一种酶催化双交联高分子复合水凝胶材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种酶催化双交联高分子复合水凝胶材料的制备方法及其应用，属于生物医用材料技术领域。本发明专利技术的技术方案要点为：首先将生物相容性良好的天然高分子和合成高分子进行接枝改性，然后应用温和的酶催化交联和聚合一锅法制备双交联高分子复合水凝胶材料，接枝的功能基团赋予了水凝胶优异的抗菌、抗氧化等性能，并最终赋予其作为伤口敷料的应用潜力。本发明专利技术所制备水凝胶的内在多功能性，不依赖于传统的抗炎和抗生素等药物，避免了传统药物带来的耐药性等问题，在促进伤口愈合方面具有重要的生物医学应用价值。有重要的生物医学应用价值。有重要的生物医学应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种酶催化双交联高分子复合水凝胶材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于生物医用凝胶材料
，具体涉及一种酶催化制备具有内在抗菌、抗氧化性等多功能的双交联高分子复合水凝胶材料的新方法，及其作为敷料在促进皮肤伤口组织再生中的应用。

技术介绍

[0002]皮肤作为人体最大的器官在防止病原体入侵和维持正常生理功能方面发挥着至关重要的作用。皮肤严重损伤容易引发细菌感染，氧化还原系统失去平衡，进一步导致氧化自由基的过度产生，一些生物活性分子受损，从而延缓伤口愈合甚至威胁患者的生命安全。传统活性材料中抗生素和过渡金属氧化物可有效用于治疗细菌感染、炎症和缓解氧化应激，以促进伤口愈合。然而，由于其耐药性和潜在的细胞毒性阻碍了它们的实际应用。因此，制备具有内在抗菌抗氧化功能的伤口敷料显得尤为重要。与传统敷料相比，水凝胶是一种有很大应用前景的伤口敷料，由聚合物组成的水凝胶性能可调，在伤口愈合期间表现出多功能性，包括隔离病原体、保持潮湿微环境、吸收分泌物、杀死细菌和清除氧化物种等。另外，相对于传统的自由基聚合和交联制备高分子水凝胶的策略所具有的潜在毒性等问题，温和的酶催化交联和聚合策略展现出巨大优势。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对现有水凝胶伤口敷料存在的不足，提供了一种酶催化双交联高分子复合水凝胶材料的制备方法及应用，该方法首先将生物相容性良好的天然高分子和合成高分子聚乙烯醇进行接枝改性，然后应用温和的酶催化交联和聚合一锅法制备双交联高分子复合水凝胶材料，接枝基团季铵盐给予该复合水凝胶优异的抗菌性，接枝的苯酚基团赋予了水凝胶良好的抗氧化性，这些水凝胶的内在多功能性，不依赖于传统的抗炎和抗生素等药物，在促进伤口愈合方面具有重要的生物医学应用价值。
[0004]本专利技术为实现上述目的采用如下技术方案，一种酶催化双交联高分子复合水凝胶材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤S1：将含有氨基或羧基的天然多糖溶解在去离子水中，然后加入氯化缩水甘油三甲基铵和甲基丙烯酸缩水甘油酯，加热反应后将反应液装入透析袋，于去离子水中透析后冻干得到三甲基氯化铵和甲基丙烯酰基接枝的氨基多糖或三甲基氯化铵和甲基丙烯酰基接枝的羧基多糖，将三甲基氯化铵和甲基丙烯酰基接枝的氨基多糖或三甲基氯化铵和甲基丙烯酰基接枝的羧基多糖溶于去离子水中得到中间体氨基高分子衍生物溶液或中间体羧基高分子衍生物溶液，其中含有氨基的天然多糖为壳聚糖、羧甲基壳聚糖、羧乙基壳聚糖、羟乙基壳聚糖或明胶中的一种或多种，含有羧基的多糖为透明质酸钠、海藻酸钠、硫酸软骨素、羧甲基纤维素、黄原胶或γ
‑
聚谷氨酸中的一种或多种；步骤S2：向步骤S1得到的中间体氨基高分子衍生物溶液中加入对羟基苯甲醛并于室温反应，然后加入硼氢化钠继续反应后将反应液装入透析袋，于去离子水中透析后冻干
得到接枝有三甲基氯化铵、甲基丙烯酰基和苯酚基团的氨基天然高分子衍生物；向步骤S1中得到的中间体羧基高分子衍生物溶液中加入氨基苯酚和催化剂，于室温反应后将反应液装入透析袋，于去离子水中透析后冻干得到接枝有三甲基氯化铵、甲基丙烯酰基和苯酚基团的羧基天然高分子衍生物，将氨基天然高分子衍生物或羧基天然高分子衍生物溶于去离子水中得到天然高分子衍生物溶液，其中氨基苯酚为酪胺、酪胺盐酸盐、酪氨酸、酪氨酸盐酸盐、多巴胺或多巴胺盐酸盐中的一种或多种，催化剂为1
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(3
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二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐或4
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(4,6
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二甲氧基三嗪)
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甲基吗啉盐酸盐中的一种或多种；步骤S3：将干燥的聚乙烯醇溶解在二甲基亚砜中，再加入乙酰乙酸叔丁酯于加热条件下搅拌进行反应后将反应液装入透析袋，于去离子水中透析后冻干得到乙酰乙酰基接枝的聚乙烯醇，将乙酰乙酰基接枝的聚乙烯醇溶于去离子水中得到乙酰乙酰基聚乙烯醇溶液；步骤S4：将步骤S2中得到的天然高分子衍生物溶液、步骤S3中得到的乙酰乙酰基聚乙烯醇溶液、辣根过氧化物酶溶液和过氧化氢溶液混匀得到成胶前驱液，于室温静置得到酶催化双交联高分子复合水凝胶材料。
[0005]进一步限定，步骤S1中所述的氨基多糖溶液或羧基多糖溶液的浓度为2~100 mg/mL，氨基多糖溶液或羧基多糖的结构单元数与氯化缩水甘油三甲基铵和甲基丙烯酸缩水甘油酯的摩尔比为0.1~5:1:1，反应温度为40~80℃，反应时间为12~72h。
[0006]进一步限定，步骤S2中所述的中间体氨基高分子衍生物结构单元数与对羟基苯甲醛和硼氢化钠的摩尔比为0.2~5:1:2，羧基高分子衍生物结构单元数与氨基苯酚和催化剂的摩尔比为为0.5~2:1:2。
[0007]进一步限定，步骤S3中所述的聚乙烯醇溶液的浓度为10~300 mg/mL，聚乙烯醇中羟基与乙酰乙酰叔丁酯的摩尔0.1~2:1，反应温度为80~150 ℃，反应时间为2~12 h。
[0008]进一步限定，步骤S4中所述的天然高分子衍生物溶液的浓度为20~100 mg/mL，乙酰乙酰基聚乙烯醇溶液的浓度为50~300mg/mL，辣根过氧化物酶的浓度为0.1~10 mg/mL，过氧化氢的浓度为0.01~1mol/L，成胶前驱液中天然高分子衍生物溶液、乙酰乙酰基聚乙烯醇溶液、辣根过氧化物酶溶液和过氧化氢溶的体积比为4:4:1:1，成胶前驱液在室温条件下静止时间为5~1440min。
[0009]本专利技术所述的酶催化双交联高分子复合水凝胶材料在制备生物医用敷料中的应用。
[0010]本专利技术所述的酶催化双交联高分子复合水凝胶材料在制备促进创伤愈合医用水凝胶伤口敷料中的应用。
[0011]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：本专利技术制备的具有内在抗菌和抗氧化性的双交联高分子复合水凝胶材料使用了生物相容性良好的天然高分子和合成高分子，利用温和的酶催化一锅法同时实现了酶催化聚合和交联，季铵盐基团提供了优良的内在抗菌性能、苯酚基团提供了优异抗氧化性能，避免了通过传统疗法中药物使用带来的耐药性的缺点，为创面的愈合提供了一种长程有效的治疗保护。
附图说明
[0012]图1是本专利技术实施例1制备的具有内在抗菌抗氧化性双交联高分子复合水凝胶材
料冻干后的扫描电子显微镜图（比例尺：20μm），可以观察到三维网状凝胶骨架结构。
[0013]图2是本专利技术实施例1制备的内在抗菌抗氧化性双交联高分子复合水凝胶材料的抗菌性能测试结果；相对于空白组，水凝胶组对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌展现出优异的抗菌性能。
[0014]图3是本专利技术实施例1制备的内在抗菌抗氧化性双交联高分子复合水凝胶材料的氮自由基清除测试结果，由图可以看出，水凝胶对ABTS
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自由基展现出良好的清除能力。
[0015]图4是本专利技术实施例1制备的内在抗菌抗氧化性双交联高分子复合水凝胶材料在小鼠皮肤全层伤口实验第14天时伤口组织的HE染色图（比例尺：100μm），可以看到凝胶组新生皮肤具有较为完整的皮肤附属器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种酶催化双交联高分子复合水凝胶材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤S1：将含有氨基或羧基的天然多糖溶解在去离子水中，然后加入氯化缩水甘油三甲基铵和甲基丙烯酸缩水甘油酯，加热反应后将反应液装入透析袋，于去离子水中透析后冻干得到三甲基氯化铵和甲基丙烯酰基接枝的氨基多糖或三甲基氯化铵和甲基丙烯酰基接枝的羧基多糖，将三甲基氯化铵和甲基丙烯酰基接枝的氨基多糖或三甲基氯化铵和甲基丙烯酰基接枝的羧基多糖溶于去离子水中得到中间体氨基高分子衍生物溶液或中间体羧基高分子衍生物溶液，其中含有氨基的天然多糖为壳聚糖、羧甲基壳聚糖、羧乙基壳聚糖、羟乙基壳聚糖或明胶中的一种或多种，含有羧基的多糖为透明质酸钠、海藻酸钠、硫酸软骨素、羧甲基纤维素、黄原胶或γ
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聚谷氨酸中的一种或多种；步骤S2：向步骤S1得到的中间体氨基高分子衍生物溶液中加入对羟基苯甲醛并于室温反应，然后加入硼氢化钠继续反应后将反应液装入透析袋，于去离子水中透析后冻干得到接枝有三甲基氯化铵、甲基丙烯酰基和苯酚基团的氨基天然高分子衍生物；向步骤S1中得到的中间体羧基高分子衍生物溶液中加入氨基苯酚和催化剂，于室温反应后将反应液装入透析袋，于去离子水中透析后冻干得到接枝有三甲基氯化铵、甲基丙烯酰基和苯酚基团的羧基天然高分子衍生物，将氨基天然高分子衍生物或羧基天然高分子衍生物溶于去离子水中得到天然高分子衍生物溶液，其中氨基苯酚为酪胺、酪胺盐酸盐、酪氨酸、酪氨酸盐酸盐、多巴胺或多巴胺盐酸盐中的一种或多种，催化剂为1
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二甲氨基丙基)
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乙基碳二亚胺盐酸盐或4
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二甲氧基三嗪)
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甲基吗啉盐酸盐中的一种或多种；步骤S3：将干燥的聚乙烯醇溶解在二甲基亚砜中，再加入乙酰乙酸叔丁酯于加热条件下搅拌进行反应后将反应液装入透析袋，于去离子水中透析后冻干得到乙酰乙酰基接枝的聚乙烯醇，将乙酰乙酰基接枝的聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：位青聪，张玮玮，马佳微，贾利阳，赵慧敏，胡志国，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：