铁螯合半互穿网络光热抗菌水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铁螯合半互穿网络光热抗菌水凝胶及其制备方法。通过嵌入PBNPs作为光热传导剂，将近红外激光辐射转化为热量，制备出具有快速热响应的大孔水凝胶。同时，铁离子螯合黄原胶，多巴胺作为大分子插入其中，具有良好的抗菌活性和ROS清除能力。当用808 nm红光照射时，Fe

【技术实现步骤摘要】
铁螯合半互穿网络光热抗菌水凝胶及其制备方法


[0001]本专利技术属于医用材料
，具体涉及一种铁螯合半互穿网络光热抗菌水凝胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]伤口愈合是一个漫长的过程。在这个过程中，细菌感染的风险总是存在，甚至细菌感染也可能复发。在过去的几十年中，细菌感染严重威胁着人类的生命安全，同时由于抗生素滥用导致的细菌耐药性的出现，传统的抗生素治疗效率越来越低。研究人员仍然面临着快速有效地消除耐药细菌和同时修复感染组织的临床挑战。
[0003]由于其侵袭性低，可控性高，耐药性低，毒性低，光热抗菌治疗（PTT）逐渐被认为是治疗多药耐药细菌的有效方法。在这方面，纳米粒子由于其可调节的物理化学性质和靶向细菌感染部位而在细菌感染的伤口愈合中获得了普遍应用。金属有机骨架（MOFs）是一种由有机配体组成的无机
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有机杂化材料，由于其大的比表面积和可调的有机配体而备受关注。普鲁士蓝纳米粒子（PBNPs）作为 MOF 的重要类别，由于其卓越的生物相容性和生物安全性，已获得美国食品和药物管理局（FDA）的批准，并应用于临床治疗。
[0004]水凝胶可以促进纳米材料的分散并达到相对稳定的状态，这被认为是改善光热杀菌性能的新选择。由于金属离子在生物系统中起重要作用，因此在水凝胶中使用金属离子不仅提供交联和稳定性，而且为人类生物功能提供许多优点。黄原胶（XG）是一种具有天然阴离子结构的多糖，通过不同的物理相互作用与不同的阳离子或天然多糖（如可生物降解的壳聚糖）结合。XG 作为食品添加剂，由于其无毒，热稳定性，促进细胞生长的能力以及在酸性和碱性条件下的稳定性等令人难以置信的特征而被认为是重要的生物材料。尽管水凝胶有许多优点，但在生理条件下，水环境中的孔隙率不足和孔隙尺寸小等缺点会导致不利的气体交换、营养输送或细胞向内生长，明显阻碍了水凝胶用于伤口修复应用的实际可行性。现在已经开发了各种方法来制造大孔水凝胶，例如静电纺丝，3D 打印，冷冻凝胶等。然而，这些方法中的大多数都有复杂的过程，只能用作植入物。具有粘附性和互连孔的原始大孔水凝胶的制备仍备受期。
[0005]综上，本专利技术通过简便，快速和稳健的方法开发了一种具有稳定大孔结构和可降解性能的新型多功能大孔黄原胶基水凝胶。该凝胶不仅具有具有均匀的互连微孔结构、良好的促进细胞生长的能力，而且在近红外光照射下也显示出高光热转换效率，实现安全快速有效的局部化疗光热消融细菌。此外，光热抗菌，抗炎，ROS清除，血管生成和胶原沉积促进功能都有利于实现多药耐药细菌感染伤口的快速闭合。这种多功能水凝胶预计将在多药耐药细菌感染的伤口中发挥临床应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术基于黄原胶（XG），多巴胺（DA），铁离子和普鲁士蓝纳米粒子（PBNPs），通过合理的材料设计，制备出具有快速热响应的大孔水凝胶。其中铁离子螯合黄
原胶，多巴胺作为大分子插入其中，通过嵌入 PBNPs 作为光热传导剂，将近红外激光辐射转化为热量，具有良好的抗菌活性和 ROS 清除能力，可有效促进多重耐药细菌感染引起的伤口闭合。以此制备出铁螯合半互穿网络光热抗菌水凝胶，赋予其高光热转换性能，粘附性和大孔微观结构性能。本专利技术的制备工艺简单，成本低廉，是一种促进多重耐药细菌感染性伤口愈合的新型医用材料。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采取以下技术方案：利用材料制备的技术与方法，设计一种集高光热转换性能，粘附性和大孔微观结构性能的多功能水凝胶用于多重耐药细菌感染性伤口愈合。利用PBNPs 作为光热传导剂，将近红外激光辐射转化为热量；通过铁离子螯合黄原胶，多巴胺作为大分子插入其中，赋予材料良好的抗菌活性和ROS清除能力；使其具备改善炎症，减少氧化应激，促进血管生成的潜力，以此制备出铁螯合半互穿网络光热抗菌水凝胶。具体包括以下步骤：（1）将氯化铁和柠檬酸溶解在水中，60℃下搅拌；（2）将柠檬酸和铁氰化钾混合并溶解在水中；（3）将步骤（2）得到的溶液加入步骤（1）得到的溶液中，将沉淀物离心并用去离子水和丙酮洗涤，80℃下干燥后得到普鲁士蓝纳米粒子PBNPs；（4）将黄原胶XG溶于水中并均匀搅拌直至其完全溶解，然后加入多巴胺DA，搅拌均匀，再加入PBNPs 形成均匀溶液；（5）将步骤（4）所得溶液倒入模具中，并在FeCl3水溶液中浸泡 9 小时；（6）将步骤（5）得到的样品完全浸入去离子水中，同时缓水流持续冲洗，得到铁螯合半互穿网络光热抗菌水凝胶。
[0008]进一步地，步骤（1）中，氯化铁和柠檬酸摩尔比2：3，反应体系水用量为300 ml，溶解温度为60℃，搅拌时间为30min。
[0009]进一步地，步骤（2）中，柠檬酸质量为1.92 g，铁氰化钾质量为8.466 g，反应体系水用量为300ml；进一步地，步骤（3）中，反应时间30 min，洗涤次数为5次，干燥温度为80℃，干燥时间为12 h。
[0010]进一步地，步骤（4）中，XG的质量为20 mg。
[0011]进一步地，步骤（4）中，DA的终浓度为0.1wt%，PBNPs的终浓度为0.3wt%。
[0012]进一步地，步骤（5）中，FeCl3水溶液浓度为0.05 M，浸泡时间为9 h。
[0013]一种如上述方法制备所得的铁螯合半互穿网络光热抗菌水凝胶。
[0014]本专利技术的显著优点在于：（1）本专利技术制备的多功能水凝胶表现出结实的大孔结构。
[0015]（2）本专利技术制备的水凝胶具有清除ROS和光热抗菌的活性。
[0016]（3）本专利技术采用多巴胺，利于提高细胞存活率，促进细胞增殖。
[0017]（4）本专利技术加入Fe
3+
，提高了生成电子的转移效率，增加了光热转换。
[0018]（5）本专利技术促进血管生成和胶原蛋白沉积，协同促进感染性伤口愈合。
[0019]（6）本专利技术合成成本低，方法简单，效果突出，可批量大规模生产。
附图说明
[0020]图1是实施例1
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4制备水凝胶的SEM图、宏观图、EDS分析和元素含量；（a）Basal 凝胶组，（b）DA 凝胶组，（c）PB 凝胶组和（d）M
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XG 凝胶组的扫描电子显微镜图像以及M
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XG水凝胶的宏观图（e），（f）M
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XG水凝胶的 EDS 分析和（g）元素含量；图2是实施例1
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4制备水凝胶的红外光谱分析；图3是实施例1
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4制备水凝胶的孔隙率测定；图4是实施例4制备的铁螯合半互穿网络光热抗菌水凝胶在紫外光，近红外光照射下的 (a) DPPH 抑制率和 (b) 宏观图（n=5，*p<0.05，**p<0.01）；图5是实施例1
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4制备水凝胶的体外抗菌性能测试；用不同样品处理 10 分钟的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌菌落的（a）图像、相应的（b）抗菌率和用M
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XG 凝胶处理的大肠杆菌和金黄色葡萄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.铁螯合半互穿网络光热抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于：通过铁离子螯合黄原胶，插入大分子多巴胺，并嵌入光热传导剂 PBNPs，以制备铁螯合半互穿网络光热抗菌水凝胶。2.根据权利要求1所述的铁螯合半互穿网络光热抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将氯化铁和柠檬酸溶解在水中，60℃下搅拌；（2）将柠檬酸和铁氰化钾混合并溶解在水中；（3）将步骤（2）得到的溶液加入步骤（1）得到的溶液中，将沉淀物离心并用去离子水和丙酮洗涤，80℃下干燥后得到普鲁士蓝纳米粒子PBNPs；（4）将黄原胶XG溶于水中并均匀搅拌直至其完全溶解，然后加入多巴胺DA，搅拌均匀，再加入PBNPs 形成均匀溶液；（5）将步骤（4）所得溶液倒入模具中，并在FeCl3水溶液中浸泡 9 小时；（6）将步骤（5）得到的样品完全浸入去离子水中，同时缓水流持续冲洗，得到铁螯合半互穿网络光热抗菌水凝胶。3. 根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘盼盼，胡乐，程美琪，王春晓，丁婉盈，杨婷媛，陈景帝，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：