一种光敏和温敏混合型抗菌水凝胶

本发明属于生物医用高分子水凝胶，具体涉及一种光敏和温敏混合型抗菌水凝胶。

背景技术：

1、胶原蛋白是动物结缔组织中重要的结构蛋白，对维护细胞、组织、器官的正常功能和损伤修复有重要作用。胶原具有抗原性低、生物相容性好、可在体内降解、溶胶-凝胶性质等优异的生物学特性，使其广泛用作组织修复材料、止血材料、药物缓释材料、生物仿生支架等研究领域中。

2、临床常用的止血材料可依照止血机理进行分类。第一类是含有高分子多糖类、无机类沸石等物质的止血纱布，在止血过程需要通过对出血创面进行物理压迫，止血速度慢，适用于创面小、出血少的创口的止血；第二类是含有凝血酶和凝血因子类的止血材料，常用于外科手术等创面的止血，但容易发生凝血酶类蛋白分子外溢到正常血管中的问题，存在诱发凝血产生的血栓风险；第三类是α氰基丙烯酸酯等对组织极强粘着的封闭创面类材料，如创可贴等。这三类止血材料都很难解决渗液、感染、疼痛等创面愈合过程中普遍存在的临床问题。

3、为了应对紧急情况和医院环境中由于失血造成的重大死亡风险，新的止血方法和策略一直被研究。近几年，美国强生公司的su产品-可注射型凝胶类止血制品进入临床应用，受到广泛关注。该材料主要由明胶组成，水溶后快速形成泡沫状凝胶物，可注射到创口，起到止血、保护暴露末梢神经、促进创口愈合、抑制疤痕的作用。这种原位形成凝胶的止血新方式有效缓解了上述临床问题。

4、目前，注射型、光响应、温敏型止血凝胶均有报道。合成聚合物类型的止血凝胶力学强度大，但一接触水就会立即凝固，并且与湿组织表面粘附性能差、缺乏弹性或有毒降解产物，临床应用受到了限制。天然生物高分子的优异生物学特性使其更适用于止血凝胶，但这类止血材料又普遍存在力学强度差、固化速度慢的缺陷，无法应对急性出血、出血量大、血管压力高的组织出血。

技术实现思路

1、本发明为了解决合成止血凝胶与湿组织黏附性能差、缺乏弹性或具有生物毒性，天然生物高分子存在力学性能差、固化速度慢且无法应对急性出血、出血量大、血管压力高的组织出血的技术问题，提供一种光敏和温敏混合型高强度水凝胶。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明的一个目的是提供一种光敏和温敏混合型高强度水凝胶组合物，其特征在于，所述水凝胶组合物包含以下按质量分数计的组分：

4、聚n-异丙基丙烯酰胺接枝改性明胶：14～16％，聚n-异丙基丙烯酰胺改性透明质酸：0.5-1.5％，季胺化明胶：0.5-1.5％，光响应分子改性透明质酸：0.1-0.8％，光引发剂：0.05-1％；余量为水或磷酸盐缓冲溶液。

5、优选的，所述水凝胶组合物包含以下按质量分数计的组分：

6、聚n-异丙基丙烯酰胺接枝改性明胶(p-g)：14.5-15.5％；聚n-异丙基丙烯酰胺改性透明质酸(p-ha)：0.8-1.2％；季胺化明胶：0.8-1.2％；光响应分子改性透明质酸(ha-nb)：0.2-0.6％，光引发剂：0.05-0.15％；余量为水或磷酸盐缓冲溶液。优选的光响应分子改性透明质酸(ha-nb)含量为0.3～0.5％。

7、本发明还提供一种光敏和温敏混合型高强度水凝胶，将上述水凝胶组合物在20～25℃条件下通过紫外光照射后，置于30-40℃环境下得到水凝胶。

8、所得水凝胶的溶胀率为800～900％，断裂应力为0.13～0.15mpa，存储模量为30000～40000pa；黏附能力200～230kpa，破裂压力250～300mmhg。

9、该水凝胶粘附力强，可承受更强的爆破压力，适应于手术中不规则形状的脏器、动脉出血，或战场中、外伤快速出血伤口的止血。

10、本发明提供一种上述水凝胶组合物或水凝胶作为手术中不规则形状的脏器、不可压缩的内脏、高压动脉的出血伤口的速出止血材料的用途。将上述水凝胶组合物用紫外光照射后，注射到所需部位，6～10s即可起到止血作用。

11、本发明的另一个目的是提供一种光敏和温敏混合型快速止血水凝胶组合物，其特征在于，所述水凝胶组合物包含以下按质量分数计的组分：

12、聚n-异丙基丙烯酰胺接枝改性明胶：14～16％；聚n-异丙基丙烯酰胺改性透明质酸：0.5-1.5％；季胺化明胶：2.5-3.5％；光响应分子改性透明质酸：0.1-0.8％；光引发剂：0.05-1％；余量为水或磷酸盐缓冲溶液。

13、优选的，所述水凝胶组合物包含以下按质量分数计的组分：

14、聚n-异丙基丙烯酰胺接枝改性明胶(p-g)：14.5-15.5％；聚n-异丙基丙烯酰胺改性透明质酸(p-ha)：0.8-1.2％；季胺化明胶：2.8-3.2％；光响应分子改性透明质酸(ha-nb)：0.2-0.6％，光引发剂：0.05-0.15％；余量为水或磷酸盐缓冲溶液。优选ha-nb为0.35～0.45％。

15、本发明还提供一种光敏和温敏混合型快速止血水凝胶，将上述水凝胶组合物在20～25℃条件下通过紫外光照射后，置于30-40℃环境下得到水凝胶。所得水凝胶的溶胀率为780～790％，断裂应力为0.11～0.125mpa，存储模量为5000～6500pa；破裂压力170～180mmhg。

16、本发明提供一种上述水凝胶作为消化道、普通皮肤创伤性出血的止血材料的用途。

17、本发明的再一个目的是提供一种光敏和温敏混合型抗菌水凝胶组合物，其特征在于，所述水凝胶包含以下按质量分数计的组分：

18、聚n-异丙基丙烯酰胺接枝改性明胶：14～16％；聚n-异丙基丙烯酰胺改性透明质酸：0.5-1.5％；季胺化明胶：4.5-5.5％；光响应分子改性透明质酸：0.1-0.8％；光引发剂：0.05-1％；余量为水或磷酸盐缓冲溶液。

19、优选的，所述水凝胶组合物中聚n-异丙基丙烯酰胺接枝改性明胶(p-g)：14.5～15.5％；聚n-异丙基丙烯酰胺改性透明质酸(p-ha)：0.8～1.2％；季胺化明胶：4.8～5.2％；光响应分子改性透明质酸(ha-nb)：0.2-0.6％，光引发剂：0.05～0.15％；余量为水或磷酸盐缓冲溶液。优选ha-nb为0.35～0.45％。

20、本发明还提供一种光敏和温敏混合型抗菌水凝胶，将上述水凝胶组合物在20～25℃条件下通过紫外光照射后，置于30～40℃环境下得到水凝胶。所得水凝胶的溶胀率为550～600％，断裂应力为0.16～0.2mpa，存储模量为3000～3500pa；破裂压力150～160mmhg。水凝胶对大肠杆菌的抑菌圈直径为15～16mm。对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径为10～10.5mm。

21、本发明提供一种上述水凝胶作为易感染伤口、或是慢性伤口的止血材料的用途。

22、优选的，所述紫外光照射时间为2～8min，所述紫外光能量密度为5～40mw/cm2。

23、优选的，所述光引发剂为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(lap)。

24、优选的，所述聚n-异丙基丙烯酰胺接枝改性明胶(p-g)中聚n-异丙基丙烯酰胺(pnipam)与明胶的质量比为(1-50):1；进一步优选为(3-18)：1，更进一步优选为10-15:1。

25、优选的，所述聚n-异丙基丙烯酰胺改性透明质酸(p-ha)中聚n-异丙基丙烯酰胺(pnipam)与透明质酸的质量比为(0.5-10):1；进一步优选为(1-1.5):1。

26、所述季胺化明胶优选为双环氧季铵盐改性明胶(d-g)。所述d-g由明胶与双环氧季铵盐(deqas)反应制得，所述明胶中伯氨基与deqas中的环氧基的摩尔比为1:(1-10)；进一步优选为1:(2-3)。

27、优选的，所述光响应分子改性透明质酸(ha-nb)中的光响应分子为n-(2-氨基乙基)-4-(4-(羟甲基)-2-甲氧基-5-亚硝基苯氧基)丁酰胺。优选的，所述ha-nb中光响应分子与透明质酸的物质的量之比为(100-500):1；进一步优选的，所述ha-nb中光响应分子与ha的物质的量之比为(135-200):1。

28、本发明实施例提供的一个或多个技术方案，至少具有以下技术效果：

29、(1)本发明组分中含有改性之后的天然高分子材料，能够有效提高水凝胶与出血创面的粘附力并进行有效止血；本发明对天然高分子材料进行化学改性，所用改性分子具有光敏或温敏的环境响应性，通过施加特定条件，能够加快止血水凝胶的固化速度，避免水凝胶组分被血液冲散，能够快速使伤口止血。

30、(2)本发明的几种水凝胶组分在紫外光下发生化学交联，ha-nb中的羟基被氧化成醛基，然后与明胶的伯氨基发生交联形成席夫碱共价键，提高了凝胶的强度，可以承受高达280-320毫米汞柱的血压；适用于作为手术中不规则形状的脏器、不可压缩的内脏、高压动脉的出血伤口的速出止血材料。

31、(3)光敏和温敏混合型抗菌水凝胶具有较高的抑菌性能，适合作为易感染伤口、或是慢性伤口的止血材料。