基于共轭聚合物/螺旋聚异腈多肽复合仿生抗菌水凝胶伤口敷料的应用

本发明属于生物材料及医药领域，具体涉及基于共轭聚合物/螺旋聚异腈多肽复合仿生抗菌水凝胶伤口敷料的应用。

背景技术：

水凝胶是一种具有三维网络结构的新型功能高分子材料，拥有很高的含水量，在细胞三维培养和组织工程领域展现出巨大的应用前景。但是，由于水凝胶湿润的环境，在支持细胞生长的同时，也极其引起细菌感染，导致严重的后果。因此，设计、开发具有抗菌能力的仿生水凝胶在伤口敷料、医疗器械涂层以及组织工程等方向有着重要应用。

光动力疗法(pdt)已被广泛用于治疗各种微生物(病原菌)感染相关的疾病。pdt具有高选择性和微创性，利用特定的激发波长照射病灶部位能够选择性地激活光敏剂，被激发的光敏剂把其发光产出的能量传递并敏化周围环境的氧气，产成具有抗菌效力的活性氧(ros)。与传统的抗生素相比，pdt以精确性高、副作用小、微创性以及克服细菌耐药性等优点应用于科学研究和临床医学。共轭聚合物(cps)由多个共轭的重复单元组成，具有优良的光捕获性能和信号放大效应，被广泛作为光敏剂应用于生物医药领域。因此，设计、发展具有单线态氧产生能力的仿生抗菌水凝胶在伤口敷料的应用方面具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于共轭聚合物/螺旋聚异腈多肽复合仿生抗菌水凝胶的制备及其作为伤口敷料的应用。

本发明通过构建一种基于共轭聚合物/螺旋聚异腈多肽复合仿生抗菌水凝胶，其中共轭聚合物能够与螺旋聚异腈多肽特异性组装，并导致共轭聚合物的紫外吸收和荧光光谱发生显著红移，增强共轭聚合物的单线态氧产生效率，赋予共轭聚合物和螺旋聚异腈多肽复合仿生水凝胶的抗菌能力，并将其作为伤口敷料应用于生物医药领域。

本发明所提供的基于共轭聚合物/螺旋聚异腈多肽的复合仿生水凝胶，由共轭聚合物与螺旋聚异腈多肽特异性组装而成，

a)、所述共轭聚合物为如下式(i)所示的共轭聚合物：

其中，式(i)中n＝8～50，x＝1-12，y＝1-12；

具体地，n＝8-15；x＝3；y＝2；

或如下式(ⅱ)所示的共轭聚合物：

其中，式(ⅱ)中r1、r2各自独立地选自下述基团中的任意一种：-c7h15；

所述式(ⅱ)所示共轭聚合物中，具体地，

或如下式(ⅲ)所示的共轭聚合物：

式(ⅲ)中，r1、r2各自独立地选自下述基团中的任意一种：

-c7h15；

式(ⅲ)所示共轭聚合物中，具体地所述r2＝-c7h15。

b)、所述螺旋聚异腈多肽，其结构式如式(ⅳ)所示：

其中，式(ⅳ)中，n＝50～5000，x＝2-4；

具体地n＝200-2000；x＝3；更具体地，n＝272-1780，x＝3。

所述水凝胶中，式(i)、式(ⅱ)或式(ⅲ)所示的共轭聚合物与式(ⅳ)所示的螺旋聚异腈多肽的质量比可为：1：10–1:100，具体可为0.05mg：2.0mg。

上述基于共轭聚合物/螺旋聚异腈多肽的复合仿生水凝胶通过包括如下步骤的方法制备得到：

1)将所述共轭聚合物溶于缓冲溶液(溶液a)，使其浓度为5.0～100μm；

2)在低温条件下(0-10℃)，将螺旋聚异腈多肽溶于缓冲溶液(溶液b)，使其浓度为0-10.0mg/ml(端点0不可取)；

3)在低温条件下(0-10℃)，将溶液a缓慢滴入溶液b中，缓慢搅拌；

4)通过紫外分光光度计测定上述步骤3)样品的吸收光谱，当红移的两个新的吸收峰值不再增加时，停止加入溶液a，并在冰上孵育2-10分钟，使得所述共轭聚合物与所述螺旋聚异腈多肽发生组装，即得。

上述方法步骤4)中，溶液a中共轭聚合物与溶液b中螺旋聚异腈多肽的质量比可为：1:10–1:100，具体可为0.05mg：2.0mg。

本发明的另一目的是提供上述基于共轭聚合物/螺旋聚异腈多肽的复合仿生水凝胶作为伤口敷料的应用。

本发明还提供由上述基于共轭聚合物/螺旋聚异腈多肽的复合仿生水凝胶制备的伤口敷料的使用方法。

本发明所提供的伤口敷料的使用方法，为：将基于共轭聚合物/螺旋聚异腈多肽的复合仿生水凝胶涂布于伤口处，用红光光源照射，即可。

其中，所述红外光源为发射波长为300-1000nm的光源。

本发明的实质性特点为：基于螺旋聚异腈多肽，构建了一种调控共轭聚合物骨架构象的组装体系。在该体系中，螺旋聚异腈多肽作为模板与共轭聚合物结合，并将其刚性的结构传递与共轭聚合物，使得共轭聚合物骨架形成高度平面、有序的构象，从而导致共轭聚合物的紫外和荧光光谱均发生显著红移。通过改变螺旋聚异腈多肽的链长，能够进一步调控螺旋聚异腈多肽与共轭聚合物组装体中聚合物骨架的构象。此外，基于其组装体光谱红移的特点，增强了共轭聚合物在光照射下单线态氧的产生效率，从而赋予共轭聚合物和螺旋聚异腈多肽的复合仿生水凝胶的抗菌功能。

本发明的有益效果为：利用螺旋聚异腈多肽刚性的螺旋结构，共轭聚合物通过疏水和静电相互作用插入到螺旋聚异腈多肽的末端螺旋中，致使共轭聚合物骨架形成高度平面、有序的构象，使其紫外吸收发生红移。因此，与单独的共轭聚合物相比，在红外光的照射下，螺旋聚异腈多肽与共轭聚合物组装体能够产生更多的单线态氧，从而具有较高的抗菌活性。此外，螺旋聚异腈多肽与共轭聚合物复合仿生水凝胶仍然具有较好的凝胶性能，包括线性区域的温敏特性和非线性区域应力刚化特性，具有机械响应的仿生特点。因此，螺旋聚异腈多肽与共轭聚合物复合仿生抗菌水凝胶作为伤口敷料能够防止皮肤创伤的感染并促进伤口愈合。

附图说明

图1为本发明实施例1中螺旋聚异腈多肽和阳离子聚噻吩复合仿生水凝胶在光照和不光照条件下的抗菌效率。

图2为本发明实施例2不同条件下，nih3t3成纤维细胞在共轭聚合物/螺旋聚异腈多肽复合水凝胶里的增殖情况。

图3为本发明实施例3将螺旋聚异腈多肽和阳离子聚噻吩复合仿生抗菌水凝胶用于伤口敷料，防止创伤部位的感染，进而促进伤口愈合的效果图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例中所使用的阳离子聚噻吩具体为：所述n＝8-15；x＝3；y＝2。缩写为pmnt，其结构如式(ⅴ)所示：

式(ⅴ)化合物是按照包括下述步骤的方法制备得到的：

在反应瓶中依次加入20ml氯仿,无水三氯化铁(100mg,0.8mmol)，通半小时n2，然后滴加单体((3-(4′-甲基-3′-噻吩氧基)丙氧基三乙基溴化铵，商业购买)200mg,0.8mmol的氯仿溶液，在室温条件下反应48小时。减压除去氯仿，抽滤，甲醇洗涤3次，得到的固体用丙酮溶解，然后加入过量的氯化四丁基铵，生成红色沉淀。将沉淀过滤，滤饼再用甲醇溶解，加5-6滴水合肼，将fe³⁺脱保护，溶液旋干，得到的固体加少量氯化四丁基铵饱和丙酮溶液洗涤，用丙酮索氏提取6h，真空干燥，得到产物pmnt。

下述实施例中所使用的螺旋聚异腈多肽具体为：所述n＝200-2000；x＝3。缩写为pic,其结构如式(ⅵ)所示：

式(ⅵ)化合物是按照包括下述步骤的方法制备得到的：

在反应瓶中依次加入2ml四氢呋喃,100mg的pic单体(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙基-l-丙氨酰基-d-异氰基丙氨酸)，然后加入催化剂高氯化镍(2mg,0.8mmol)，在室温条件下反应72小时。反应产物用异丙醚洗涤3次，得到pic。不同n值的pic可通过催化剂高氯化镍与单体的比例制得，本发明此制备方法中制得的式(ⅵ)化合物的n为3000。

实施例1、螺旋聚异腈多肽和阳离子聚噻吩复合仿生抗菌水凝胶的抗菌活性研究。

(a)根据发明内容中所述的步骤制备螺旋聚异腈多肽和阳离子聚噻吩复合仿生抗菌水凝胶；

1)将共轭聚合物溶于缓冲溶液(溶液a)，使其浓度为20.0μm；

2)在低温条件下(4℃)，将螺旋聚异腈多肽溶于缓冲溶液(溶液b)，使其浓度为2.0mg/ml；

3)在低温条件下(4℃)，将溶液a缓慢滴入溶液b中，缓慢搅拌；

4)通过紫外分光光度计测定上述步骤3)样品的吸收光谱，当红移的两个新的吸收峰值不再增加时，停止加入溶液a，并在冰上孵育4分钟，得到螺旋聚异腈多肽和阳离子聚噻吩复合仿生抗菌水凝胶；

(b)取100μl螺旋聚异腈多肽和阳离子聚噻吩复合仿生抗菌水凝胶均匀涂布与lb固体培养基表面；

(c)接种10μl吸光度为0.6的大肠杆菌菌液，然后将一组样品光照20min，并放置培养箱培养24小时；

(d)统计光照组和不光照组的菌落个数。

图1为本发明实施例1螺旋聚异腈多肽和阳离子聚噻吩复合仿生抗菌水凝胶分别对大肠杆菌的抗菌活性分析。可以看出：光照条件下，pmnt/pic复合水凝胶有很好的抗菌效果。

实施例2、不同条件下，nih3t3成纤维细胞在共轭聚合物/螺旋聚异腈多肽复合水凝胶里的增殖情况。

(a)将nih3t3成纤维细胞按接种密度40000～80000/ml包裹于共轭聚合物/螺旋聚异腈多肽复合水凝胶(实施例1中制备)。

(b)加入dmem培养基，放置于培养箱培养。

(c)通过mtt方法分析不同条件下，nih3t3成纤维细胞在共轭聚合物/螺旋聚异腈多肽复合水凝胶里的增殖情况。

由图2可以看出，无论是在光照和不光照的条件下，共轭聚合物/螺旋聚异腈多肽复合水凝胶均不影响nih3t3成纤维细胞的增殖。

实施例3、将螺旋聚异腈多肽和阳离子聚噻吩复合仿生抗菌水凝胶用于伤口敷料，防止创伤部位的感染，进而促进伤口愈合。

(a)购买6只1个月大的成品小鼠；

(b)分别用95℃热水局部烫伤小鼠皮肤，烫伤面积为50mm²，随后分别用20μl金黄色葡萄球溶液(od600＝1.0)感染烫伤部位；

(c)分别取100μl实施例1所述步骤制备pmnt/pic复合水凝胶涂布于伤口处，随后用红光光源照射其中3只小鼠20min，另外3只不光照；

(d)用相机每天拍照记录每只小鼠伤口的愈合情况，记录时间为1-7天。

图3为本发明实施例3将螺旋聚异腈多肽和阳离子聚噻吩复合仿生抗菌水凝胶用于伤口敷料，上列照片为光照后小鼠伤口的恢复情况，下列照片为不光照小鼠伤口的恢复情况。

由图3可以看出：光照后小鼠伤口在第3、5和7天时的面积要明显小于不光照组，说明光照后小鼠的伤口愈合速度要快于不光照组。