一种即时检测并治疗细菌感染的复合水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术的一种即时检测并治疗细菌感染的复合水凝胶及其制备方法，属于水凝胶制备技术领域。复合水凝胶包括水凝胶材料和PDMS弹性体，水凝胶材料组分包括水凝胶初产品，Fe

【技术实现步骤摘要】
一种即时检测并治疗细菌感染的复合水凝胶及其制备方法

：
[0001]本专利技术属于水凝胶制备
，具体涉及一种即时检测并治疗细菌感染的复合水凝胶及其制备方法。

技术介绍
：
[0002]对抗生素产生耐药性的细菌的出现和广泛传播，已经严重威胁了人类的健康。目前商业抗生素仍旧是治疗细菌感染的主要手段。但是，商业抗生素会使细菌产生耐药性，所以克服细菌出现耐药性在抗菌领域中是一个全球共同关注的问题。细菌的快速检测和抗菌活性研究对人类健康至关重要。
[0003]细菌检测和追踪其是否产生耐药性是选择治疗方案的先决条件。在细菌检测方面，由于细菌感染具有独特的微环境(pH、毒素、酶等)，为细菌检测提供了有效的检测思路。在众多细菌的独特微环境中，细菌糖代谢产生的酸性微环境被广泛应用于细菌检测。在耐药性细菌检测方面，耐药性细菌多数为对β内酰胺类抗生素产生耐药性。因此，在细菌耐药性的检测中，通常用β
‑
内酰胺酶做为检测标志物。
[0004]在耐药性细菌感染治疗的众多手段中，活性氧物质(ROS)治疗受到了广泛的关注。其中光动力治疗和化学动力治疗为主要选择方案。ROS治疗的基本原理是破坏细菌易产生耐药性的位置：细胞壁、细胞核、蛋白质等。在治疗过程中，由于ROS缺乏目标性，ROS的滥用容易对人体健康组织造成损伤。因此，合理的使用ROS在治疗过程中是至关重要的。
[0005]受到以上观点启发，我们发现以水凝胶为基础的便携式抗菌敷料具有较好的应用前景。有研究者证明水凝胶具有良好的透气性、溶胀性、并且可以有效组织微生物感染伤口。因此水凝胶可以做为治疗伤口细菌感染抗生素的载体。(Supramol.Mater.,2022,1,100002； Supramol.Mater.,2022,1,100006)。
[0006]基于上述内容，开发便携式即时检测细菌感染并治疗的水凝胶，实现抗生素合理使用并减少细菌耐药性的产生，是目前亟待解决的问题。
[0007]目前复合抗菌水凝胶主要以释放商业抗生素为主。商业抗生素的滥用会使细菌产生耐药性，从而限制了它在临床上的应用范围。所以克服细菌出现耐药性在抗菌领域中是一个全球共同关注的问题。

技术实现思路
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[0008]本专利技术的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种即时检测并治疗细菌感染的复合水凝胶材料及其制备方法，该水凝胶具有pH敏感性，可用于表皮伤口细菌感染检测并追踪细菌是否产生耐药性，从而实现选择性使用抗生素，防止滥用活性氧物质。解决现有水凝胶伤口敷料抗菌效率不高、无伤口感染情况指示功能的问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]一种即时检测并治疗细菌感染的复合水凝胶，包括水凝胶材料和PDMS(聚二甲基硅氧烷) 弹性体，所述的水凝胶材料组分包括水凝胶初产品，Fe
‑
Car MOF(金属有机框架材
料)胶体和头孢硝噻吩(Nitrocefin)溶液；其中：
[0011]所述的水凝胶初产品包括原料组分及质量配比为3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷：溴百里酚蓝：乙二醇4000：卡拉胶：水＝(3
‑
5)：(0.1
‑
10)：(500
‑
1000)：(200
‑
400)：10000。
[0012]按表面积与体积比，水凝胶初产品：Fe
‑
Car MOF胶体：头孢硝噻吩溶液＝1:(1
‑
2)：(50
‑
100)，单位为cm2：mL：μL；
[0013]所述的Fe
‑
Car MOF胶体包括组分及溶质摩尔比例为，三价铁盐溶液：羧苄青霉素钠溶液＝1:(1～3)；
[0014]所述的PDMS弹性体为包含力致发光材料的PDMS弹性体。
[0015]所述的水凝胶材料为片状凝胶，整体厚度为1
‑
2mm，材料内部呈多孔结构，孔径为 200～500μm，所述的Fe
‑
Car MOF胶体中的球状纳米粒子粒径为50～100nm；
[0016]所述的水凝胶材料以卡拉胶为基底，通过水凝胶的溶胀性将头孢硝噻吩和Fe
‑
Car MOF 嵌入进水凝胶内。
[0017]所述的水凝胶材料用于检测细菌和释放抗生素，所述的细菌包括普通革兰氏阴性细菌和具有耐药性的革兰氏阳性细菌。
[0018]所述的普通革兰氏阴性细菌为大肠杆菌，所述的具有耐药性的革兰氏阳性细菌为对青霉素具有耐药性的金黄色葡萄球菌。
[0019]所述的水凝胶材料为中性水凝胶，呈绿色。
[0020]所述的PDMS弹性体为双层结构，厚度为1
‑
3mm，包括块状力致发光材料内核，TiO2中间层和Pt外层，所述的力致发光材料为CaZnOS：Mn
2+
，Pt@TiO2@CaZnOS：Mn
2+
为核壳纳米粒子结构，粒径为600
‑
1000nm；CaZnOS：Mn
2+
作为光源，Pt@TiO2层作为光敏剂，厚度为 43
‑
75nm，Pt外层厚度为3
‑
20nm，TiO2中间层厚度为40
‑
55nm。
[0021]所述的即时检测并治疗细菌感染的复合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0022]步骤1.制备水凝胶：
[0023]按质量比，3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷：溴百里酚蓝：乙二醇4000：卡拉胶：水＝(3
‑
5)：(0.1
‑
10)：(500
‑
1000)：(200
‑
400)：10000，备料，并将10000份水等分为两份，包括A份水和B份水，将 3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷溶液滴入到A份水中，搅拌均匀后，依次加入溴百里酚蓝、聚乙二醇4000 和卡拉胶，加入B份水，搅拌均匀获得混合溶液，进行水浴反应，所述的水浴反应温度为 80
‑
100℃，时间为20～60min，获得反应产物，倒入水凝胶模具内，真空冷冻干燥获得凝胶初产品；
[0024]步骤2.制备Fe
‑
Car MOF纳米粒子：
[0025]将三价铁盐溶液与羧苄青霉素钠水溶液按照比例混合，室温下搅拌反应后，离心、洗涤，冷冻干燥，得到金属有机框架材料Fe
‑
Car MOF纳米粒子；
[0026]步骤3.制备用于检测和释放抗生素的水凝胶：
[0027]将Fe
‑
Car MOF颗粒加入水中，超声分散，得到Fe
‑
Car MOF胶体，利用水凝胶的溶胀性将步骤1制备的水凝胶初产品放置于Fe
‑
Car MOF胶体、头孢硝噻吩水溶液中，静置30
‑
60min，完成吸附，得到用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种即时检测并治疗细菌感染的复合水凝胶，其特征在于，包括水凝胶材料和PDMS弹性体，所述的水凝胶材料组分包括水凝胶初产品，Fe
‑
Car MOF胶体和头孢硝噻吩溶液；其中：所述的水凝胶初产品包括原料组分及质量配比为3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷：溴百里酚蓝：乙二醇4000：卡拉胶：水＝(3
‑
5)：(0.1
‑
10)：(500
‑
1000)：(200
‑
400)：10000；按表面积与体积比，水凝胶初产品：Fe
‑
Car MOF胶体：头孢硝噻吩溶液＝1:(1
‑
2)：(50
‑
100)，单位为cm2：mL：μL；所述的PDMS弹性体为包含力致发光材料的PDMS弹性体。2.根据权利要求1所述的即时检测并治疗细菌感染的复合水凝胶，其特征在于，所述的Fe
‑
Car MOF胶体包括组分及溶质摩尔比例为，三价铁盐溶液：羧苄青霉素钠溶液＝1:(1～3)；所述的水凝胶材料为片状凝胶，整体厚度为1
‑
2mm，材料内部呈多孔结构，孔径为200～500μm，所述的Fe
‑
Car MOF胶体中的球状纳米粒子粒径为50～100nm，所述的水凝胶材料为中性水凝胶，呈绿色。3.根据权利要求1所述的即时检测并治疗细菌感染的复合水凝胶，其特征在于，所述的水凝胶材料用于检测细菌和释放抗生素，所述的细菌包括普通革兰氏阴性细菌和具有耐药性的革兰氏阳性细菌。4.根据权利要求1所述的即时检测并治疗细菌感染的复合水凝胶，其特征在于，所述的普通革兰氏阴性细菌为大肠杆菌，所述的具有耐药性的革兰氏阳性细菌为对青霉素具有耐药性的金黄色葡萄球菌。5.根据权利要求1所述的即时检测并治疗细菌感染的复合水凝胶，其特征在于，所述的PDMS弹性体为双层结构，厚度为1
‑
3mm，包括块状力致发光材料内核，TiO2中间层和Pt外层，所述的力致发光材料为CaZnOS：Mn
2+
，Pt@TiO2@CaZnOS：Mn
2+
为核壳纳米粒子结构，粒径为600
‑
1000nm；CaZnOS：Mn
2+
作为光源，Pt@TiO2层作为光敏剂，厚度为43
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75nm，Pt外层厚度为3
‑
20nm，TiO2中间层厚度为40
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55nm。6.权利要求1所述的即时检测并治疗细菌感染的复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.制备水凝胶：按质量比，3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷：溴百里酚蓝：乙二醇4000：卡拉胶：水＝(3
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5)：(0.1
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10)：(500
‑
1000)：(200
‑
400)：10000，备料，并将10000份水等分为两份，包括A份水和B份水，将3
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氨丙基三乙氧基硅烷溶液滴入到A份水中，搅拌均匀后，依次加入溴百里酚蓝、聚乙二醇4000和卡拉胶，加入B份水，搅拌均匀获得混合溶液，进行水浴反应，所述的水浴反应温度为80
‑
100℃，时间为20～60min，获得反应产物，倒入水凝胶模具内，真空冷冻干燥获得凝胶初产品；步骤2.制备Fe
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Car MOF纳米粒子：按溶质摩尔比，三价铁盐溶液：羧苄青霉素钠溶液＝1:(1～3)，将三价铁盐溶液与羧苄青霉素钠水溶液混合，室温下搅拌反应后，离心、洗涤，冷冻干燥，得到金属有机框架材料Fe
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Car MOF纳米粒子；步骤3.制备用于检测和释放抗生素的水凝胶：将Fe
‑
Car MOF颗粒加入水中，超声分散，得到Fe
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Car MOF胶体，将步骤1制备的水凝胶
初产品放置于Fe
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Car MOF胶体与头孢硝噻吩水溶液的混合液中，静置30
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60min，完成吸附，得到水凝胶，用于检测和释放抗生素，所述的水凝胶材料对细菌的检出限达到102‑
106cfu/mL；步骤4.制备力致发光材料：将MnCO3、CaCO3、ZnS按比例加入到研钵中，湿润并充分研磨后，真空干燥，对干燥后的粉末进行煅烧，煅烧温度为1000
‑
1100℃，煅烧时间为2
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4h，制得力致发光材料CaZnOS:Mn
2+
；步骤5.CaZnOS:Mn
2+
表面修饰铂和二氧化钛纳米粒子：(1)将CaZnOS:Mn
2+
置于钛酸四丁酯溶液中，40
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60℃水解6
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12h，3000rpm离心，洗涤3次，真空干燥，得到复合物a；(2)按质量体积比，复合物a：氯铂酸溶液＝(0.1
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0.14)：1，单位g:mL，将复合物a置于氯铂酸溶液中，混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋焱焱，赵晨曦，高志达，许靖文，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：