一种基于席夫碱反应的抗菌水凝胶及其制备方法和应用

本发明属于抗菌水凝胶，具体涉及一种基于席夫碱反应的抗菌水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、皮肤是人体最大的器官，也是最重要的器官之一，在调节体温、防止身体内水分流失和阻止有害物质和病原微生物入侵等方面发挥着非常重要的生物学功能，是抵御外部环境不利因素的强大防御手段。

2、伤口愈合是一个高度动态的复杂过程，包括炎症反应期、细胞增殖和迁移期、细胞外基质沉积期和组织重塑期。目前为了促进伤口愈合，已经研制出了多种伤口敷料，包括纱布、薄膜、泡沫、橡胶、静电纺丝纳米纤维和水凝胶等。在这些敷料中，水凝胶因其诸多优点成为最理想的伤口敷料材料。比如可以吸收大量的组织渗出物，保持湿润的伤口环境，良好的透氧率和变形性，可以负载药物，具有抗菌、抗氧化和生物相容性，并且通过水凝胶成分的设计和选择，可使水凝胶具有粘附作用，从而密封伤口并加速止血，在拆除时也不会对皮肤造成二次伤害。因此，目前许多的研究学者正在努力研发先进的水凝胶伤口敷料。

3、一般来说，在伤口愈合过程中，伤口时刻受到皮肤自身和周围环境中细菌、真菌、病毒和其他微生物的攻击，例如，伤口中普遍存在金黄色葡萄球菌(s.aureus)、大肠杆菌(e.coli)，溶血链球菌(s.hemolyticus)、和铜绿假单胞菌(p.aeruginosa)等。一旦伤口被细菌感染后，它们就会增殖并形成菌落。还可能通过伤口浸润到更深的组织，进入血液循环或迁移到器官中，从而导致危及生命的并发症，如败血症、截肢甚至死亡。同时，皮肤屏障受损，也会引起伤口脱水的问题。严重的伤口脱水会延迟伤口愈合过程，并扰乱身体稳态，伤口的愈合过程将会受到影响，随着时间的延长，则有可能变为慢性伤口。再者，伤口愈合过程中炎症期会产生大量活性氧(ros)，为了促进伤口愈合，需要抑制伤口处的活性氧，因为过量的ros会损害蛋白质、dna、脂质和碳水化合物，氧化应激会进一步延长伤口愈合过程并导致疤痕组织的形成。因此，保持湿润的前提下，提高抗菌、抗氧化性能是医用水凝胶研发的主要方向。

4、目前医用水凝胶一般分为负载抗生素和以光、热等物理方式作为抗菌手段两种，例如emel tamahkar等人研发了一种新型多层抗生素水凝胶用于伤口愈合，该水凝胶分别使用羧化聚乙烯醇(pva-c)、明胶(g)、透明质酸(ha)和明胶制备了四层水凝胶。上层(pva-c和g)为微生物提供湿润控制和物理屏障。基于ha的中间层被设计为抗生素负载层。下层作为苯唑西林抗生素释放的控制膜，并从伤口部位去除多余的渗出物。hassan namazi等人设计了一种新型抗生素洗脱纳米复合水凝胶。通过将介孔二氧化硅mcm-41作为纳米药物载体掺入羧甲基纤维素水凝胶中，将四环素和亚甲蓝作为抗菌剂加载到介孔二氧化硅mcm-41中达到抗菌效果。基于超支化树枝状-线性-树枝状共聚物(hbdld)的生物相容性和可降解双递送凝胶系统通过硫醇-烯点击化学制作了一种水凝胶，负载抗生素环丙沙星，能够治疗细菌感染，并显著减少细菌。研究人员制备了一种负载利多卡因和庆大霉素的阿拉伯树胶-卡波波尔-聚乙烯咪唑基水凝胶伤口敷料以治疗感染伤口。一种细菌纤维素/聚乙烯醇(bc/pva)新型水凝胶通过负载氨苄青霉素达到治疗感染伤口的作用。以上通过负载抗生素作为主要抗菌成分，虽然可以有效抑菌，但容易使细菌产生耐药性，从而无法获得抗菌效果。另一种是通过光、热等物理方式抗菌，例如何家辉等人报道了一种导电粘合剂自修复纳米光热疗法复合水凝胶伤口敷料，该水凝胶以n-羧乙基壳聚糖(cec)和苯甲醛封端的pluronicf127/碳纳米管(pf127/cnt)为主要材料，通过其良好的光热性能、导电性、自修复性能和粘附性用于全层皮肤缺损伤口，拓展了光热疗法在治疗伤口方面的应用。由阳离子卟啉-木聚糖偶联物组成的水凝胶，阳离子卟啉通过酯化反应共价连接到木聚糖上，得到不同的卟啉-木聚糖衍生物，再将衍生物与二乙烯三胺五乙酸(dtpa)二酐反应后交联，得到相应的水凝胶。在白光照射下水凝胶显示出对金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌菌株的光杀菌活性。再者，有文献报道一种基于聚合离子液体和魔芋葡甘露聚糖开发的多功能导电水凝胶敷料，使用该水凝胶敷料增强电流电刺激达到显著抗菌效果。在另外一项研究中，研究者设计了一种新型三明治结构的光伏微电流水凝胶敷料用于治疗糖尿病伤口。这种创新敷料包括柔性有机光伏(opv)电池、柔性微机电系统电极和用作电极组织界面的多功能水凝胶。在光照条件下，opv电池将光能转化为电能，利用电刺激(es)方法促进伤口愈合，为无线es伤口敷料的进步奠定了基础。虽然es作为慢性伤口的治疗方式具有一定作用，但是由于es治疗需要额外的体外设备为伤口敷料提供动力，因此在临床广泛地推广与应用受到限制。但光、电等方式均需要专门的、额外设备辅助水凝胶完成促创面愈合的功能，制备工艺复杂增加了治疗的复杂性，患者医从性会相对降低，影响治疗进程。而且电刺激方法在治疗伤口时仍面临柔性有机光伏电池易受到光、湿度、温度等环境因素而影响其稳定性和寿命相对较短的问题。

5、基于以上技术缺陷，开发一种用于细菌感染伤口的多功能无抗生素、制备工艺简洁、低成本的伤口敷料是非常具有应用前景的。

技术实现思路

1、基于上述目的，本申请的第一技术方案公开了一种抗菌水凝胶敷料，醛基抗菌成分及可质子化氨基抗菌成分；所述醛基抗菌成分中至少包含凝胶成分。

2、优选的，所述醛基抗菌成分包括二醛淀粉、香草醛；所述可质子化氨基抗菌成分包括聚赖氨酸。

3、进一步的，所述二醛淀粉和香草醛的添加量为使香草醛中醛基占二者总体醛基的摩尔浓度≥2％。

4、进一步的，所述聚赖氨酸的添加量为使其中氨基与二醛淀粉和香草醛总体醛基的摩尔比为5:8。

5、本申请的第二技术方案公开了一种抗菌水凝胶的制备方法，包括将第一技术方案所述抗菌水凝胶敷料成分混合溶解，经席夫碱反应得到抗菌水凝胶。

6、进一步的，所述席夫碱反应为将混合溶解的伤口敷料100℃水浴加热5min后冷却成胶。

7、以及，根据上述制备方法制备得到的抗菌水凝胶及其在伤口愈合中的应用。

8、本申请的有益效果为：本申请通过二醛淀粉和香草醛提供醛基，聚赖氨酸提供氨基，通过混合加热后冷却，使其中醛基与氨基发生席夫碱反应，使三种成分通过动态共价交联的席夫碱成胶，因而无需再使用传统的化学交联剂。制备得到的水凝胶(dev)具有优异的粘附性、自愈性、细胞相容性，并且具有抗菌、抗氧化功能，可缩短伤口愈合周期，提高患者生存质量，同时价格便宜，降低了材料成本。

技术特征：

1.一种抗菌水凝胶伤口敷料，其特征在于，包括：醛基抗菌成分及可质子化氨基抗菌成分；所述醛基抗菌成分中至少包含可形成凝胶的成分。

2.根据权利要求1所述伤口敷料，其特征在于，所述醛基抗菌成分包括二醛淀粉、香草醛；所述可质子化氨基抗菌成分包括聚赖氨酸。

3.根据权利要求2所述抗菌水凝胶伤口敷料，其特征在于，所述二醛淀粉和香草醛的添加量为使香草醛中醛基占二者总体醛基的摩尔浓度≥2％。

4.根据权利要求2所述抗菌水凝胶伤口敷料，其特征在于，所述聚赖氨酸的添加量为使其中氨基与二醛淀粉和香草醛总体醛基的摩尔比为5:8。

5.一种抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于，包括将权利要求2所述抗菌水凝胶伤口敷料成分混合溶解，经席夫碱反应得到抗菌水凝胶。

6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述席夫碱反应为将混合溶解的伤口敷料100℃水浴加热5min后冷却成胶。

7.一种根据权利要求5或6制备方法制备得到的抗菌水凝胶。

8.根据权利要求7所述抗菌水凝胶在伤口愈合中的应用。

技术总结
本发明属于抗菌水凝胶技术领域，具体涉及一种基于席夫碱反应的抗菌水凝胶及其制备方法和应用。通过二醛淀粉和香草醛提供醛基，聚赖氨酸提供氨基，通过混合加热后冷却，使其中醛基与氨基发生席夫碱反应，使三种成分通过动态共价交联的席夫碱成胶，因而无需再使用传统的化学交联剂。制备得到的水凝胶(DEV)具有优异的粘附性、自愈性、细胞相容性，并且具有抗菌、抗氧化功能，可缩短伤口愈合周期，提高患者生存质量，同时价格便宜，降低了材料成本。

技术研发人员：刘艳秋,陈正贤,赵安莎,杨苹
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23