本发明专利技术公开负载铜金属有机骨架纳米粒子的温敏水凝胶及其制备方法。该制备方法先利用明胶上的氨基与甲基丙烯酸酐发生酰化反应合成支链含有碳碳双键的甲基丙烯酸酯化明胶，再利用其支链上的碳碳双键与N‑异丙基丙烯酰胺进行自由基共聚，制备甲基丙烯酸酯化明胶‑g‑聚N‑异丙基丙烯酰胺；将1,3,5‑苯三甲酸和乙酸铜一水合物制备铜基MOF纳米粒子；将铜基MOF纳米粒子添加至甲基丙烯酸酯化明胶‑g‑聚N‑异丙基丙烯酰胺溶液，制得产物。本发明专利技术将铜离子以HKUST‑1 NPs形式嵌入该可生物降解的温敏水凝胶中，实现铜离子的可控缓慢释放，有效降低其细胞毒性，促进体外真皮细胞迁移和诱导血管生成，促进伤口愈合。
【技术实现步骤摘要】
负载铜金属有机骨架纳米粒子的温敏水凝胶及其制备方法
本专利技术涉及一种可用于组织再生的医用敷料，特别涉及负载铜金属有机骨架纳米粒子的温敏水凝胶及其制备方法，本专利技术将铜离子以铜金属有机骨架纳米粒子(HKUST-1NPs)形式载入温敏水凝胶中实现可控释放。
技术介绍
作为胶原蛋白的水解产物，明胶含有许多促进细胞附着的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)序列，以及适合于细胞重塑的基质金属蛋白酶(MMP)的靶序列，明胶还具有促进巨噬细胞生长及血小板凝结的优点。聚N-异丙基丙烯酰胺是一种典型的温度敏感型水凝胶，由于它具有聚合方式简单，性质稳定，LCST在人体体温附近等优点，成为制备温度敏感性水凝胶的理想材料，特别是药物控释方面具有巨大的潜在应用价值，但生物体内难降解、细胞毒性大等缺点限制了其在生物医学方面的进一步应用。将天然高分子化合物明胶引入聚合物体系，不仅能有效解决这些问题，还能使水凝胶引入明胶的许多优点。两者结合制备出有良好生物相容性及降解性并可用于药物缓释领域的温敏性水凝胶。铜离子参与许多与伤口愈合相关的过程，包括诱导血管内皮生长因子，血管生成以及细胞外皮肤蛋白如角蛋白和胶原蛋白的表达和稳定。铜也是一种众所周知的抗微生物剂，它可以通过降低伤口感染的可能性来促进愈合。铜离子的非生理浓度升高可能是有毒的，会干扰其他金属的稳态，破坏DNA，并产生可反向修饰蛋白质，脂质和核酸的活性氧物质。有不少文献已经报道使用硫酸铜、氧化铜和碳酸铜作为抗菌剂，用于促进伤口愈合。但是将其载入水凝胶中，会严重影响水凝胶的凝胶特性，容易出现铜离子爆释，使患者有铜毒性的风险。而HKUST-1纳米粒子载入水凝胶中，可以有效地避免这些缺陷。通过H-HKUST-1的铜离子缓慢释放可以减少细胞毒性和细胞凋亡，体外真皮细胞迁移增加，从而伤口愈合。另外，HKUST-1纳米粒子往往在含蛋白质的生理液中不稳定，将HKUST-1纳米粒子包裹在水凝胶中作为一种减缓其降解并从而防止其过早释放提供了可能。中国专利技术专利申请CN201610219873.0公开了一种含有纳米银的医用温敏水凝胶的制备方法及在伤口愈合领域的应用，由纳米银和壳聚糖组成，但是由于纳米银具有较强的细胞毒性，在杀菌的过程中会损伤正常细胞，且壳聚糖构成的水凝胶的药物缓释性能差，易造成纳米银的爆释，不利于伤口愈合。
技术实现思路
本专利技术的首要的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供可用于组织再生修复的温敏水凝胶及其制备方法。本专利技术将铜离子以HKUST-1NPs的形式负载于温敏水凝胶中，以降低铜离子的细胞毒性。载有HKUST-1NPs可生物降解的温敏水凝胶，可注射到伤口表面，由于体温高于其LCST，形成凝胶，缓慢可控地释放铜离子，促进伤口愈合，被用作伤口的医用敷料。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：负载铜金属有机骨架纳米粒子的温敏水凝胶的制备方法，包括如下步骤：1)甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA)的合成：在50～70℃下将明胶溶解在的缓冲溶液A中；搅拌下，将过量的甲基丙烯酸酐(MAA)滴加入明胶缓冲溶液A中，在50～60℃恒温水浴中反应3～5h，加入缓冲液B以终止反应，并将溶液转移至透析膜中，除去杂质和未反应的单体；然后将甲基丙烯酸酯化明胶溶液冻干；2)甲基丙烯酸酯化明胶-g-聚N-异丙基丙烯酰胺(GelMA-g-PNIPAM)合成：将甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA)与N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)溶于去离子水中，充N2鼓泡15～30min，除去体系中氧气，加入引发剂以及促引发剂，在反应温度为20～30℃下反应3～5h；并将溶液转移至透析膜中；将混合物在用去离子水透析以除去杂质和未反应的单体；将甲基丙烯酸酯化明胶-g-聚N-异丙基丙烯酰胺溶液冻干；3)铜基MOF纳米粒子(HKUST-1NPs)的制备：将1,3,5-苯三甲酸(H3BTC)和乙酸铜一水合物分别溶于乙醇和去离子水中，然后将两种溶液混合，在室温下搅拌下，反应20～30min，形成凝胶状深绿松石悬浮液；离心悬浮液分离颗粒，洗涤，得铜基MOF纳米粒子；将铜基MOF纳米粒子恒温干燥，密封保存；4)载有铜基MOF纳米粒子(HKUST-1NPs)的温敏水凝胶的制备：在室温下，将铜基MOF纳米粒子(HKUST-1NPs)添加至步骤2)所得甲基丙烯酸酯化明胶-g-聚N-异丙基丙烯酰胺溶液，至铜离子浓度为0.1～0.2M，并充分搅拌均匀，密封，室温保存。为进一步实现本专利技术目的，优选地，步骤1)中，所述的缓冲液A为pH为7.2～7.4的磷酸盐缓冲液或pH8.5～9的碳酸盐缓冲液；缓冲液A选用磷酸盐缓冲液时，明胶与甲基丙烯酸酐质量体积比为8～12：1，质量单位为g，体积单位为mL；缓冲液A选用碳酸盐缓冲液时，明胶与甲基丙烯酸酐质量体积比为0.125～2：1，质量单位为g，体积单位为mL；缓冲液B为pH7.2～7.4的磷酸盐缓冲液。优选地，步骤1)中，所述的明胶为猪皮明胶，质量浓度为8～10％；所述的甲基丙烯酸酐的滴加速率为0.25～0.50mL/min。优选地，步骤1)所述的透析温度为45～55℃；透析膜截留值为12-14kDa；步骤2)所述透析温度为20～28℃；透析膜截留值为10～14kDa。优选地，步骤2)中，所述的引发剂为过硫酸钾(K2S2O8)，所述的促引发剂为N,N,N',N'-四甲基乙二胺(TEMED)；所述过硫酸钾(K2S2O8)为N-异丙基丙烯酰胺的质量的0.15～0.30％；引发剂过硫酸钾(K2S2O8)和促引发剂N,N,N',N'-四甲基乙二胺(TEMED)的加入方式为先加引发剂过硫酸钾(K2S2O8)，再以0.25～0.50μL/min的速率滴加促引发剂N,N,N',N'-四甲基乙二胺(TEMED)。优选地，步骤2)中，所述的甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA)与N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)的质量比为1：0.8～1.0。优选地，步骤3)中，所述的反应的温度为25～30℃；所述的洗涤是用无水乙醇和去离子水混合液洗涤产物，以除去残留的1,3,5-苯三羧酸和乙酸铜；所述无水乙醇和去离子水的体积比为1：1；洗涤次数为3次以上；所述的1,3,5-苯三甲酸与乙酸铜一水合物的摩尔比为1：1.5～2.0。优选地，步骤4)混合物中甲基丙烯酸酯化明胶-g-聚N-异丙基丙烯酰胺溶液浓度为80～100mg/mL。一种负载铜金属有机骨架纳米粒子的温敏水凝胶：由上述制备方法制得；所述负载铜金属有机骨架纳米粒子的温敏水凝胶的LCST为32～34℃，高于室温，在室温呈溶胶态。优选地，在室温下，负载铜金属有机骨架纳米粒子的温敏水凝胶注射到凹凸不平的伤口表面，体温高于温敏水凝胶的LCST，溶胶中接枝的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)分子链聚集折叠在一起，形成物理交联点，溶胶迅速形成凝胶，实现缓慢可控地释放铜离子，促进伤口愈合。本专利技术HKUST-1纳米粒子可以有效地诱导血管内皮生长因子，血管生成以及细胞外皮肤蛋白如角蛋白和胶原蛋白的表达和稳定。同时它可以通过降低伤口感染的可能性来促进愈合。将HKUST-1纳米粒子负载到甲基丙烯酸酯化明胶-g-聚N-异丙基丙烯酰胺的温敏水凝胶中实现铜离子的缓慢释放，有效地促进伤口愈合，具有重要意义。本专利技术相对于现有技术具有如下的优本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.负载铜金属有机骨架纳米粒子的温敏水凝胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)甲基丙烯酸酯化明胶的合成：在50～70℃下将明胶溶解在的缓冲溶液A中；搅拌下，将过量的甲基丙烯酸酐滴加入明胶缓冲溶液A中，在50～60℃恒温水浴中反应3～5h，加入缓冲液B以终止反应，并将溶液转移至透析膜中，除去杂质和未反应的单体；然后将甲基丙烯酸酯化明胶溶液冻干；2)甲基丙烯酸酯化明胶‑g‑聚N‑异丙基丙烯酰胺合成：将甲基丙烯酸酯化明胶与N‑异丙基丙烯酰胺溶于去离子水中，充N2鼓泡15～30min，除去体系中氧气，加入引发剂以及促引发剂，在反应温度为20～30℃下反应3～5h；并将溶液转移至透析膜中；将混合物在用去离子水透析以除去杂质和未反应的单体；将甲基丙烯酸酯化明胶‑g‑聚N‑异丙基丙烯酰胺溶液冻干；3)铜基MOF纳米粒子的制备：将1,3,5‑苯三甲酸和乙酸铜一水合物分别溶于乙醇和去离子水中，然后将两种溶液混合，在室温下搅拌下，反应20～30min，形成凝胶状深绿松石悬浮液；离心悬浮液分离颗粒，洗涤，得铜基MOF纳米粒子；将铜基MOF纳米粒子恒温干燥，密封保存；4)载有铜基MOF纳米粒子的温敏水凝胶的制备：在室温下，将铜基MOF纳米粒子添加至步骤2)所得甲基丙烯酸酯化明胶‑g‑聚N‑异丙基丙烯酰胺溶液，至铜离子浓度为0.1～0.2M，并充分搅拌均匀，密封，室温保存。...
【技术特征摘要】
1.负载铜金属有机骨架纳米粒子的温敏水凝胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)甲基丙烯酸酯化明胶的合成：在50～70℃下将明胶溶解在的缓冲溶液A中；搅拌下，将过量的甲基丙烯酸酐滴加入明胶缓冲溶液A中，在50～60℃恒温水浴中反应3～5h，加入缓冲液B以终止反应，并将溶液转移至透析膜中，除去杂质和未反应的单体；然后将甲基丙烯酸酯化明胶溶液冻干；2)甲基丙烯酸酯化明胶-g-聚N-异丙基丙烯酰胺合成：将甲基丙烯酸酯化明胶与N-异丙基丙烯酰胺溶于去离子水中，充N2鼓泡15～30min，除去体系中氧气，加入引发剂以及促引发剂，在反应温度为20～30℃下反应3～5h；并将溶液转移至透析膜中；将混合物在用去离子水透析以除去杂质和未反应的单体；将甲基丙烯酸酯化明胶-g-聚N-异丙基丙烯酰胺溶液冻干；3)铜基MOF纳米粒子的制备：将1,3,5-苯三甲酸和乙酸铜一水合物分别溶于乙醇和去离子水中，然后将两种溶液混合，在室温下搅拌下，反应20～30min，形成凝胶状深绿松石悬浮液；离心悬浮液分离颗粒，洗涤，得铜基MOF纳米粒子；将铜基MOF纳米粒子恒温干燥，密封保存；4)载有铜基MOF纳米粒子的温敏水凝胶的制备：在室温下，将铜基MOF纳米粒子添加至步骤2)所得甲基丙烯酸酯化明胶-g-聚N-异丙基丙烯酰胺溶液，至铜离子浓度为0.1～0.2M，并充分搅拌均匀，密封，室温保存。2.根据权利要求1所述的负载铜金属有机骨架纳米粒子的温敏水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述的缓冲液A为pH为7.2～7.4的磷酸盐缓冲液或pH8.5～9的碳酸盐缓冲液；缓冲液A选用磷酸盐缓冲液时，明胶与甲基丙烯酸酐质量体积比为8～12：1，质量单位为g，体积单位为mL；缓冲液A选用碳酸盐缓冲液时，明胶与甲基丙烯酸酐质量体积比为0.125～2：1，质量单位为g，体积单位为mL；缓冲液B为pH7.2～7.4的磷酸盐缓冲液。3.根据权利要求1所述的负载铜金属有机骨架纳米粒子的温敏水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述的明胶为猪皮明胶，质量浓度为8～10％；所述的甲基丙烯酸酐的滴加速率为0.25～0.50mL/min。4.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭晓宏，马晓峰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44
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