CN115845122B

CN115845122B - 一种光敏和温敏混合型高强度水凝胶

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Publication number: CN115845122B
Application number: CN202211167578.7A
Authority: CN
Inventors: 许静; 宋宏阳; 李天铎; 班青
Original assignee: Qilu University of Technology
Current assignee: Qilu University of Technology
Priority date: 2021-09-23
Filing date: 2022-09-23
Publication date: 2024-02-02
Anticipated expiration: 2042-09-23
Also published as: CN115845122A; CN117752850A; CN117752849A

Abstract

本发明属于环境响应性水凝胶领域，特别涉及一种光敏和温敏混合型高强度水凝胶及其制备方法。本发明的水凝胶组分包括聚N‑异丙基丙烯酰胺接枝改性明胶、聚N‑异丙基丙烯酰胺改性透明质酸、季胺化明胶和光响应分子改性透明质酸、光引发剂LAP。由于含有改性的明胶和透明质酸，水凝胶能够有效提高与出血创面的粘附力并进行有效止血；所用改性分子具有光敏或温敏的环境响应性，通过施加特定条件，能够加快止血水凝胶的固化速度，避免水凝胶组分被血液冲散，能够快速使伤口止血。

Description

一种光敏和温敏混合型高强度水凝胶

技术领域

本发明属于生物医用高分子水凝胶技术领域，具体涉及一种光敏和温敏混合型高强度水凝胶。

背景技术

胶原蛋白是动物结缔组织中重要的结构蛋白，对维护细胞、组织、器官的正常功能和损伤修复有重要作用。胶原具有抗原性低、生物相容性好、可在体内降解、溶胶-凝胶性质等优异的生物学特性，使其广泛用作组织修复材料、止血材料、药物缓释材料、生物仿生支架等研究领域中。

临床常用的止血材料可依照止血机理进行分类。第一类是含有高分子多糖类、无机类沸石等物质的止血纱布，在止血过程需要通过对出血创面进行物理压迫，止血速度慢，适用于创面小、出血少的创口的止血；第二类是含有凝血酶和凝血因子类的止血材料，常用于外科手术等创面的止血，但容易发生凝血酶类蛋白分子外溢到正常血管中的问题，存在诱发凝血产生的血栓风险；第三类是α氰基丙烯酸酯等对组织极强粘着的封闭创面类材料，如创可贴等。这三类止血材料都很难解决渗液、感染、疼痛等创面愈合过程中普遍存在的临床问题。

为了应对紧急情况和医院环境中由于失血造成的重大死亡风险，新的止血方法和策略一直被研究。近几年，美国强生公司的Su产品——可注射型凝胶类止血制品进入临床应用，受到广泛关注。该材料主要由明胶组成，水溶后快速形成泡沫状凝胶物，可注射到创口，起到止血、保护暴露末梢神经、促进创口愈合、抑制疤痕的作用。这种原位形成凝胶的止血新方式有效缓解了上述临床问题。

目前，注射型、光响应、温敏型止血凝胶均有报道。合成聚合物类型的止血凝胶力学强度大，但一接触水就会立即凝固，并且与湿组织表面粘附性能差、缺乏弹性或有毒降解产物，临床应用受到了限制。天然生物高分子的优异生物学特性使其更适用于止血凝胶，但这类止血材料又普遍存在力学强度差、固化速度慢的缺陷，无法应对急性出血、出血量大、血管压力高的组织出血。

发明内容

本发明为了解决合成止血凝胶与湿组织黏附性能差、缺乏弹性或具有生物毒性，天然生物高分子存在力学性能差、固化速度慢且无法应对急性出血、出血量大、血管压力高的组织出血的技术问题，提供一种光敏和温敏混合型高强度水凝胶。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一个目的是提供一种光敏和温敏混合型高强度水凝胶组合物，其特征在于，所述水凝胶组合物包含以下按质量分数计的组分：

聚N-异丙基丙烯酰胺接枝改性明胶：14～16％，聚N-异丙基丙烯酰胺改性透明质酸：0.5-1.5％，季胺化明胶：0.5-1.5％，光响应分子改性透明质酸：0.1-0.8％，光引发剂：0.05-1％；余量为水或磷酸盐缓冲溶液。

优选的，所述水凝胶组合物包含以下按质量分数计的组分：

聚N-异丙基丙烯酰胺接枝改性明胶(P-G)：14.5-15.5％；聚N-异丙基丙烯酰胺改性透明质酸(P-HA)：0.8-1.2％；季胺化明胶：0.8-1.2％；光响应分子改性透明质酸(HA-NB)：0.2-0.6％，光引发剂：0.05-0.15％；余量为水或磷酸盐缓冲溶液。优选的光响应分子改性透明质酸(HA-NB)含量为0.3～0.5％。

本发明还提供一种光敏和温敏混合型高强度水凝胶，将上述水凝胶组合物在20～25℃条件下通过紫外光照射后，置于30-40℃环境下得到水凝胶。

所得水凝胶的溶胀率为800～900％，断裂应力为0.13～0.15MPa，存储模量为30000～40000Pa；黏附能力200～230kpa，破裂压力250～300mmHg。

该水凝胶粘附力强，可承受更强的的爆破压力，适应于手术中不规则形状的脏器、动脉出血，或战场中、外伤快速出血伤口的止血。

本发明提供一种上述水凝胶组合物或水凝胶作为手术中不规则形状的脏器、不可压缩的内脏、高压动脉的出血伤口的速出止血材料的用途。将上述水凝胶组合物用紫外光照射后，注射到所需部位，6～10s即可起到止血作用。

本发明的另一个目的是提供一种光敏和温敏混合型快速止血水凝胶组合物，其特征在于，所述水凝胶组合物包含以下按质量分数计的组分：

聚N-异丙基丙烯酰胺接枝改性明胶：14～16％；聚N-异丙基丙烯酰胺改性透明质酸：0.5-1.5％；季胺化明胶：2.5-3.5％；光响应分子改性透明质酸：0.1-0.8％；光引发剂：0.05-1％；余量为水或磷酸盐缓冲溶液。

优选的，所述水凝胶组合物包含以下按质量分数计的组分：

聚N-异丙基丙烯酰胺接枝改性明胶(P-G)：14.5-15.5％；聚N-异丙基丙烯酰胺改性透明质酸(P-HA)：0.8-1.2％；季胺化明胶：2.8-3.2％；光响应分子改性透明质酸(HA-NB)：0.2-0.6％，光引发剂：0.05-0.15％；余量为水或磷酸盐缓冲溶液。优选HA-NB为0.35～0.45％。

本发明还提供一种光敏和温敏混合型快速止血水凝胶，将上述水凝胶组合物在20～25℃条件下通过紫外光照射后，置于30-40℃环境下得到水凝胶。

所得水凝胶的溶胀率为780～790％，断裂应力为0.11～0.125MPa，存储模量为5000～6500Pa；破裂压力170～180mmHg。

本发明提供一种上述水凝胶作为消化道、普通皮肤创伤性出血的止血材料的用途。

本发明的再一个目的是提供一种光敏和温敏混合型抗菌水凝胶组合物，其特征在于，所述水凝胶包含以下按质量分数计的组分：

聚N-异丙基丙烯酰胺接枝改性明胶：14～16％；聚N-异丙基丙烯酰胺改性透明质酸：0.5-1.5％；季胺化明胶：4.5-5.5％；光响应分子改性透明质酸：0.1-0.8％；光引发剂：0.05-1％；余量为水或磷酸盐缓冲溶液。

优选的，所述水凝胶组合物中聚N-异丙基丙烯酰胺接枝改性明胶(P-G)：14.5～15.5％；聚N-异丙基丙烯酰胺改性透明质酸(P-HA)：0.8～1.2％；季胺化明胶：4.8～5.2％；光响应分子改性透明质酸(HA-NB)：0.2-0.6％，光引发剂：0.05～0.15％；余量为水或磷酸盐缓冲溶液。优选HA-NB为0.35～0.45％。

本发明还提供一种光敏和温敏混合型快速止血水凝胶，将上述水凝胶组合物在20～25℃条件下通过紫外光照射后，置于30～40℃环境下得到水凝胶。

所得水凝胶的溶胀率为550～600％，断裂应力为0.16～0.2MPa，存储模量为3000～3500Pa；破裂压力150～160mmHg。水凝胶对大肠杆菌的抑菌圈直径为15～16mm。对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径为10～10.5mm。

本发明提供一种上述水凝胶作为易感染伤口、或是慢性伤口的止血材料的用途。

优选的，所述紫外光照射时间为2～8min，所述紫外光能量密度为为5～40mw/cm²。

优选的，所述光引发剂为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(LAP)。

优选的，所述聚N-异丙基丙烯酰胺接枝改性明胶(P-G)中聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)与明胶的质量比为(1-50):1；进一步优选为(3-18)：1，更进一步优选为10-15:1。

优选的，所述聚N-异丙基丙烯酰胺改性透明质酸(P-HA)中聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)与透明质酸的质量比为(0.5-10):1；进一步优选为(1-1.5):1。

所述季胺化明胶优选为双环氧季铵盐改性明胶(D-G)。所述D-G由明胶与双环氧季铵盐(DEQAS)反应制得，所述明胶中伯氨基与DEQAS中的环氧基的摩尔比为1:(1-10)；进一步优选为1:(2-3)。

优选的，所述光响应分子改性透明质酸(HA-NB)中的光响应分子为N-(2-氨基乙基)-4-(4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-亚硝基苯氧基)丁酰胺。优选的，所述HA-NB中光响应分子与透明质酸的物质的量之比为(100-500):1；进一步优选的，所述HA-NB中光响应分子与HA的物质的量之比为(135-200):1。

本发明实施例提供的一个或多个技术方案，至少具有以下技术效果：

(1)本发明组分中含有改性之后的天然高分子材料，能够有效提高水凝胶与出血创面的粘附力并进行有效止血；本发明对天然高分子材料进行化学改性，所用改性分子具有光敏或温敏的环境响应性，通过施加特定条件，能够加快止血水凝胶的固化速度，避免水凝胶组分被血液冲散，能够快速使伤口止血。

(2)本发明的几种水凝胶组分在紫外光下发生化学交联，HA-NB中的羟基被氧化成醛基，然后与明胶的伯氨基发生交联形成席夫碱共价键，提高了凝胶的强度，可以承受高达280-320毫米汞柱的血压；适用于作为手术中不规则形状的脏器、不可压缩的内脏、高压动脉的出血伤口的速出止血材料。

(3)光敏和温敏混合型抗菌水凝胶具有较高的抑菌性能，适合作为易感染伤口、或是慢性伤口的止血材料。

附图说明

图1是水凝胶的SEM图像，(a)P-G水凝胶，(b)P-G/P-HA水凝胶，(c)水凝胶-3，(d)水凝胶-6、(e)水凝胶-9；

图2是水凝胶压缩应力-应变曲线；

图3是水凝胶模量扫描测试图；

图4是水凝胶抑菌性测试结果，a为大肠杆菌，b为金黄色葡萄球菌；

图5是细胞毒性测试结果；

图6是小鼠背部愈合情况图片；

图7是小鼠肝脏止血情况图片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。

应当说明的是，下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂、材料和设备，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

本发明中所述透明质酸购自上海麦克林生化科技有限公司，所述明胶及其他化学试剂均购自国药集团化学试剂有限公司。

所述P-G通过以下现有技术记载的方法制备得到：Shoji Ohyaa,et al，Poly(N-isopropylacrylamide)(PNIPAM)-grafted gelatinhydrogel surfaces:interrelationship between microscopic structure and mechanical property ofsurface regions and cell adhesiveness.Biomaterials 26(2005)3105–3111.

所述E-G通过以下现有技术记载的方法制备得到：Shilin Xu,et al，Amultifunctional gelatine–quaternary ammonium copolymer:An efficient materialfor reducing dye emission in leather tanning process by superior anionic dyeadsorption，Journal of Hazardous Materials 383(2020)121142。

所述P-HA通过以下现有技术记载的方法制备得到：Huaping Tan，et al，Thermosensitive injectable hyaluronic acid hydrogel for adipose tissueengineering.Biomaterials 30(2009)6844-6853.

所述HA-NB通过以下现有技术记载的方法制备得到：Yi Hong，et al.A stronglyadhesive hemostatic hydrogel for the repair of arterial and heartbleeds.Nature communications,2019May 14；10(1):2060.

其中，P-G中聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)与明胶的质量比为(12:1)；

P-HA中，PNIPAM与HA的质量比为(1:1)；

E-G中明胶伯氨基与EPTAC中的环氧基的物质的量之比为(1:2.5)；

HA-NB的光响应分子为N-(2-氨基乙基)-4-(4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-亚硝基苯氧基)丁酰胺。

HA-NB中光响应分子与透明质酸(HA)的物质的量之比为(168:1)。

实施例1

一种光敏和温敏混合型高强度水凝胶的制备方法，将上述制得的P-G、P-HA、D-G、LAP和HA-NB以及磷酸缓冲溶液在低于30℃的室温下混合，得到终浓度为15％P-G、1％P-HA、1％D-G、0.2％HA-NB和0.1％LAP，余量为磷酸盐缓冲溶液(PBS缓冲溶液，0.01M，pH为7.2～7.4)的水凝胶组合物。然后用能量密度为5mW/cm²(365nm)的紫外光照射5min，置于30～40℃的环境下，记为水凝胶-2。

实施例2、3

按照实施例1的制备方法，改变HA-NB的终浓度分别为0.4和0.6％，所得水凝胶记为水凝胶-3、水凝胶-4。

实施例4

一种光敏和温敏混合型高强度水凝胶的制备方法，将制得的P-G、P-HA、D-G、LAP和HA-NB以及磷酸缓冲溶液在室温下混合，得到终浓度为15％P-G、1％P-HA、3％D-G、0.2％HA-NB和0.1％LAP，余量为磷酸盐缓冲溶液(PBS缓冲溶液，0.01M，pH为7.2～7.4)的水凝胶组合物。然后用能量密度为5mW/cm²(365nm)的紫外光照射5min，记为水凝胶-5。

实施例5、6

按照实施例4的制备方法，改变HA-NB的终浓度分别为0.4和0.6％，所得水凝胶记为水凝胶-6、水凝胶-7。

实施例7

一种光敏和温敏混合型高强度水凝胶的制备方法，将制得的P-G、P-HA、D-G、LAP和HA-NB以及磷酸缓冲溶液在室温下混合，得到终浓度为15％P-G、1％P-HA 、5％D-G、0.2％HA-NB和0.1％LAP，余量为磷酸盐缓冲溶液(PBS缓冲溶液，0.01M，pH为7.2～7.4)的水凝胶组合物。然后用能量密度为5mW/cm²(365nm)的紫外光照射5min，记为水凝胶-8。

实施例8、9

按照实施例7的制备方法，改变HA-NB的终浓度分别为0.4和0.6％，所得水凝胶记为水凝胶-9、水凝胶-10。

对比例1

一种水凝胶的制备方法，将制得的P-G、P-HA以及磷酸缓冲溶液在低于30℃的室温下混合，得到终浓度为15％P-G、1％P-HA，余量为磷酸盐缓冲溶液的水凝胶组合物，置于30～40℃的环境下，记为水凝胶-1。

对比例2

一种水凝胶的制备方法，与实施例1不同的是，采用单环氧季铵盐(E-G)改性明胶替换实施例1中的D-G，其他条件均与实施例1相同，记为水凝胶-11。

单环氧季铵盐的化学式为：

对比例3

一种水凝胶的制备方法，与实施例4不同的是，采用单环氧季铵盐(E-G)改性明胶替换实施例1中的D-G，其他条件均与实施例4相同。记为水凝胶-12。

对比例4

一种水凝胶的制备方法，与实施例7不同的是，采用单环氧季铵盐(E-G)改性明胶替换实施例7中的D-G，其他条件均与实施例7相同，记为水凝胶-13。

(1)水凝胶的微观结构

将水凝胶冷冻干燥后，用手术刀将标本切成薄片，将其表面喷上黄金。使用扫描电子显微镜观察断面显微组织。

水凝胶的微观结构对其保水性能和力学性能有较大影响，图1为冻干水凝胶的微观形貌。与P-G和P-G/P-HA单网络水凝胶相比，本发明的双网络水凝胶的微观结构更致密，孔径更小。此外，扫描电镜图像显示，水凝胶有相互连接的多孔结构。致密的结构可以提高水凝胶的力学性能。同时，相互连接的多孔结构使养分和氧气的高效传递成为可能，增加了水凝胶在伤口敷料中的应用潜力。

(2)溶胀率

将制备好的水凝胶冷冻干燥，称量(Wd)，在磷酸盐缓冲盐水(PBS)溶液(pH＝7.4)中浸泡24h，达到溶胀平衡后，擦拭地表水后取出标本称量(Ws)，溶胀比(Q₀)计算为:

Q₀(％)＝(Ws-Wd)/W×100％。

水凝胶的溶胀率见表1所示。水凝胶能够更快的吸收大量血液，并能吸收旁边的组织液，防止其在伤口积聚和由此产生的炎症。

(3)力学性能

断裂应力：

使用通用机械试验机评估水凝胶的压缩性能，制备直径(10mm×4mm)的圆柱形水凝胶，以3mm/min的应变速率压缩直至破裂，然后得到应力-应变曲线。

在伤口愈合过程中，水凝胶敷料不可避免地会受到外力的作用。为防止外力对创面组织造成二次损伤，要求水凝胶敷料具有合适的机械性能。制备的水凝胶的压缩应力-应变曲线如图2所示，结果见表1所示。与单网络水凝胶相比，本发明的水凝胶均具有较高的断裂应力，达到0.14MPa。压缩试验表明，双网络水凝胶具有更好的力学性能，这可能是由于双网络结构的引入增加了交联密度。

表1：

储能模量：

储能模量损耗模量：采用旋转流变仪研究水凝胶组合物的溶胶-凝胶转变，升温速率设定为2℃/min，测试前，温度为样品台设置在25℃以防止凝胶化，应变％设置为1％，频率为1Hz。

储能模量代表材料存储弹性变形能量的能力，储能模量越大，代表材料硬度越大，难以变形。损耗模量代表材料在遭受不可逆形变下而损耗的能量，代表黏度。当损耗模量＜储能模量，材料为凝胶体，弹性为主要特点；当损耗模量＞储能模量，材料为流体，粘性为主要特性；损耗模量＝储能模量，材料处于溶胶-凝胶转变点，此时粘性和弹性相等。在扫描中，随着温度的增加，在31℃左右我们看到储能模量逐渐大于损耗模量，由溶胶向凝胶转变。结果见图3，存储模量见表1。结果表明，水凝胶处于稳定的弹性状态，适合于伤口愈合应用。其中水凝胶-3的储存模量最高，为35127Pa，适合作为手术中不规则形状的脏器、不可压缩的内脏、高压动脉的出血伤口的速出止血材料。

水凝胶-6的储存模量为6142Pa适合要求止血压力没有那么强，消化道、普通皮肤创伤性出血的止血。水凝胶-9的储存模量为3264Pa，适合，依靠较强抗菌效果，易感染伤口、普通伤口或是慢性伤口的止血。

(4)水凝胶的体外粘附、爆破压力、抗菌性能和细胞毒性

粘附能力：取两片相同大小(2cm×5cm)的猪皮，将水凝胶组合物使用紫外光照射，在其中一块猪皮上涂抹紫外光照射后的水凝胶组合物(涂抹区域2cm×2cm，涂抹量为1.5mL)，将两片猪皮粘合在一起。使用万能试验机施加单向张力，加载速率保持恒定在2mm/min。

具有黏附能力的水凝胶敷料在伤口修复领域通常具有良好的应用前景，水凝胶粘附能力大于30kpa一般可以满足伤口修复领域的应用，而对于不规则形状的脏器、不可压缩的内脏、高压动脉等，粘附能力越大越好；而对于其他部位，较低的粘附性能也可以满足使用要求。

其中水凝胶-3远高于其他样品达到215kpa，水凝胶-6的粘度能力为67kpa，水凝胶-9的粘附能力为66Kpa，均能满足对粘附性能的使用要求。这些结果表明，在一定的水凝胶组成下，席夫碱共价键的形成提高了水凝胶的附着力。这是因为光照后水凝胶中的HA-NB组分产生醛基，增加了结合位点的数量，加强了HA-NB与组织蛋白的结合。之所以能够实现高粘附强度，是因为接枝明胶分子链中含有大量的羧基和氨基，这些羧基和氨基可以通过氢键的形式与皮肤组织形成相互作用。该材料在愈合创面组织粘附方面具有广阔的应用前景由此看出水凝胶具有良好的粘附能力，可在创面部位形成长期的物理屏障，促进创面修复。

爆破压力：清洗去除猪皮(4×4厘米)的多余脂肪，用猪皮覆盖瓶口并密封，瓶连接压力泵，可向瓶内通气体加压。在猪皮上切一个直径为2mm圆形孔，在切口处填充500μL经紫外光照射的水凝胶组合物，然后将其置于30～40℃的环境下，在穿刺部位原位形成水凝胶。水凝胶厚度约为4.4mm，成胶后测爆压。向瓶内通气体，压力损失前的峰值压力被认为是爆破压力。所有测量重复三次。结果水凝胶-3的破裂压力最高达到280mmHg。远高于其他组水凝胶，是一种有前景的止血密封剂。

抗菌性能：通过抑菌圈方法测试水凝胶对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌性。将细菌溶液(1×10⁶CFU/mL)接种在琼脂板上，将10μL经紫外光照射的水凝胶组合物注射到直径为6mm的滤纸片上，将滤纸片放在琼脂板上并在37℃下培养24小时。每个样品周围的抗菌区域的直径测量以评估水凝胶的抗菌活性。

结果见图4，a和b分别为大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌结果。图中A、B、C、D分别为水凝胶-1、水凝胶-3、水凝胶-6、水凝胶-9。对大肠杆菌，水凝胶-1的抑菌圈直径为0，水凝胶-3的抑菌圈直径为8.3mm，水凝胶-6的抑菌圈直径为12.3mm，水凝胶-9的抑菌圈直径为15.5mm。对金黄色葡萄球菌，水凝胶-1的抑菌圈直径为0，水凝胶-3的抑菌圈直径为9.1mm，水凝胶-6的抑菌圈直径为9.9mm，水凝胶-9的抑菌圈直径为10.4mm。

水凝胶创面敷料可作为隔离伤口与外界细菌感染的屏障。本发明的水凝胶在24h时对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出明显的抑制作用，水凝胶对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌也表现出中等的抗菌活性，将更有效地促进伤口愈合。对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌作用可归结为依靠长链烷烃与细菌外细胞壁相容，带正电荷的季铵可以吸引带负电的细菌细胞膜，破坏细胞膜，导致细胞质泄露，从而杀死细菌。

细胞毒性：为了测试水凝胶的细胞毒性，采用3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基四溴化氮(MTT)(Sigma,USA)法进行细胞活力测定。将成纤维细胞HFF-1接种于96孔板(100μL/孔含1.0×105个细胞/mL的悬液)，孵育18h后，用C水凝胶处理24h。处理后，每孔加入5mg/mL MTT 10μL,96孔板在37℃下孵育4h。然后每孔细胞用磷酸盐缓冲液PBS(phosphate-buffered saline,PBS)冲洗，用100μL二甲亚砜(DMSO)溶解。样品的吸光度用酶标仪测定。

通过MTT方法检测，图5可知，细胞存活率在80％以上，表明水凝胶具有良好的生物相容性和低细胞毒性。

(5)水凝胶的体内创面修复能力及小鼠肝脏止血

采用小鼠背侧全层切口模型研究水凝胶对创面愈合的影响。方法:将雄性ICR小鼠(18-20g)麻醉，手术背部剃毛，用75％乙醇棉球消毒。在小鼠背侧各制作直径7mm，深度1mm的圆形全层皮肤缺损。将水凝胶前驱体溶液注射到皮肤缺损处，并通过UV处理凝胶化。以生理盐水处理皮肤缺损为对照。在选定的时间点，对创面进行拍照，观察愈合情况。

利用水凝胶-3对小鼠进行全层皮肤缺损修复实验。如图6所示，各组创面面积随时间增加而减小。第3天，各组创面干燥，无明显红肿。第5天，第7天水凝胶处理的创面相较生理盐水(NS)有明显愈合。水凝胶治疗后第11天创面基本愈合，明显优于其他组。治疗13天后，NS组创面仍未完全愈合，创面覆盖结痂，水凝胶组未见明显瘢痕、隆起，皮肤颜色与相邻正常组织相近。在创面愈合部位观察到大量新毛发生长。因此，水凝胶在促进创面愈合方面更有效。这是因为原位形成的水凝胶能够很好地贴合创面，并与创面部位紧密粘附，避免了微生物感染。同时，双环氧季铵盐的抗菌性能使水凝胶具有优良的抗菌能力，另一方面，透明质酸的保水能力保存了伤口愈合所需的湿润环境，加速了伤口愈合过程。

为了继续证明水凝胶作为临床止血材料的潜力，将其用于修复肝脏、心脏出血。采用大鼠肝脏模型(血流供应丰富的特定内脏器官)评价水凝胶的止血性能，对小鼠采用肝脏穿刺观察不同情况出血量，与上述方法相同，设置对照组，来观察出血量。观察到，在肝脏上快速穿刺时，血从针孔中涌出。在这种肝穿刺模型中，如果不进行治疗或用纱布覆盖，血液仍在流动，建立肝脏出血模型。图7中，a为对照组，b为实验组，用水凝胶-3敷创面，与无治疗组相比，止血快速，效果明显，出血量分别为0.2642g和0.0773g，出血量减少70％以上。水凝胶通过溶胀和形成密封剂，6-10s由溶胶变成凝胶，立即减少了出血，并能直观地观察到伤口完全止血。

Claims

1.一种光敏和温敏混合型高强度水凝胶组合物，其特征在于，所述水凝胶组合物包含以下按质量分数计的组分：

聚N-异丙基丙烯酰胺接枝改性明胶：14~16%，聚N-异丙基丙烯酰胺改性透明质酸：0.5-1.5%，季胺化明胶：0.5-1.5%，光响应分子改性透明质酸：0.1-0.8%，光引发剂：0.05-1%；余量为水或磷酸盐缓冲溶液；所述季胺化明胶为双环氧季铵盐改性明胶，所述光响应分子改性透明质酸中的光响应分子为N-(2-氨基乙基)-4-(4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-亚硝基苯氧基)丁酰胺。

2.根据权利要求1所述的水凝胶组合物，其特征在于，包含以下按质量分数计的组分：

聚N-异丙基丙烯酰胺接枝改性明胶：14.5-15.5%；聚N-异丙基丙烯酰胺改性透明质酸：0.8-1.2%；季胺化明胶：0.8-1.2%；光响应分子改性透明质酸：0.2-0.6%，光引发剂：0.05-0.15%；余量为水或磷酸盐缓冲溶液。

3.根据权利要求2所述的水凝胶组合物，其特征在于，光响应分子改性透明质酸含量为0.3~0.5%。

4.根据权利要求1所述的水凝胶组合物，其特征在于，所述聚N-异丙基丙烯酰胺接枝改性明胶中聚N-异丙基丙烯酰胺与明胶的质量比为（1-50）:1。

5.根据权利要求4所述的水凝胶组合物，其特征在于，所述聚N-异丙基丙烯酰胺接枝改性明胶中聚N-异丙基丙烯酰胺与明胶的质量比为（3-18）:1。

6.根据权利要求4所述的水凝胶组合物，其特征在于，所述聚N-异丙基丙烯酰胺接枝改性明胶中聚N-异丙基丙烯酰胺与明胶的质量比为（10-15）:1。

7.根据权利要求1所述的水凝胶组合物，其特征在于，所述聚N-异丙基丙烯酰胺改性透明质酸中聚N-异丙基丙烯酰胺与透明质酸的质量比为（0.5-10）:1。

8.根据权利要求7所述的水凝胶组合物，其特征在于，所述聚N-异丙基丙烯酰胺改性透明质酸中聚N-异丙基丙烯酰胺与透明质酸的质量比为（1-1.5）:1。

9.根据权利要求1所述的水凝胶组合物，其特征在于，所述双环氧季铵盐改性明胶由明胶与双环氧季铵盐反应制得，所述双环氧季铵盐改性明胶中反应物明胶的伯氨基与双环氧季铵盐中的环氧基的摩尔比为1:（1-10）。

10.根据权利要求1所述的水凝胶组合物，其特征在于，所述双环氧季铵盐改性明胶中反应物明胶的伯氨基与双环氧季铵盐中的环氧基的摩尔比为1:（2-3）。

11.根据权利要求1所述的水凝胶组合物，其特征在于，所述光响应分子改性透明质酸中光响应分子与透明质酸的物质的量之比为（100-500）:1。

12.根据权利要求11所述的水凝胶组合物，其特征在于，所述光响应分子改性透明质酸中光响应分子与透明质酸的物质的量之比为(135-200):1。

13.一种光敏和温敏混合型高强度水凝胶，其特征在于，将权利要求1或2所述水凝胶组合物在20~25℃条件下通过紫外光照射后，置于30~40℃环境下得到水凝胶。

14.根据权利要求13所述的水凝胶，其特征在于，所述紫外光照射时间为2~8min，所述紫外光能量密度为5~40mw/cm²。

15.根据权利要求13所述的水凝胶，其特征在于，水凝胶的溶胀率为800~900%，断裂应力为0.13~0.15MPa，存储模量为30000~40000Pa，黏附能力200~230kpa，破裂压力250~300mmHg。

16.权利要求1~12任一项所述水凝胶组合物或权利要求13~15任一项所述水凝胶在制备速出止血材料中的用途，所述速出止血材料应用于不规则形状的脏器、不可压缩的内脏、高压动脉的出血伤口。