[发明专利]一种兼具细菌原位检测及光响应性抗菌的水凝胶敷料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种兼具细菌原位检测及光响应性抗菌的水凝胶敷料及其制备方法和应用。本发明以羧甲基壳聚糖和氧化海藻酸钠为原料，并负载荧光底物4‑甲基伞型酮‑β‑D‑葡糖苷酸和抗菌剂UCNPs@TiO₂纳米颗粒，通过希夫碱反应形成水凝胶敷料。当伤口处存在细菌时，该水凝胶敷料能在紫外光激发下发射出蓝色荧光，可通过肉眼观测或者智能手机识别并判断感染程度，实现伤口处细菌的原位、快速检测。同时，该水凝胶敷料在近红外光照射下具有优异的光动力抗菌性能，短时间内产生大量ROS杀灭细菌，实现光控抗菌功能。此外，该水凝胶敷料具有良好的生物相容性能够促进伤口愈合。本发明在伤口致病菌的原位检测、预防感染以及按需治疗方面具有重要应用价值。

技术领域

本发明属于生物医学工程领域，具体涉及一种兼具细菌原位检测及光响应性抗菌的水凝胶敷料及其制备方法和应用。

背景技术

伤口细菌感染容易引发败血症、毒血症，甚至可能危及生命。传统的伤口细菌感染检测方法主要包括组织活检、刮除术和伤口拭子等，均存在疼痛、侵入性操作等主要缺点。同时，这些方法均需要较长的样本分析时间，从而容易导致感染加重或者治疗延迟等情况。虽然基于PCR和GC-MS等技术的新型细菌检测手段有效缩短了检测时间且具有很高的准确性，但仍然需要数小时来进行样品处理和检测，且需去除伤口敷料后再进行采样。而频繁更换敷料，可能导致对伤口床的继发性创伤、增加的疼痛和患者护理的额外费用。此外，PCR和GC-MS检测法都需要昂贵的仪器和专业的操作人员。因此，如何快速、及时且方便的检测出伤口细菌，是避免伤口感染发生和恶化以及指导临床用药的关键。

通过集成柔性电子传感器构建智能敷料用于伤口感染原位检测和促进伤口愈合是当前生物医学工程领域的前沿研究。这类智能敷料主要以伤口pH值或温度变化作为感染检测指标。然而，可检出的pH值或者温度变化通常发生在感染形成之后，且伤口pH变化受多种因素影响，因此难以通过pH数值大小准确评估感染情况。此外，温度变化难以避免受外界环境因素的干扰。因此。开发出具有无创、无干扰、可靠且适用于感染早期检测的智能敷料是生物医学工程和临床医学领域的挑战。

在伤口感染治疗中，主要采用抗生素或者负载抗生素的抗菌敷料处理伤口。但是，过量使用的抗生素对人体的副作用不容忽视。同时，感染形成的生物膜能够抵抗抗生素的抑菌作用。其次，缺乏可控和触发释放的方式，导致抗菌敷料在伤口没有细菌的情况下也会持续释放杀菌剂，从而产生细胞毒性、增加成本并延迟伤口愈合，甚至引发耐药菌株的出现。智能敷料的应用除了能够实现创面信息的实时获取，更为突出的临床意义在于能够按需发挥抗菌性能。在不涉及药物或抗菌剂的情况下，具有由外部刺激触发的快速和优异抗菌活性的智能敷料已成为抗生素的替代品，在创面治疗的临床实践中为临床医师提供更加积极有效的指导。因此，开发一种能在伤口同时实现原位细菌检测和抑制细菌的智能敷料具有重要应用价值和社会意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种兼具细菌原位检测及光响应性抗菌的水凝胶敷料及其制备方法和应用。所述水凝胶敷料由水凝胶基质、4-甲基伞型酮-beta-D-葡糖苷酸和光敏抗菌剂UCNPs@TiO₂组成，其中，水凝胶基质以壳聚糖和海藻酸钠为原料，分别经羧甲基化和氧化反应后制得羧甲基壳聚糖和氧化海藻酸钠。该水凝胶敷料的4-甲基伞型酮-beta-D-葡糖苷酸能被细菌分泌的特殊酶β-GUS水解，生成4-甲基伞形酮，其中的羟基解离后在紫外光区域激发下产生蓝色荧光，因此可实现伤口创面细菌的可视化检测。此外，水凝胶敷料中UCNPs@TiO₂纳米颗粒在近红外光照射下，生成活性氧(ROS)杀灭细菌，实现复合水凝胶的原位检测与光响应性抗菌功能。

一种兼具细菌原位检测及光响应性抗菌的水凝胶敷料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)以浓度为1～6wt％的羧甲基壳聚糖溶液为水凝胶前体溶液1；向浓度为1～10wt％的氧化海藻酸钠溶液中加入4-甲基伞型酮-beta-D-葡糖苷酸和UCNPs@TiO₂纳米颗粒，得到水凝胶前体溶液2；