实现光热转化和物质控释的生物质膜的制备及应用制造技术

本发明专利技术公开了实现光热转化和物质控释的生物质膜的制备及应用，本方案提出了在3D打印生物质材料制得的可编程设计膜结构复合具有光热转换功能的低维材料制得生物质膜的方案，通过采用3D打印技术制备编程设计的结构，进而可以更好地实现局部温度分布调控；通过光热转化的温度分布引起的相互作用能、凝胶膜微结构变化和溶凝胶转变调控生物质膜中活性分子的控制释放(即，3D打印制备的具有光热效应的凝胶膜体系，可以利用局部温度的变化改变功能活性分子与凝胶体系的结合能变化，实现活性分子的控释)，本方案具有制备工艺简单，操作便捷，绿色低碳，生物相容性好等优点，还具有可通过生物质材料构建、使用寿命长等优点，其具有广阔的应用前景。阔的应用前景。阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
实现光热转化和物质控释的生物质膜的制备及应用


[0001]本专利技术涉及材料技术和生物医疗
，尤其涉及实现光热转化和物质控释的生物质膜的制备及应用。

技术介绍

[0002]光热治疗是基于光热转化的原理将光能转化成热能，从而实现无创和可调控地热治疗。该策略在抗菌治疗、伤口愈合、局域热理疗、激光针灸等方面显示出巨大潜力，在生物医学领域引起广泛关注。优秀的光热治疗器件需要能够实现(1)根据患处实际情况的局域温度场调控，(2)在热治疗的同时实现活性物质的控制释放，(3)器件具有良好的生物相容性、表面粘附性和药物负载能力。
[0003]实现可编程设计的局域温度场调控的方法主要是制备具有特定结构的光热治疗器件。目前制备特定结构器件的方法，包括涂膜、喷印(专利号：CN202210820139.5)、局部注射、激光照射、3D打印(专利号：CN201911330117.5)等方法。通过涂膜方法加工的膜状器件的精度受到限制；局域注射方法容易造成药物逸出病灶区域外；激光照射等方法(通过激光雕刻热固性树脂，实现有效的热管理(https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107477)对于材料的适用范围有较大限制。相比于上述器件加工方法，3D打印方法具有结构制作精度高、可实现结构的编程化加工等优点。然而，当前用于3D打印的材料主要是石油基材料(专利号：CN202110447106.6),具有降解困难、生物相容性低等缺点。当前，亟需基于绿色低碳、可再生的生物质材料开发3D打印材料，以实现具有良好生物相容性、表面粘附性和药物负载能力的光热治疗器件。
[0004]实现热治疗过程中的活性物质控制释放，对于提高活性物质利用率、提高药物释放精度、延长药物作用时长具有重要意义。因此，有必要对光热治疗器件进行优化设计，通过设计和构建器件中组元分子与活性药物分子间的相互作用、器件微纳结构、器件溶胶—凝胶转变，实现对活性药物分子的有效负载并实现温度变化过程中活性药物分子的可控释放。
[0005]实现光热治疗器件的良好的生物相容性、表面粘附性和药物负载能力，需要对材料的组元进行优化。当前具有光热转化功能的低维材料(金纳米颗粒、石墨烯、二硫化钼、二硫化钨等)的细胞毒性和生物安全性限制了其应用。因此需要进一步开发和应用具有光热转化功能的低维材料，并探索低维材料在光热转化器件中的复合方法。此外，通过构建生物质的光热治疗器件的基体，有利于显著提高生物相容性；通过利用生物质材料广泛的官能团有利于提高器件的表面粘附性和对活性物质的负载能力。因此，构建一种能够实现光热转化和活性物质可控释放的低碳环保生物质3D打印膜仍然是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种制备简单、实施可靠且生物相容性好的实现光热转化和物质控释的生物质膜的制备及应用。
[0007]为了实现上述的技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0008]一种实现光热转化和物质控释的生物质膜，其为通过3D打印生物质材料制得的可编程设计的膜结构复合具有光热转换功能的低维材料制得，所述膜结构通过3D打印方式按预设形状、厚度进行高精度制备，以实现温度区域和/或温度分布的高精度控制。
[0009]作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述生物质膜在不同温度下可实现溶胶
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凝胶两种状态的转化，所述生物质膜在第一温度下为溶胶态，在第二温度下为凝胶态，且第一温度大于第二温度；优选的，所述生物质膜在70℃下为溶胶态，在25℃下为凝胶态。
[0010]作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述生物质膜通过离子交联、温度诱导的螺旋结构转变、氢键缔合作用、金属配位键、疏水相互作用中的一种或多种机理在不同温度下实现溶胶
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凝胶转化。
[0011]作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述生物质膜的物质控释为基于温度引起的相互作用能、凝胶膜微结构变化、溶胶
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凝胶转化中的一种或多种方式实现。
[0012]作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述生物质材料为魔芋葡甘聚糖(KGM)与田菁胶、黄蜀葵胶、刺云实胶(TG)、黄原胶、刺槐豆胶中的一种或多种物理交联形成。
[0013]作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述低维材料为黑磷纳米片、碳纳米管、石墨烯、金纳米颗粒、二氧化锰纳米粒子中的一种或多种混合。
[0014]作为一种举例，本方案溶胶—凝胶状态转化的生物质材料可以为将魔芋葡甘聚糖与刺云实胶进行物理交联，施加方法可以为：将制备好的混合溶胶放在60
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70℃的3D打印设备料筒中，于70℃喷嘴施加在所制备的负载有功能性分子的膜上，亦打印出预设图形，经冷却后形成凝胶，然后在40℃烘箱烘干20
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24h得到凝胶膜(即生物质膜)。
[0015]作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案所述生物质材料为魔芋葡甘聚糖与刺云实胶按1∶2的份数比物理交联形成；所述低维材料为黑磷纳米片和二氧化锰纳米粒子混合而成。
[0016]作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案所述膜结构还可以通过裁剪、印刷、涂膜方式制成。
[0017]基于上述，本专利技术还提供一种实现光热转化和物质控释的生物质膜的制备方法，其包括：将预设量的魔芋葡甘聚糖精粉和功能性药剂(或功能性物质)溶解至去离子水中且搅拌均匀，然后进行干燥处理制备获得负载有功能性药剂的魔芋葡甘聚糖膜，再将预设量含魔芋葡甘聚糖精粉的生物质材料溶解于去离子水中，并加入黑磷纳米片和二氧化锰纳米粒子混合制成复合溶胶，再将其施加于负载有功能性药剂的魔芋葡甘聚糖膜上，制得实现光热转化和物质控释的生物质膜。
[0018]作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案所述复合溶胶通过3D打印、裁剪、印刷、涂膜方式施加于负载有功能性药剂的魔芋葡甘聚糖膜上。
[0019]其中，通过3D打印生物质材料获得可编程设计的膜结构，再通过复合具有光热转化功能的低维材料制成生物质膜，其可实现局域温度场的调控和负载活性物质的释放。
[0020]另外，3D打印技术具体采用以下参数：室温腔室70℃；喷头温度60℃，喷嘴尺寸0.5寸，21G；层高0.3mm；丝径+丝间距0.8mm；打印速度10mm/s；挤出速度2.4mm。
[0021]作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案以表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)作为模拟药物分子，预期浓度为0.6mg/ml，所述生物质膜的制备方法具体包括：
[0022](1)将1.0g魔芋葡甘聚糖精粉和0.06g的表没食子儿茶素没食子酸酯精粉混合，然后加入到100mL去离子水中，在30℃环境下搅拌至溶解均匀，再均匀倒入平板中，并于40℃烘箱干燥20h，制得负载有表没食子儿茶素没食子酸酯的魔芋葡甘聚糖膜；
[0023](2)将1.3g魔芋葡甘聚糖精粉和0.7g刺云实胶精粉混合，然后加入到100mL去离子水中，在70℃环境下加热搅拌至溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现光热转化和物质控释的生物质膜，其特征在于，其为通过3D打印生物质材料制得的可编程设计的膜结构复合具有光热转换功能的低维材料制得。2.如权利要求1所述的实现光热转化和物质控释的生物质膜，其特征在于，所述膜结构通过3D打印方式按预设形状、厚度进行高精度制备，以实现温度区域和/或温度分布的高精度控制；所述生物质膜在不同温度下可实现溶胶
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凝胶两种状态的转化，所述生物质膜在第一温度下为溶胶态，在第二温度下为凝胶态，且第一温度大于第二温度。3.如权利要求2所述的实现光热转化和物质控释的生物质膜，其特征在于，所述生物质膜在70℃下为溶胶态，在25℃下为凝胶态。4.如权利要求1所述的实现光热转化和物质控释的生物质膜，其特征在于，所述生物质膜通过离子交联、温度诱导的螺旋结构转变、氢键缔合作用、金属配位键、疏水相互作用中的一种或多种机理在不同温度下实现溶胶
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凝胶转化；所述生物质膜的物质控释为基于温度引起的相互作用能、凝胶膜微结构变化、溶胶
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凝胶转化中的一种或多种方式实现。5.如权利要求1所述的实现光热转化和物质控释的生物质膜，其特征在于，所述生物质材料为魔芋葡甘聚糖与田菁胶、黄蜀葵胶、刺云实胶、黄原胶、刺槐豆胶中的一种或多种物理交联形成；所述低维材料为黑磷纳米片、碳纳米管、石墨烯、金纳米颗粒、二氧化锰纳米粒子中的一种或多种混合。6.如权利要求4所述的实现光热转化和物质控释的生物质膜，其特征在于，所述生物质材料为魔芋葡甘聚糖与刺云实胶按1∶2的份数比物理交联形成；所述低维材料为黑磷纳米片和二氧化锰纳米粒子混合而成。7.实现光热转化和物质控释的生物质膜的制备方法，其特征在于：其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴淑一，林婷，庞杰，陈婕，陈庆惠，
申请(专利权)人：福建农林大学，
类型：发明
国别省市：