一种具有红外光响应的水凝胶材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有红外光响应的水凝胶材料及其制备方法，包括如下步骤：1)配制CTAB溶液，调节溶液pH呈碱性；2)在40‑60℃下，边搅拌边向CTAB溶液中滴加正硅酸乙酯TEOS，得到乳白色的SiO2原液；3)向SiO2原液中滴加APTES，获得氨基改性的二氧化硅SiO2‑NH2，离心弃上清液，沉淀洗涤后用酸性甲醇回流，再次离心并洗涤，干燥，得到SiO2‑NH2；4)将SiO2‑NH2分散于ICG水溶液中，获得负载ICG的介孔纳米二氧化硅SiO2‑NH2‑ICG，离心弃上清液，去离子水洗涤，冷冻干燥得到SiO2‑NH2‑ICG；5)将SiO2‑NH2‑ICG分散到蚕丝丝素溶液中，分散均匀后先后加入辣根过氧化酶和双氧水进行酶促交联反应，得到具有红外光响应的丝素水凝胶。根据本发明专利技术的方法制得的红外响应水凝胶具有高效的光热转换效率，可用于药物的控释，具有良好的应用前景。

A Hydrogel Material with Infrared Light Response and Its Preparation Method

The invention relates to a hydrogel material with infrared light response and its preparation method, including the following steps: 1) preparing CTAB solution, adjusting the solution pH to be alkaline; 2) adding TEOS of ethyl orthosilicate to CTAB solution while stirring at 40 60 C to obtain milky white SiO 2 solution; 3) adding APTES to SiO 2 solution to obtain amino modified SiO 2 NH 2, and centrifuging discarding it. SiO 2 NH 2 was obtained by reflux of acid methanol after precipitation and washing and drying. 4) SiO 2 NH 2 was dispersed in ICG aqueous solution to obtain mesoporous nano-SiO 2 NH 2 ICG loaded with ICG. The supernatant was discarded by centrifugation and washed with deionized water, and the SiO 2 NH 2 ICG was obtained by freeze-drying. 5) SiO 2 NH 2 ICG was dispersed into silk fibroin solution and dispersed evenly. Then horseradish peroxidase and hydrogen peroxide were added to enzymatic cross-linking reaction to obtain silk fibroin hydrogel with infrared response. The infrared response hydrogel prepared by the method according to the invention has high photothermal conversion efficiency, can be used for controlled release of drugs, and has good application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种具有红外光响应的水凝胶材料及其制备方法
本专利技术属于生物医学材料领域，具体涉及一种具有红外光响应的水凝胶材料及其制备方法。
技术介绍
能够在感知外界因素的刺激下发生内部结构的变化(水解、质子化、构象变化和作用力变化等)，从而实现对药物的可控释放的一类水凝胶被称作智能响应型水凝胶控释载体。这些刺激信号主要包括外源性刺激(温度、光、电场等)和内源性刺激(pH值、氧化还原等)。温度是外源性刺激中最易控制且易适用于体内或体外的一种刺激信号。近年来很多研究报道研究了性能优良且具有很好应用前景的温度响应型水凝胶药物控释载体。比如不同亲/疏水段比例和分子量的温敏聚(ε-己内酯)-聚乙二醇-聚(ε-己内酯)嵌段共聚物(PCEC)、温敏聚(丙交酯-乙交酯)/聚乙二醇嵌段共聚物(PLGA-PEG-PLGA)、疏水药物喜树碱(CPT)修饰的低分子量聚乙二醇单甲醚(mPEG2000)两亲性聚合物(CPT-PEG2000)等等。这类水凝胶具有与人体温度相适宜的相转变温度，使水凝胶中高分子链间的作用力发生变化，实现药物的装载和控释。然而，在两亲性嵌段共聚物制备过程中，有机溶剂的使用和残留会直接影响作为药物载体的安全性。此外，两亲性嵌段共聚物制备和纯化过程复杂、不易获得。因此，发展生物相容性优良且制备过程简单的新型光响应性水凝胶载体将会大大促进其在药物控释方面中的发展。丝素作为一种天然蛋白质，具有良好的生物相容性、药物缓释性、生物可降解性和良好的溶氧渗透性，近期，已被FDA批准可用于临床医学。目前采用酶促交联方法可以简单快速制备透明度高和生物相容性良好的丝素水凝胶材料。光响应性药物释放系统具有非侵入性和远程调控的特性，其中红外光能够实现更深的组织的穿透和最小的组织伤害，使得近红外光药物释放系统更具有适合临床应用前景。例如，装载阿霉素的空心金纳米球在808nm激光照射下能够加速阿霉素药物释放，相较于游离阿霉素，显著增强了肿瘤部位抗癌效果，同时降低了系统毒性。ICG具有近红外吸收和发射荧光的特点，可作为一种优良的体内成像剂，ICG在近红外光照射下会逐渐升温，具有优良的光热转换效应。ICG在体内的消除完全经由肝胆系统，由肝细胞主动摄取，在排入胆道，最后进入肠道，以原型排出，期间无代谢改变，亦不经肝肠循环。但是，ICG在水溶液中的不稳定性及在血浆中的快速清除(半衰期2—4min)限制了其在临床方面的应用。纳米二氧化硅，因其生物安全性，广泛用于生物分析、成像和药物载体等的研究。且二氧化硅纳米颗粒因具有有序介孔结构、比表面积大、毒副作用小、生物相容性好和表面易于改性的特点，从而使其具有许多独特的性能，在生物医学的领域显现出极大的应用前景。
技术实现思路
本专利技术提供了一种具有红外光响应的水凝胶材料及其制备方法，通过该方法获得的红外响应水凝胶具有高效的光热转换效率，可用于药物的控释，具有良好的应用前景。本专利技术提供的具体解决方案包括如下步骤：1)配制十六烷基三甲基溴化铵CTAB溶液，调节溶液pH呈碱性；2)在40-60℃下，边搅拌边向CTAB溶液中滴加正硅酸乙酯TEOS，得到乳白色的SiO2原液；3)向SiO2原液中滴加3-氨丙基三乙氧基硅烷APTES，获得氨基改性二氧化硅SiO2-NH2，离心弃上清液，沉淀洗涤后用酸性甲醇回流，再次离心并洗涤，干燥，得到SiO2-NH2；4)将SiO2-NH2分散于吲哚菁绿ICG水溶液中，获得负载ICG的介孔纳米二氧化硅SiO2-NH2-ICG，离心弃上清液，去离子水洗涤，冷冻干燥得到SiO2-NH2-ICG。5)将SiO2-NH2-ICG分散到蚕丝丝素溶液中，分散均匀后先后加入辣根过氧化酶和双氧水进行酶促交联反应，得到具有红外光响应的丝素水凝胶。采用上述方案的有益效果是：氨基化的介孔二氧化硅纳米颗粒能够有效装载ICG，提高ICG的水稳定性、光稳定性、热稳定性和抗氧化性，同时保持ICG较高的光热转换效率。根据本专利技术提供的红外光响应性水凝胶制备工艺简单易行，条件易于控制，具有较好的应用前景。根据本专利技术提供的方法制备的红外光响应性水凝胶具有重要的应用价值，特别是对于光响应性药物释放系统，该水凝胶可将红外光照射转化为热能，作为触控开关，控释水凝胶中包裹的药物制品。优选的，步骤3)中通过真空干燥获得改性二氧化硅SiO2-NH2。通过真空干燥可有效缩短干燥时间，防止其氧化变性。优选的，步骤4)采用恒温油浴磁力搅拌器将SiO2-NH2均匀分散于ICG水溶液中。在此制备条件下，ICG具有较高的负载效率。具体的，步骤4)将干燥后的SiO2-NH2和ICG水溶液相混合，搅拌一段时间后，ICG以物理吸附作用装载到改性二氧化硅SiO2-NH2上。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：进一步，步骤1)中CTAB溶液的浓度为1.186-1.600mg/ml，用浓氨水调节溶液pH为10.5-11.5。优选的，步骤1)中采用浓氨水调节溶液的pH值为11。在此条件制备下，可以获得高产量的二氧化硅纳米材料。进一步，步骤2)中CTAB溶液中TEOS添加量为5.93-8.00μl/ml。在此制备条件下，可以得到粒径分布均匀的的二氧化硅原液。进一步，步骤3)中，APTES的添加量为0.75-2.25μl/ml，沉淀洗涤后用2％盐酸甲醇(V/V)回流，配制2％盐酸甲醇时加入的盐酸浓度为36％-37％。在该浓度下，APTES氨基化改性后获得的二氧化硅纳米颗粒表面存在大量的NH2，有利于提高后续ICG的负载率，产物经该浓度的酸性甲醇溶液回流后可有效去除CTAB模板及反应残留物。进一步，步骤4)中ICG水溶液中ICG的浓度为350-450mg/ml。优选的，ICG与SiO2-NH2的质量比为1：12.5，装载时间为3h。在该条件下，SiO2-NH2具有较高的ICG负载率。进一步，步骤5)中包括：1)用超纯水配制质量浓度为1-5％的蚕丝丝素水溶液；2)将辣根过氧化酶添加到丝素溶液中，使其溶解充分后，再加入双氧水溶液，并迅速摇匀，反应得到凝胶。含有酪氨酸的的蛋白质在HRP酶促作用下，在酪氨酸侧链之间可形成稳定的共价键。进一步，步骤5)中辣根过氧化酶的浓度5-20U/ml，双氧水的浓度为0.05-20mg/ml，反应温度为10-50℃，反应时间为10-120min。通过调节辣根过氧化酶、双氧水浓度以及反应温度可以调控丝素凝胶时间以及丝素凝胶弹性模量以获得较佳的丝素水凝胶。优选的，步骤2)中将共混体系摇匀并真空脱泡后再进行水浴反应处理。在该制备条件下，可获得内部结构更加均匀的水凝胶材料。优选的，步骤2)中双氧水的浓度为2-10mg/ml。在此范围内，丝素凝胶时间较短，有利于后续纳米材料和药物的负载。进一步，步骤5)中，蚕丝丝素溶液的制备方法如下:1)对天然蚕丝进行脱胶，将脱胶后的丝素纤维溶解于三元溶液；2)将溶解丝素纤维的盐溶液转移到纤维透析袋中透析36-72h脱盐，最后通过过滤、离心去除杂质，经过浓缩得到蚕丝丝素水溶液。通过该方法可从天然蚕丝中提纯得到高浓度的丝素水溶液。具体的，步骤1)中的三元溶液由CaCl2、乙醇和水组成，其中CaCl2、乙醇和水三者的物质的量之比为1:2:8。优选的，控制溶解温度在70-75℃之间，搅拌直至溶解，然后以去离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有红外光响应的水凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)配制十六烷基三甲基溴化铵CTAB溶液，调节溶液pH呈碱性；2)在40‑60℃下，边搅拌边向CTAB溶液中滴加正硅酸乙酯TEOS，得到乳白色的SiO2原液；3)向SiO2原液中滴加3‑氨丙基三乙氧基硅烷APTES，获得氨基改性的二氧化硅SiO2‑NH2，离心弃上清液，沉淀洗涤后用酸性甲醇回流，再次离心并洗涤，干燥，得到SiO2‑NH2；4)将SiO2‑NH2分散于吲哚菁绿ICG水溶液中，获得负载ICG的介孔纳米二氧化硅SiO2‑NH2‑ICG，离心弃上清液，去离子水洗涤，冷冻干燥得到SiO2‑NH2‑ICG；5)将SiO2‑NH2‑ICG分散到蚕丝丝素溶液中，分散均匀后先后加入辣根过氧化酶和双氧水进行酶促交联反应，得到具有红外光响应的丝素水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种具有红外光响应的水凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)配制十六烷基三甲基溴化铵CTAB溶液，调节溶液pH呈碱性；2)在40-60℃下，边搅拌边向CTAB溶液中滴加正硅酸乙酯TEOS，得到乳白色的SiO2原液；3)向SiO2原液中滴加3-氨丙基三乙氧基硅烷APTES，获得氨基改性的二氧化硅SiO2-NH2，离心弃上清液，沉淀洗涤后用酸性甲醇回流，再次离心并洗涤，干燥，得到SiO2-NH2；4)将SiO2-NH2分散于吲哚菁绿ICG水溶液中，获得负载ICG的介孔纳米二氧化硅SiO2-NH2-ICG，离心弃上清液，去离子水洗涤，冷冻干燥得到SiO2-NH2-ICG；5)将SiO2-NH2-ICG分散到蚕丝丝素溶液中，分散均匀后先后加入辣根过氧化酶和双氧水进行酶促交联反应，得到具有红外光响应的丝素水凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中CTAB溶液的浓度为1.186-1.600mg/ml，用浓氨水调节溶液pH为10.5-11.5。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中CTAB溶液中TEOS的添加量为5.93-8.00μl/ml。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中APTES的添加量为0.75-2.25μl/ml，沉淀洗涤后用2％盐酸甲醇(V/V)回流...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪宜宇，张俊华，牛春青，斯琴朝克图，胡超，郑操，王有宁，
申请(专利权)人：湖北工程学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42