[发明专利]具有G-四链体结构用作级联反应器的抗菌水凝胶及其制备方法及应用

说明书

具有G‑四链体结构用作级联反应器的抗菌水凝胶及其制备方法及应用，以G‑四链体结构为凝胶主体，负载血红素与葡萄糖氧化酶，形成级联反应器将葡萄糖转化为羟基自由基杀灭细菌。鸟嘌呤核苷在钾离子的稳定下形成G‑四分体，G‑四分体通过硼酯键连接形成G‑四链体结构，G‑四链体交联固定水分子形成水凝胶。负载血红素和葡萄氧化酶后，葡萄糖氧化酶可以将葡萄糖转化为过氧化氢，而血红素与G‑四链体结构可以作为人工过氧化物酶转化过氧化氢形成羟基自由基，羟基自由基对多重耐药的金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌有高效的杀灭作用。有如下的优势：1)原料简单易得；2)合成步骤简单，易批量生产；3)有广谱杀菌性，可以杀灭多重耐药细菌。

技术领域

本发明属于生物医药材料领域，涉及一种具有G-四链体结构的水凝胶作为级联反应器产生羟基自由基，用于耐药金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的杀灭。

背景技术

细菌感染是人类健康长期以来的威胁。据估计，由细菌感染造成的死亡人数将每年增加1000万，到2050年造成的损失将超过650万亿元。细菌感染难以治愈主要有三个方面的原因，一是细菌可以通过形成生物膜将其自身包覆于生物膜中，以抵御抗生素及免疫细胞的攻击；二是耐药菌的出现导致现有抗生素对其治疗失效，且抗生素的滥用使得耐药菌发展十分迅速；三是新抗生素的研发十分缓慢。在细菌感染中，伤口感染是最常见的一类与每个人相关的细菌感染，包括手术后创口细菌感染、糖尿病足等。

水凝胶因其可以提供伤口愈合的湿润环境以及高的载药量，可作为敷料用来治疗伤口感染，具有巨大的应用价值。水凝胶抗菌性能的构筑一般通过物理负载或化学交联具有抗菌性能的材料，包括抗生素、抗菌肽，及一些有抗菌性能的材料，如含有季铵盐的聚合物、纳米银等，其中，负载抗生素是现有抗菌凝胶常用的策略。而抗生素针对耐药细菌效果有限。优质的抗菌水凝胶要求原料便宜，制备简单，有良好的生物相容性。因此，开发具有优良性能的抗菌水凝胶具有重大意义，尤其是可以杀灭耐药菌的凝胶。

发明内容

本发明的目的是设计一种具有抗菌性能的水凝胶用于治疗细菌感染，采用非抗生素的方式杀灭细菌，实现对耐药性细菌的杀灭，凝胶采用一锅法制备，过程简单，原料便宜易得。

本发明的技术方案：

一种具有G-四链体结构用作级联反应器的抗菌水凝胶，采用G-四链体结构作为凝胶的交联主体，鸟嘌呤核苷在钾离子的配位作用下形成G-四分体平面结构，通过硼酯键将G-四分体连接形成G-四链体，G-四链体交联形成网状结构，将水分子固定于网状结构中形成水凝胶。血红素可以与凝胶中的G-四分体通过π-π堆积形成过氧化酶类似物，能够将H₂O₂转化成为羟基自由基。利用这一性质，我们将葡萄糖氧化酶与血红素负载在G-四链体水凝胶中。葡萄糖氧化酶可以将葡萄糖转化为葡萄糖酸以及H₂O₂，而血红素与G-四分体可以将H₂O₂转化为有强杀菌能力的羟基自由基。因此形成的G-四链体凝胶能够作为级联反应器，将葡萄糖转化为有强杀菌能力的羟基自由基。羟基自由基可以使细胞膜发生变形，具有广谱杀菌能力，对耐药的细菌也有效，且不会引发细菌产生耐药性。

一种所述具有G-四链体结构用作级联反应器的抗菌水凝胶的制备方法，步骤如下：

1)室温下将鸟嘌呤核苷，氢氧化钾，硼酸加入水中混合得到悬浊液，上述各组分在水中浓度依次为30mmol/L，15mmol/L和15mmol/L；

2)将1)所得悬浊液加热至沸腾(约100℃)，使悬浊液变成澄清液；

3)将血红素加入到2)所述沸腾的溶液中，血红素在溶液中的浓度为0.6 mmol/L；

4)待3)所得溶液静置冷却至约40℃，将葡萄糖氧化酶加入其中，葡萄糖氧化酶在溶液中的浓度为0.125g/L；

5)将上述溶液静置，待冷却至室温，得到半透明的具有G-四链体结构的水凝胶。