一种铜基MOF水凝胶功能化抗菌膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种铜基MOF水凝胶功能化抗菌膜及其制备方法与应用。本发明专利技术先合成天然高分子大单体，所述的天然高分子大单体为乙烯基壳聚糖衍生物、乙烯基壳聚糖衍生物和甲基丙烯酸酯化明胶中任意一种或多种，将铜离子以铜基金属有机骨架纳米粒子的形式负载于天然高分子‑g‑N‑异丙基丙烯酰胺的交联水凝胶中，借助水凝胶基体表面的活性基团与改性隔菌膜表面异氰酸酯基之间的亲核加成反应，制备出铜基MOF水凝胶功能化抗菌膜。本发明专利技术结合了铜基MOF功能化水凝胶温敏性、抗菌性与隔菌膜阻隔细菌的能力，通过物理化学作用来达到隔菌膜与功能化水凝胶之间的有效粘结，实现抗菌膜在具备隔菌抑菌效果的同时，还具有较好的物理机械性能。

【技术实现步骤摘要】
一种铜基MOF水凝胶功能化抗菌膜及其制备方法与应用
本专利技术涉及温敏水凝胶功能化抗菌膜，特别是涉及一种铜金属有机骨架(MOF)纳米粒子载入温敏水凝胶功能化抗菌膜的制备方法；其属于皮肤创面再生修复用的膜类医用敷料制造领域。
技术介绍
医用敷料作为伤口处的覆盖物，在伤口愈合过程中，可以替代受损的皮肤起到暂时性屏障作用，避免或控制伤口感染，提供有利于创面愈合的环境。传统的医用敷料就是使用于伤口外的覆盖物，虽然对创面有保护作用，但在阻水透气和阻隔细菌进入等难以满足慢性和复杂伤口的治疗需求。为了提供良好的伤口愈合环境、减少疤痕、并且增进使用者的舒适度，新型医用敷料近年来逐渐取代仅能提供最简单隔离保护作用的传统敷料。另外，随着人口的老龄化和慢性溃疡性伤口的增多，目前也迫切需要开发出新型功能型医用敷料。随着科学技术的进步，医用敷料研究方面取得了较快的发展，出现了很多结构不同、功能较全面的新型医用敷料。中国专利技术专利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，其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，且该温敏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。专利技术人课题组申请的中国专利技术专利CN201811534121.9，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(Gel-MA)，再借助其支链上的碳碳双键与N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)进行自由基共聚，制备了甲基丙烯酸酯化明胶-g-N-异丙基丙烯酰胺(Gel-MA-g-NIPAm)温敏水凝胶，并将铜离子以铜基金属-有机框架(MOF)纳米粒子形式嵌入Gel-MA-g-NIPAM水凝胶中。小鼠模型全厚层切口愈合试验结果表明：该类铜基MOF纳米粒子实现了铜离子的可控缓慢释放，有效降低了其细胞毒性，促进体外真皮细胞迁移和诱导血管生成，这表明协同稳定释放铜离子的铜基MOF水凝胶是用于治疗慢性伤口有前途的创新敷料。水凝胶类敷料具有的部分水合结构可连续吸收伤口的渗出物。吸收了渗出物的水凝胶不污染伤口,所以大约在一周内不必更换敷料，但大量吸收渗出物后可因胶体的膨胀而导致敷料与伤口分离,另外细菌可以通过渗透的方式穿过水凝胶基体从而导致创面感染,中国专利技术专利CN201811534121.9未能很好的解决这一问题，而目前使用的聚合物衬垫如无纺布等也难以满足相应的细菌阻隔要求。此外，中国专利技术专利CN201811534121.9给出的敷料中铜基MOF纳米粒子含量相对较高，而铜基MOF纳米粒子本身是具有一定细胞毒性的，对创面的治愈不利。
技术实现思路
本专利技术为了解决目前水凝胶类敷料对外界细菌阻隔性差的问题，同时最大程度的降低由抗菌剂带来的细胞毒性，优化制备工艺，提供一种可用于组织再生修复的铜基MOF水凝胶功能化抗菌膜及其制备方法。本专利技术在中国专利技术专利CN201811534121.9的基础上，在温敏性水凝胶敷料表面引入了聚酯膜层，通过聚酯膜与水凝胶的偶联作用，一方面解决了通过温敏转变形成水凝胶强度差的问题，使敷料应用更为方便；另一方面，该聚酯膜为无孔透气膜，能够隔绝外界细菌的进入，同时可以允许水汽和空气的渗透，从而为创面提供一个无菌或少菌的愈合环境，并通过与铜基MOF粒子的协同作用，赋予了敷料具有更加优异的抗菌性能，降低了敷料对铜基MOF纳米粒子抗菌性能的依赖，最大程度提升敷料的生物相容性。另外，该聚酯膜在一定程度上也减少了创面水分的流失，提供有利于创面愈合的湿润环境，最终加速创面的愈合，该敷料有望作为新型敷料应用于各类创面的皮肤再生修复。本专利技术中的壳聚糖单元的结构式为：本专利技术壳聚糖粘度为100-200mpa.s，麦克林试剂公司生产。本专利技术将铜离子以铜基金属有机骨架(铜基MOF)纳米粒子的形式负载于天然高分子-g-N-异丙基丙烯酰胺的交联水凝胶中，借助水凝胶基体表面的活性基团(羟基或氨基)与改性隔菌膜表面异氰酸酯基之间的亲核加成反应，制备出铜基MOF水凝胶功能化抗菌膜。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种铜基MOF水凝胶功能化抗菌膜的制备方法，包括如下步骤：1)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解于乙醇和去离子水中，将两种溶液混合，室温下搅拌反应，形成凝胶状深绿松石悬浮液；离心悬浮液分离颗粒，乙醇溶液洗涤，除去残留的1,3,5-苯三甲酸和乙酸铜，将得到的铜基MOF纳米粒子固体冷冻干燥后，充分研磨，得铜基MOF纳米粒子粉末，密封保存；2)表面含有异氰酸酯基团的改性隔菌膜的制备：将聚酯隔菌膜漂浮氢氧化钠溶液表面，在65～80℃下进行单面酯水解6～8h；所得水解膜用去离子水洗涤，干燥至恒重；所得单面水解隔菌膜的水解面漂浮二异氰酸酯的酯或酮类溶液表面，在70～80℃下进行单面膜羟基与二异氰酸酯之间的亲核加成反应，所得膜采用丙酮洗涤，凉干，得表面含有异氰酸酯基团的改性隔菌膜；所述的聚酯隔菌膜为WPD-8C、TWPD-8GE、LSC-1或MB55型聚酯膜；3)铜基MOF水凝胶功能化抗菌膜的制备：将天然高分子大单体和N-异丙基丙烯酰胺溶解于乙酸水溶液中，添加光引发剂Irgacure2959，制备均相溶液；然后加入铜基MOF纳米粒子粉末，搅拌混合均匀得悬浮液；将悬浮液倒入底部铺设有表面含有异氰酸酯基团的改性隔菌膜的模具中，通氮气驱氧，紫外线灯辐照；将所得水凝胶功能化抗菌膜粗产物洗涤，冷冻干燥，得铜基MOF水凝胶功能化抗菌膜；所述的天然高分子大单体为乙烯基壳聚糖衍生物、乙烯基壳聚糖衍生物和甲基丙烯酸酯化明胶中任意一种或多种。为了进一步实现本专利技术的目的，优选地，所述的乙烯基壳聚糖衍生物(CS-GMA)通过如下方法合成：将壳聚糖溶解乙酸水溶液中，调节pH值至3～5，加入甲基丙烯酸缩水甘油酯，45～70℃下反应4～10h，产物采用截留分子量为8000～14000的透析袋，使用去离子水透析，冷冻，干燥，得乙烯基壳聚糖衍生物(CS-GMA)；其中，乙酸水溶液的质量百分比浓度为1～2％；NaOH溶液的质量百分比浓度为2～4％；壳聚糖的结构单元与甲基丙烯酸缩水甘油酯的摩尔比为1：1～6；去离子水透析的时间为3～5d。优选地，所述的乙烯基壳聚糖衍生物(CS-MA)通过如下方法合成：将壳聚糖溶解于乙酸水溶液中，调节pH值至7～9，加入甲基丙烯酸酐，室温下反应10～24h，产物采用截留分子量为8000～14000的透析袋，使用去离子水透析，冷冻干燥，得乙烯基壳聚糖衍生物(CS-MA)；其中，乙酸水溶液的质量百分比浓度为1～2％；NaOH溶液的质量百分比浓度为2～4％；壳聚糖的结构单元与甲基丙烯酸酐的摩尔比为1：0.2～2；去离子水透析的时间为3～5d。优选地，所述的甲基丙烯酸酯化明胶(Gel-MA)通过如下方法合成：在50～70℃下将明胶溶解在碳酸盐缓冲溶液中；在搅拌下，加入甲基丙烯酸酐，50～60℃下反应3～5h后，终止反应，将产物转移至可截留分子量为8000～14000的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜基MOF水凝胶功能化抗菌膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：/n1)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解于乙醇和去离子水中，将两种溶液混合，室温下搅拌反应，形成凝胶状深绿松石悬浮液；离心悬浮液分离颗粒，乙醇溶液洗涤，除去残留的1,3,5-苯三甲酸和乙酸铜，将得到的铜基MOF纳米粒子固体冷冻干燥后，充分研磨，得铜基MOF纳米粒子粉末，密封保存；/n2)表面含有异氰酸酯基团的改性隔菌膜的制备：将聚酯隔菌膜漂浮氢氧化钠溶液表面，在65～80℃下进行单面酯水解6～8h；所得水解膜用去离子水洗涤，干燥至恒重；所得单面水解隔菌膜的水解面漂浮二异氰酸酯的酯或酮类溶液表面，在70～80℃下进行单面膜羟基与二异氰酸酯之间的亲核加成反应，所得膜采用丙酮洗涤，凉干，得表面含有异氰酸酯基团的改性隔菌膜；所述的聚酯隔菌膜为WPD-8C、TWPD-8GE、LSC-1或MB55型聚酯膜；/n3)铜基MOF水凝胶功能化抗菌膜的制备：将天然高分子大单体和N-异丙基丙烯酰胺溶解于乙酸水溶液中，添加光引发剂Irgacure 2959，制备均相溶液；然后加入铜基MOF纳米粒子粉末，搅拌混合均匀得悬浮液；将悬浮液倒入底部铺设有表面含有异氰酸酯基团的改性隔菌膜的模具中，通氮气驱氧，紫外线灯辐照；将所得水凝胶功能化抗菌膜粗产物洗涤，冷冻干燥，得铜基MOF水凝胶功能化抗菌膜；所述的天然高分子大单体为乙烯基壳聚糖衍生物、乙烯基壳聚糖衍生物和甲基丙烯酸酯化明胶中任意一种或多种。/n...

【技术特征摘要】
1.一种铜基MOF水凝胶功能化抗菌膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)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解于乙醇和去离子水中，将两种溶液混合，室温下搅拌反应，形成凝胶状深绿松石悬浮液；离心悬浮液分离颗粒，乙醇溶液洗涤，除去残留的1,3,5-苯三甲酸和乙酸铜，将得到的铜基MOF纳米粒子固体冷冻干燥后，充分研磨，得铜基MOF纳米粒子粉末，密封保存；
2)表面含有异氰酸酯基团的改性隔菌膜的制备：将聚酯隔菌膜漂浮氢氧化钠溶液表面，在65～80℃下进行单面酯水解6～8h；所得水解膜用去离子水洗涤，干燥至恒重；所得单面水解隔菌膜的水解面漂浮二异氰酸酯的酯或酮类溶液表面，在70～80℃下进行单面膜羟基与二异氰酸酯之间的亲核加成反应，所得膜采用丙酮洗涤，凉干，得表面含有异氰酸酯基团的改性隔菌膜；所述的聚酯隔菌膜为WPD-8C、TWPD-8GE、LSC-1或MB55型聚酯膜；
3)铜基MOF水凝胶功能化抗菌膜的制备：将天然高分子大单体和N-异丙基丙烯酰胺溶解于乙酸水溶液中，添加光引发剂Irgacure2959，制备均相溶液；然后加入铜基MOF纳米粒子粉末，搅拌混合均匀得悬浮液；将悬浮液倒入底部铺设有表面含有异氰酸酯基团的改性隔菌膜的模具中，通氮气驱氧，紫外线灯辐照；将所得水凝胶功能化抗菌膜粗产物洗涤，冷冻干燥，得铜基MOF水凝胶功能化抗菌膜；所述的天然高分子大单体为乙烯基壳聚糖衍生物、乙烯基壳聚糖衍生物和甲基丙烯酸酯化明胶中任意一种或多种。


2.根据权利要求1所述的铜基MOF水凝胶功能化抗菌膜的制备方法，其特征在于，所述的乙烯基壳聚糖衍生物通过如下方法合成：将壳聚糖溶解乙酸水溶液中，调节pH值至3～5，加入甲基丙烯酸缩水甘油酯，45～70℃下反应4～10h，产物采用截留分子量为8000～14000的透析袋，使用去离子水透析，冷冻，干燥，得乙烯基壳聚糖衍生物；其中，乙酸水溶液的质量百分比浓度为1～2％；NaOH溶液的质量百分比浓度为2～4％；壳聚糖的结构单元与甲基丙烯酸缩水甘油酯的摩尔比为1：1～6；去离子水透析的时间为3～5d。


3.根据权利要求1所述的铜基MOF水凝胶功能化抗菌膜的制备方法，其特征在于，所述的乙烯基壳聚糖衍生物通过如下方法合成：将壳聚糖溶解于乙酸水溶液中，调节pH值至7～9，加入甲基丙烯酸酐，室温下反应10～24h，产物采用截留分子量为8000～14000的透析袋，使用去离子水透析，冷冻干燥，得乙烯基壳聚糖衍生物；其中，乙酸水溶液的质量百分比浓度为1～2％；NaOH溶液的质量百分比浓度为2～4％；壳聚糖的结构单元与甲基丙烯酸酐的摩尔比为1：0.2～2；去离子水透析的时间为3～5d。


4.根据权利要求1所述的铜基MOF水凝胶功能化抗菌膜的制备方法，其特征在于，所述的甲基丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭晓宏，王蒙，林裕卫，黄晁康，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