一种新型海藻酸钠抗菌水凝胶材料及其制备方法和应用

本发明涉及生物医药，具体涉及一种新型海藻酸钠抗菌水凝胶材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、感染是限制有效伤口愈合的最重要因素之一，同时会引起剧烈疼痛。许多细菌为防止免疫系统和抗菌剂的攻击会分泌生物膜，便导致了耐药菌株的出现。当创面生物膜达90％以上时，可诱发异常炎症，严重影响伤口的愈合状况。感染性伤口造成巨大痛苦，使患者面临截肢甚至死亡的风险，已成为临床上的一大挑战。传统的抗菌材料是抗生素，但由于抗生素的滥用，耐药细菌使感染治疗更加困难，不可避免地成为一个日益严重的全球性危机。

2、水凝胶是通过亲水分子的物理或化学交联制备的三维多孔聚合物网络，通常质软且湿润，含水量高达90％。水凝胶可以通过化学修饰制成多功能材料，以识别外部刺激。藻酸盐是一种天然多糖，其经过化学修饰或与其他成分复合后，可呈现出多种功能，可被运用于开发生物医学或组织工程材料。

3、如cn116421768a一种用于感染性慢性伤口治疗的抗菌水凝胶敷料及其制备方法，该敷料采用抗菌纳米纤维膜层上直接涂覆水凝胶制成；水凝胶以氧化多糖、多巴胺修饰的氧化多糖和氨基化多糖为原料，通过希夫碱反应制备而成；抗菌纳米纤维膜层是采用季铵盐类抗菌剂与纳米纤维膜基材共混后经静电纺丝工艺制备而成。制备得到的水凝胶敷料生物相容相好，对人体无毒害作用，具有良好的抗菌性，能给促进血管生成，有利于伤口修复。

4、cn116920153 a公开了一种海藻酸钙泡沫敷料，该敷料包含聚多巴胺包覆的还原氧化石墨烯(rgo-pda)掺杂的海藻酸钙，得到的敷料既有快速止血性能，又有抗菌和促愈能力，减少患者痛苦新型止血敷料的制备，更符合人性化的要求。

5、但大多数水凝胶的韧性往往不足，对伤口的弹性和延展性上较差，在接触光热环境下存在不稳定的问题，因此制备力学强度高，光热稳定性好，同时生物相容性好的水凝胶敷料是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明针对水凝胶存在的力学性能和光热性能方面的问题，提供一种新型海藻酸钠抗菌水凝胶材料的制备方法，通过多重交联作用制得具有优异自愈效果、形状稳定性的水凝胶，且对对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都具有良好的抗菌性能。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种新型海藻酸钠抗菌水凝胶材料的制备方法，包括步骤：

4、步骤1，向海藻酸钠(sa)溶液中加入催化剂混合后，再加入多巴胺(da)反应，产物经纯化干燥得到接枝多巴胺的海藻酸钠sa-da；

5、步骤2，将sa-da溶解后加入多巴胺，碱性条件下聚合反应得到sa-da@pda前驱体溶液；

6、步骤3，向sa-da@pda前驱体溶液中加入caco3悬浊液和d-(+)葡萄糖酸δ-内酯混合，固化得到所述新型海藻酸抗菌水凝胶材料。

7、本发明中先采用多巴胺接枝改性海藻酸钠，再加入多巴胺原位聚合形成聚多巴胺，最后加入碳酸钙，其中海藻酸钠与钙离子进行物理交联，接枝在海藻酸钠上的多巴胺与聚多巴胺进行化学交联，多重交联下形成致密的交联网络，得到的交联水凝胶具有优异的自愈效果和形状稳定性，且对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都具有良好的抗菌性能。其中的海藻酸钠具有良好的生物相容性和可降解性能。聚多巴胺具有光热性能，可在近红外激光照射下响应升温以起到杀菌作用，产品兼具生物相容性、抗菌性、体外可降解性和光热稳定性。

8、步骤1中催化剂为1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺(edc)和n-羟基琥珀酰亚胺(nhs)，催化剂各自摩尔量为海藻酸钠聚合度的1-1.2倍；

9、步骤1中多巴胺为盐酸多巴胺，在反应混合液的摩尔浓度为2-20mmol/ml；

10、步骤1中海藻酸钠在反应混合液的摩尔浓度为5-20mg/ml；

11、步骤1中海藻酸钠聚合度和多巴胺的摩尔比为1：1-1：5。多巴胺过量以尽可能多接枝多巴胺。所述海藻酸钠的分子量为0.1-5万；

12、步骤1反应时间为8-12h，反应温度为室温。

13、步骤1的产物采用乙醇进行沉淀纯化3-5次，冷冻干燥得到接枝多巴胺的海藻酸钠sa-da。

14、步骤2反应温度为0-40℃，反应时间为1-3h。

15、步骤2中聚合反应溶液ph为8-10；采用naoh对溶液ph进行调节，如采用0.1-5mol/l的naoh进行调节。

16、步骤2中多巴胺为盐酸多巴胺，在混合反应液中质量浓度为1-5mg/ml；

17、步骤3中caco3配制成5-20mg/ml的悬浊液加入，d-(+)葡萄糖酸δ-内酯配置成5-20mg/ml的溶液加入；

18、所述caco3和d-(+)葡萄糖酸δ-内酯质量比1:1；

19、所述caco3的摩尔量为步骤1中海藻酸钠聚合度的1倍以上。

20、步骤3中固化是在常温下固化1-5min。

21、步骤1中反应溶剂选用缓冲液，如pbs缓冲液；步骤2中采用去离子水为溶剂，步骤3中采用去离子水为溶剂。

22、本发明中海藻酸钠具有优异的生物相容性和降解性，多巴胺是一种具有小分子量的化合物，在人体中以神经递质的存在而发挥作用。聚多巴胺具有良好的稳定性，分散性和优异的生物相容性，同时，聚多巴胺是良好的光热材料，可对近红外光响应发挥光热抗菌作用以促进感染性伤口愈合。

23、本发明还提供所述的制备方法制得的新型海藻酸钠抗菌水凝胶材料，该水凝胶材料具有良好的生物相容性和可降解性。相较于其他光热不稳定的水凝胶材料，本发明的水凝胶材料能够在近红外光下响应具备抗菌作用，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都具有良好的抗菌性能，且因多重交联作用，具有更优异的自愈效果和形状稳定性。

24、本发明还提供所述的新型海藻酸钠抗菌水凝胶材料在制备医用材料中的应用。如制备止血、促愈合、抗菌等医用敷料或材料中。

25、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

26、(1)本发明以海藻酸钠为基料，通过接枝多巴胺，多巴胺自聚和碳酸钙的交联，获得多重交联的水凝胶材料，该材料不仅具备优异生物相容性，在近红外光下响应激发优异抗菌性能，还具有良好的光热稳定性、自愈能力和形状稳定性，各方面综合性能良好。

27、(2)本发明的水凝胶制备条件温和，原料易得，工艺简单，适用于工业化推广，用于制备止血、促愈合、抗菌等医用敷料或材料。

技术特征：

1.一种新型海藻酸钠抗菌水凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的新型海藻酸钠抗菌水凝胶材料的制备方法，其特征在于，步骤1中催化剂为1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺和n-羟基琥珀酰亚胺，催化剂各自摩尔量为海藻酸钠聚合度的1-1.2倍；

3.根据权利要求1所述的新型海藻酸钠抗菌水凝胶材料的制备方法，其特征在于，步骤1反应时间为8-12h，反应温度为室温。

4.根据权利要求1所述的新型海藻酸钠抗菌水凝胶材料的制备方法，其特征在于，步骤2反应温度为0-40℃，反应时间为1-3h。

5.根据权利要求1所述的新型海藻酸钠抗菌水凝胶材料的制备方法，其特征在于，步骤2中聚合反应溶液ph为8-10；采用naoh对溶液ph进行调节。

6.根据权利要求1所述的新型海藻酸钠抗菌水凝胶材料的制备方法，其特征在于，步骤2中多巴胺为盐酸多巴胺，在混合反应液中质量浓度为1-5mg/ml；步骤2中sa-da在混合反应液中质量份数为5-20mg/ml。

7.根据权利要求1所述的新型海藻酸钠抗菌水凝胶材料的制备方法，其特征在于，步骤3中caco3配制成5-20mg/ml的悬浊液加入，d-(+)葡萄糖酸δ-内酯配置成5-20mg/ml的溶液加入；

8.根据权利要求1所述的新型海藻酸钠抗菌水凝胶材料的制备方法，其特征在于，步骤3中固化是在常温下固化1-5min。

9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的新型海藻酸钠抗菌水凝胶材料。

10.根据权利要求9所述的新型海藻酸钠抗菌水凝胶材料在制备医用材料中的应用。

技术总结
本发明涉及生物医药技术领域，公开一种新型海藻酸钠抗菌水凝胶材料及其制备方法和应用。制备过程包括步骤：步骤1，向海藻酸钠溶液中加入催化剂混合后，再加入多巴胺反应，产物经纯化干燥得到SA‑DA；步骤2，将SA‑DA溶解后加入多巴胺，碱性条件下聚合反应得到SA‑DA@PDA前驱体溶液；步骤3，向SA‑DA@PDA前驱体溶液中加入CaCO<subgt;3</subgt;悬浊液和D‑(+)葡萄糖酸δ‑内酯混合，固化得到所述新型海藻酸抗菌水凝胶材料。本发明以海藻酸钠为基料，通过接枝多巴胺，多巴胺自聚和碳酸钙的交联，获得多重交联的水凝胶材料，该材料不仅具备优异生物相容性，在近红外光下响应激发优异抗菌性能，还具有良好的光热稳定性、自愈能力和形状稳定性，各方面综合性能良好，可用于制备医用材料中。

技术研发人员：计剑,任科峰,张洁璇
受保护的技术使用者：浙江大学绍兴研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7