【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物材料应用，涉及一种碳量子点水凝胶的制备与应用，尤其涉及一种碳量子点水凝胶的制备与在制备骨缺损修复产品与超声抗感染产品中的应用。
技术介绍
1、骨骼作为身体的重要器官，支撑着整个身体并拥有活跃的新陈代谢，在日常生活中具有重要意义。骨折是骨科中最常见的损伤之一，也是青少年面临的主要健康问题。通常，骨骼具有一定的自我更新和自我修复能力，然而，随着年龄增长或在严重损伤或疾病(例如感染、异常创伤、肿瘤切除、关节炎)时，骨组织会减弱甚至失去自我再生能力。另外，骨缺损通常还伴随着细菌感染等并发症。因此，感染性骨缺损仍然是目前临床上亟待解决的一大难题。
2、目前，一些跨学科的临床方法用于治疗感染性骨缺损，如抗生素治疗、生物材料植入等。用抗生素来解决骨缺损部位的细菌感染问题，继而植入支架材料促进骨组织再生。然而，过量抗生素的使用会引起多重耐药(mdr)菌的传播，它们已经进化出药物外排、渗透屏障、靶点修饰和失活酶等机制来抵制抗生素。这有可能进一步形成细菌生物膜，进而阻碍抗菌剂的渗透和扩散。近年来，具有高光热转换能力的光热剂在临床上应用广泛。光动力(pdt)治疗通过无创的光照射可破坏细菌结构，但其受制于靶向特异性不足和激发光的组织穿透深度有限。更重要的是，抗生素或其他抗菌技术只能满足单一的抗菌需求，而已报道的植入性支架材料只对非感染性骨缺损表现出优异的修复再生能力。另外，许多研究报告表明，一旦感染建立，骨愈合就会延迟，尽管感染程度极小。骨缺损部位的感染程度决定了骨愈合速。因此，开发一种既能抗菌，又能有效促进感染部位的骨缺
3、由于纳米材料具有独特的化学、物理和机械性能，可促进干细胞成骨分化，在骨组织工程以及开发基于纳米材料的骨再生策略中具有巨大潜力。人类生活中由种植体感染、肿瘤切除、异常创伤、先天性疾病或衰老引起的骨缺损很常见。目前，金纳米颗粒(au nps)、硅酸盐纳米颗粒、氧化镁纳米颗粒等纳米材料已被引入水凝胶中用于骨缺损愈合。然而，重金属离子的不可控释放可能会在体内累积并产生毒性，对人体健康和环境产生潜在危害。基于此，提出了一系列碳基纳米材料用于骨组织工程，如碳纳米管(cnt)、纳米金刚石(nds)、石墨烯(g)，是骨修复和骨再生的可候选材料。另外，一些碳基纳米材料也可用作优良的声敏剂，而声动力(sdt)治疗是一种新型的物理驱动的抗菌治疗法。与pdt相比，sdt用低频超声波代替光来激活声敏剂产生大量的活性氧(reactive oxygen species，ros)以杀死细菌，从而能达到并进入更深的病变组织深度。这些材料分别在抗菌领域和骨缺损修复领域都分别表现出可观的治疗效果，但是，目前对感染性骨缺损具有优异的骨缺损愈合能力的生物材料并未被提及。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是提供一种兼具抗菌和促进成骨分化能力的碳量子点，并通过将其负载到gelma水凝胶上形成碳量子点水凝胶，实现体内感染性骨缺损治疗，旨在解决其他材料或技术只能满足单一的抗菌需求或促成骨需求的问题。
2、本专利技术提供了一种兼具抗菌和促进成骨分化能力的碳量子点水凝胶。碳量子点(carbon quantum dots，cqds)作为一种零维碳材料，具有荧光特性、粒径小、易官能化、毒性低和生物相容性好等特点。目前已广泛用于组织工程、细胞成像、生物传感、药物递送、肿瘤治疗和抗菌等领域。本专利技术采用简单的一步合成法(微波合成法)制备带负电荷的磺酸基功能化碳量子点(nagative carbon quantum dots，n-cqd)，研究表明n-cqd在体外具有良好的声动力活性和优异的促成骨分化能力。为了进一步研究n-cqd在体内增强的促成骨分化活性，通过紫外光聚合反应将n-cqd负载到明胶甲基丙烯酰胺(gelma)水凝胶上，形成三维的n-cqd/gelma水凝胶复合物。植入水凝胶复合材料后在第60天时感染骨缺损几乎完全修复，展现出增强的骨再生能力。总之，本专利技术首次展示了一种具有抗菌和促进成骨分化能力的碳量子点水凝胶在感染性骨缺损模型中的应用。
3、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
4、本专利技术的第一方面提供一种碳量子点水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
5、s1：将吲哚菁绿、聚乙二醇混合并进行微波加热反应，得到碳量子点；
6、s2：将明胶与甲基丙烯酸酐加热反应，冻干得到泡沫状水凝胶前体，再与碳量子点在紫外光照与光引发剂作用下反应，得到碳量子点水凝胶。
7、进一步地，步骤s1中，所述吲哚菁绿、聚乙二醇的质量比为1:(7-9)。
8、进一步地，步骤s1中，所述微波加热反应的反应溶剂为乙醇，反应温度为200-210℃，反应时间为1-30min。
9、进一步地，步骤s1中，所述微波加热反应的反应产物依次经过过滤、旋蒸、透析、旋蒸得到碳量子点。
10、进一步地，步骤s2中，所述明胶与甲基丙烯酸酐的投料比为1g:(0.7-0.9)ml。
11、进一步地，所述加热反应的反应温度为45-55℃，反应时间为2-4h。
12、优选的，所述加热反应的反应溶剂为pbs缓冲液。
13、作为优选的技术方案，所述加热反应的反应产物先在40-50℃下透析，再进行冻干。
14、进一步地，步骤s2中，所述泡沫状水凝胶前体与碳量子点投料比为(3-4)g:1mg。
15、进一步地，所述光引发剂为irgacure2959光引发剂，用量为0.1g/(3-4)g泡沫状水凝胶前体，紫外光照时间为0.5-2min。
16、本专利技术的第二方面提供一种碳量子点水凝胶的应用，包括将所述碳量子点水凝胶用于制备骨缺损修复产品。
17、本专利技术的第三方面提供一种碳量子点水凝胶的应用，包括将所述碳量子点水凝胶用于制备超声(ultrasound，us)抗感染产品。
18、与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：
19、高效的声动力性能以及促进体内骨再生的能力：本专利技术采用微波合成法制得磺酸基功能化碳量子点n-cqd，其在体外具有良好的声动力活性和优异的促成骨分化能力；通过紫外光聚合反应将n-cqd负载到明胶甲基丙烯酰胺水凝胶上，形成三维的n-cqd/gelma水凝胶复合物。在植入水凝胶复合材料后的第60天时，感染骨缺损几乎完全修复，展现出增强的骨再生能力，在感染性骨缺损的治疗或相关药剂等产品的应用中具有较好的应用前景。
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1.一种碳量子点水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的碳量子点水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述吲哚菁绿、聚乙二醇的质量比为1:(7-9)。
3.根据权利要求2所述的碳量子点水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述微波加热反应的反应溶剂为乙醇，反应温度为200-210℃，反应时间为1-30min。
4.根据权利要求1所述的碳量子点水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述微波加热反应的反应产物依次经过过滤、旋蒸、透析、旋蒸得到碳量子点。
5.根据权利要求1所述的碳量子点水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述明胶与甲基丙烯酸酐的投料比为1g:(0.7-0.9)mL。
6.根据权利要求5所述的碳量子点水凝胶的制备方法，其特征在于，所述加热反应的反应温度为45-55℃，反应时间为2-4h。
7.根据权利要求1所述的碳量子点水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述泡沫状水凝胶前体与碳量子点投料比为(3-4)g:1mg。
8.根据权利要求7
9.一种如权利要求1至8任一项所述方法制备的碳量子点水凝胶的应用，其特征在于，所述碳量子点水凝胶用于制备骨缺损修复产品。
10.一种如权利要求1至8任一项所述方法制备的碳量子点水凝胶的应用，其特征在于，所述碳量子点水凝胶用于制备超声抗感染产品。
...【技术特征摘要】
1.一种碳量子点水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的碳量子点水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述吲哚菁绿、聚乙二醇的质量比为1:(7-9)。
3.根据权利要求2所述的碳量子点水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述微波加热反应的反应溶剂为乙醇，反应温度为200-210℃，反应时间为1-30min。
4.根据权利要求1所述的碳量子点水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述微波加热反应的反应产物依次经过过滤、旋蒸、透析、旋蒸得到碳量子点。
5.根据权利要求1所述的碳量子点水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述明胶与甲基丙烯酸酐的投料比为1g:(0.7-0.9)ml。
6.根据权利要求5所述的...
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