一种高强度双网络抗菌生物水凝胶的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度双网络抗菌生物水凝胶的制备方法。该制备方法包括如下步骤：（1）将改性的明胶与改性的组氨酸混合后，溶解在磷酸盐缓冲溶液中，加入光引发剂，在紫外点光源下引发聚合，得到引入了咪唑活性位点的明胶水凝胶；（2）采用二价金属离子盐溶液浸泡引入了咪唑活性位点的明胶水凝胶，浸泡结束后，用无菌水洗涤，得到所述高强度双网络抗菌生物水凝胶。本发明专利技术制备方法具有反应条件温和、可操作性强、技术流程可控等优点；制得的高强度双网络抗菌生物水凝胶的力学性良好，刚度、韧性均得到了极大提高，对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的杀菌率均达到99.9%，同时又保留了基材水凝胶良好的生物相容性。

Method for preparing high strength double network antibacterial biological hydrogel

The invention discloses a method for preparing a high strength double network antibacterial biological hydrogel. The preparation method comprises the following steps: (1) the modified gelatin and modified histidine mixed and dissolved in phosphate buffer solution, adding photoinitiator, polymerization in the UV light, get the gelatin hydrogel into the active site of imidazole; (2) gelatin gel by soaking salt solution two valence metal ions into the active site of imidazole, after immersion, washing with sterile water, to obtain the high strength double network hydrogel biological antibacterial. The preparation method of the invention has the advantages of mild reaction conditions, strong operability, technology flow model; mechanical properties of high strength dual network prepared antibacterial biological hydrogel good stiffness and toughness has been greatly improved, sterilization of Escherichia coli and Staphylococcus aureus rate reached 99.9%, while retaining the the good biological compatibility hydrogel substrate.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度双网络抗菌生物水凝胶的制备方法
本专利技术涉及生物医用水凝胶的合成领域，具体涉及一种高强度双网络抗菌生物水凝胶的制备方法。
技术介绍
水凝胶是一种能够吸收与存储大量水分的三维高分子材料，这种优异的性能归功于水凝胶具有亲水基团和交联的三维网络骨架结构。由于水凝胶具备良好的亲水性、渗透性和生物相容性，以及低摩擦系数性能(JasonW.Nichol,SandeepT.Koshy,et,al.Cell-ladenmicro-engineeredgelatinmethacrylatehydrogels.Bio-materials31,2010,5536-5544)，使得水凝胶广泛的应用在药物缓释、角膜接触镜、组织工程支架、生物免疫调节、体外诊断等领域。但是，良好的生物相容性导致易被细菌侵染，类生物组织的构造使得力学性能较差，限制了水凝胶的应用。所以，提高水凝胶的力学性能与抗菌性能，使水凝胶的功能多样化，具有重要的科研和应用价值。金属离子与杂环化合物的螯合作用启发于对生物仿生学的应用(StephanS，AntjeR,etal.Metal-MediatedMolecularSelf-HealinginHistidineRichMusselPeptides.Bio-macromolecules2014,15,1644−1652)，贝类生物利用丝足能够将自身牢固的结合在形貌复杂的海岸岩石上，并且抵御高强度与高频率的浪击。由于丝足中存在离子螯合作用，在被破坏后具有高度的自修复能力，能够使贝类在恶劣的海岸环境中生存下来，具有离子螯合作用构建物理交联网络的水凝胶力学性能良好。在水凝胶中构筑不同结合性质的网络结构，是为了达到改善水凝胶力学性能的目的(MatthewS.,CraigJ.,etal.Versatiletuningofsupra-molecularhydrogelsthroughmetalcomplexationofoxidation-resistantcatecholinspiredligands.SoftMatter,2013,9,10314–10323)。目前在一级共价键化学网络的基础上构建二级物理网络结合作用的包括氢键、双硫键、π-π交互作用、离子交互作用和金属螯合交互作用等(MarcelE,StefanB,JürgenV,et,al.Self-healingresponseinsupra-molecularpolymersbasedonreversiblezinchistidineinteractions.Polymer69,2015,274-282)。选用金属螯合交互作用，可以在水凝胶中引入特征基团与金属离子的同时，考虑引入基团与离子的功能性。使水凝胶在构建二级网络改善了力学性能的同时，通过引入的特定基团与离子，获取一些新的特征功能。锌离子与咪唑基是公认的具有抗菌功能的无机与有机材料（DominicE,LiH,etal.MusselInspiredHistidineBasedTransientNetworkMetalCoordinationHydrogels.Macromolecule2013,46,1167−1174）。在明胶水凝胶的两步改性过程中引入了咪唑基与锌离子，制备出的双网络水凝胶力学性良好，生物性能优异，同时也具有了抗菌功能。能很好的解决现有技术面临的接枝组氨酸过程容易氧化的问题，现阶段的技术采用其他类型的离子仅仅使双网络水凝胶的力学性能得到增强，而引入锌离子改善双网络水凝胶力学性能的同时引入了抗菌功能。制备物理螯合力与化学共价键共存的双网络生物水凝胶的方法，其核心思想在于，通过在明胶上引入咪唑基团，（ClemensN.Z.Schmitt,YaelPoliti,etal.RoleofSacrificialProtein−MetalBondExchangeinMusselByssalThreadSelf-Healing.Bio-macromolecules2015,16,2852−2861）使明胶水凝胶具备螯合金属离子构筑二级螯合力物理网络能力的基础。制备出的双网络水凝胶力学性良好，刚度、韧性得到了极大提高，对大肠杆菌（革兰氏阴性菌）与金黄色葡萄球菌（革兰氏阳性菌）的杀菌率均达到99.9%，同时又保留了基材水凝胶良好的生物相容性，在生物医用材料、组织工程等领域具有很好的应用前景。
技术实现思路
为达到上述目的，本专利技术提供了一种高强度双网络抗菌生物水凝胶的制备方法。制备的高强度双网络抗菌生物水凝胶，提高了基材水凝胶的力学性能，赋予了基材水凝胶的高效抗菌性能，保留了基材水凝胶的生物活性。本专利技术通过如下技术方案实现。一种高强度双网络抗菌生物水凝胶的制备方法，包括如下步骤：（1）将改性的明胶与改性的组氨酸混合后，溶解在磷酸盐缓冲溶液（PBS）中，得到预聚液，加入光引发剂，在紫外点光源下引发聚合，构建一级共价键化学网络，并引入活性位点，得到引入了咪唑基团的明胶水凝胶；（2）采用二价金属离子盐溶液浸泡引入了咪唑基团的明胶水凝胶，浸泡过程中，二价金属离子螯合咪唑活性位点，构建二级物理网络；浸泡结束后，用无菌水洗涤，得到所述高强度双网络抗菌生物水凝胶。进一步地，步骤（1）中，所述改性的明胶是采用甲基丙烯酸酐进行改性得到的甲基丙烯酸酐明胶，改性反应过程中，明胶和甲基丙烯酸酐的质量之比为5:2~4，反应的时间为2~4h，反应的温度为40~60℃；改性结束后，通过透析分离产物，透析的时间为6~10天，透析的温度为40~60℃。进一步地，步骤（1）中，所述改性的组氨酸是采用丙烯酰氯进行改性得到的组氨酸，改性反应的全过程在氮气氛围中避光进行，反应溶剂为氢氧化钠碱性溶液；改性反应过程中，组氨酸与丙烯酰氯物质的量之比为5：4~6，反应的时间为30~60min，反应的温度为0~5℃；改性反应结束后，产物采用丙酮离心洗涤后收集，再低温负压干燥。进一步地，步骤（1）中，所述改性的明胶与改性的组氨酸的质量比为1:0.5~1。进一步地，步骤（1）中，所述光引发剂为Irgacure2959，用量为预聚液的0.3~0.5w/v%。进一步地，步骤（1）中，所述紫外点光源的参数设置为：光的强度6~8mW/cm2，光的波长360~480nm。进一步地，步骤（1）中，所述紫外点光源与预聚液的垂直距离为8~12cm。进一步地，步骤（1）中，所述聚合的时间为30~50s。进一步地，步骤（2）中，所述二价金属离子盐包括二价金属离子的硫酸盐、氯盐或硝酸盐。进一步地，步骤（2）中，所述二价金属离子包括锌离子。进一步地，步骤（2）中，所述二价金属离子盐溶液中，二价金属离子的浓度为12~24mM。进一步地，步骤（2）中，所述浸泡的时间为2~4h。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：（1）本专利技术得到的高强度双网络抗菌生物水凝胶的力学性良好，刚度、韧性得到了极大提高，达到甲基丙烯酸酐明胶水凝胶的4倍；（2）本专利技术得到的高强度双网络抗菌生物水凝胶具有广谱抗菌功能，对以大肠杆菌为代表的革兰氏阴性菌与以金黄色葡萄球菌为代表的革兰氏阳性菌的杀菌率均达到99.9%；（3）本专利技术得到的高强度双网络抗菌生物水凝胶保留了甲基丙烯酸酐明胶水凝胶良好的生物相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度双网络抗菌生物水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将改性的明胶与改性的组氨酸混合后，溶解在磷酸盐缓冲溶液中，得到预聚液，加入光引发剂，在紫外点光源下引发聚合，得到引入了咪唑基团的明胶水凝胶；（2）采用二价金属离子盐溶液浸泡引入了咪唑基团的明胶水凝胶，浸泡过程中，二价金属离子螯合咪唑活性位点；浸泡结束后，用无菌水洗涤，得到所述高强度双网络抗菌生物水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种高强度双网络抗菌生物水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将改性的明胶与改性的组氨酸混合后，溶解在磷酸盐缓冲溶液中，得到预聚液，加入光引发剂，在紫外点光源下引发聚合，得到引入了咪唑基团的明胶水凝胶；（2）采用二价金属离子盐溶液浸泡引入了咪唑基团的明胶水凝胶，浸泡过程中，二价金属离子螯合咪唑活性位点；浸泡结束后，用无菌水洗涤，得到所述高强度双网络抗菌生物水凝胶。2.根据权利要求1所述的一种高强度双网络抗菌生物水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述改性的明胶是采用甲基丙烯酸酐进行改性得到的甲基丙烯酸酐明胶，改性反应过程中，明胶和甲基丙烯酸酐的质量之比为5:2~4，反应的时间为2~4h，反应的温度为40~60℃；改性结束后，通过透析分离产物，透析的时间为6~10天，透析的温度为40~60℃。3.根据权利要求1所述的一种高强度双网络抗菌生物水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述改性的组氨酸是采用丙烯酰氯进行改性得到的组氨酸，改性反应的全过程在氮气氛围中避光进行，反应溶剂为氢氧化钠碱性溶液；改性反应过程中，组氨酸与丙烯酰氯物质的量之比为5：4~6，反应的时间为30~60min，反应的温度为0~5℃；改性反应结束后，产...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁成云，何佳鹏，谭帼馨，周蕾，刘燕，于鹏，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44