一种ROS驱动半球状水凝胶微马达及其制备方法与应用与流程

本发明属于生物材料，具体涉及一种ros驱动半球状水凝胶微马达及其制备方法，以及该种微球可以应用于靶向性药物输送、炎症性肠炎疾病治疗等领域。

背景技术：

1、炎症性肠病（ibd）是一种免疫介导的慢性肠道炎症疾病，以慢性复发性为主要特征，易导致肠道菌群失调、肠道黏膜屏障损伤、免疫功能受损，甚至导致结肠癌疾病。近些年，随着生存环境日益变差和人类不健康的生活习惯，ibd的发病率持续上升。研究表明，胃肠道粘膜及浸润性免疫细胞产生的活性氧（ros）会造成严重的炎症反应，并加剧ibd进程。目前临床上治疗ibd的方法主要通过口服抗炎药和益生菌等方式调节肠粘膜免疫反应，然而口服药物的治疗效果差强人意，极易导致全身性毒副作用。微载体递送平台的出现为以上问题提供了可能的解决方案，其可以通过将治疗性药物担载到微球中并在肠道系统中释放而实现增强治疗效果的目的。相比于口服递送体系，微载体的使用可以显著提高药物在体内的滞留时间，进而实现药物的长效释放。虽然水凝胶微载体的研究已经取得了很大的进展，然而其仍然具有靶向性差和推动力不足等问题，进而导致其治疗效果有限。因此，开发一种具有特殊微结构和生物学功能的新型水凝胶微载体作为肠道药物载体用于ibd的治疗已迫在眉睫。

2、微马达是一种能够将外界能量转化为机械运动的装置，受天然微生物运动启发，研究人员已经开发了多种具有不同形貌和运动行为的微马达系统。在众多微马达系统中，其形貌主要以对称结构为主，而其运动行为由不均匀震荡触发。由于微马达具有体积小、自推动和易于制备等特点，目前已广泛应用于药物输送、微创手术、以及生物靶点分选等。尽管微马达的研究已取得了许多进展，但是粘附位点数目有限而导致滞留效率较低的问题仍然是微马达体系在体内应用面临的主要障碍。微马达的运动机制是其制备过程中需要思考的另一个重点问题。为了满足ibd的治疗需求，研究人员已经设计了通过不同运动机制驱动的微马达体系，包括化学、超声、磁或电等。由于活性氧在炎症性肠道部位的过量积累，其已经成为治疗ibd疾病的潜在靶点。然而目前很少有微马达体系将肠道部位积累的过量ros作为燃料来驱动自身运动，且通过设计某种形貌来增加粘附性和提高药物递送效率的微马达体系也少有报道。

技术实现思路

1、发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种制备方法简单，结构均匀，重复性好的ros驱动半球状水凝胶微马达。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种ros驱动半球状水凝胶微马达的制备方法，包括如下步骤：

4、（1）功能化葡聚糖混合溶液配制：

5、将苯甲醛修饰的葡聚糖聚合物、氰基乙酸酯修饰的葡聚糖聚合物、氧化石墨烯分散液混合分散均匀，得到功能化葡聚糖混合溶液；

6、（2）半球状水凝胶微球的制备步骤：

7、组建单通道毛细管微流控芯片，将其分别连接注射泵和高压电源，随后将步骤（1）功能化葡聚糖混合溶液通过微流控芯片注入组氨酸溶液中，制备得到半球状水凝胶微球；

8、（3）ros驱动半球状水凝胶微马达的制备：

9、将步骤（2）中获得的半球状水凝胶微球平铺在平面上，通过高真空离子溅射仪在其表面均匀喷涂金属铂，随后将获得的水凝胶微球的下表面置于多巴胺溶液中浸泡，最后烘干即得。

10、进一步地，步骤（1）中，所述的苯甲醛修饰的葡聚糖聚合物具有如式i所示的结构：

11、式i；

12、其中，x为聚合度，10≤x≤500。

13、进一步地，步骤（1）中，所述的氰基乙酸酯修饰的葡聚糖聚合物具有如式ii所示的结构：

14、式ii；

15、其中，y为聚合度，10≤y≤500。

16、进一步地，所述的功能化葡聚糖混合溶液中，苯甲醛修饰的葡聚糖聚合物的质量体积浓度为5% ~ 30%，氰基乙酸酯修饰的葡聚糖聚合物的质量体积浓度为5% ~ 30%，氧化石墨烯的浓度为4 mg/ml ~ 10 mg/ml。使用溶剂为水、生理盐水或pbs缓冲溶液。

17、进一步地，步骤（2）中，所述的组氨酸溶液的质量浓度为5% ~ 20%，温度控制在4 ~37 ℃。

18、进一步地，步骤（2）中，所述的功能化葡聚糖混合溶液泵入的流速为3 ml/h ~ 8ml/h，高压电源的电压为3 kv ~ 10 kv，毛细管微流控芯片的喷头距离组氨酸溶液的距离为3 cm ~ 10 cm。通过改变电压、芯片装置与组氨酸溶液之间的距离以及go混合溶液的流速等参数，可以制备出具有不同半径大小的水凝胶微球。

19、进一步地，步骤（2）中，所得到的半球状水凝胶微球的半径为100 mm ~ 1000 mm。

20、进一步地，步骤（3）中，喷涂金属铂的时间为10 s ~ 60 s，浸泡在多巴胺溶液中的时间为1 h ~ 12 h，所述多巴胺溶液的质量体积浓度为5% ~ 30%。

21、进一步地，采用上述制备方法所制备得到的ros驱动半球状水凝胶微马达也在本发明的保护范围之内。

22、更进一步地，本发明还要求保护上述ros驱动半球状水凝胶微马达在用于靶向性药物输送中的应用。例如炎症性肠炎疾病治疗等多方面，将生物活性药物分子如地塞米松或者蛋白药物等包埋在微球的孔洞结构中，实现ros微环境触发的靶向运动、药物递送以及组织粘附等。

23、有益效果

24、（1）本发明通过微流控电喷技术构建了一种半球状水凝胶微马达，且其上表面和底盘分别修饰了金属pt和多巴胺。一旦暴露在ros环境中，其上表面的金属pt将催化h2o2不断产生o2，产生的气泡能够进一步推动微载体自身产生运动，且其运动行为与ros的浓度呈正相关。由于微载体底部修饰有多巴胺，其对组织具有很好的粘附能力。进一步，微载体的多孔结构赋予其优异的载药和释放能力。基于这些优点，构建的微马达能够实现在ros环境中的自主运动，且其底盘可以紧紧粘附于肠壁进而增强其药物释放能力，且该过程亦可缓解氧化应激反应，并延长微马达在体内的滞留时间。因此，当将其用于治疗ibd，该负载地塞米松的半球状水凝胶微马达可以明显改善肠道内的氧化应激环境，减小炎症反应，并进一步缓解肠炎症状。因此，该半球状微马达药物载体具有广阔的临床应用前景。

25、（2）本发明中所制备的半球状水凝胶微球的结构具有明显的形貌各向异性，其上表面和底盘平面均可以涂覆不同的功能化材料而实现功能的多样化以及不同模式的运动，其制备方法简单，成型性好，操作方便，且价格低廉。制备的ros响应半球状水凝胶微球微马达可用于动物结肠内给药，可用于炎症性肠炎疾病治疗等疾病。

1.一种ros驱动半球状水凝胶微马达的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述ros驱动半球状水凝胶微马达的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的苯甲醛修饰的葡聚糖聚合物具有如式i所示的结构：

3.根据权利要求1所述ros驱动半球状水凝胶微马达的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的氰基乙酸酯修饰的葡聚糖聚合物具有如式ii所示的结构：

4.根据权利要求1所述ros驱动半球状水凝胶微马达的制备方法，其特征在于，所述的功能化葡聚糖混合溶液中，苯甲醛修饰的葡聚糖聚合物的质量体积浓度为5% ~ 30%，氰基乙酸酯修饰的葡聚糖聚合物的质量体积浓度为5% ~ 30%，氧化石墨烯的浓度为4 mg/ml ~10 mg/ml。

5.根据权利要求1所述ros驱动半球状水凝胶微马达的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的组氨酸溶液的质量浓度为5% ~ 20%，温度控制在4 ~ 37 ℃。

6.根据权利要求1所述ros驱动半球状水凝胶微马达的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的功能化葡聚糖混合溶液泵入的流速为3 ml/h ~ 8 ml/h，高压电源的电压为3 kv~ 10 kv，毛细管微流控芯片的喷头距离组氨酸溶液的距离为3 cm ~ 10 cm。

7.根据权利要求1所述ros驱动半球状水凝胶微马达的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所得到的半球状水凝胶微球的半径为100 mm ~ 1000 mm。

8.根据权利要求1所述ros驱动半球状水凝胶微马达的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，喷涂金属铂的时间为10 s ~ 60 s，浸泡在多巴胺溶液中的时间为1 h ~ 12 h，所述多巴胺溶液的质量体积浓度为5% ~ 30%。

9.权利要求1~8中任意一项所述的制备方法所制备得到的ros驱动半球状水凝胶微马达。

10.权利要求9所述的ros驱动半球状水凝胶微马达在用于靶向性药物输送中的应用。