CN115845113A

CN115845113A - 一种水凝胶释药贴片及其制备方法

Info

Publication number: CN115845113A
Application number: CN202211490280.XA
Authority: CN
Inventors: 邱丽莉; 郑文祥; 孟子晖
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2022-11-25
Filing date: 2022-11-25
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2042-11-25
Also published as: CN115845113B

Abstract

本发明涉及医用材料领域，提供了一种水凝胶释药贴片及其制备方法。该水凝胶释药贴片包括层叠设置的力致变色薄膜层和载药凝胶层；所述力致变色薄膜层为非密堆积光子晶体薄膜，所述力致变色薄膜层在受力作用下可发生形变而产生在可见光波长范围内的结构色变化；所述载药凝胶层为负载有油性药物的鱼胶原蛋白凝胶层。本发明的水凝胶释药贴片的载药凝胶层生物相容性较好，生物毒性较低，且机械性能较好，力致变色薄膜层为非密堆积光子晶体薄膜，在受力作用下可发生形变而产生在可见光波长范围内的结构色变化，可以实现实时监控伤口的开裂以及运动情况，以提示医护人员及时对伤口进行处理。

Description

一种水凝胶释药贴片及其制备方法

技术领域

本发明涉及医用材料领域，尤其涉及一种水凝胶释药贴片及其制备方法。

背景技术

开放性创伤(如擦伤、撕裂伤、刀切伤等)由于受伤部位的皮肤或粘膜丧失其屏障功能形成开放性创面，所以容易受细菌、灰尘等污染而导致感染，从而导致伤口愈合不良，严重的可能会因受细菌感染而引起败血症甚至死亡。因此，创面修复是一个全球医疗卫生领域持续关注和急需解决的重要问题。

粘附性水凝胶在药物控释、伤口止血及愈合、术后放粘连、干细胞治疗等领域具有很大的临床价值。

传统的粘附性水凝胶的生物相容性较差，具有一定的生物毒性，不利于用于伤口的愈合，且机械性能较差；而传统密堆积光子晶体存在裂纹且分布不均等缺陷问题，制备的凝胶结构色饱和度低，因此当其在发生形变(如伤口开裂程度较大致使其发生形变)时，无法产生明显的结构色变化，从而无法实现实时监控伤口的开裂以及运动情况，以提示医护人员及时对伤口进行处理。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种水凝胶释药贴片及其制备方法，该水凝胶释药贴片的载药凝胶层生物相容性较好，生物毒性较低，且机械性能较好，力致变色薄膜层为非密堆积光子晶体薄膜，在受力作用下可发生形变而产生在可见光波长范围内的结构色变化，可以实现实时监控伤口的开裂以及运动情况，以提示医护人员及时对伤口进行处理。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种水凝胶释药贴片，包括层叠设置的力致变色薄膜层和载药凝胶层，所述力致变色薄膜层为非密堆积光子晶体薄膜，所述力致变色薄膜层在受力作用下可发生形变而产生在可见光波长范围内的结构色变化；所述载药凝胶层为负载有油性药物的鱼胶原蛋白凝胶层。

第二方面，本发明实施例还提供了一种水凝胶释药贴片的制备方法，包括如下步骤：

向聚甲基丙烯酸甲酯溶液中加入丙烯酰胺单体、交联剂，混匀至完全溶解，得到第一混合液，其中，所述聚甲基丙烯酸甲酯溶液、丙烯酰胺单体、交联剂之间的体积/质量比为2mL:150～360mg:6mg；

向所述第一混合液中加入离子交换树脂，混匀后再加入光引发剂，混合均匀，得到第二混合液；

将所述第二混合液转移至成型模具中，在紫外光的照射下聚合5min～60min，得到非密堆积光子晶体薄膜；

制备鱼胶原水凝胶预聚液，并将所述鱼胶原水凝胶预聚液转移至所述成型模具中，在紫外光的照射下聚合5min～60min，以在所述非密堆积光子晶体薄膜上形成一层鱼胶原蛋白凝胶层，即得到所述水凝胶释药贴片。

本发明实施例提供的水凝胶释药贴片，包括层叠设置的力致变色薄膜层和载药凝胶层；该载药凝胶层为负载有油性药物的鱼胶原蛋白凝胶层，鱼胶原蛋白凝胶层的生物相容性较好，生物毒性较低，且机械性能较好；力致变色薄膜层为非密堆积光子晶体薄膜，在受力作用下可发生形变而产生在可见光波长范围内的结构色变化，可以实现实时监控伤口的开裂以及运动情况，以提示医护人员及时对伤口进行处理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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是本发明实施例提供的一种水凝胶释药贴片的结构示意图。

图2(a)是本发明的实施例1中的试剂混匀后的溶液状态图；图2(b)是本发明的实施例1制得的非密堆积光子晶体凝胶薄膜的示意图；图2(c)是本发明的实施例1制得的非密堆积光子晶体凝胶薄膜的反射光谱谱图。

图3(a)是本发明的实施例2中的试剂混匀后的溶液状态图；图3(b)是本发明的实施例2制得的非密堆积光子晶体凝胶薄膜的示意图；图3(c)是本发明的实施例2制得的非密堆积光子晶体凝胶薄膜的反射光谱谱图。

图4是采用本发明的实施例3制得的AM凝胶进行细胞培养的测试结果。

图5是采用本发明的实施例4制得的AM/CMC凝胶进行细胞培养的测试结果。

图6是采用本发明的实施例5制得的AM/CMC/FC凝胶进行细胞培养的测试结果。

图7是采用本发明的实施例6制得的AM/CMC/FC凝胶进行细胞培养的测试结果。

图8是采用本发明的实施例7制得的AM/CMC/FC/DACD/IBF凝胶进行细胞培养的测试结果。

图9是本发明实施例8制得的非密堆积光子晶体凝胶薄膜在发生拉伸形变时的反射光谱谱图。

图10是本发明实施例8制得的水凝胶释药贴片的结构示意图。

图11是本发明实施例8制得的水凝胶释药贴片的IBF释放结果。

图12是本发明实施例9制得的各组水凝胶释药贴片的拉伸性能测试结果。

图13是本发明实施例9制得的各组水凝胶释药贴片的断裂性能测试结果。

图14是本发明实施例9制得的各组水凝胶释药贴片的抗冻性能测试结果。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明作出进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但本发明的实施方式不限于此。

除另有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的实验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验试剂用量，如无特殊说明，均为常规实验操作中试剂用量；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

传统的粘附性水凝胶的凝胶薄膜层通常为密堆积光子晶体凝胶薄膜，该密堆积光子晶体凝胶薄膜的制备时间较长，且结构色饱和度低，还存在裂纹且分布不均的缺点，因此当其在发生形变(如伤口开裂程度较大致使其发生形变)时，无法产生明显的结构色变化，从而无法实现实时监控伤口的开裂以及运动情况，以提示医护人员及时对伤口进行处理。

为了提升密堆积光子晶体凝胶薄膜的结构色饱和度，现有的解决方案通常是：①通过在纳米微球进行光子晶体自组装时加入金属离子、聚氨酯等物质，用以克服光子晶体阵列自组装完成后产生的应力，避免产生裂纹。②向水凝胶预聚液中加入石墨烯、炭黑等物质为光子晶体阵列提供黑色背景，从而提高其颜色饱和度。但是，上述方案①的制备条件较为严格，工艺复杂，耗时长；而上述方案②中加入的石墨烯、炭黑等物质不溶于水，且分散在水体系中时容易沉降，导致在制备的薄膜中分布不均，影响结构色的表达。

结合图1，第一方面，本发明实施例提供了一种水凝胶释药贴片，包括层叠设置的力致变色薄膜层101和载药凝胶层102，所述力致变色薄膜层101为非密堆积光子晶体薄膜(非密堆积光子晶体凝胶薄膜)，所述力致变色薄膜层101在受力作用下可发生形变而产生在可见光波长范围内的结构色变化；所述载药凝胶层102为负载有油性药物的鱼胶原蛋白凝胶层。

其中，载药凝胶层102可直接贴附在创面表面(皮肤表面)，力致变色薄膜层101则不直接与创面表面接触。

本发明实施例提供的水凝胶释药贴片，采用力致变色薄膜层(非密堆积光子晶体薄膜)替代了传统的粘附性水凝胶的凝胶薄膜层(密堆积光子晶体凝胶薄膜)，不仅制备工艺简单、耗时短，且结构色饱和度较高，不存在裂纹且分布不均的缺点，而且在受到拉伸、弯曲等应变能够实现全可见光范围的光学信号的调谐(在受到拉力或者压力时能够由红色依次变为黄色、绿色、青色、最后变为蓝色)，响应更加精确。

本发明实施例提供的水凝胶释药贴片中的载药凝胶层为负载有油性药物的鱼胶原蛋白凝胶层，通过添加鱼胶原蛋白，可以使得水凝胶的力学性能和生物相容性得到大大地增加，同时鱼胶原蛋白所含有的黏附因子还可增强水凝胶的粘附性，使其能够牢固地黏附在包括人的手指、猪皮、橡胶、玻璃、塑料等基材上，此外鱼胶原蛋白还含有促进细胞生长的蛋白质等因子，能够促进伤口的愈合。

在实际应用中，可以将该水凝胶释药贴片的载药凝胶层贴附在创面表面(例如，手上的手指关节皮肤表面)上，若伤口开裂程度小，该凝胶能够吸收渗出的血液或组织液，清创的同时使得载药凝胶层所负载的油性药物可缓慢地释放至伤口创面处，从而促进伤口的愈合；与此同时，还可以根据该水凝胶释药贴片的力致变色薄膜层的结构色的变化情况来判断手指的运动情况或者创面伤口的开裂情况，这有助于医护人员评估伤口的愈合情况。例如，若贴附了本发明的水凝胶释药贴片的伤口处的伤口开裂程度较大，则会使得力致变色薄膜层因受到压力或者拉伸作用而发生形变，从而使得非密堆积光子晶体水凝胶层的结构色发生明显的变化，如其颜色将会从原来的红色变成黄色或者绿色或者青色或者蓝色，由此可以帮助医护人员根据力致变色薄膜层的结构色变化来预估伤口的开裂程度或者运动情况，以便于及时对伤口进行处理，避免伤口发生二次伤害等。

进一步的，所述非密堆积光子晶体薄膜的制备方法如下：

向聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液中加入丙烯酰胺单体(AM)、交联剂，混匀至完全溶解，得到第一混合液，其中，所述聚甲基丙烯酸甲酯溶液、丙烯酰胺单体、交联剂之间的体积/质量比为2mL:150～360mg:6mg，例如，聚甲基丙烯酸甲酯溶液、丙烯酰胺单体、交联剂之间的体积/质量比可为2mL:150mg:6mg、10mL:1800mg:30mg或10mL:1000mg:20mg等。向所述第一混合液中加入离子交换树脂，混匀后再加入光引发剂，混合均匀，得到第二混合液。将所述第二混合液转移至成型模具中，在紫外光的照射下聚合5min～60min，例如，聚合时间可以为5min、10min、15min、20min、30min或60min等，得到所述非密堆积光子晶体薄膜。

其中，上述的交联剂可为BIS(N,N-亚甲基双丙烯酰胺)。光引发剂可为DEAP(2,2-二乙氧基-1-苯乙酮)。

本发明经大量试验研究发现，若紫外光照射的聚合时间小于5min，凝胶薄膜的成型质量较差；若紫外光照射的聚合时间超过60min可能会导致凝胶薄膜(即非密堆积光子晶体薄膜)失水过多，凝胶薄膜的质量较差。优选的，紫外光照聚合时间为10min～15min。

本发明经大量的试验研究发现，在第一混合溶液中，若固定PMMA溶液的体积为2mL，仅改变AM的添加量为150～360mg时，制得的薄膜具有鲜明的颜色，且薄膜在受到压力或者拉伸作用而发生形变时，可实现全可见光范围的光学信号的调谐，响应更加精确。而当AM的添加量超过360mg时，制得的非密堆积光子晶体薄膜的结构色变弱；若AM的添加量继续增加，则薄膜的结构色则越浅，且薄膜在受到压力或拉伸力作用时不会发生结构变色，这表明薄膜制备失败。

进一步的，所述聚甲基丙烯酸甲酯溶液的质量浓度为12％以上，例如，可以是质量浓度为12％、13％、14％、15％、18％或20％等。聚甲基丙烯酸甲酯溶液中的聚甲基丙烯酸甲酯的粒径为100～130nm，例如，可以是102nm、105nm、108nm、121nm、124nm、127nm或130nm等。

聚甲基丙烯酸甲酯的粒径大小会影响制得的力致变色薄膜层的颜色(结构色)，一般地，聚甲基丙烯酸甲酯的粒径越大，制得的力致变色薄膜层的颜色越偏红色。例如，当聚甲基丙烯酸甲酯的粒径为105±3nm时，制得的力致变色薄膜层的颜色为绿色；当聚甲基丙烯酸甲酯的粒径为130±3nm时，制得的力致变色薄膜层的颜色为红色。

进一步的，所述聚甲基丙烯酸甲酯溶液、离子交换树脂和光引发剂之间的体积/质量比为2mL:0.2～1.6g:20～60μL。例如，聚甲基丙烯酸甲酯溶液、离子交换树脂和光引发剂之间的体积/质量比可为2mL:0.8g:20μL、2mL:0.8g:100μL等。

通过在第一混合液中添加离子交换树脂，可以很好地去除第一混合液中游离的离子杂质，有利于提高非密堆积光子晶体薄膜的质量。

本发明经大量试验研究发现，在第一混合溶液中添加0.2g～0.6g的离子交换树脂能达到较好的去除游离的离子的效果，并获得质量较好的非密堆积光子晶体薄膜，基于成本的考虑，优选在第一混合溶液中添加0.2g～0.6g的离子交换树脂。

离子交换树脂的添加量越大越好，但考虑到溶液的分离可行性，离子交换树脂的添加量的上限值为1.6g。优选的，离子交换树脂的添加量为0.8g～1.6g。

进一步的，所述鱼胶原蛋白凝胶层的制备方法如下：

S1、将丙烯酰胺单体和羧甲基纤维素(CMC)溶于第一容量的超纯水或纯净水中，再加入鱼胶原蛋白溶液，继续加入超纯水或纯净水定容至第二容量，混合均匀得到第一溶液。

S2、将交联剂和改性β-环糊精加入第三容量的超纯水或纯净水中，混合均匀得到第二溶液。

S3、在第四容量的乙醇中加入油性药物，溶解完全得到第三溶液。

S4、在所述第三溶液中边搅拌边缓慢加入所述第二溶液，搅拌至澄清，得到第四溶液。

S5、将所述第四溶液加入到所述第一溶液中，并加入光引发剂，避光搅拌、超声去除气泡，得到鱼胶原水凝胶预聚液。

S6、将所述鱼胶原水凝胶预聚液转移至所述成型模具中，在紫外光的照射下聚合5min～60min(例如，可以是5min、10min、15min、20min、30min或60min等)，以在所述非密堆积光子晶体薄膜上形成一层鱼胶原蛋白凝胶层。

进一步的，在步骤S1中，所述丙烯酰胺单体、羧甲基纤维素、鱼胶原蛋白溶液之间的质量比为6:0.48:2.5～10。

优选的，在步骤S1中，所述丙烯酰胺单体、羧甲基纤维素、鱼胶原蛋白溶液的质量比为6:0.48:2.93。该鱼胶原蛋白溶液为质量浓度为20％的鱼胶原蛋白溶液。

进一步的，所述改性β-环糊精与所述油性药物之间的质量比为8:1～4:1。

在本发明实施例中，上述鱼胶原蛋白溶液可采用水热法制备得到，具体的制备步骤如下：首先，将从市场上购买的罗非鱼鱼鳞用去离子水清洗干净，除去表面粘液和杂质。然后将清洗后的鱼鳞置于5g/L的Na₂CO₃溶液中，在25℃条件下磁力搅拌洗涤30min，重复三次，除去表面黑色物质和脂质，于25℃室温下干燥。将干燥好的鱼鳞加入0.5g/L的乙二胺四乙酸饱和溶液中，在200rpm搅拌30分钟，然后更换乙二胺四乙酸饱和溶液，重复三次，除去鱼鳞表面的钙质。将处理好的鱼鳞用超纯水清洗三遍，置于80℃水溶液中，在300rpm转速下加热60分钟，得到鱼胶原蛋白溶液。将上述原胶蛋白溶液置于8000～14000透析袋中，30℃条件下在25wt％聚乙二醇溶液中进行浓缩，得到质量浓度为20％的鱼胶原蛋白溶液，然后将浓缩得到的质量浓度为20％的鱼胶原蛋白溶液放置在-20℃条件下保存，备用。

在本发明实施例中，上述改性β-环糊精由如下方法制备得到：

将9.08gβ-环糊精粉溶于200mL去离子水中，60℃溶解。当溶液温度降至20℃时，加入规定量的高碘酸钠。用铝箔覆盖反应容器，置于20℃的水浴中，磁搅拌2h，然后在混合物中依次加入适量乙二醇和氯化钙，停止反应，与碘酸盐反应。用吸滤法去除碘酸钙的沉淀。将得到的溶液透析6h，每1h换一次水，冷冻干燥得到改性β-环糊精粉体。

本发明实施例采用经过上述改性工艺制备得到的改性β-环糊精，提高了β-环糊精的溶解度。改性后的β-环糊精能够与油性药物(如布洛芬、利多卡因等)形成弱氢键，从而提高了油性药物在鱼胶原蛋白凝胶预聚液中的溶解性，进而实现了在鱼胶原蛋白凝胶层中负载不同种类和含量的油性药物，负载的油性药物可在磷酸缓冲液中实现药物的缓慢释放，以适应不同类型的伤口，使得负载的药物能够直达病灶，避免口服药在体内循环时的“首过效应”。“首过效应”，指某些药物经胃肠道给药，在尚未吸收进入血循环之前，在肠粘膜和肝脏被代谢，而使进入血循环的原形药量减少的现象，也称第一关卡效应。

本发明实施例通过添加鱼胶原蛋白，可增加载药凝胶层的生物相容性和机械性能，同时添加CMC有利于提高该载药凝胶层的抗冻性能。

向聚甲基丙烯酸甲酯溶液中加入丙烯酰胺单体、交联剂，混匀至完全溶解，得到第一混合液，其中，所述聚甲基丙烯酸甲酯溶液、丙烯酰胺单体、交联剂之间的体积/质量比为2mL:150～360mg:6mg。

向所述第一混合液中加入离子交换树脂，混匀后再加入光引发剂，混合均匀，得到第二混合液。

将所述第二混合液转移至成型模具中，在紫外光的照射下聚合5min～60min(例如，5min、10min、15min、20min、30min或60min等)，得到非密堆积光子晶体薄膜。

制备鱼胶原水凝胶预聚液，并将所述鱼胶原水凝胶预聚液转移至所述成型模具中，在紫外光的照射下聚合5min～60min(例如，5min、10min、15min、20min、30min或60min等)，以在所述非密堆积光子晶体薄膜上形成一层鱼胶原蛋白凝胶层，即得到所述水凝胶释药贴片。

本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。

实施例1

非密堆积光子晶体凝胶薄膜的制备方法如下：

量取2mL粒径为105±3nm、质量浓度为12％的PMMA溶液(溶剂为超纯水或纯净水)于5mL的试管中，向试管中加入150mg丙烯酰胺单体(AM)、6mg交联剂BIS，之后再混匀仪上旋转10min至完全溶解，再加入0.2g离子交换树脂继续混匀2min，之后再往试管中滴加20微升光引发剂DEAP混匀(混匀的溶液状态如图2(a)所示)，再用注射器吸出混匀后的溶液，并将溶液注入到预先制备好的三明治结构(即成型模具)中，将该三明治结构置于紫外光的照射下聚合10min，去除三明治结构的模板，得到颜色为绿色的非密堆积光子晶体凝胶薄膜(如图2(b)所示)，其反射光谱如图2(c)所示，反射峰位置在554nm。其中，上述用到的成型模具是取75mm×25mm载玻片，在两端分别贴上30层白色透明磨砂胶带，用不贴胶带的另一块载玻片盖在上面，中间留有约2mm宽的缝隙，得到的三明治结构。

实施例2

非密堆积光子晶体凝胶薄膜的制备方法如下：

量取10mL粒径为130±3nm、质量浓度为18％的PMMA溶液(溶剂为超纯水或纯净水)于50mL的试管中，向试管中国加入1800mg AM、30mg BIS，之后在混匀仪上旋转10min至完全溶解，再加入0.6g离子交换树脂继续混匀2min，滴加100微升光引发剂DEAP混匀(混匀的溶液状态如图3(a)所示)，再用注射器吸出混匀后的溶液，并将溶液注入到预先制备好的三明治结构(即成型模具)中，将该三明治结构置于紫外光的照射下聚合10min，去除三明治结构的模板，得到颜色为红色的非密堆积光子晶体凝胶薄膜(如图3(b)所示)，其反射光谱如图3(c)所示，反射峰位置在921nm。其中，上述用到的成型模具是取75mm×25mm载玻片，在两端分别贴上30层白色透明磨砂胶带，用不贴胶带的另一块载玻片盖在上面，中间留有约2mm宽的缝隙，得到的三明治结构。

实施例3

AM凝胶的制备方法如下：

将6g AM溶于15mL超纯水中，继续加入超纯水使溶液的总体积达到25mL，混合均匀，得到AM溶液。在5mL超纯水中加入0.02g交联剂BIS，搅拌均匀后再加入5mL乙醇后继续搅拌10分钟至澄清，得到BIS混合溶液。将BIS混合溶液加入上述25mL的AM溶液中，并加入300μL光引发剂DEAP溶液，锡箔纸包裹避光搅拌20分钟，超声30分钟除气泡，得到AM水凝胶预聚液。用移液枪将AM水凝胶预聚液注入到预先准备好的三明治结构中，在紫外光照射下进行交联聚合20分钟，即得到AM凝胶。其中，上述用到的成型模具是取75mm×25mm载玻片，在两端分别贴上30层白色透明磨砂胶带，用不贴胶带的另一块载玻片盖在上面，中间留有约2mm宽的缝隙，得到的三明治结构。

将制得的AM凝胶用来培养HEK293细胞，通过测试细胞在培养的第一天和第三天的成活率来评估该AM凝胶的生物相容性和毒性。测试结果如图4所示。由图4可知，该AM凝胶第一天的细胞成活率为19.19493％，第三天的细胞成活率为9.91466％。

实施例4

AM/CMC凝胶的制备方法如下：

将6g AM和0.48g CMC溶于15mL超纯水中，继续加入超纯水使溶液中总体积达到25mL，混合均匀，得到AM/CMC溶液。在5mL超纯水中加入0.02g交联剂BIS，搅拌均匀后加入5mL乙醇后继续搅拌10分钟至澄清，得到BIS溶液。将BIS溶液加入上述的25mL的AM/CMC溶液中，并加入300μL光引发剂DEAP溶液，锡箔纸包裹避光搅拌20分钟，超声30分钟除气泡，得到AM/CMC水凝胶预聚液。用移液枪将AM/CMC水凝胶预聚液注入预先准备好的三明治结构中，在紫外光照射下进行交联聚合20分钟，即得到AM/CMC凝胶。其中，上述用到的成型模具是取75mm×25mm载玻片，在两端分别贴上30层白色透明磨砂胶带，用不贴胶带的另一块载玻片盖在上面，中间留有约2mm宽的缝隙，得到的三明治结构。

将制得的AM/CMC凝胶用来培养HEK293细胞，通过测试细胞在培养第一天和第三天的成活率来评估该AM/CMC凝胶的生物相容性和毒性。测试结果如图5所示，由图5可知，该AM/CMC凝胶第一天的细胞成活率为21.92601％，第三天的细胞成活率为10.23258％。

由实施例3和实施例4的细胞成活率对比结果可知，通过添加CMC有利于提高凝胶的生物相容性和降低细胞毒性。

实施例5

AM/CMC/FC凝胶的制备方法如下：

将6g AM和0.48g CMC溶于15mL超纯水中，加入2.93g质量浓度为20％的鱼胶原蛋白溶液(含0.586g鱼胶原蛋白)，继续加入超纯水使溶液的总体积达到25mL，混合均匀，得到AM/CMC/FC溶液。在5mL超纯水中加入0.02g交联剂BIS，搅拌均匀后再加入5mL乙醇后继续搅拌10分钟至澄清，得到BIS混合溶液。将BIS混合溶液加入上述25mL的AM/CMC/FC溶液中，并加入300μL光引发剂DEAP溶液，锡箔纸包裹避光搅拌20分钟，超声30分钟除气泡，得到AM/CMC/FC水凝胶预聚液。用移液枪将AM/CMC/FC水凝胶预聚液注入到预先准备好的三明治结构中，在紫外光照射下进行交联聚合20分钟，即得到AM/CMC/FC凝胶。其中，上述用到的成型模具是取75mm×25mm载玻片，在两端分别贴上30层白色透明磨砂胶带，用不贴胶带的另一块载玻片盖在上面，中间留有约2mm宽的缝隙，得到的三明治结构。

将制得的AM/CMC/FC凝胶用来培养HEK293细胞，通过测试细胞在培养第一天和第三天的成活率来评估该AM/CMC/FC凝胶的生物相容性和毒性。测试结果如图6所示，由图6可知，该AM/CMC/FC凝胶第一天的细胞成活率为52.22189％，第三天的细胞成活率为34.2057％。

与实施例3、4相比，实施例5制得的AM/CMC/FC凝胶的细胞成活率得到了显著的提高，这表明通过添加CMC、FC可以明显提高凝胶的生物相容性和降低细胞毒性。

实施例6

AM/CMC/FC/DACD凝胶的制备方法如下：

将6g AM和0.48g CMC溶于15mL超纯水中，加入2.93g质量浓度为20％的鱼胶原蛋白溶液(含0.586g鱼胶原蛋白)，继续加入超纯水使溶液的总体积达到25mL，混合均匀，得到AM/CMC/FC溶液。在5mL超纯水中加入0.02g交联剂BIS和0.8g改性β-CD(即改性β-环糊精)，搅拌均匀后再加入5mL乙醇后继续搅拌10分钟至澄清，得到BIS-β-CD混合溶液。将BIS-β-CD混合溶液加入上述25mL的AM/CMC/FC溶液中，并加入300μL光引发剂DEAP溶液，锡箔纸包裹避光搅拌20分钟，超声30分钟除气泡，得到AM/CMC/FC/DACD水凝胶预聚液。用移液枪将AM/CMC/FC/DACD水凝胶预聚液注入到预先准备好的三明治结构中，在紫外光照射下进行交联聚合20分钟，即得到AM/CMC/FC/DACD凝胶。其中，上述用到的成型模具是取75mm×25mm载玻片，在两端分别贴上30层白色透明磨砂胶带，用不贴胶带的另一块载玻片盖在上面，中间留有约2mm宽的缝隙，得到的三明治结构。

将制得的AM/CMC/FC/DACD凝胶用来培养HEK293细胞，通过测试细胞在培养第一天和第三天的成活率来评估该AM/CMC/FC/DACD凝胶的生物相容性和毒性。测试结果如图7所示，由图7可知，该AM/CMC/FC/DACD凝胶第一天的细胞成活率为60.19809％，第三天的细胞成活率为58.52135％。

与实施例3、4、5相比，实施例6制得的AM/CMC/FC凝胶的细胞成活率得到了明显的提高，这表明通过添加CMC、FC、改性β-CD有利于提高凝胶的生物相容性和降低细胞毒性。

实施例7

AM/CMC/FC/DACD/IBF凝胶的制备方法如下：

将6g AM和0.48g CMC溶于15mL超纯水中，加入2.93g质量浓度为20％的鱼胶原蛋白溶液(含0.586g鱼胶原蛋白)，继续加入超纯水使溶液的总体积达到25mL，混合均匀，得到AM/CMC/FC溶液。在5mL超纯水中加入0.02g交联剂BIS和0.8g改性β-CD(即改性β-环糊精)，搅拌均匀后再加入5mL乙醇后继续搅拌10分钟至澄清，得到BIS-β-CD混合溶液。在5mL乙醇中加入0.1g布洛芬(IBF)，溶解完全得到药液。将药液在磁力搅拌条件下缓慢加入上述的BIS-β-CD混合溶液中，360rpm条件下继续搅拌10分钟至澄清，得到混合液。将该混合液加入到上述的25mL的AM/CMC/FC溶液中，并加入300μL光引发剂DEAP溶液，锡箔纸包裹避光搅拌20分钟，超声30分钟除气泡，得到AM/CMC/FC/DACD/IBF水凝胶预聚液。用移液枪将AM/CMC/FC/DACD/IBF水凝胶预聚液注入到预先准备好的三明治结构中，在紫外光照射下进行交联聚合20分钟，即得到AM/CMC/FC/DACD/IBF凝胶(即鱼胶原蛋白凝胶层)。其中，上述用到的成型模具是取75mm×25mm载玻片，在两端分别贴上30层白色透明磨砂胶带，用不贴胶带的另一块载玻片盖在上面，中间留有约2mm宽的缝隙，得到的三明治结构。

将制得的AM/CMC/FC/DACD/IBF凝胶用来培养HEK293细胞，通过测试细胞在培养第一天和第三天的成活率来评估该AM/CMC/FC/DACD/IBF凝胶的生物相容性和毒性。测试结果如图8所示，由图8可知，该AM/CMC/FC/DACD/IBF凝胶第一天的细胞成活率为76.22648％，第三天的细胞成活率为66.0798％。

与实施例3、4、5、6相比，实施例7制得的AM/CMC/FC/DACD/IBF凝胶的细胞成活率得到了明显的提高，这表明通过添加CMC、FC、改性β-CD、IBF有利于提高凝胶的生物相容性和降低细胞毒性。

实施例8

第一步、制备非密堆积光子晶体薄膜：

量取10mL粒径为124±3nm、质量浓度为20％的PMMA溶液(溶剂为超纯水或纯净水)于50mL的试管中，向试管中加入1000mg AM、20mg BIS，在混匀仪上旋转10min至完全溶解，之后再加入0.6g离子交换树脂继续混匀2min，再向试管中滴加100微升光引发剂DEAP混匀，用注射器吸出混匀后的溶液并将其注入到三明治结构的模板中，在紫外光照射下进行聚10min，去除三明治结构的模板，得到非密堆积光子晶体凝胶薄膜，其反射光谱的反射峰位置约在630nm左右(图9中的最后一个反射峰)。其中，上述用到的成型模具是取75mm×25mm载玻片，在两端分别贴上30层白色透明磨砂胶带，用不贴胶带的另一块载玻片盖在上面，中间留有约2mm宽的缝隙，得到的三明治结构。

采用型号为AGS-J、厂商名为SHIMADZU的万能试验机对实施例8制得的非密堆积光子晶体凝胶薄膜进行拉伸测试，并通过光谱仪器测试在该非密堆积光子晶体凝胶薄膜在被拉伸发生形变的过程中的反射光谱以及结构色变化情况。测试结果如图9所示。

图9中的0％、1.5％、3.0％、4.5％、6.0％、8.0％和15.0％表示非密堆积光子晶体凝胶薄膜的拉伸形变量。

由图9可以看出，随着非密堆积光子晶体凝胶薄膜的拉伸形变量的逐渐增大，非密堆积光子晶体凝胶薄膜的结构色逐渐由红色(拉伸形变量为0％)变为橙色(拉伸形变量为1.5％)、黄色(拉伸形变量为3.0％)、绿色(拉伸形变量为4.5％)、浅绿色(拉伸形变量为6.0％)、青色(拉伸形变量为8.0％)、蓝色(拉伸形变量为15％)。

第二步、制备水凝胶释药贴片：

S1、将6g AM和0.48g CMC溶于15mL超纯水中，加入2.93g质量浓度为20％的鱼胶原蛋白溶液(含0.586g鱼胶原蛋白)，继续加入超纯水使溶液中总体积达到25mL，混合均匀，得到第一溶液。

S2、将0.02g BIS和0.8g改性β-CD加入5mL超纯水中，混合均匀得到第二溶液。

S3、在5mL乙醇中加入0.1g布洛芬，溶解完全得到第三溶液。

S4、将第三溶液在磁力搅拌条件下缓慢加入上述的第二溶液中，360rpm条件下继续搅拌10分钟至澄清得到第四溶液。

S5、将上述的第四溶液加入到上述的第一溶液中，并加入300μL光引发剂DEAP溶液，锡箔纸包裹避光搅拌20分钟，超声30分钟除气泡，得到鱼胶原水凝胶预聚液。

S6、取75mm×25mm载玻片，在两端分别贴上30层白色透明磨砂胶带，将上述制备得到的非密堆积光子晶体薄膜固定在上面后，用不贴胶带的另一块载玻片盖在上面，中间留有约2mm宽的缝隙，即得到所需的三明治结构，用移液枪将鱼胶原水凝胶预聚液注入三明治结构中，在紫外光照射下进行交联20分钟，以在所述非密堆积光子晶体薄膜上形成一层鱼胶原蛋白凝胶层，即得到水凝胶释药贴片(如图10所示)。

通过对上述实施例8制得的水凝胶释药贴片的IBF释放情况进行考察，具体的测试方法为：将实施例8制得的水凝胶释药贴片置于装有100mL磷酸缓冲液(pH＝7.4)的烧杯中，在温度为36℃、转速为160rpm条件下持续进行磁力搅拌，之后分别在1h、3h、5h、8h、12h、24h从烧杯中取出50微升溶液，稀释10倍至5mL，测试稀释后的溶液的吸光度，并根据吸光度计算得出IBF的释放量。此外，每次取出溶液后需补充等量的纯磷酸缓冲液。其中，释放量的计算公式为：Y＝0.51806X-0.00377，X表示吸光度，Y表示浓度(即释放量)，R²＝0.99911。

测试结果如图11所示。从图11可以看出，在24h内，实施例8制得的水凝胶释药贴片释放的IBF的量占总释放量(IBF、DA-β-CD、鱼胶原蛋白这三者的释放量总和)的6～7％，这说明负载在水凝胶释药贴片上的IBF能够稳定长效释放。

实施例9

在上述实施例8的基础上，仅改变第二步中的步骤S1中的质量浓度为20％的鱼胶原蛋白溶液的添加量分别为0g，0.98g，1.95g，2.93g，3.90g和4.88g(对应的鱼胶原蛋白分别为0g，0.196g，0.39g，0.586g，0.78g，0.976g)，其中，各组鱼胶原蛋白的质量占体系中的AM和CMC总质量的0％，3％，6％，9％，12％，15％，其余的原料及制备条件均与实施例8相同，制得各组水凝胶释药贴片。

采用型号为AGS-J、厂商名为SHIMADZU的万能试验机对上述各组制得的水凝胶释药贴片进行机械性能测试，测试结果如图12和图13所示。

由图12和图13可知，随着鱼胶原蛋白的加入量的不断增加，制得的水凝胶释药贴片的拉伸应变逐渐由302％逐步提升至599％，782％，1050％，1165％以及1410％，断裂应力分别为33.775KPa，34.275KPa，36.25KPa，41.23KPa，35.35KPa和37.466KPa。可见，通过添加鱼胶原蛋白可以提高水凝胶释药贴片的拉伸性能和断裂性能。当质量浓度为20％的鱼胶原蛋白溶液的添加量为2.93g(对应的鱼胶原蛋白的质量为0.586g，占体系中的AM和CMC总质量的9％)时，制得的水凝胶释药贴片的拉伸性能和断裂性能最好。

实施例10

通过对上述实施例9中所制得的各组水凝胶释药贴片进行抗冻性能测试，具体的测试方法为：将各组水凝胶释药贴片先放入-20℃环境下冷冻24小时后取出，立即用手在15℃室温下进行弯曲压缩测试。测试结果如图14所示。

结合图14可知，本发明制得的水凝胶释药贴片具有良好的抗冻性能，在-20℃环境下冷冻24小时后取出，能够在10分钟内解冻，并升高至室温(25℃)。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种水凝胶释药贴片，其特征在于，包括层叠设置的力致变色薄膜层和载药凝胶层；

所述力致变色薄膜层为非密堆积光子晶体薄膜，所述力致变色薄膜层在受力作用下可发生形变而产生在可见光波长范围内的结构色变化；

所述载药凝胶层为负载有油性药物的鱼胶原蛋白凝胶层。

2.根据权利要求1所述的水凝胶释药贴片，其特征在于，所述非密堆积光子晶体薄膜的制备方法如下：

将所述第二混合液转移至成型模具中，在紫外光的照射下聚合5min～60min，得到所述非密堆积光子晶体薄膜。

3.根据权利要求2所述的水凝胶释药贴片，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯溶液的质量浓度为12％以上，粒径为100～130nm。

4.根据权利要求2所述的水凝胶释药贴片，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯溶液、离子交换树脂和光引发剂之间的体积/质量比为2mL:0.2～1.6g:20～60μL。

5.根据权利要求2所述的水凝胶释药贴片，其特征在于，所述鱼胶原蛋白凝胶层的制备方法如下：

S1、将丙烯酰胺单体和羧甲基纤维素溶于第一容量的超纯水或纯净水中，再加入鱼胶原蛋白溶液，继续加入超纯水或纯净水定容至第二容量，混合均匀得到第一溶液；

S2、将交联剂和改性β-环糊精加入第三容量的超纯水或纯净水中，混合均匀得到第二溶液；

S3、在第四容量的乙醇中加入油性药物，溶解完全得到第三溶液；

S4、将所述第三溶液边搅拌边缓慢加入所述第二溶液中，搅拌至澄清，得到第四溶液；

S5、将所述第四溶液加入到所述第一溶液中，并加入光引发剂，避光搅拌、超声去除气泡，得到鱼胶原水凝胶预聚液；

S6、将所述鱼胶原水凝胶预聚液转移至所述成型模具中，在紫外光的照射下聚合5min～60min，以在所述非密堆积光子晶体薄膜上形成一层鱼胶原蛋白凝胶层。

6.根据权利要求5所述的水凝胶释药贴片，其特征在于，在步骤S1中，所述丙烯酰胺单体、羧甲基纤维素、鱼胶原蛋白溶液之间的质量比为6:0.48:2.5～10。

7.根据权利要求6所述的水凝胶释药贴片，其特征在于，在步骤S1中，所述丙烯酰胺单体、羧甲基纤维素、鱼胶原蛋白溶液的质量比为6:0.48:2.93。

8.根据权利要求5所述的水凝胶释药贴片，其特征在于，所述改性β-环糊精与所述油性药物之间的质量比为8:1～4:1。

9.根据权利要求5所述的水凝胶释药贴片，其特征在于，在步骤S2中，所述交联剂与所述改性β-环糊精之间的质量比为1:40。

10.一种水凝胶释药贴片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：