一种恒温光热体系及其应用

本发明属于生物医用领域，涉及一种恒温光热体系的构建方法，特别是还涉及恒温体系在感染伤口愈合中的应用。

背景技术：

1、细菌感染是人类健康的主要威胁之一，对个人、社会和经济都造成了巨大的负担。虽然抗生素的发现为人类提供了对抗细菌的有力武器，但抗生素的滥用和过度使用导致耐药细菌的快速进化。如果不采取紧急措施，抗生素耐药性危机最终可能演变为全球大流行或多药耐药细菌流行。因此，开发抗生素无关的有效抗菌治疗方法具有重要意义。为了应对这一挑战，人们已经做出了大量努力，提供了应对抗细菌感染和抗生素耐药性的各种策略，包括外科手术，利用具有固有抗菌活性的纳米材料，光动力疗法和光热疗法(ptt)等。

2、近年来，ptt由于其独特的优势，如非侵入性、高选择性和低几率诱导耐药，已成为治疗细菌感染的一种有吸引力的技术。ptt主要利用近红外(nir)光下光热材料产生的大量热量，破坏细菌膜和/或变性细菌蛋白质导致细菌细胞的肿胀和变形，使细菌细胞的完整性在物理上受到破坏从而灭活细菌。并且在治疗过程中，细菌很难通过阻断或减少吸收、增加代谢和药物排泄来对ptt产生耐药性。

3、尽管在过去的几十年里取得了巨大的成就，但传统的ptt缺乏精确控制温度的内在自我调节机制，这不可避免地对健康的组织和/或器官造成热损伤。由于传统的ptt的巨大缺陷，为了缓解不受控制的发热所带来的不利影响，通过调节光热材料的浓度、激光功率密度、照射时间等各种实验参数，温度小于50℃的轻度ptt被越来越多地采用。但是，这样的程序比较繁琐，对光热温度的重复性较差；此外，忽视外部实验参数的调整，会引起瞬时过热，引发不可逆的热损伤。因此，我们非常希望设计一种通用的恒温光热体系，当温度达到预设值时，可以自动关闭光热转换过程，安全有效地解决细菌感染问题。

技术实现思路

1、根据现有技术不足，本发明公开了一种恒温光热体系及其应用，具体的技术方案如下：

2、本发明的一种恒温光热体系，构建方法包括如下步骤：

3、1)通过一步knoevenagel缩合得到近红外光热分子，然后利用两亲性聚合物通过纳米沉淀法制备出近红外光热纳米粒子；

4、2)通过自由基聚合的方法，加入n-异丙基丙烯酰胺(nipam)和丙烯酰胺(am)两种单体，添加引发剂过硫酸钾(kps)和交联剂n,n-亚甲基双丙烯酰胺(mba)，充分混匀后，在室温下聚合，得到聚(n-异丙基丙烯酰胺-丙烯酰胺)(p(nipam-am))水凝胶；

5、3)将近红外光热纳米粒子滴在感染伤口上，再将p(nipam-am)水凝胶敷于感染伤口，在近红外激光照射下实现恒温伤口愈合。

6、本发明一种恒温光热体系中，近红外光热分子是具有化合物5-(4-(4-甲氧基苯基)二苯氨基)噻吩-2-(1,3-双(二氰基亚甲基)茚满)(meo-tsi)所示结构；

7、

8、本发明的近红外光热分子的制备方法包括如下：

9、1)称取四种摩尔比为1：1.5：8：0.05-1：2：10：0.1的化合物4-溴-4-甲氧基三苯胺、5-醛基-2-噻吩硼酸、碳酸钾和四(三苯基膦)钯，抽真空通氩气3-4次后，加入体积比为4：1-6：1的四氢呋喃与水的混合溶液。在70-75℃下加热反应8-12个小时；反应结束后，通过薄层层析纯化，得到化合物5-(4-(4-甲氧基苯基)二苯氨基)噻吩-2-甲醛；

10、2)将摩尔比为1：1.5-1：2的化合物5-(4-(4-甲氧基苯基)二苯氨基)噻吩-2-甲醛与1,3-双(二氰基亚甲基)茚满溶于乙酸酐中，其中每克5-(4-(4-甲氧基苯基)二苯氨基)噻吩-2-甲醛需要50ml-60ml乙酸酐。在60-65℃下加热反应2-6个小时；反应结束后，通过薄层层析纯化，得到化合物5-(4-(4-甲氧基苯基)二苯氨基)噻吩-2-(1,3-双(二氰基亚甲基)茚满)；

11、本发明的一种恒温光热体系，所述的一种近红外光热纳米粒子制备方法包括以下步骤：

12、1)将化合物5-(4-(4-甲氧基苯基)二苯氨基)噻吩-2-(1,3-双(二氰基亚甲基)茚满)溶解在四氢呋喃中配置成1mg/ml-2mg/ml的母液，在搅拌并通氩气的环境下，向10mg/ml-15mg/ml的两亲性高分子泊洛沙姆188(f127)水溶液中滴加配置好的母液，每毫升水中滴加200-250微升母液，保持搅拌并通氩气20-30分钟，直至四氢呋喃被完全除去；

13、2)将得到的纳米粒子分散液在水超纯水中透析1-2天，冷冻干燥后得到近红外光热纳米粒子。

14、本发明的一种恒温光热体系，所述水凝胶制备方法包括以下步骤：

15、1)将质量比为10：1-50：1的n-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺溶解在水中，其中每450毫克n-异丙基丙烯酰胺需要5ml-10ml水。然后加入n-异丙基丙烯酰胺质量0.5％-1％的促进剂四甲基乙二胺，再加入n-异丙基丙烯酰胺质量1％-2％的交联剂n,n-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌使其充分溶解；

16、2)向充分溶解的水溶液中加入n-异丙基丙烯酰胺质量0.1％-1％的过硫酸钾，搅拌使其充分溶解，倒入模具，在室温下聚合，得到热敏性聚(n-异丙基丙烯酰胺-丙烯酰胺)水凝胶；

17、本发明的恒温光热体系在感染伤口愈合中的应用。

18、利用本发明的恒温光热体系在感染伤口愈合中的应用，将近红外光热纳米粒子滴在感染伤口上，再将制备的热敏性聚(n-异丙基丙烯酰胺-丙烯酰胺)水凝胶均匀的敷在感染伤口上，在808nm近红外激光照射下近红外光热纳米粒子持续产热，使热敏性聚(n-异丙基丙烯酰胺-丙烯酰胺)水凝胶受热发生相变并变白，入射光被有效散射，近红外光热纳米粒子无法继续产热，从而实现恒温伤口愈合。

19、本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于p(nipam-am)水凝胶的恒温光热体系。p(nipam-am)水凝胶在相变过程中透光率的变化可以作为调节热敏性水凝胶光热温度到浊点温度(tcp)的可逆开关。这一特性可用于设计内置精确控制光热温度的智能ptt系统。

20、有益效果：

21、1.本发明首先提供一种恒温光热体系的构建方法，包括：

22、1)合成了一种近红外光热分子(meo-tsi)，它具有强电子供体-受体的分子骨架，以及延长共轭的π桥。该分子在水中有强的近红外吸收，显示出极强的光热效应；

23、2)合成了一种光热纳米粒子(meo-tsi@f127 nps)，其稳定性好，能在水中均匀分散，且在激光的照射下能保持出色的光热稳定性；

24、3)制备了一种热敏性水凝胶(p(nipam-am)水凝胶)，其合成简单且能重复利用，通过改变两种单体的比例，能得到不同相转变温度的不同水凝胶，由于水凝胶相变后变白的性质使其能对入射光进行调控，因此实现了对ptt过程温度的控制；

25、2.本发明其次提供了恒温光热体系在感染伤口愈合中的应用，在ptt过程中无需对参数进行精确的监控，有望避免传统ptt过程中对正常组织的热损伤；