搭载药物控释微球的多功能水凝胶补片的制备方法与应用

本发明属于医学领域，具体的，本发明涉及一种搭载药物控释微球的多功能水凝胶补片的制备方法与应用。

背景技术：

1、伤口愈合是一个复杂的、高度协调的过程，对于维持皮肤的屏障功能至关重要。但是，参与正常愈合过程的各个环节都会受到内在疾病状态（糖尿病、高龄和免疫紊乱）或外在因素（血管功能不全、微生物感染和持续压力影响）的干扰，导致慢性伤口的形成。这种慢性伤口会导致延迟愈合或不愈合，给患者带来严重的不适和痛苦，同时耗费大量的医疗和社会资源。

2、水凝胶是由亲水聚合物构成的三维交联网络，能够储存大量的水分而不溶解。因为具有与人体细胞外基质相似的结构，能够吸收大量渗出物的同时保持伤口湿润，提供控制药物递送的基质，并积极干预愈合过程等一系列优点，水凝胶已成为伤口管理中最有前景的材料之一。但是，很多基于水凝胶的创面修复材料功能单一，不能针对慢性伤口发生、发展的多个环节，导致临床治疗效果差强人意。

技术实现思路

1、虽然慢性伤口的明确机制仍未完全揭示，但是过度的炎症反应、氧化应激、局部血流受限和细菌感染被认为是主要原因。因此，针对这些发病环节，本发明提出一种搭载药物控释微球的多功能水凝胶补片的制备方法与应用。该补片是使用微流控技术一步化制备而成，包括多级结构和多重组分。该补片的主要成分是由海藻酸盐（alginate, alg）和甲基丙烯酰化明胶（gelatin methacryloyl, gelma）构成的水凝胶基质，其中一面搭载由介孔二氧化硅纳米粒子（mesoporous silica nanoparticles, msns）和聚乳酸-羟基乙酸共聚物（poly(lactic-co-glycolic acid), plga）构成的药物控释微球。通过在药物控释微球和水凝胶基质中分别装载不同的活性药物和纳米材料，可以赋予该补片调节免疫炎症反应、清除氧自由基、促进局部新生血管形成和抵御细菌侵袭等独特的生物学功能，从而针对慢性伤口发生、发展的多个环节，全方面促进愈合修复过程。

2、本发明的目的是针对现有人工修复材料和制备技术的不足，提供一种搭载药物控释微球的多功能水凝胶补片的制备方法与应用。本发明是基于微流控技术强大的液滴操控能力、msns/plga微球优越的药物装载和控释能力以及alg/gelma水凝胶优异的生物相容性和促进细胞增殖的能力，制备得到一种搭载药物控释微球的多功能水凝胶补片，可加速慢性伤口的修复过程。

3、具体的，本发明的技术方案如下：

4、本发明第一个方面公开了一种搭载药物控释微球的多功能水凝胶补片的制备方法，包括以下步骤：

5、s1. 搭建单乳液毛细管微流控装置；

6、s2. 准备装载药物的msns；

7、s3. 将0.5-2%载药的msns超声分散于5-15% plga的二氯甲烷溶液得到内相溶液；

8、s4. 将纳米材料超声分散于0.2-1% alg和10-20% gelma的混合水溶液，并向其中加入光引发剂得到外相溶液；

9、s5. 生成分散有油相液滴的水相溶液：内相溶液和外相溶液分别注入s1中的单乳液毛细管微流控装置的对应通道，生成单分散的水包油液滴；用聚二甲基硅氧烷制备的容器收集生成的液滴，得到均匀分散有msns/plga液滴的alg/gelma前体溶液；

10、s6. 制备搭载药物控释微球的多功能水凝胶补片：将s5中生成的水相溶液用紫外光照射、氯化钙浸泡，固化形成alg/gelma水凝胶；在常温下通风挥发二氯甲烷形成msns/plga药物控释微球；接着冷冻干燥法得到搭载药物控释微球的多功能水凝胶补片。

11、在本发明的一些优选实施例中，一种搭载药物控释微球的多功能水凝胶补片的制备方法，包括以下步骤：

12、s1. 搭建单乳液毛细管微流控装置；

13、s2. 准备装载药物的msns：将5% msns浸入含有一定量药物的溶液中，24h后离心干燥；

14、s3. 配置内相溶液：1%载药的msns超声分散于10% plga的二氯甲烷溶液；

15、s4. 配置外相溶液：将一定量的纳米材料超声分散于0.5% alg和15% gelma的混合水溶液，并向其中加入光引发剂；

16、s5. 生成分散有油相液滴的水相溶液：内相溶液和外相溶液分别注入微流控装置的对应通道；调节内相和外相溶液的流速，利用两相之间的流体剪切力，生成单分散的水包油液滴；用聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane, pdms）制备的容器收集生成的液滴，得到均匀分散有msns/plga液滴的alg/gelma前体溶液（如图1所示）；

17、s6. 制备搭载药物控释微球的多功能水凝胶补片：首先，将s5中生成的msns/plga液滴的alg/gelma前体溶液用紫外光照射、氯化钙浸泡，固化形成alg/gelma水凝胶；然后，通过在常温下通风挥发二氯甲烷，进一步固化油相液滴，形成msns/plga药物控释微球；最后，通过冷冻干燥法，最终获得搭载药物控释微球的多功能水凝胶补片（如图2所示）。

18、优选的，在s2中，所述药物是促血管生成药物、抗菌药物或调节免疫炎症反应的中药活性成分。

19、进一步的，在s2中，所述的药物可以是去铁胺（deferoxamine, dfo）、二甲基草酰甘氨酸（dimethyloxalylglycine, dmog）等促血管生成药物，万古霉素、环丙沙星等抗菌药物，或姜黄素（curcumin，cur）、茶多酚等调节免疫炎症反应的中药活性成分。

20、进一步的，在s4中，水凝胶前体溶液中可以参杂银纳米粒子（silvernanoparticles，agnps），聚多巴胺纳米粒子（polydopamine nanoparticles, pdanps），或含铜的金属有机骨架化合物（metal organic frameworks, mofs）等一种或几种功能化的纳米材料。

21、进一步的，在s4中，所述gelma可以替换成甲基丙烯酰化透明质酸（hyaluronicacid methacryloyl, hama）、甲基丙烯酰化丝素蛋白（silk fibroin methacryloyl,silma）中的至少一种。

22、进一步的，s4所述的光引发剂为2-羟基-2-甲基苯丙酮（2-hydroxy-2-methylpropiophenone, hmpp）。

23、进一步的，s5中，通过调节微流控装置中内相和外相溶液的流速，可以控制msns/plga液滴的大小，液滴的直径随着内相流速的增大而增大，随着外相流速的增大而减小。因此，应用微流控技术可以精确把握该补片中药物控释微球在水凝胶基质中的占比。

24、进一步的，s6中，所述的搭载药物控释微球的多功能水凝胶补片呈圆饼状。更优选的，其底部直径为1.5 cm，高度为0.5 cm。

25、进一步的，s6中，该补片中的药物控释微球的直径在170 - 230 μm范围内。

26、进一步的，s1中，所述的单乳液微流控生成装置的搭建方法为：

27、（1）制备内相管、外相管和观察管：

28、使用微电极控制仪将一根外径为1000 μm，内径为580 μm的玻璃毛细管拉细，然后用砂纸手工将其打磨成内径为150 μm的尖头毛细管，作为微流控单乳液生成装置的内相管；另外再取一根外径为1000 μm，内径为580 μm的玻璃毛细管，用砂纸将毛细管两端打磨平滑，作为微流控单乳液生成装置的外相管；第三根玻璃毛细管为内径为1200 μm的方形管，砂纸打磨平滑后作为液滴生成的观察管；将内相管、外相管和观察管浸泡在乙醇溶液中，超声清洗5 - 10 min，然后取出，用氮气吹干或常温晾干后即可使用；

29、（2）微流控单乳液生成装置的搭建：

30、根据内相管与外相管的长度，将载玻片切割至匹配尺寸，然后用速干胶将方形管固定在载玻片的中间区域，待胶凝固之后将步骤（1）得到的内相管和外相管嵌套入步骤（1）得到的观察管内，内相管的尖头插入外相管中，并对齐两者的中线，之后用速干胶固定，最后将平头针头底部刻出凹槽，使其能平稳的立在内相管、外相管与观察管连接处上方，并用速干胶固定与密封，即得到单乳液微流控生成装置。

31、本发明第二个方面公开了上述方法制备得到的搭载药物控释微球的多功能水凝胶补片。

32、本发明提供了一种通过上述方法制备得到的搭载药物控释微球的多功能水凝胶补片，包括补片的微球部分和水凝胶基质部分。通过在微球中装载不同的药物活性分子和/或在水凝胶基质中参杂不同的功能化纳米材料，制成的补片具有抵抗氧化应激、调节炎症反应、促进新生血管形成、阻止微生物入侵等功能，从而针对慢性伤口发生、发展的各个环节，全方面加速愈合过程。

33、本发明第三个方面公开了上述的搭载药物控释微球的多功能水凝胶补片在医学领域中的应用。优选的，本发明还提供了所述搭载药物控释微球的多功能水凝胶补片在慢性伤口修复领域中的应用。

34、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

35、（1）本发明提供了一种搭载药物控释微球的多功能水凝胶补片的制备方法，通过微流控技术生成单乳液模板，结合紫外光固、离子交换和溶剂挥发，一步化制备搭载药物控释微球的多功能水凝胶补片，操作简单，结构可控，成本低廉，可稳定的量产。

36、（2）本发明基于微流控技术制备的搭载药物控释微球的多功能水凝胶补片，可通过调节微流控装置中内相和外相溶液的流速而调整液滴模板的尺寸大小，从而使该补片中的药物控释微球部分与水凝胶基质部分的占比得到精确控制，解决了传统水凝胶补片结构单一、不可控和单分散性差等问题。

37、（3）本发明使用msns和plga作为该补片中药物控释微球的主要成分。利用msns（介孔二氧化硅纳米颗粒）的介孔结构可以明显提高微球的药物装载率，且不受药物本身性质的影响；利用plga的可降解基质，可以进一步有效包裹药物，并控制它们的释放速率。

38、（4）本发明使用alg和gelma作为该补片中水凝胶基质的主要成分。alg具有很好的生物相容性，gelma可以提供细胞粘附的位点，从而有效促进植入部位的上皮细胞粘附、迁移和增殖，加快愈合过程。

39、（5）本发明中的搭载药物控释微球的多功能水凝胶补片，通过在微球中装载不同的药物活性分子，和/或在水凝胶基质中参杂不同的功能化纳米材料，可以赋予该补片不同的生物学功能，例如：抵抗氧化应激、调节炎症反应、促进新生血管形成、阻止微生物入侵等，从而针对慢性伤口发生、发展的各个环节，全方面加速愈合过程，具有极大的应用价值。