自愈合导电水凝胶的制备方法及应用

本发明涉及生物医药领域，具体是一种无需添加药物的抗菌导电水凝胶敷料。

背景技术：

1、水凝胶敷料是一种具有三维网络结构的水分散体系，因其良好的生物相容性和可调节的物理化学性质，被广泛应用于生物医药领域。然而，传统的水凝胶敷料往往需要添加抗生素等药物以实现抗菌效果，这不仅增加了成本，还可能引起抗药性和过敏反应。而且，在动物体外实验重需要频繁揭开伤口敷料判断伤口愈合情况。因此，开发一种无需添加药物且无创监测伤口处肌肉信号的抗菌导电水凝胶敷料具有重要的临床意义。

2、抗菌水凝胶主要来源于负载抗菌物质的水凝胶。在载药水凝胶方面，赵等人将益母草碱负载于壳聚糖/甘油磷酸钠/海藻酸钠内，制备成载药抗炎水凝胶，该水凝胶具有抗炎与促成骨作用。(赵增波,李晨曦,窦晨雷,等.壳聚糖/甘油磷酸钠/海藻酸钠/益母草碱水凝胶的抗炎与促成骨作用[j].中国组织工程研究,2025,29(04):678-685.)。硕士学位论文通过载药的聚多巴胺纳米粒子,赋予了paa基水凝胶优异的抗菌性能,体外抑菌实验表明水凝胶对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌都具有优异的抗菌效果。但是其力学性能较差。(康文基.功能型载药水凝胶的制备及其性能研究[d].湖南工业大学,2023.)发明专利构筑了三维氧化石墨烯电场敏感载药系统及三维氧化石墨烯电场敏感载药壳聚糖基水凝胶。通过对外加电场的调节,辅以经皮给药的方式,消除药物的首过效应、减少副作用、提高患者的顺应性及扩大药物应用范围,从而达到可控且持续地释放药物。(李丽,陈安琪,董萌,等.三维氧化石墨烯电场敏感载药系统及三维氧化石墨烯电场敏感载药水凝胶[p].辽宁省:cn202210998360.x,2024-05-31。)发明专利利用细菌纤维素天然的纳米三维网络结构,在其骨架中引入聚n-异丙基丙烯酰胺网络,制备出机械性能更优的互穿双网络水凝胶,并以此为载体负载生物抗菌剂,从而获得具有高效保湿抗菌功能的载酶细菌纤维素基复合抗菌水凝胶敷料。(邵梅玲,史展,孙家书,等.载酶细菌纤维素基复合抗菌水凝胶敷料及其制备方法[p].河南省:cn201910910376.9,2021-09-24.)

3、细菌纤维素具有增强水凝胶的抗菌性能，发明专利通过分子反溶剂诱导的共组装技术制备细菌纤维素(bc)与重组iii型人源化胶原蛋白(rhc)的复合水凝胶,实现了bc与rhc的高效结合,并利用静电吸附作用负载聚赖氨酸(epl),制备出bc-rhc-epl复合水凝胶。制备出的bc-rhc-epl复合水凝胶具有良好的吸水性,可以吸收伤口渗出液,柔软且有一定的机械性能,可保护伤口。具有优异的广谱抗菌特性、良好的生物相容性、促进成纤维细胞的增殖迁移以及促进血管生成等作用,能有效地促进糖尿病伤口的愈合。(张建军,王婷婷.一种抗菌复合水凝胶及其应用[p].北京市:cn202410296071.4,2024-06-04.)发明专利在细菌纤维素水凝胶膜的三维多孔网络结构中附着氧化亚铜颗粒；该抗菌敷料是通过将含有葡萄糖溶液的细菌纤维素水凝胶膜浸泡在naoh水溶液和铜离子水溶液的混合溶液中,加热加压反应得到的。细菌纤维素复合氧化亚铜抗菌敷料不仅具备优异的抗菌性能,而且具有含水率高、透气性好、降解性好和无细胞毒性等优点,能够很好的满足湿法治疗各种创伤的要求。(陈仕艳,王蕾,李喆,等.一种细菌纤维素复合氧化亚铜抗菌敷料及其制备方法[p].上海市:cn201510729099.3,2018-10-23.)发明专利将细菌纤维素水凝胶膜在银金属前躯体溶液中浸泡,然后在高压灭菌锅中加热至121～135℃并加压0.205～0.313mpa,静置处理5～30min,再将处理后的细菌纤维素取出洗涤、部分脱水、包装、灭菌,即得到由银金属纳米颗粒与细菌纤维素复合而成的细菌纤维素三维多孔网络结构中附着0.01～10wt％的银金属纳米颗粒的载银细菌纤维素水凝胶抗菌敷料。得到的载银细菌纤维素水凝胶抗菌敷料具有抗菌性能好、含水率高、保水性好、韧性强、透气性好等特点,能满足湿法治疗各种创伤的要求。(钟春燕,李喆,陈仕艳,等.载银细菌纤维素水凝胶抗菌敷料制备方法及其制品[p].上海市:cn200910200346.5,2012-07-18.)上述文献表明细菌纤维素大多数用于载药水凝胶敷料。

4、单宁酸是一种多酚类化合物，广泛存在于植物中，具有黏附性与抗菌性。它可以通过多种机制对微生物产生抑制作用，包括：与蛋白质结合：单宁酸可以与细菌细胞壁上的蛋白质结合，导致蛋白质变性和细胞壁损伤，从而抑制细菌的生长和繁殖。干扰细胞代谢：单宁酸能够干扰微生物的代谢途径，影响其能量产生和细胞功能。发明专利通过将聚磷腈依次与单宁酸和聚乙烯醇溶液反应得到聚磷腈基水凝胶伤口敷料。所获得的ppba-ta-pva水凝胶可在4h内有效抑制大肠杆菌的生长，具有良好的抗炎、抗菌及ros响应性能,通过降低促炎细胞因子(il-6、il-1β),能够有效缩短糖尿病伤口炎症阶段,加速伤口愈合,在生物医用材料领域具有广泛的应用前景(俞豪杰,倪志鹏,王立.具有抗炎、抗菌及ros响应性能的单宁酸偶联的聚磷腈基水凝胶伤口敷料及其制备方法[p].浙江省:cn202211013349.x,2023-06-13.)。同时，单宁酸的多酚结构上含有多个羟基(-oh)基团。这些羟基能够与多种物质发生氢键作用，从而产生黏附性。发明专利提供了一种组织粘附性水凝胶,由含有烯基和邻苯二酚基团的改性羧甲基壳聚糖、含有醛基和二羟硼基苯基的改性海藻酸或其盐、溶剂和/或单宁酸交联而成。该水凝胶机械性能和生物相容性好,且具有优异的组织粘附性、抗菌性和止血性能,作为医用组织粘合剂、创伤敷料,可以快速闭合伤口,实现止血、抑菌、促进伤口愈合的功效。(解慧琪,邹晨宇,雷雄心.一种组织粘附性水凝胶及其用途[p].四川省:cn202111256906.6,2022-10-14.)

5、pedot:pss导电填料是一种具有生物相容性和高电导率的导电聚合物分散液。发明专利通过去细胞基质水凝胶和pedot:pss各自的物理交联制备得到一种复合导电水凝胶。该复合导电水凝胶具有极高的电子传输效率和机械强度,可以较好还原细胞生长的微环境,具有优秀的生物相容性,能促进组织再生,且具有很好的流动性和可注射性,使用时不受形状和尺寸限制,凝胶化后与组织能够很好粘附,不需要额外的手术缝合；还可以通过调节pedot:pss的加入量来调节水凝胶的电导率,并通过外加微弱电流来实现为细胞提供电刺激,可以有效促进细胞增殖、迁移及功能化。(白莹,王赛兰,饶子龙,等.一种可注射生物活性复合导电水凝胶及其制备方法与应用[p].广东省:cn202210165842.7,2022-05-17.)

6、上述文献概述了细菌纤维素(bc)、单宁酸(ta)、和导电聚合物pedot:pss抗菌水凝胶敷料方面的应用前景，但是目前尚无研究对bc/ta/pedot:pss水凝胶做出系统制备与机理分析。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：提供了一种无需添加药物的抗菌导电水凝胶敷料，其具有优良的抗菌性能和导电性能，能够有效促进细胞增殖、提高伤口愈合效率，降低感染风险。

2、本发明的技术方案是：一种自愈合导电水凝胶的在制备抗菌药剂中的应用。

3、一种自愈合导电水凝胶的在生物耦合剂中的应用

4、所述的一种自愈合导电水凝胶的制备方法，(1)将聚乙烯醇与在离子水中溶解，并用水浴加热直至完全溶解；丙烯酸和单宁酸溶解在去离子水中；(2)将引发剂过硫酸铵添加至上述溶液中，搅拌至混合均匀；(3)将细菌纤维素(bc)与导电聚合物分散液(pedot:pss)混合搅拌均匀，倒入上述溶液中，加入少量交联剂n’,n’-亚甲基双丙烯酰胺；(4)将上述溶液全部搅拌均匀后倒入模具中，密封模具，热聚合，得到自愈合导电水凝胶。

5、具体包含以下步骤：(1)将聚乙烯醇(pva)按一定比例与在离子水中溶解(10体积百分比，pva与丙烯酸的重量比为2-5克pva对应1克丙烯酸)，并用90℃水浴加热直至完全溶解；0.07摩尔的丙烯酸(aa)和0.3毫摩尔单宁酸(ta)溶解在去离子水中；

6、(2)将引发剂过硫酸铵(aps)0.12-1.0mol/l添加至上述溶液中，搅拌至混合均匀；

7、(3)将细菌纤维素(bc)与导电聚合物分散液(pedot:pss)按一定比例混合搅拌均匀，其中，其中固体含量为1重量百分比，且bc分散液与丙烯酸的重量比为1克bc分散液对应1克丙烯酸；导电聚合物分散液(pedot:pss)中固体含量为0.8至1.3重量百分比，且pedot:pss与丙烯酸的重量比为1：1；倒入上述溶液中，加入少量交联剂n’,n’-亚甲基双丙烯酰胺(mba)，其用量为5-20毫克；

8、(4)将上述溶液全部搅拌均匀后在70-80℃下热聚合4h以上，得到抗菌导电水凝胶敷料。

9、本发明的有益效果：本技术的无需添加药物的抗菌导电水凝胶敷料具有以下优点：

10、1.无需添加抗生素等药物，降低了成本和抗药性风险；

11、2.具有优良的抗菌性能，能够有效降低感染风险；

12、3.导电性能优良，能够促进细胞生长和伤口愈合(导电性可以促进新生细胞间信号交流，提高愈合速率。同时，良好的导电性可以提高信号传输能力。)，无需揭开敷料即可实时监测伤口电信号，避免二次伤害；

13、4.具有良好的生物相容性和降解性，对伤口无刺激，易于使用。

14、本发明的优势在于无需额外添加抗菌药物，此外，pedot:pss的电导率可为细胞间的电信号交流提供传导，单宁酸的多酚羟基结构赋予了水凝胶良好的黏附性和自愈合性，使其能够直接应用于伤口，减少细菌感染，并促进伤口愈合，无需依赖胶带固定。

15、本文通过聚乙烯醇(pva)调节凝胶柔性，通过aa发生自由基聚合成paa，一步合成具有无需添加药物的抗菌导电水凝胶敷料bc/pva/paa/ta/pedot:pss，该水凝胶不仅能够作为伤口敷料，内部的导电成分向内可以促进细胞增殖，向外可以使得敷料兼具传感功能，无需剥离组织即可监测心电信号(ecg)；也无需揭开伤口敷料即可监测伤口处肌肉电信号(emg),并通过电生理信号的大小判断伤口处肌肉的恢复情况。通过各项生物实验验证了上述方案可行性。