[发明专利]一种具有智能抗菌和长效生物分子释放功能的快速自修复凝胶的制备方法和应用

说明书

一种具有智能抗菌和长效生物分子释放功能的快速自修复凝胶的制备方法和应用，将乙二胺四乙酸二钠溶液与硝酸铁溶液混合均匀后，加入到透明质酸溶液中，在室温下混合均匀后，静置，得到自修复凝胶。仅仅通过配位作用便可实现水凝胶的产生，本发明反应周期短，反应条件极易满足，产率高，无副产物，易于实现工业化生产，且能有效提高工作效率。自修复水凝胶可作为被感染组织再生应用的新型生物活性材料，可作为修复炎症皮肤的凝胶贴片。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术与生物医用材料领域，具体涉及一种具有智能抗菌和长效生物分子释放功能的快速自修复凝胶的制备方法和应用。

背景技术

水凝胶是一种亲水性3D网络结构聚合物，具有良好的生物相容性、高含水量和可调节的结构性状，从而广泛应用于生物医学领域。该凝胶不仅可以将生物活性分子(例如药物、蛋白质或抗体)嵌入前体溶液中实现靶递送之外，还能够提供与胞外基质相似的环境，其中多孔结构允许营养物、代谢物的交换和细胞迁移，从而促进组织再生。

然而，水凝胶在植入过程中很容易受到微生物的侵袭，可能导致体内的感染和炎症反应，这是组织工程中的一大难题。为了提高水凝胶材料的抗微生物性质，近年来不同研究机构也做了相关的研究，例如将抗菌物质(抗生素/银纳米颗粒)通过物理负载和/或化学反应将抗微生物成分装载在水凝胶网络上。但是，尽管在水凝胶上装载或接枝抗菌物质有利于抑制感染，但持续的抗菌过程还是会出现一些负面问题：例如对正常组织的毒副作用、诱导细菌具有越来越高的耐药性、有效时间很有限、合成步骤复杂等，尤其对哺乳动物细胞的不良作用更为明显。因此，设计一种对正常组织安全无毒，但能由感染部位的细菌触发其抗菌过程的智能水凝胶，对生物医学工程的发展意义重大。

此外，机体内植入的水凝胶在身体日常运动过程中将不可避免的受到持续机械外力的影响，从而导致凝胶变形甚至破损。该过程不仅增加了微生物入侵引起感染的风险，而且凝胶诱导组织再生的性能也将由于结构破坏而极大地削弱。针对以上问题，利用动态可逆的超分子相互作用构筑的水凝胶由于其具有优良的自愈能力因而被广泛关注。各种超分子化学包括氢键、主客体相互作用、静电相互作用和金属—配体配位作用等为自修复水凝胶的构筑提供了可行的途径。然而，同时具有按需抗菌特性以精准抑制细菌生长和自修复特性以确保结构/功能完整性的多功能水凝胶却未被研究发现，这也成为了生物组织工程中亟待解决的一大问题。

发明内容

针对以上现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种具有智能抗菌和长效生物分子释放功能的快速自修复凝胶的制备方法和应用，该方法简单且条件温和，易于工业化生产，制备的凝胶对健康组织无毒副作用、仅能由感染部位细菌触发抗菌过程并且能够快速自修复，此外，能够有效实现细菌感染的缺损组织的再生。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种具有智能抗菌和长效生物分子释放功能的快速自修复凝胶的制备方法，将乙二胺四乙酸二钠溶液与硝酸铁溶液混合均匀后，加入到透明质酸溶液中，在室温下混合均匀后，静置，得到自修复凝胶。

本发明进一步的改进在于，乙二胺四乙酸二钠溶液是将乙二胺四乙酸二钠加入到水中制得，乙二胺四乙酸二钠溶液的浓度为20～30mg/mL；

硝酸铁溶液是将硝酸铁颗粒加入到水中制得，硝酸铁溶液的浓度为20～40mg/mL；

透明质酸溶液是将透明质酸粉末加入到水中制得，透明质酸溶液的浓度为30mg/mL。

本发明进一步的改进在于，透明质酸的分子量为10～100万分子。

本发明进一步的改进在于，透明质酸、硝酸铁、乙二胺四乙酸二钠的摩尔比为(3.2～4.8):2:1。

本发明进一步的改进在于，混合均匀是通过在300-600r/min下搅拌3～10min实现的。

本发明进一步的改进在于，静置的时间为5～24h。