多重响应性智能抗菌MOF复合水凝胶及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了一种多重响应性智能抗菌MOF复合水凝胶及其制备方法和用途，本发明专利技术通过将内腔负载抗菌剂的MOF材料包裹在具有智能响应性的水凝胶中，所得复合水凝胶在环境中无细菌时十分稳定，当环境中含有细菌时，水凝胶首先被逐渐降解，释放出具有抗菌作用的分子，当细菌感染进一步加剧，MOF材料中的抗菌剂会缓慢释放，以杀死伤口中的细菌，最后，MOF材料通过崩解的方式，释放具有抗菌作用的金属离子和有机配体；该智能抗菌复合水凝胶具有多重响应的独特性能，在pH<5.5的细菌感染环境中，对大肠杆菌和金黄葡萄球菌的杀菌率>99％，因此可作为抗菌伤口敷料，也可作为植入材料用于组织工程等医学实践中。程等医学实践中。

【技术实现步骤摘要】
多重响应性智能抗菌MOF复合水凝胶及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于医用材料的
，具体涉及一种多重响应性智能抗菌MOF复合水凝胶及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]抗菌剂通常是小分子化合物，可通过破坏细菌细胞膜、抑制细菌细胞壁合成、以及阻止细菌遗传物质复制等方式杀死微生物，起到抗菌的作用。随着介入式医疗手段的增加，抗菌是临床实践中不可或缺的常规技术。大量的外用抗菌剂和内服抗生素被研发用于防止微生物对人体的感染。然而，近年来抗菌剂的滥用已导致大量耐药菌的产生。同时，在无需抗菌的情况下使用抗菌剂，对人体也会造成严重的副作用。
[0003]理想的抗菌方式是当有细菌感染时，才释放出抗菌剂；这样可以大大减少抗菌剂的用量，提高有效抗菌时长，降低耐药菌产生的风险。利用细菌感染时特殊的信号，例如pH变化、酶的分泌、活性氧自由基的增加等，即可设计具有细菌响应性的智能抗菌材料，使之在接收信号之后释放所负载的抗菌剂。例如，pH敏感的三嵌段共聚物PEG
‑
b
‑
PCL
‑
b
‑
PAE可在细菌感染的微酸性环境下释放万古霉素(Chu L，et al.Chemical Communications，2016，52，6265)。然而，常规的高分子材料对抗菌剂的负载量较小，尚无法满足长效抗菌的要求。
[0004]MOF材料是一类过渡金属离子与有机配体通过自组装形成的晶体多孔材料，具有高孔隙率、低密度、大比表面积、孔径可调以及结构多样等优点。由于其药物负载量大，可为药物提供保护和实现靶向递送，且其构成的金属离子和配体也多具有抗菌性，因此已成为新兴的抗菌材料及抗菌剂载体。
[0005]将负载抗菌剂的MOF材料与水凝胶材料结合，获得具有智能响应性的抗菌材料，在伤口敷料和组织工程材料方面均有十分广阔的应用前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种多重响应性智能抗菌MOF复合水凝胶、制备方法及其用途。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种多重响应性智能抗菌MOF复合水凝胶，由抗菌剂、MOF材料和水凝胶组成；所述抗菌剂被包裹于多孔的MOF材料的空腔内，载抗菌剂的MOF材料包裹于水凝胶中；
[0009]所述抗菌剂选自碘、氯己定、苯扎氯铵、三氯生、头孢菌素、氨苄青霉素、万古霉素、氧氟沙星、诺氟沙星中的一种或多种；
[0010]所述MOF材料为胺基功能化的ZIF系列、MIL系列、UiO系列中的一种或多种；优选所述MOF材料为胺基功能化的NH2‑
ZIF
‑
8、NH2‑
MIL
‑
101或NH2‑
UiO
‑
66；
[0011]所述水凝胶由组分A、组分B聚合得到，其中，组分A为季铵盐接枝透明质酸、烷基化壳聚糖、氨基改性环糊精、聚乙烯亚胺中的一种或多种；组分B为氧化壳聚糖、氧化葡聚糖、氧化透明质酸、氧化海藻酸钠、醛基淀粉、戊二醛中的一种或多种；(“组分A”、“组分B”没有特殊的含义，标记为“A”、“B”只是用于区分不同种类的组分)。
[0012]本专利技术所述的多重响应性智能抗菌MOF复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)抗菌剂@MOF的制备
[0014]将抗菌剂溶解于溶剂中，随后加入MOF材料，搅拌72h(使之充分负载)，之后离心，自然晾干，得到抗菌剂@MOF；
[0015]所述抗菌剂溶解于溶剂中所得溶液的浓度为1
‑
50g/L；
[0016]所述溶剂为乙醇、乙酸乙酯或环己烷；
[0017]所述MOF材料与抗菌剂的质量比为1：2；
[0018](2)复合水凝胶的制备
[0019]将组分A、组分B分别溶解于水中，调节pH至7.4，得到组分A的水溶液、组分B的水溶液；将步骤(1)所得抗菌剂@MOF加入到组分B的水溶液中，充分搅拌24h；随后，将组分A的水溶液与含有抗菌剂@MOF的组分B的水溶液按体积比1：1混合，静置24h，得到复合水凝胶；
[0020]pH的调节可采用氢氧化钠或盐酸；
[0021]所述组分A的水溶液、组分B的水溶液的质量分数均在1
‑
20％；
[0022]所述组分B的水溶液中，抗菌剂@MOF的质量分数为0.1
‑
5％。
[0023]本专利技术的技术原理在于：
[0024]将抗菌剂小分子包裹于多孔的MOF材料中，并通过MOF有机配体中的胺基与含醛基的水凝胶组分发生席夫碱反应，使之连接到水凝胶组分上；随后，水凝胶组分之间再次通过席夫碱反应固化形成水凝胶。
[0025]由于席夫碱反应生成的酰腙键在生理pH 7.4下稳定，抗菌剂被良好包裹于MOF空腔内，并同时MOF的多孔结构受到水凝胶的阻碍，使抗菌剂几乎无法被释放。而当细菌感染发生时，细菌会产酸导致微环境pH下降，并产生氧自由基。此时，水凝胶组分之间的酰腙键首先被解离，使具有抗菌作用的水凝胶组分(季铵盐接枝透明质酸、烷基化壳聚糖、氨基改性环糊精、聚乙烯亚胺)释放出来，并使载抗菌剂的MOF从水凝胶的包裹中脱离，为第一重抗菌作用机制；随后，被水凝胶堵塞的MOF孔道逐渐暴露，抗菌剂通过MOF的多孔结构逐渐释放，为第二重抗菌作用机制；最后，在微酸性环境下，MOF结构变得不稳定，最终崩解形成具有抗菌性的游离金属离子和有机配体，为第三重抗菌作用机制。
[0026]本专利技术所述的多重响应性智能抗菌MOF复合水凝胶可作为抗菌伤口敷料，以及作为抗感染的组织工程植入材料应用。
[0027]将制备得到的多重响应性智能抗菌MOF复合水凝胶置于pH7.4的纯水中，经过96h后，水凝胶的降解率<5％，且抗菌剂释放率<5％。
[0028]将1g复合水凝胶转移到含有大肠杆菌或金黄葡萄球菌的LB培养基500ml中，培养7
‑
8h后，培养基浑浊且pH降低至3.0～5.5。该复合水凝胶通过响应性的降解和抗菌剂缓释，在温育12h后，对大肠杆菌和金黄葡萄球菌的杀菌率达到>99.9％，有效抑菌时间>7天。
[0029]本专利技术的有益效果在于：
[0030]与已有的智能响应性抗菌水凝胶相比，本专利技术所述的多重响应性智能抗菌MOF复合水凝胶具有显著的创新性和性能优势：
[0031]1.其具有三重抗菌响应机制，在水凝胶组分、抗菌剂和MOF材料三个层面均起到抗菌作用，且其起效方式和时间有递进关系，从而实现长效和协同抗菌；
[0032]2.本专利技术设计的水凝胶引入了MOF材料，具有抗菌剂载量高、缓释效果好的特点，
比常规的多孔胶囊或吸附剂更有优势；
[0033]3.本专利技术采用了生物相容性材料，对人体组织安全，可作为抗菌伤口敷料，以及作为抗感染的组织工程植入材料。
具体实施方式
[0034]下面将结合实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多重响应性智能抗菌MOF复合水凝胶，其特征在于，由抗菌剂、MOF材料和水凝胶组成；所述抗菌剂被包裹于多孔的MOF材料的空腔内，载抗菌剂的MOF材料包裹于水凝胶中；所述抗菌剂选自碘、氯己定、苯扎氯铵、三氯生、头孢菌素、氨苄青霉素、万古霉素、氧氟沙星、诺氟沙星中的一种或多种；所述MOF材料为胺基功能化的ZIF系列、MIL系列、UiO系列中的一种或多种；所述水凝胶由组分A、组分B聚合得到，其中，组分A为季铵盐接枝透明质酸、烷基化壳聚糖、氨基改性环糊精、聚乙烯亚胺中的一种或多种；组分B为氧化壳聚糖、氧化葡聚糖、氧化透明质酸、氧化海藻酸钠、醛基淀粉、戊二醛中的一种或多种。2.如权利要求1所述的多重响应性智能抗菌MOF复合水凝胶，其特征在于，所述MOF材料为胺基功能化的NH2‑
ZIF
‑
8、NH2‑
MIL
‑
101或NH2‑
UiO
‑
66。3.如权利要求1所述的多重响应性智能抗菌MOF复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)抗菌剂@MOF的制备将抗菌剂溶解于溶剂中，随后加入MOF材料，搅拌72h，之后离心，自然晾...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国亮，沈冲，孟琴，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：