一种智能响应的双层水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于生物材料技术领域，公开了一种智能响应的双层水凝胶及其制备方法和应用。本发明专利技术以丙烯酰胺、十八烷基甲基丙烯酸酯和羧甲基壳聚糖为原料，利用疏水缔合作用制备韧性水凝胶层；然后以改性透明质酸、N

【技术实现步骤摘要】
一种智能响应的双层水凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物材料
，具体涉及一种智能响应的双层水凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]医疗相关感染（HCAI）是指在医疗机构接受治疗后发生的感染。在发达国家，近7%的患者感染了HCAI，重症监护室的感染发生率超过50%。HCAI的主要类型包括血流感染、尿路感染、肺炎和手术部位感染。细菌感染被认为是世界上最主要的死亡原因之一，严重威胁着人类健康。并且耐药细菌的出现加剧了这种情况，并对细菌性传染病的医疗和预防成本产生重大影响。
[0003]人体皮肤具有精细的层次结构，具有复杂的力学和生物医学特性，在防止细菌入侵和维持人体新陈代谢方面起着重要作用。一旦皮肤被严重破坏，皮肤的综合屏障功能就会受到破坏，微生物就会侵入并引起组织感染，严重者会造成无法愈合的伤口，特别是手腕、脚踝、肘部、膝盖、颈后等脆弱的关节伤口。为了更好地恢复，皮肤伤口的治疗需要达到至少两个目标:1）止血和防止失血，2）预防感染、永久性损伤和功能丧失。目前，已有多种抗菌材料被开发出来以解决细菌感染问题。然而，传统的伤口敷料通常是纱布、绷带或海绵，仅具有形成物理屏障或吸收渗出物等单一功能，促进愈合的作用较弱。此外，这些敷料在使用过程中，纤维或碎片与伤口部位缠绕，引起炎症，甚至会导致再次损伤。理想的敷料既要能吸收创面渗出液，保持创面的高湿度，又要保护创面不受细菌感染，并具有易去除的特性。
[0004]此外，传统的细菌感染检测技术主要依靠提取培养、形态结构观察，荧光、生化分析以及免疫学和分子生物学方法。这些技术过程漫长，需要复杂的设备和专业的技术人员，不便于快速治疗细菌感染。而且即使确定了细菌感染，后续治疗也可能不会立即发挥作用。因此，提供一个集快速诊断和有效治疗于一体的细菌检测诊断策略具有重要意义。
[0005]近年来，一些新兴的水凝胶作为优秀的候选材料在伤口敷料中得到了广泛的应用，具有许多其他类型的伤口敷料所不能提供的优点。一方面，水凝胶一般含水量高，多孔结构，吸水性好，能吸收创面渗出物，保持创面环境湿润，不会破坏新的肉芽或上皮组织。而受皮肤启发的层次结构的水凝胶，可能在抗菌敷料方面有着巨大的潜力。另一方面，水凝胶作为伤口敷料，除了具有可调节的粘附性和可拉伸外，还应具有消灭细菌的能力。添加抗菌剂是一种有效的方法。然而，抗生素的滥用导致了多重耐药细菌，而金属离子和有机抗菌剂在治疗感染方面存在缺陷。对于含有光热疗法（PTT）剂的水凝胶，可以将光转化为局部加热，从而导致细菌蛋白质变性。与化疗相比，PTT具有广谱杀菌能力，不会导致耐药病原菌的形成，是一种无耐药、微创的过程。
[0006]因此，有必要研发一种在抗感染方面具有诊疗一体功能的智能响应水凝胶。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的问题和不足，本专利技术的目的在于提供一种智能响应的双层水凝胶及其制备方法和应用。
[0008]基于上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术第一方面提供了一种智能响应的双层水凝胶，包括层叠设置的韧性水凝胶层和粘性水凝胶层；所述韧性水凝胶层和粘性水凝胶层通过互锁网状结构和氢键连接；所述韧性水凝胶层和粘性水凝胶层均为乙烯基聚合物基水凝胶；其中，所述韧性水凝胶层含有羧甲基壳聚糖；所述粘性水凝胶层含有改性透明质酸、光热材料和温敏性材料。
[0009]优选地，所述羧甲基壳聚糖在韧性水凝胶层的质量分数为0.1%
‑
4%，优选0.1%
‑
1.6%。进一步地，所述羧甲基壳聚糖是一种环保型亲水性阴离子多糖，羧甲基壳聚糖链与聚丙烯酰胺之间形成紧密的氢键，限制增加了水凝胶的力学性能。
[0010]优选地，所述韧性水凝胶层主要由乙烯基亲水单体和乙烯基疏水单体共聚而成。
[0011]更加优选地，所述韧性水凝胶层中的乙烯基亲水单体为丙烯酰胺（AM）、N
‑
羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸（AA）或甲基丙烯酸（MAA）中的至少一种；所述韧性水凝胶层中的乙烯基亲水单体在韧性水凝胶层的质量分数为15%
‑
35%。进一步地，所述丙烯酰胺在韧性水凝胶层的质量分数为15%
‑
35%。
[0012]更加优选地，所述乙烯基疏水单体为十八烷基甲基丙烯酸酯（SMA）、甲基丙烯酸十六烷基酯（HMA）或十二烷基丙烯酸酯（LA）中的至少一种；所述乙烯基疏水单体在韧性水凝胶层的质量分数为0.15%
‑
0.8%。进一步地，所述十八烷基甲基丙烯酸酯在韧性水凝胶层的质量分数为0.15%
‑
0.8%。
[0013]优选地，所述改性透明质酸为透明质酸经多巴胺接枝改性而成；所述改性透明质酸的接枝率为10%
‑
40%；所述改性透明质酸在粘性水凝胶层的质量分数为0.2%
‑
1.2%，优选0.2%
‑
0.9%。进一步地，所述改性透明质酸中的儿茶酚基团可以与各种表面相互之间丰富的氢键和范德华力，以及与皮肤中的氨基或硫醇基团形成亚胺键等，这赋予水凝胶良好的粘附力。
[0014]进一步地，所述改性透明质酸的制备方法为：先将透明质酸（HA）溶解于水或缓冲液中得到质量分数为0.5％
‑
2％的HA溶液；然后将1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC
‑
HCl）、N
‑
羟基琥珀酰亚胺（NHS）加入HA溶液中搅拌至澄清，得到混合溶液；再在冰水浴、惰性气体保护条件下，将多巴胺盐酸盐加入混合溶液中后调节pH至5
‑
6，于0
‑
4℃下反应12
‑
16h，得到反应液；最后将反应液置于水中透析，经过滤、冷冻干燥后，得到改性透明质酸。其中，所述HA、EDC
‑
HCl、NHS、多巴胺盐酸盐四者质量比为1∶（0.2
‑
0.6）∶（0.1
‑
0.4）∶（0.2
‑
0.6）。
[0015]优选地，所述光热材料为聚(3,4
‑
亚乙二氧基噻吩)
‑
聚(苯乙烯磺酸)（PEDOT:PSS）；所述光热材料在粘性水凝胶层的质量分数为0.2%
‑
1.6%，优选0.2%
‑
0.7%。更加优选地，所述聚(3,4
‑
亚乙二氧基噻吩)
‑
聚(苯乙烯磺酸)在粘性水凝胶层的质量分数为0.2%
‑
1.6%。进一步地，所述光热材料与改性透明质酸、丙烯酰胺等形成氢键的相互作用，并且由于极化子和双极化子态的形成，具有优异的光热转换性能；由于在水凝胶网络中形成了导电通路，因此是水凝胶具有优异的导电性，可实现生物传感。
[0016]优选地，所述温敏性材料包括热缩温敏性材料。进一步地，所述热缩温敏性材料为乙烯基温敏性单体；所述乙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能响应的双层水凝胶，其特征在于，包括层叠设置的韧性水凝胶层和粘性水凝胶层；所述韧性水凝胶层和粘性水凝胶层通过互锁网状结构和氢键连接；所述韧性水凝胶层和粘性水凝胶层均为乙烯基聚合物基水凝胶；其中，所述韧性水凝胶层含有羧甲基壳聚糖；所述粘性水凝胶层含有改性透明质酸。2.根据权利要求1所述的智能响应的双层水凝胶，其特征在于，所述韧性水凝胶层主要由乙烯基亲水单体和乙烯基疏水单体共聚而成；所述改性透明质酸为透明质酸经多巴胺接枝改性而成；所述粘性水凝胶层还含有温敏性材料；所述温敏性材料包括热缩温敏性材料。3.根据权利要求2所述的智能响应的双层水凝胶，其特征在于，所述羧甲基壳聚糖在韧性水凝胶层的质量分数为0.1%
‑
4%；所述韧性水凝胶层中的乙烯基亲水单体为丙烯酰胺、N
‑
羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸或甲基丙烯酸中的至少一种；所述韧性水凝胶层中的乙烯基亲水单体在韧性水凝胶层的质量分数为15%
‑
35%；所述乙烯基疏水单体为十八烷基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸十六烷基酯或十二烷基丙烯酸酯中的至少一种；所述乙烯基疏水单体在韧性水凝胶层的质量分数为0.15%
‑
0.8%；所述改性透明质酸在粘性水凝胶层的质量分数为0.2%
‑
1.2%；所述粘性水凝胶层还含有光热材料；所述光热材料为聚(3,4
‑
亚乙二氧基噻吩)
‑
聚(苯乙烯磺酸)；所述热缩温敏性材料为乙烯基温敏性单体；所述粘性水凝胶层主要由乙烯基温敏性单体与乙烯基亲水单体和乙烯基交联单体共聚而成。4.根据权利要求3所述的智能响应的双层水凝胶，其特征在于，所述改性透明质酸的接枝率为10%
‑
40%；所述光热材料在粘性水凝胶层的质量分数为0.2%
‑
1.6%；所述乙烯基温敏性单体为N
‑
异丙基丙烯酰胺、N
‑
乙基丙烯酰胺、N,N
‑
二乙基丙烯酰胺或N
‑
正丙基丙烯酰胺中的至少一种；所述粘性水凝胶层中的乙烯基亲水单体为丙烯酰胺、丙烯酸、N
‑
羟甲基丙烯酰胺或甲基丙烯酸中的至少一种；所述粘性水凝胶层中的乙烯基温敏性单体与乙烯基亲水单体的质量比为10∶（0
‑
5）；所述乙烯基温敏性单体在粘性水凝胶层的质量分数为10%
‑
30%；所述乙烯基交联单体为N,N
’‑
亚甲基双（丙烯酰胺）、二(乙二醇)二丙烯酸酯或1,4
‑
丁二醇二丙烯酸酯中的至少一种；所述乙烯基交联单体在粘性水凝胶层的质量分数为0.02%
‑
0.08%。5.权利要求1
‑
4任一所述的智能响应的双层水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）制备韧性水凝胶层：将乙烯基亲水单体、乙烯基疏水单体、羧甲基壳聚糖、引发剂加入蠕虫状胶束溶液中搅拌均匀后得到韧性层前驱体溶液；将韧性层前驱体溶液加入反应器中于40
‑
60℃下进行反应，得到韧性水凝胶层；（2）制备粘性层前驱体溶液：先将改性透明质酸加入光热材料分散液中，得到混合液a；在惰气氛...

【专利技术属性】
技术研发人员：王向红，张晓阳，刘旭影，叶宗辉，刘文涛，陈金周，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：