一种具有级联酶催化活性、糖尿病免疫调节的纳米粒及其多功能水凝胶的制备与应用制造技术

本发明专利技术属于复合生物材料制备和应用领域，具体为一种具有级联酶催化活性、糖尿病免疫调节、用于细菌感染性伤口治疗的多功能水凝胶的制备及应用。使用金属有机骨架材料ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种具有级联酶催化活性、糖尿病免疫调节的纳米粒及其多功能水凝胶的制备与应用


[0001]本专利技术属于复合生物材料制备和应用领域，具体为一种具有级联酶催化活性、糖尿病免疫调节的纳米粒及其多功能水凝胶的制备及用于细菌感染性伤口修复治疗。

技术介绍

[0002]糖尿病作为一种高发的免疫性疾病，严重威胁着人类健康，其中由高血糖引起的血管病变和神经病变等造成的糖尿病伤口，由于易发生细菌感染和各种并发症等，对人的生命构成重大威胁。目前，抗菌治疗、清除活性氧(ROS)和增加胶原蛋白的方式常被用来促进糖尿病伤口的修复，因此促进了不同功能纳米生物材料的发展。然而，这些纳米材料大多功能单一，或对糖尿病伤口在不同治疗阶段的不同微环境反应不敏感。同时，在暴露的伤口中，不合适的纳米药物输送与快速释放，也会降低其治疗效果，甚至带来毒副作用。最近，由生物相容性材料制备的水凝胶因其良好的保湿性能、有利于物质扩散和促进细胞迁移/增殖等特点，在糖尿病伤口管理中受到重视。在水凝胶中加入一些功能性纳米药物，不仅可以补充水凝胶的治疗功能，还可以调节伤口的微环境，加速伤口的修复。此外，基于水凝胶的药物输送可调节药物的持续释放，减少耐药性，降低急性毒副作用，从而提高疗效，是潜在的伤口治疗策略。
[0003]然而，基于水凝胶的药物输送在糖尿病伤口修复治疗中仍面临一些问题。首先，导致伤口部位病变/变性的高血糖浓度和滋生细菌很少被协同处理。其次，I型糖尿病伤口的根本原因是胰腺中免疫功能过度活跃而导致胰岛细胞的免疫功能受损，使血糖浓度升高，但这一点几乎没有得到有效解决。此外，针对不同阶段或不同形状的伤口，具有串联治疗作用和自我修复能力的注射用水凝胶仍然很少，这些都将大大影响糖尿病伤口的有效处理。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种具有级联酶催化活性、糖尿病免疫调节的纳米粒及其多功能水凝胶的制备及用于细菌感染性糖尿病伤口处理。在这项专利技术中，具体步骤如下：
[0005](1)以金属有机骨架材料ZIF
‑
8为载体，通过由水合醋酸锌与2
‑
甲基咪唑之间的配位自组装原位包覆葡萄糖氧化酶(GOx)以及准无定形Fe2O3制备F
‑
GZ。
[0006](2)通过氧化透明质酸(OHA)和N
‑
羧乙基壳聚糖(CEC)之间的希夫碱反应，将步骤(1)得到F
‑
GZ均匀负载在其中形成复合多功能水凝胶F
‑
GZ@G。
[0007]本专利技术中，所述步骤(1)中的葡萄糖氧化酶比活度＞200U/mg.
[0008]本专利技术中，所述步骤(1)中的准无定形Fe2O3尺寸为20nm
‑
40nm，是由单个粒径约3
‑
5nm的Fe2O3粒子组成的团簇状。
[0009]本专利技术中，所述步骤(2)中OHA的原料透明质酸数均分子量为1300000
‑
1500000Da，CEC的原料壳聚糖的平均分子量为200000Da。
[0010]本专利技术中，所述步骤(1)中，葡萄糖氧化酶(GOx)加入质量为0～25mg，Fe2O3加入质量为0～5mg。
[0011]本专利技术中，所述步骤(2)中F
‑
GZ粒子与水凝胶之间的质量比体积为0～7.5mg：1mL。
[0012]本专利技术中，所述步骤(1)中制备得到的F
‑
GZ，具有级联酶催化活性，F
‑
GZ可消耗伤口部位高浓度葡萄糖，生成H2O2和葡萄糖酸。在葡萄糖酸及细菌感染期引起的低pH微环境(pH≈4.5
‑
6.5)下，F
‑
GZ能被降解，释放出Zn
2+
，与暴露的准无定形Fe2O3催化H2O2产生的
·
OH协同抑菌。并在伤口恢复期相对较高的pH环境下，催化H2O2产生O2来缓解缺氧，促进伤口愈合。
[0013]本专利技术中，所述步骤(2)中制备得到的复合多功能水凝胶F
‑
GZ@G，具有F
‑
GZ的级联酶催化活性、抑菌作用和更低的细胞毒性和更快的伤口愈合能力。并且通过水凝胶F
‑
GZ@G处理缓释Zn
2+
进入血液，减少了锌转运体8(ZnT8，抗原)的表达，从而抑制了胰岛的免疫激活，使受损的胰岛恢复了其糖耐量和胰岛素分泌，进一步促进了糖尿病的伤口修复。
[0014]这项专利技术开发了一种具有级联酶催化活性、糖尿病免疫调节的纳米粒及其多功能水凝胶，用于细菌感染性糖尿病伤口处理，为糖尿病伤口管理和糖尿病处理同时进行提供了一种新的策略。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的制备流程图与治疗机制。
[0016]图2(a
‑
c)是Fe2O3依次放大的TEM图，(d)Fe2O3与标准卡片对比的XRD图以及样品在水中的分散情况。
[0017]图3(a
‑
c)是F
‑
GZ的SEM和不同放大的TEM图像，(b)中的圆圈和(c)中的箭头表示包覆的Fe2O3，(d)F
‑
GZ的STEM图像和C、P、Fe元素的EDX图谱，(e)F
‑
GZ的XPS图谱。(f)不同纳米颗粒的XRD图，(g)孔径分布曲线，和(h)TGA曲线。
[0018]图4(a)加入0、0.5和2.5mg mL
‑1F
‑
GZ时葡萄糖浓度的变化。(b)在有TMB、不同pH缓冲液中的H2O2溶液与F
‑
GZ孵育45分钟后的UV
‑
Vis光谱。(c)加入或不加入F
‑
GZ后H2O2溶液中O2浓度的变化。(d
‑
f)F
‑
GZ在50mM葡萄糖溶液中分别孵育0小时、8小时和48小时的TEM图像。(g)加入2.5mg mL
‑1F
‑
GZ后，不同浓度(0、5、10、50mM)的葡萄糖溶液的pH值变化。(h)F
‑
GZ在不同反应体系下的Zn
2+
累积释放曲线。(i)不同反应液中氧气浓度的变化。
[0019]图5(a)CS、CEC、HA、OHA和Gel的FT
‑
IR光谱，(b)CEC溶液、OHA溶液和形成的水凝胶(F
‑
GZ@G)的照片，(c)15mM葡萄糖溶液与不同配方培养4小时后的残余葡萄糖浓度。(d)分别对纯凝胶、原始F
‑
GZ@G和经历切割愈合过程后的F
‑
GZ@G进行时间扫描测试的储存模量(G')和损失模量(G”)，(e)F
‑
GZ@G的不同放大SEM图像和EDS图，(f)在有TMB的情况下，不同配方的H2O2溶液在pH 5.0缓冲液中孵育45分钟后的紫外
‑
可见光谱，(g)F
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有级联酶催化活性、糖尿病免疫调节的纳米粒及多功能水凝胶的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)以金属有机骨架材料ZIF
‑
8为载体，通过由水合醋酸锌与2
‑
甲基咪唑之间的配位自组装原位包覆葡萄糖氧化酶(GOx)以及准无定形Fe2O3制备F
‑
GZ纳米粒。(2)通过氧化透明质酸(OHA)和N
‑
羧乙基壳聚糖(CEC)之间的希夫碱反应，将步骤(1)得到F
‑
GZ均匀负载在其中形成复合多功能水凝胶F
‑
GZ@G。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的葡萄糖氧化酶比活度＞200U/mg。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的准无定形Fe2O3尺寸为20nm
‑
40nm，是由单个粒径约3
‑
5nm的Fe2O3粒子组成的团簇状。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中OHA的原料透明质酸数均分子量为1300000
‑
1500000Da，CEC的原料壳聚糖的平均分子量为200000Da。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，葡萄糖氧化酶(GOx)加入质量为0～25mg...

【专利技术属性】
技术研发人员：王义，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：