【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功能高分子材料，具体涉及一种用于加速慢性伤口愈合和细胞增殖的紫精水凝胶/锌自供能电刺激装置及其制备方法。
技术介绍
1、慢性伤口在医学上被定义为经过8～12周仍无法愈合的伤口，带来了极重的医疗负担。除了生理因素以外，细菌感染是导致伤口久治不愈的重要外在因素，导致伤口慢性化，大幅度提高慢性伤口感染者的发病率和死亡率。导致伤口感染的微生物来源主要有：外界环境、周围皮肤的微生物群落、以及机体免疫系统疾病，而伤口处的炎症细胞和细菌会引起过度的炎症反应和组织损伤并产生多种蛋白酶，降解伤口环境中的细胞外基质和生长因子，不利于伤口愈合。此外，定植在慢性伤口中的细菌通常会分泌聚合物基质形成微生物膜样物，为细菌提供了最佳的生存环境，可以逃避宿主的免疫清除和抵抗抗生素治疗，延迟伤口的再上皮化。
2、在过去几十年中，对慢性伤口有效的治疗策略包括伤口清创、抗菌敷料、高压氧疗法、负压疗法、超声波和电刺激。这些方法大多是依赖药物的被动治疗，很少主动参与控制内源性细胞。电刺激促进伤口愈合是一种极具吸引力的伤口护理辅助方法，可以对伤口微环境进行调节，使用便捷高效，副作用小。伤口愈合的机制依赖于电刺激能够有效减轻电极周围水肿、液化坏死组织、诱导成纤维细胞增殖和胶原蛋白形成、诱导表皮细胞迁移以及促进上皮细胞生长，促进相关细胞因子的表达，促进巨噬细胞向m2型极化。不幸的是，目前电刺激的装置体积巨大，电源和复杂的电路系统导致患者低的舒适度和便捷度。此外，传统的金属基电极的组织相容性和延展性有限，与皮肤组织的机械失配难以面向复杂的伤口环境，可能
3、尽管目前已经实现通过收集人体运动产生的能量转化为电刺激加速伤口愈合，但是机械运动的不稳定性难以保证可控的刺激条件。而生物燃料电池虽然生物友好，但是其输出产能较低，寿命短的问题导致它的应用受到局限。电池作为重要且有前景的能源装置在于它们的高能量密度和电化学稳定性，而具有生物相容性的锌电池被认为是为可穿戴设备供电的候选电池，因其来源丰富、高度安全、成本低，并且可以在水系电解质中运转。目前，表皮的富氧环境使氧气自充电电池展现出优势，因为部署在医疗设备的锌电池通常采用一次电池，无法满足慢性伤口的长效管理。许多材料已经被开发作为自充电锌电池的阴极对电极(锰基、钒基、其他金属材料、聚合物材料等)，然而粉末或膜状的金属对电极可能会带来潜在的安全风险。因此，灵活和安全的水凝胶阴极使自充电锌电池在医疗设备中更具竞争力。设计具有弱粘附性的水凝胶作为自充电电池的阴极可以在参与电池反应的同时为伤口愈合提供湿润环境，吸收组织渗出液，与伤口的紧密贴合且避免二次移除损伤。迄今为止，自供电伤口愈合贴片是研究最多的能源装置和电刺激作用机制，其目的是提供最佳的能量供应和理论依据，而对生物相容性电池的电化学产物及电刺激协同促进慢性伤口愈合的综合性研究较少。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种用于加速慢性伤口愈合和细胞增殖的紫精水凝胶/锌自供能电刺激装置。用于加速慢性伤口愈合的紫精水凝胶/锌自供能电刺激装置是以由紫精单体、丙烯酰胺单体和n,n-亚甲基双丙烯酰胺通过自由基聚合制备的紫精水凝胶为生物电池的正极，以锌条作为负极，并将聚乙烯醇冻融后作为固态电解质组装得到，其步骤如下：
2、(1)将0.04～0.05g的紫精单体、1.5～2.0g的丙烯酰胺、0.03～0.04g的n,n-亚甲基双丙烯酰胺溶解于8～12ml的去离子水中，混合均匀后向其中加入50～80μl的n,n,n,n-四甲基乙二胺和0.04～0.08g的过硫酸钾引发聚合，室温反应0.5～1.5h后形成紫精水凝胶；将得到的紫精水凝胶置于去离子水中充分溶胀以去除未反应的单体；
3、(2)将8～10g聚乙烯醇溶解在80～120ml、0.01m的磷酸缓冲盐溶液中，将该溶液放入聚四氟乙烯模具中，然后于-30～-20℃下冷冻3～5小时，再于室温下解冻20～40分钟；重复“-30～-20℃下冷冻-室温下解冻”操作3～5次，在最后一次解冻后得到柔性的聚乙烯醇固态电解质，厚度为0.7～0.9mm；
4、(3)首先将锌条贴在医用胶带上，将聚乙烯醇固态电解质覆盖在锌条上面，再将紫精水凝胶贴在固态电解质上；将色环电阻的一端引脚用导电铜胶带固定在锌条上，色环电阻的另一端引脚直接嵌入紫精水凝胶内构成电回路，从而组装得到用于加速慢性伤口愈合的紫精水凝胶/锌自供能电刺激装置。
5、一种用于加速细胞增殖的紫精水凝胶/锌自供能电刺激装置，是以由紫精单体、丙烯酰胺单体和n,n-亚甲基双丙烯酰胺通过自由基聚合制备的紫精水凝胶为生物电池的正极，以锌条作为负极，以含有血清的dmem培养基为电解质组装得到；其步骤如下：
6、(1)将0.04～0.05g的紫精单体、1.5～2.0g的丙烯酰胺、0.03～0.04g的n,n-亚甲基双丙烯酰胺溶解于8～12ml的去离子水中，混合均匀后向其中加入50～80μl的n,n,n,n-四甲基乙二胺和0.04～0.08g的过硫酸钾引发聚合，室温反应0.5～1.5h后形成紫精水凝胶；将得到的紫精水凝胶置于去离子水中充分溶胀以去除未反应的单体；
7、(2)将紫精水凝胶贴在六孔板内壁的一侧，再将锌条用胶水固定在与紫精水凝胶相对六孔板内壁的另一侧内壁；将色环电阻的一端引脚插入紫精水凝胶，另一端引脚通过导电铜胶带固定在锌条上，以六孔板内的培养基作为电解质构成电回路，从而组装得到用于加速细胞增殖的紫精水凝胶/锌自供能电刺激装置。
8、本专利技术提供的一种用于加速慢性伤口愈合和细胞增殖的紫精水凝胶/锌自供能电刺激装置，具有高的电子电导率(图1)，较低的皮肤阻抗(图2)，导电的紫精水凝胶被用作自供能电刺激装置的正极，同时与伤口紧密贴合；电池放电时，紫精会从v2+还原成v+。生成的v+具有很强的还原性，可被环境中的氧气化学氧化回v2+。此外，这一化学充电过程是一个自发过程，可视为自充电过程。自充电过程不会破坏紫精水凝胶的骨架，因为它只涉及化学键的重新排列。整个反应过程方程为zn+1/2o2+h2o→zn(oh)2，自供能电刺激装置可以利用体表氧气进行快速充电，输出电压最短可以在10min中内恢复到初始水平，也即由锌电极提供的初始电压1.05v(图3)，自供能电刺激装置形成的电刺激和电化学反应产物如锌离子、ph等协同积极促进细胞增殖，调节免疫微环境，诱导巨噬细胞向m2表型分化，促进相关细胞生长因子的表达。根据这些设计，自供能电刺激装置可以有效缩短大鼠伤口模型的愈合周期，促进血管再生，降低炎症因子的表达。本专利技术所述装置结构简单、易于操作、可长期治疗，该自充电电疗装置在个性化伤口护理方面具有巨大潜力。
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1.一种用于加速慢性伤口愈合的紫精水凝胶/锌自供能电刺激装置的制备方法，其步骤如下：
2.一种用于加速慢性伤口愈合的紫精水凝胶/锌自供能电刺激装置，其特征在于：是由权利要求1所述的方法制备得到。
3.一种用于加速细胞增殖的紫精水凝胶/锌自供能电刺激装置的制备方法，其步骤如下：
4.一种用于加速细胞增殖的紫精水凝胶/锌自供能电刺激装置，其特征在于：是由权利要求3所述的方法制备得到。
【技术特征摘要】
1.一种用于加速慢性伤口愈合的紫精水凝胶/锌自供能电刺激装置的制备方法，其步骤如下：
2.一种用于加速慢性伤口愈合的紫精水凝胶/锌自供能电刺激装置，其特征在于：是由权利要求1所述的方法制备得到。
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