一种具有智能抗菌和长效生物分子释放功能的快速自修复凝胶的制备方法和应用技术

一种具有智能抗菌和长效生物分子释放功能的快速自修复凝胶的制备方法和应用，将乙二胺四乙酸二钠溶液与硝酸铁溶液混合均匀后，加入到透明质酸溶液中，在室温下混合均匀后，静置，得到自修复凝胶。仅仅通过配位作用便可实现水凝胶的产生，本发明专利技术反应周期短，反应条件极易满足，产率高，无副产物，易于实现工业化生产，且能有效提高工作效率。自修复水凝胶可作为被感染组织再生应用的新型生物活性材料，可作为修复炎症皮肤的凝胶贴片。

Preparation and application of a fast self repairing gel with intelligent antibacterial and long-lasting biomolecular release function

A self repairing gel with intelligent antibacterial and long-lasting biomolecular release function is prepared and applied. After mixing the ethylenediamine tetra acetic acid two sodium solution with ferric nitrate solution, it is added to hyaluronic acid solution and mixed evenly at room temperature, then the self repairing gel is obtained. The hydrogel can be produced by coordination only. The reaction period of the present invention is short, the reaction conditions are easily satisfied, the yield is high, and there is no by-product. It is easy to realize industrial production, and the work efficiency can be effectively improved. Self repairing hydrogel can be used as a new bioactive material for the regeneration of infected tissue. It can be used as a gel patch for repairing inflammatory skin.

【技术实现步骤摘要】
一种具有智能抗菌和长效生物分子释放功能的快速自修复凝胶的制备方法和应用
本专利技术涉及高分子材料技术与生物医用材料领域，具体涉及一种具有智能抗菌和长效生物分子释放功能的快速自修复凝胶的制备方法和应用。
技术介绍
水凝胶是一种亲水性3D网络结构聚合物，具有良好的生物相容性、高含水量和可调节的结构性状，从而广泛应用于生物医学领域。该凝胶不仅可以将生物活性分子(例如药物、蛋白质或抗体)嵌入前体溶液中实现靶递送之外，还能够提供与胞外基质相似的环境，其中多孔结构允许营养物、代谢物的交换和细胞迁移，从而促进组织再生。然而，水凝胶在植入过程中很容易受到微生物的侵袭，可能导致体内的感染和炎症反应，这是组织工程中的一大难题。为了提高水凝胶材料的抗微生物性质，近年来不同研究机构也做了相关的研究，例如将抗菌物质(抗生素/银纳米颗粒)通过物理负载和/或化学反应将抗微生物成分装载在水凝胶网络上。但是，尽管在水凝胶上装载或接枝抗菌物质有利于抑制感染，但持续的抗菌过程还是会出现一些负面问题：例如对正常组织的毒副作用、诱导细菌具有越来越高的耐药性、有效时间很有限、合成步骤复杂等，尤其对哺乳动物细胞的不良作用更为明显。因此，设计一种对正常组织安全无毒，但能由感染部位的细菌触发其抗菌过程的智能水凝胶，对生物医学工程的发展意义重大。此外，机体内植入的水凝胶在身体日常运动过程中将不可避免的受到持续机械外力的影响，从而导致凝胶变形甚至破损。该过程不仅增加了微生物入侵引起感染的风险，而且凝胶诱导组织再生的性能也将由于结构破坏而极大地削弱。针对以上问题，利用动态可逆的超分子相互作用构筑的水凝胶由于其具有优良的自愈能力因而被广泛关注。各种超分子化学包括氢键、主客体相互作用、静电相互作用和金属—配体配位作用等为自修复水凝胶的构筑提供了可行的途径。然而，同时具有按需抗菌特性以精准抑制细菌生长和自修复特性以确保结构/功能完整性的多功能水凝胶却未被研究发现，这也成为了生物组织工程中亟待解决的一大问题。
技术实现思路
针对以上现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供一种具有智能抗菌和长效生物分子释放功能的快速自修复凝胶的制备方法和应用，该方法简单且条件温和，易于工业化生产，制备的凝胶对健康组织无毒副作用、仅能由感染部位细菌触发抗菌过程并且能够快速自修复，此外，能够有效实现细菌感染的缺损组织的再生。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种具有智能抗菌和长效生物分子释放功能的快速自修复凝胶的制备方法，将乙二胺四乙酸二钠溶液与硝酸铁溶液混合均匀后，加入到透明质酸溶液中，在室温下混合均匀后，静置，得到自修复凝胶。本专利技术进一步的改进在于，乙二胺四乙酸二钠溶液是将乙二胺四乙酸二钠加入到水中制得，乙二胺四乙酸二钠溶液的浓度为20～30mg/mL；硝酸铁溶液是将硝酸铁颗粒加入到水中制得，硝酸铁溶液的浓度为20～40mg/mL；透明质酸溶液是将透明质酸粉末加入到水中制得，透明质酸溶液的浓度为30mg/mL。本专利技术进一步的改进在于，透明质酸的分子量为10～100万分子。本专利技术进一步的改进在于，透明质酸、硝酸铁、乙二胺四乙酸二钠的摩尔比为(3.2～4.8):2:1。本专利技术进一步的改进在于，混合均匀是通过在300-600r/min下搅拌3～10min实现的。本专利技术进一步的改进在于，静置的时间为5～24h。一种自修复凝胶在制备用于修复皮肤的凝胶贴片中的应用。本专利技术进一步的改进在于，将血小板衍生生长因子溶解于PBS缓冲液中，得到浓度为0.66ug/mL的血小板衍生生长因子溶液；将自修复凝胶冷冻干燥后在室温下于血小板衍生生长因子溶液中浸渍并温育12小时，使水凝胶吸附血小板衍生生长因子，制得凝胶贴片。一种自修复凝胶在制备抗菌LB琼脂板中的应用。本专利技术进一步的改进在于，在LB琼脂板表面覆盖一层厚度为2mm的自修复凝胶，得到抗菌LB琼脂板。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：1.本专利技术采用的凝胶基质是透明质酸，其来源广泛，生物相容性良好，在生物体内可降解，且降解产物没有毒性，适用于医学生物领域中，本专利技术以透明质酸做基底，利用三价铁离子和羧基的配位作用，通过控制其摩尔比和反应时间来制备凝胶，得到的类似细胞尺寸的凝胶孔洞分布均匀，直径在10um左右，有很好的负载药物的能力，能为细胞粘附生长提供适宜场所。2.本专利技术巧妙的利用三价铁离子被细菌内还原酶还原成二价铁离子，后二价铁离子在细菌内通过芬顿氧化作用生成羟基自由基，羟基自由基具有强氧化性，极易氧化细菌中的蛋白质和核酸，从而杀灭细菌，这种方法不仅避免了细菌的耐药性，而且能够有效降解细菌形成的生物层，从而同时实现细菌的杀灭和细菌粘附的抑制。3.本专利技术凝胶材料对健康组织没有毒副作用、仅能由感染部位细菌分泌特有的酶来触发抑菌过程、外力破坏后可以快速自我修复、凝胶的多孔结构可模拟细胞外基质结构并负载大量的生物活性分子，因此能够实现对有细菌感染的缺损组织的有效修复。4.本专利技术实验过程简单易于操作，反应周期短、产率高、原料基本没有损失且对实验条件宽容。5.本专利技术在操作过程中不产生有机废液，符合绿色环保的制备条件。6.本专利技术无需用到大型昂贵的仪器设备，生产成本低。附图说明图1是实施例3提供的多孔结构的水凝胶图，其中，a为低放大倍数下的凝胶形貌图，b为中放大倍数下的凝胶形貌图，c为高放大倍数下的凝胶形貌图，d图为能量色散X射线光谱法测得的元素分布图。图2是实施例13和实施例14中提供的水凝胶的自修复实验的修复后的效果图。图3是实施例16、实施例17和实施例18中提供的水凝胶在不同酸碱性环境下的PDGF-BB释放曲线。图4是实施例19、实施例20和实施例21中提供的水凝胶在不同环境中在透明质酸酶作用下的Fe3+的释放曲线。图5是实施例22中水凝胶对两种细菌的抑菌实验效果图，其中，a为大肠杆菌、b为金黄色葡萄球菌。图6是实施例22中水凝胶对细菌抑制对数减少图。图7是实施例24提供的小鼠伤口愈合情况图。图8是实施例24提供的小鼠创伤面愈合率统计图。图9是实施例24提供的CD31阳性微血管分布的效果图。图10是实施例24提供的CD31阳性微血管的血管密度统计图。图11是实施例24提供的再生皮肤组织的分布图。图12是实施例24提供的再生皮肤组织的病例指数图。图13是实施例24提供的TNF-a、IL-6、IL-1β基因表达对比图。图14是实施例2-4提供的水凝胶在不同频率下的流变测试图。图15是实施例2-4提供的水凝胶在不同应变下的流变测试图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术做进一步说明，但不限于此。本专利技术涉及一步法制备多孔结构的水凝胶及以此为基础的生物医用材料的构筑和应用。一种具有按需抗菌活性和持续生物分子释放的可实现快速自修复的凝胶的制备方法，将乙二胺四乙酸二钠(EDTA)加入到水中制得乙二胺四乙酸二钠溶液、同时将硝酸铁加入到水中制得硝酸铁溶液，将乙二胺四乙酸二钠溶液与硝酸铁溶液混合搅拌3～10min后，加入到透明质酸(HA)溶液中，在室温下搅拌3～10min，静置10～24h后，得到可自修复凝胶。所述的乙二胺四乙酸二钠溶液的质量浓度为20～30mg/mL，硝酸铁溶液的浓度为20～40mg/mL，透明质酸溶液的质量浓度为30mg/mL；所述的透明质酸分子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有智能抗菌和长效生物分子释放功能的快速自修复凝胶的制备方法，其特征在于，将乙二胺四乙酸二钠溶液与硝酸铁溶液混合均匀后，加入到透明质酸溶液中，在室温下混合均匀后，静置，得到自修复凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种具有智能抗菌和长效生物分子释放功能的快速自修复凝胶的制备方法，其特征在于，将乙二胺四乙酸二钠溶液与硝酸铁溶液混合均匀后，加入到透明质酸溶液中，在室温下混合均匀后，静置，得到自修复凝胶。2.根据权利要求1所述的一种具有智能抗菌和长效生物分子释放功能的快速自修复凝胶的制备方法，其特征在于，乙二胺四乙酸二钠溶液是将乙二胺四乙酸二钠加入到水中制得，乙二胺四乙酸二钠溶液的浓度为20～30mg/mL；硝酸铁溶液是将硝酸铁颗粒加入到水中制得，硝酸铁溶液的浓度为20～40mg/mL；透明质酸溶液是将透明质酸粉末加入到水中制得，透明质酸溶液的浓度为30mg/mL。3.根据权利要求1所述的一种具有智能抗菌和长效生物分子释放功能的快速自修复凝胶的制备方法，其特征在于，透明质酸的分子量为10～100万分子。4.根据权利要求1所述的一种具有智能抗菌和长效生物分子释放功能的快速自修复凝胶的制备方法，其特征在于，透明质酸、硝酸铁、乙二胺四乙酸二钠的摩尔比为(3.2～4.8):...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鑫，田然，袁萍耘，陈莉，张继雯，田雨，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61