量包封在框架内部，在释放初期，表面和靠近孔洞的姜黄素扩散到溶液中，内部大部分姜黄素还保留包封在颗粒内部，颗粒内部的姜黄素释放比较缓慢，可以达到长时间缓释的效果。
2)将50-300μL浓度为1×104-1×104CFU/mL金黄色葡萄球菌滴在CCM@ ZIF-8@SA复合水凝，共培养一定时间，将20-200μL共培养后的菌液均匀涂布在LB固体培养基上，培养过夜后，菌落生长状况如图7
通过对比实施例1、2和3，可以看出，通过Zn2+交联合成水凝胶，再利用其中残留的Zn2+，在其表面附着合成ZIF-8和CCM@ZIF-8从而制备出CCM@ ZIF-8@SA复合水凝胶的方案可行。药物释放测试结果表明CCM@ZIF-8@SA 复合水凝胶可以实现姜黄素的缓慢释放。抗菌实验结果表明CCM@ZIF-8@SA 复合水凝胶具有一定抗菌效果，这是Zn2+和姜黄素的共同作用的结果。

Claims (8)

1.一种负载有机纳米药物的抑菌创面凝胶的制备方法，其特征在于制备过程如下：采用Zn2+交联法制备海藻酸钠(SA)水凝胶；将上述SA水凝胶浸入2-甲基咪唑(2-MIM)和姜黄素(CCM)的乙醇溶液中室温反应，反应完全后得到CCM@ZIF-8@SA复合水凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种负载有机纳米药物的抑菌创面凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：
S1：制备Zn2+交联的SA水凝胶：
将SA溶于去离子水中，搅拌均匀，得到SA水溶液，然后将其冷冻定型。
将ZnCl2溶于去离子中，搅拌直至溶液均匀；将ZnCl2溶液滴加至已定型的SA水溶液中，反应0.5-5个小时，得到SA水凝胶；
S2：制备CCM@ZIF-8@SA复合水凝胶：
将2-MIM和CCM溶于乙醇溶液中，搅拌均匀，然后将S1中得到的Zn2+交联的SA水凝胶浸入此溶液中，继续反应1-8个小时，反应完全后得到CCM@ZIF-8@SA复合水凝胶。
3.根据权利要求2所述的一种负载有机纳米药物的抑菌创面凝胶及其制备方法，其特征在于，S1中所述SA水溶液中SA质量分数为1％-8％，去离子水添加量为0.5-5mL。
4.根据权利要求2所述的一种负载有机纳米药物的抑菌创面凝胶的制备方法，其特征在于，S1中所述ZnCl2溶液中ZnCl2浓度为1-8mmol/L,去离子水添加量为5-40mL。
5.根据权利要求2所述的一种负载有机纳米药物的抑菌创面凝胶的制备方法，其特征在于，S2中所述2-MIM浓度为1-8mmol/L，CCM浓度为0.005-0.05mmol/L，乙醇添加量3-25mL。
6.根据权利要求2所述的一种负载有机纳米药物的抑菌创面凝胶的制备方法，其特征在于，S2中所述搅拌为磁力搅拌，搅拌时间为5-30分钟。
7.根据权利要求2所述的一种负载有机纳米药物的抑菌创面凝胶的制备方法，其特征在于所得到的CCM@ZIF-8@SA复合水凝胶为薄膜状，尺寸、厚度可调，ZIF-8颗粒大小为38-42nm，CCM均匀填充在ZiF-8孔隙中，CCM@ZIF-8有效负载在SA水凝胶表面。
8.根据权利要求1所述方法制备的负载有机纳米药物的抑菌创面凝胶的应用，其特征在于所得到的CCM@ZIF-8@SA复合水凝胶可以实现有机药物CCM的递送和缓慢释放，达到长效抑菌及创面修复，降低皮肤创面受细菌感染风险的优点，且整体结构生物适配性高。
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