复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶及其制备方法和应用与流程

本发明涉及生物医用材料技术领域，特别是涉及一种复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

皮肤是人体最大的器官，由于皮肤大面积裸露于外部环境，其很容易受到损伤。传统的皮肤伤口敷料有纱布、绷带等，但都具有一定的局限性，不能加速伤口愈合，完全满足慢性伤口愈合的需要，同时还会与伤口分泌物粘连，容易在换药时造成二次损伤。而近年发展的多种水凝胶敷料类产品，具备优异的软湿特性及生物相容相似性，可以一定程度地改善创面伤口的愈合、修复皮肤，但大部分产品的组织粘合性和抗菌性能差。例如，一些低组织粘合性的水凝胶产品，在涂敷初期能够填充不规则的创面伤口，但是由于其机械性能差，粘附力弱，在外力作用下容易流走，不利于伤口愈合。而传统上通过加入抗生素、抗菌肽或含纳米ag等抗菌药物以增强水凝胶产品抗菌性能的方法，又往往伴随着一定的毒副作用。

因此，开发出一种具有良好的黏附性、抗菌性和生物相容性的水凝胶敷料类产品具有重要意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶及其制备方法和应用，该复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶具有良好的黏附性、抗菌性和生物相容性。所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶可以自粘附于皮肤创伤表面，有利于促进皮肤再生，伤口修复。

第一方面，本发明提供了一种复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶，包括以下重量百分比的组分：pdlla-peg-pdlla(外消旋聚乳酸-聚乙二醇-外消旋聚乳酸，plel)三嵌段聚合物25-40％、多巴胺改性的季铵化壳聚糖1-1.25％、生物玻璃1-5％，以及余量去离子水。

可选地，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶中，所述pdlla-peg-pdlla三嵌段聚合物的重量百分比为30-40％。

可选地，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶中，所述pdlla-peg-pdlla三嵌段聚合物的重量百分比为25-35％。

可选地，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶中，所述pdlla-peg-pdlla三嵌段聚合物的重量百分比为30-40％。

可选地，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶中，所述pdlla-peg-pdlla三嵌段聚合物的重量百分比为35-40％。

本发明一具体实施方式中，所述pdlla-peg-pdlla三嵌段聚合物的重量百分比可以为25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％或40％。

本发明一具体实施方式中，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶中，所述多巴胺改性的季铵化壳聚糖的重量百分比可以为1％、1.02％、1.04％、1.06％、1.08％、1.10％、1.12％、1.14％、1.16％、1.18％、1.20％、1.22％、1.24％或1.25％。

可选地，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶中，所述生物玻璃的重量百分比为1-3％。

可选地，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶中，所述生物玻璃的重量百分比为3-5％。

本发明一具体实施方式中，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶中，所述生物玻璃的重量百分比可以为1％、2％、3％、4％或5％。

可选地，所述生物玻璃的形状为球形或类球形，所述生物玻璃的粒径为600-800nm。

可选地，所述生物玻璃的粒径为650-800nm。

可选地，所述生物玻璃的粒径为600-700nm。

可选地，所述生物玻璃的粒径为700-800nm。

本发明一具体实施方式中，所述生物玻璃的粒径可以但不限定为600nm，620nm，650nm，680nm，700nm，720nm，750nm，780nm，800nm。

本发明所述生物玻璃为纳米级，所述纳米级的生物玻璃可以防止粒径过大而造成其在复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶中出现沉降的问题，有利于提升复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶的各个组分的均一性；同时，纳米级的所述生物玻璃具有高比表面积，有利于进一步提升其在促进内皮细胞的血管化，提高相关血管生长因子释放方面的效果；提升本发明所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶的创面修复功效。可选地，本发明所述生物玻璃还可以参与制备其他用于创面修复的复合材料。

可选地，所述生物玻璃的组成成分可以但不限于包括二氧化硅、氧化钙和五氧化二磷。

可选地，所述生物玻璃的组成成分包括二氧化硅、氧化钙和五氧化二磷。

可选地，本发明一具体实施方法中，所述生物玻璃的组成成分由二氧化硅、氧化钙和五氧化二磷组成。

可选地，所述生物玻璃的组成成分的质量百分数为：80％二氧化硅、16％氧化钙和4％五氧化二磷。

可选地，所述pdlla-peg-pdlla三嵌段聚合物的分子量为4500-5000。

可选地，所述多巴胺改性的季铵化壳聚糖中，多巴胺的接枝率为6-7％。

可选地，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶的35-70℃温度范围内为凝胶状。

本发明中，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶的35-70℃温度范围内为凝胶状，低于35℃时，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶为液态。当所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶涂布在包括人在内的哺乳动物皮肤表面时，在35-37℃体温下，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶为凝胶状，可以自粘附在皮肤表面。

可选地，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶的ph为5.0-7.0。

可选地，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶的ph为5.5-7.0。

可选地，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶的ph为6.0-7.0。

可选地，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶的ph为6.5-7.0。

可选地，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶的ph为5.5-6.0。

本发明一具体实施方式中，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶的ph为5.0，或为5.5，或为60，或为6.5，或为7.0。

第二方面，本发明提供了一种复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

在壳聚糖(cs)的酸性溶液中，加入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(gmtac)以实现所述壳聚糖的季铵化，然后收集得到季铵化壳聚糖(qcs)；配制所述季铵化壳聚糖的水溶液，加入多巴胺盐酸盐进行偶联反应，反应结束后，经纯化、干燥后，收集得到多巴胺改性的季铵化壳聚糖(qcs-c)；

向pdlla-peg-pdlla三嵌段聚合物的水溶液中，加入所述多巴胺改性的季铵化壳聚糖和生物玻璃，搅拌均匀后，得到复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶，其中，所述pdlla-peg-pdlla三嵌段聚合物的质量分数为25-40％，所述多巴胺改性的季铵化壳聚糖的质量分数为1-1.25％，所述生物玻璃的质量分数为1-5％。

可选地，所述季铵化壳聚糖的具体制备过程包括：在质量分数为1-1.5％的壳聚糖的酸性溶液中，加入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的水溶液，于50-60℃下搅拌反应15-20h，反应结束后，经透析、冷冻干燥后，得到所述季铵化壳聚糖。

可选地，所述2,3-环氧丙基三甲基氯化铵可采用缓慢加入的方式。例如，当反应体系比较小时，所述2,3-环氧丙基三甲基氯化铵采用逐滴加入的方式。通过在壳聚糖的酸性溶液中缓慢加入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，可以使二者反应更加充分，得到转化率更高的季铵化壳聚糖。

可选地，所述季铵化壳聚糖的水溶液的ph为4.5-5.5，所述偶联反应的反应温度为0-4℃，反应时间为10-16h。

本发明中，将所述季铵化壳聚糖的水溶液的ph调节为4.5-5.5，可以避免碱性条件下对多巴胺的氧化。可选地，使用盐酸溶液调节所述季铵化壳聚糖的水溶液的ph。

可选地，所述2,3-环氧丙基三甲基氯化铵与所述壳聚糖上氨基的摩尔比为(1.5-1.6)：1。

可选地，所述多巴胺盐酸盐与所述季铵化壳聚糖的摩尔比为(1.2-1.8)：1。

可选地，所述多巴胺改性的季铵化壳聚糖采用透析纯化过程，然后经冷冻干燥后收集得到。

可选地，所述透析纯化过程包括：将所述多巴胺改性的季铵化壳聚糖依次置于ph为4.0-5.0的盐酸溶液和去离子水中，然后通过透析袋进行透析。本发明中，所述透析纯化操作可以有效除去季铵化壳聚糖和多巴胺盐酸盐的偶联反应中未反应原料及副产物。

本发明所述多巴胺改性的季铵化壳聚糖为将壳聚糖构成单元上的一个氨基和两个羟基改性而得到的壳聚糖衍生物，所述多巴胺改性的季铵化壳聚糖可大幅提高其生物活性及水溶性。其中，多巴胺改性的季铵化壳聚糖中，季铵化接枝的壳聚糖的抗菌性能也明显优于普通壳聚糖或其他壳聚糖衍生物。

本发明所述制备方法中，优选质量分数的多巴胺改性的季铵化壳聚糖对于复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶各组分的均匀分散具有重要作用，且所述质量分数的多巴胺改性的季铵化壳聚糖有利于一定程度地提升产品的抗菌性和增强黏附性。例如，多巴胺基团中的邻苯二酚基团对有机和无机表面具有极强的亲和力。当多巴胺改性的季铵化壳聚糖的质量分数过高时，所述多巴胺改性的季铵化壳聚糖无法在所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶体系中完全溶解、分散。

可选地，所述生物玻璃的制备方法包括：在溶解有十二胺的乙醇溶液中，加入正硅酸乙酯、磷酸三乙酯和四水硝酸钙，于30-40℃下搅拌2-4h，得到溶胶溶液；然后收集所述溶胶溶液中的白色沉淀，经洗涤、真空干燥后，转移至高温煅烧装置中，以2-4℃/min的升温速率升温至600-680℃，恒温煅烧2-4h，冷却，收集得到白色粉末状的生物玻璃；所述生物玻璃的组成成分包括二氧化硅、氧化钙和五氧化二磷。

可选地，所述生物玻璃的组成成分的摩尔分数为：80％二氧化硅、16％氧化钙和4％五氧化二磷。

可选地，所述乙醇溶液中，无水乙醇和去离子水的体积比为(2.5-3.5)：1。

可选地，所述十二胺的摩尔浓度为0.17-0.20m。

可选地，所述生物玻璃的形状为球形或类球形，所述生物玻璃的粒径为600-800nm。

本发明所述规整的球形或类球形结构的生物玻璃具有较大的比表面积，分散性更好。

第三方面，本发明还提供了一种如本发明第一方面所述的复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶或如本发明第二方面所述制备方法制备的复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶在制备用于皮肤创伤愈合的药物中的应用。

本发明所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶可以通过温度的改变发生“溶胶-凝胶”的转变，其温和的凝胶化条件可最大程度上维持目标细胞或药物的生物活性；因此，本发明所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶在伤口敷料材料领域具有重要的应用前景。

可选地，本发明所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶可以但不限于作为一种药物载体，有利于控制药物释放。例如，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶可以作为一种敷料，所述敷料负载用于治疗皮肤创伤的药剂，例如消炎药剂、促生长药剂、止血药剂等。

本发明的有益效果包括：

(1)本发明中所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶，以pdlla-peg-pdlla三嵌段聚合物的温敏水凝胶为基体，内部含有多巴胺改性的季铵盐壳聚糖和生物玻璃，均一化程度高，性质稳定；所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶的粘附力强，不仅可以通过多巴胺改性的季铵盐壳聚糖链段上带正电荷的季铵盐基团增强黏附性，还可以通过多巴胺部分氧化形成的醌式结构与皮肤组织表面上氨基的交联作用提升黏附性；本发明所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶同样还具有出色的抗菌性和生物相容性。

(2)本发明所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶在常温条件下呈流动状态，在体温35-37℃附近呈凝胶态，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶可以通过注射至创面处后，形成紧密贴合皮肤组织的水凝胶敷料，维持创口部位的湿润性、抗菌性。其中所述生物玻璃，相比于传统微米级的生物活性玻璃，更有利于水凝胶的均一化，避免造成局部创面的碱性过高情况，并且，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶中的pdlla-peg-pdlla三嵌段聚合物及多巴胺改性的季铵盐壳聚糖降解后呈弱酸性，有利于创面皮肤的修复和重建。

(3)本发明复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶制备方法，工艺简单，产率高，可适用于大规模的工业化生产，由所述制备方法制备得到的复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶具有良好的黏附性、抗菌性和生物相容性，在制备用于皮肤创伤愈合敷料的药物中具有广阔的应用前景；所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶还可以作为一种良好的药物载体，有利于控制药物释放。

本发明的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本发明实施例的实施而获知。

附图说明

为更清楚地阐述本发明的内容，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。

图1为本发明一实施例提供的生物玻璃的扫描电镜图；

图2为本发明另一实施例提供的生物玻璃的扫描电镜图；

图3为本发明一实施例提供的复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶中的多巴胺改性的季铵盐壳聚糖的核磁表征图谱；

图4为本发明一实施例提供的复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶的温敏转变流变图；

图5为本发明一实施例提供的不同浓度复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶浸提液对鼠成纤维细胞的细胞毒性测试图。

具体实施方式

以下所述是本发明实施例的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明实施例的保护范围。

本申请说明书、权利要求书和附图中出现的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

若无特别说明，本发明实施例所采用的原料及其它化学试剂皆为市售商品。

实施例1

一种生物玻璃的制备方法，包括：

按生物玻璃的中sio2:cao:p2o5摩尔比为80:16:4的比例进行制备。以体积比为16：5的无水乙醇/水的混合溶液为溶剂125ml，加入4g十二胺，搅拌至完全溶解，然后逐滴加入16ml正硅酸乙酯和1.22ml磷酸三乙酯，最后加入3.39g四水硝酸钙，在35℃下磁力搅拌3h，可得到生物玻璃溶胶。收集白色沉淀，经无水乙醇、去离子水交替洗涤3次后，真空干燥得到白色块状物；然后将白色块状物转移至坩埚中高温煅烧，以2℃/min升温速率，维持至650℃温度，时间为3h；高温煅烧处理后，自然冷却得到粉末状的白色粉末，即为米生物活性玻璃。

用上述实施例制备得到的生物玻璃进行表征，如图1和图2所示，所述生物玻璃的形状为球形或类球形。并且，所述生物玻璃的粒径尺寸为纳米级，大小均一，粒径大约为600-800nm。

由于生物玻璃(或生物活性玻璃)是一种具备生物活性的陶瓷材料，其不仅在骨组织修复领域具有乐观的应用前景，而且该材料在溶液释放的si、ca离子等能较高地促进内皮细胞的血管化，提高相关血管生长因子，如血管内皮细胞生长因子、碱性成纤维细胞生长因子的表达，从而促进创面修复。而本发明实施方式所述制备方法制得的生物玻璃为纳米级，具有大小均一、比表面积大和较高的化学活性等优点。本发明所述生物玻璃可以在复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶中实现均匀分散，促进复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶中各组分分布更加均一。纳米级的所述生物玻璃具有高比表面积，有利于进一步提升其在促进内皮细胞的血管化，提高相关血管生长因子释放方面的效果；提升本发明所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶的创面修复功效。

实施例2

一种复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

在常温下，将壳聚糖(cs)(购自sigma-aldrich，产品货号：448877)溶解于87.5mmol/l的醋酸溶液中，室温磁力搅拌12h得到1-1.5wt％的cs溶液，然后在1h内加入1.16ml2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(gmtac)(9.25～9.30mmol/l)的水溶液，其中gmtac的摩尔量是壳聚糖上氨基的1.5-1.6倍。55℃下搅拌反应18h，反应结束经透析冻干后即得到季铵化壳聚糖(qcs)。经检测，所述qcs的产率大于80％，核磁表征其接枝率可达45-47％；

在常温条件下，将制备得到的qcs搅拌溶解于水溶液中得到约0.12g/ml的qcs水溶液，用2m的hcl溶液调节其ph＝5.0，加入多巴胺盐酸盐，充分搅拌溶解，多巴胺盐酸盐与季铵化壳聚糖的摩尔比为1.5:1；于0-4℃下，偶联反应12h，反应期间保持ph＝5.0；反应结束后，依次置于ph＝5.0的hcl溶液和去离子水中透析，然后冷冻干燥得到多巴胺改性的季铵化壳聚糖(qcs-c)；其中qcs-c的产率大于80％，多巴胺的接枝率约为6-7％。

配制30wt％的pdlla-peg-pdlla三嵌段聚合物的水溶液，并依次加入1wt％的qcs-c及2wt％生物玻璃；充分搅拌均匀后，即得复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶(plel-nbg-qcsc)。

本发明实施例中，参见图3，分别对壳聚糖、季铵化壳聚糖、多巴胺改性的季铵化壳聚糖进行核磁表征，其中，a)为壳聚糖，b)为季铵化壳聚糖，c)为多巴胺改性的季铵化壳聚糖，其中，多巴胺改性的季铵化壳聚糖中，季铵化壳聚糖上成功接枝儿茶酚基团，其接枝率为6.5％。

对本实施例制备得到的复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶进行检测，如图4所示的复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶的温敏转变流变图，图中可以看出复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶从15℃到55℃内储能模量(g’)和耗能模量(g”)的变化曲线，所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶在35℃之后，储能模量(g’)和耗能模量(g”)的变化趋于平稳；所述复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶在35℃之后为凝胶态。

实施例3

一种复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

在常温下，将壳聚糖溶解于87.5mmol/l的醋酸溶液中，室温磁力搅拌12h得到质量浓度约1.5％的cs溶液，然后缓慢加入1.16ml2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(gmtac)(9.25～9.30mmol/l)的水溶液，其中gmtac的摩尔量是壳聚糖上氨基的1.5-1.6倍。60℃下搅拌反应20h，反应结束经透析冻干后即得到季铵化壳聚糖(qcs)。经检测，所述qcs的产率大于80％。

在常温条件下，将制备得到的qcs搅拌溶解于水溶液中，得到0.08g/ml的qcs水溶液，用2m的hcl溶液调节其ph＝4.5，加入多巴胺盐酸盐，充分搅拌溶解，多巴胺盐酸盐与季铵化壳聚糖的摩尔比为1.8:1；于0-4℃下，偶联反应16h，反应期间保持ph＝4.0；反应结束后，依次置于ph＝4.0的hcl溶液和去离子水中透析，然后冷冻干燥得到多巴胺改性的季铵化壳聚糖(qcs-c)；其中qcs-c的产率大于80％，多巴胺的接枝率约为6-7％。

配制40wt％的pdlla-peg-pdlla三嵌段聚合物的水溶液，并依次加入1.25wt％的qcs-c及5wt％生物玻璃；充分搅拌均匀后，即得复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶(plel-nbg-qcsc)。

实施例4

一种复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

在常温下，将壳聚糖溶解于82mmol/l的醋酸溶液中，室温磁力搅拌8h得到质量浓度约1.2％的cs溶液，然后缓慢加入1.16mlgmtac(9.25～9.30mmol/l)的水溶液，其中gmtac的摩尔量是壳聚糖上氨基的1.5-1.6倍。58℃下搅拌反应15h，反应结束经透析冻干后即得到qcs。经检测，所述qcs的产率大于80％。

在常温条件下，将制备得到的qcs搅拌溶解于水溶液中，得到0.1g/ml的qcs水溶液，用2m的hcl溶液调节其ph＝4.5，加入多巴胺盐酸盐，充分搅拌溶解，多巴胺盐酸盐与季铵化壳聚糖的摩尔比为1.2:1；于0-4℃下，偶联反应20h，反应期间保持ph＝4.5；反应结束后，依次置于ph＝4.5的hcl溶液和去离子水中透析，然后冷冻干燥得到多巴胺改性的季铵化壳聚糖；其中多巴胺改性的季铵化壳聚糖的产率大于80％，多巴胺的接枝率约为6-7％。

配制35wt％的pdlla-peg-pdlla三嵌段聚合物的水溶液，并依次加入1.25wt％的qcs-c及4wt％生物玻璃；充分搅拌均匀后，即得复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶。

效果实施例一

复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶的细胞相容性

用本发明制备的复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶，通过cck-8检测其细胞毒性。分别在96孔板中接种鼠的成纤维细胞(l929)悬液(接种浓度为3×10⁴个/孔)。先将复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶以0.1g/ml浸泡浓度在37℃下浸泡至不含血清的培养基中，以配制复合生物玻璃的粘附温敏水凝胶材料的浸提液；浸泡24h后，用0.22μm的滤膜过滤收集上清液，并用不含血清的培养基稀释至12.5％、25％、50％和100％，将不含浸提液的培养基作为空白对照组，在37℃，5％co2培养箱中预培养24h后，更换为含不同浓度浸提液梯度的培养基，继续培养24h，48h后，每孔加入10μlcck-8，比色法表征细胞的生长情况，参见图5。从图5中的结果显示，l929细胞在不同浓度浸提液的培养基中，没有明显的细胞毒性，表明复合凝胶的生物相容性较好。

需要说明的是，根据上述说明书的揭示和阐述，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些等同修改和变更也应当在本发明的权利要求的保护范围之内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。