[发明专利]一种多功能纳米酶原位水凝胶的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种多功能纳米酶原位水凝胶的制备方法及应用，本发明制备了锌掺杂碳点与抗坏血酸作为还原剂及稳定剂的具有拟氧化物酶活性的银纳米（AgNPs），通过化学硼酯键和氢键交联制备了AgNPs与微晶纤维素/单宁酸/聚乙烯醇（CNCs/TA/PVA）水凝胶，本发明制得的纳米酶抗菌水凝胶具有好的机械性能、粘附性能，好的生物相容性、抗菌性能及伤口愈合性能，这主要取决于水凝胶中化学硼酯键和氢键交联网络结构，同时保留了丰富的酚羟基，维持了酚醌的氧化还原动态平衡，为水凝胶提供了长期性和可重复性的黏附性，同时纳米酶的抗菌性能及清除自由基的性能，为伤口愈合提供了保障，该纳米酶抗菌水凝胶用于伤口愈合是安全、有效的。

技术领域

本发明涉及纳米材料抗菌技术领域，具体为一种多功能纳米酶原位水凝胶的制备方法及应用。

背景技术

由细菌引起的传染病一直是日益严重的健康问题之一，每年导致数以百万计的疾病和死亡。细菌感染导致的慢性皮肤缺损严重影响生活质量，甚至威胁人们的生活，常规抗生素治疗由于抗生素误用而出现抗菌耐药性，疗效越来越差。伤口愈合是一个复杂的过程，需要具有多功能特性的伤口敷料，包括组织粘附以保持伤口湿润，快速自愈以保持原形，超塑性以快速适应多种伤口形状。具有网络结构的水凝胶可以保留水分，保持伤口湿润，阻止细菌入侵。特别是形状适应型水凝胶可以填充整个不规则创面的空洞，保证其以最大的效率实现其功能。为此，具有抗菌和抗氧化性能的水凝胶伤口敷料是非常理想的。

然而，目前的伤口敷料材料在研究和临床应用过程中已经显现出其缺点，如抗菌能力差、缺乏抗炎性能、机械强度不理想、对体液染色表面粘附能力弱，同时，生物利用度较差限制了其实际应用。近年来，活性氧（reactive oxygen species，ROS）是包括H₂O₂、超氧自由基（O₂^•-）和羟基自由基（·OH）在内的小分子反应的统称，被证明是抗耐药菌的有效替代品。通常，具有拟过氧化物酶（POD）或氧化酶（OXD）活性的纳米酶能特异性地催化H₂O₂或O₂转化为高毒性的ROS。

聚乙烯醇（PVA）水凝胶由于其优良的组织粘弹性和生物相容性，被广泛应用于组织工程等生物医学领域。然而，它们较差的力学性能极大地限制了它们的应用。微晶纤维素（CNCs）来源于天然材料，由于其较高的纤维素含量和较高的结晶度，已被报道作为交联剂来改善水凝胶的力学性能，但对提高水凝胶强度贡献不大，可能归因于其物理相互作用较弱，如CNCs与聚合物之间的氢键作用。为了建立多羟基聚合物之间的强氢键作用，利用天然多酚类化合物单宁酸（TA）与邻苯二酚、邻苯三酚等多官能团形成强氢键，增强PVA水凝胶的力学性能。

发明内容

本发明提供了一种多功能纳米酶原位水凝胶的制备方法及应用，该方法利用了纳米酶的催化性、抗菌性，通过化学硼酯键和氢键交联制备了多功能纳米酶原位水凝胶，用于伤口创面愈合。

本发明制备了锌掺杂碳点与抗坏血酸作为还原剂及稳定剂的具有拟氧化物酶（OXD）活性的银纳米（AgNPs），通过化学硼酯键和氢键交联制备了AgNPs与微晶纤维素/单宁酸/聚乙烯醇（CNCs/TA/PVA）水凝胶，该水凝胶通过CNCs、TA和PVA分子骨架中的羟基(-OH)与硼砂水解的B (OH)₄^-反应，形成硼酸酯键和氢键，能够发生动态的缔合和解缔，从而赋予水凝胶优异的自修复能力。同时利用AgNPs具有的内在OXD纳米酶活性，维持TA酚醌的动态氧化还原平衡，为水凝胶提供了长期性和可重复性的黏附性，类似于贻贝的黏附性。酚羟基还提供了纳米酶在水凝胶网络中均匀分布，从而提高了其力学性能，此外，纳米酶通过OXD类催化反应产生的活性氧与AgNPs的固有杀菌活性协同作用赋予水凝胶抗菌活性。该多功能水凝胶形成网络结构具有黏附性、自修复性和形状适应性，作为伤口敷料，在防止感染的同时加速组织再生，可填充不规则创面的空洞，促进纳米酶发挥最大效能。

本发明多功能纳米酶原位水凝胶的制备如下：