本发明属于生物质纤维改性，具体涉及一种近红外ⅰ、ⅱ响应性智能纳米纤维水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术：
1、水凝胶因具有较高的含水率、优异的生物相容性和力学性能，且其微观结构与细胞外基质相似，被认为是生物医学领域最接近生物组织的功能材料。然而，传统的医用水凝胶通常只是用类似细胞外基质的结构覆盖伤口，以保护伤口免受损伤，并没有充分利用其优势来实现多种治疗功能。因此，智能响应水凝胶已经被开发出来，以扩展医疗应用场景，其功能可以响应外部环境，如ph、光、温度、磁力和压力。此外，多响应智能水凝胶的设计因其巧妙利用多种刺激反应进行监测引导治疗的潜力而受到越来越多的关注，包括但不限于肿瘤消融和成像、抗菌、生物膜消除和伤口愈合的动态检测，极大地促进了患者和医疗系统的便利。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种近红外ⅰ、ⅱ响应性智能纳米纤维水凝胶及其制备方法和应用，该水凝胶不仅能在近红外ⅰ光激发下高效抗菌、消除细菌生物膜，而且能够在近红外ⅱ光激发下将皮肤感染状态实时转化为可视化的荧光信号。
2、本发明的上述目的通过以下技术方案予以实现：
3、一种近红外ⅰ、ⅱ响应性智能纳米纤维水凝胶的制备方法，包括以下制备步骤：
4、s1.近红外ⅱ型纤维基上转换纳米探针的制备：将氨基功能化上转换纳米颗粒和温敏性检测胶束分别通过静电相互作用和氢键作用整合到纤维素纳米纤维晶上制备得到；所述近红外ⅱ型纤维基上转换纳米探针对温度和近红外激光具有双刺激响应性，能在近红外ⅱ光激发下可视化检测感染伤口上的细菌；所述温敏性检测胶束是由分子结构是三嵌段的温敏性聚合物泊洛沙姆f-127与疏水的邻苯二胺在疏水相互作用下进行自组装得到；
5、s2.ph响应型抗菌纤维的制备：将聚乙烯亚胺通过酰胺化反应接枝到羧基化纳米纤维晶的表面，再通过希夫碱反应将原儿茶醛接枝到聚乙烯亚胺上制备得到；改性后的羧基化纳米纤维晶含有大量的氨基和邻苯二酚基团，其中邻苯二酚基团能够在感染伤口的微酸环境刺激下希夫碱键动态断裂后游离至组织深处，实现内源性抗菌；
6、s3.近红外ⅰ型光热纤维的制备：将光热试剂普鲁士蓝沉淀在纤维素纳米纤维表面上制备得到；所述近红外ⅰ型光热纤维能在近红外ⅰ光激发下将光能转化为热能并杀死感染伤口上的细菌，实现外源性抗菌；
7、s4.近红外ⅰ、ⅱ响应性智能纳米纤维水凝胶的制备：将步骤s1、s2、s3中所制备的近红外ⅱ型纤维基上转换纳米探针、ph响应型抗菌纤维、近红外ⅰ型光热纤维和泊洛沙姆f-127以10:1:10:3～4的质量比混合，并超声形成均质水凝胶，制备得到近红外ⅰ、ⅱ响应性智能纳米纤维水凝胶。
8、进一步地，所述步骤s1的主要操作为：将泊洛沙姆f-127以5～15wt％的质量分数溶于超纯水中，在2～6℃的反应条件下搅拌至形成透明均一的f-127溶液；将粉末状邻苯二胺以0.5～2mmol/l的浓度加入至f-127溶液中形成混浊的白色悬浮液，并搅拌至形成透明溶液得到温敏性检测胶束；将浓度为0.5～2mg/ml的氨基功能化上转换纳米颗粒的分散液、质量分数为1～2wt％的纤维素纳米纤维晶的悬浮液和泊洛沙姆f-127以3:2～3:1的质量比混合，并在2～6℃搅拌3～5h以充分溶解泊洛沙姆f-127，得到混合物a，将混合物a与温敏性检测胶束以7:2～4的体积比混合，3～5℃下超声4～6h至形成均质水凝胶，得到近红外ⅱ型纤维基上转换纳米探针。
9、进一步地，所述步骤s2的主要操作为：向羧基化纳米纤维晶的悬浮液中加入碳二亚胺和n-羟基丁二酰亚胺并搅拌均匀得到混合物b，然后将聚乙烯亚胺溶解在超纯水中并加到混合物b中，持续搅拌反应20～30h后，离心洗涤至上清液为中性，得到产物a；将原儿茶醛溶解在超纯水中并加到产物a中，在40～60℃下搅拌反应6～8h，最后将产物离心洗涤至上清液为中性，取沉淀物分散于超纯水中，得到ph响应型抗菌纤维的分散液；羧基化纳米纤维晶、聚乙烯亚胺和原儿茶醛的质量比为1:3:2～4。
10、进一步地，所述步骤s3的主要操作为：将质量分数为1～2wt％的纤维素纳米纤维晶的悬浮液、柠檬酸和浓度为5～15mm的fecl3溶液混合并加热到50～70℃，随后，边搅拌边逐渐加入与fecl3溶液体积相同的浓度为5～15mm的k4[fe(cn)6]溶液并出现蓝色分散液，连续搅拌直至其自然冷却至室温，最后用丙酮离心洗涤，取沉淀物分散于超纯水中，得到了近红外ⅰ型光热纤维的分散液；所述纤维素纳米纤维晶的悬浮液与柠檬酸的质量比为10:1～3，所述纤维素纳米纤维晶的悬浮液与fecl3溶液的质量体积比为1g:2～3ml。
11、进一步地，所述步骤s4的主要操作为：将步骤s2制得的ph响应型抗菌纤维的分散液与步骤s3制得的近红外ⅰ型光热纤维的分散液混合并搅拌均匀得到混合物c，接着将泊洛沙姆f-127加入混合物c中并在2～6℃下搅拌3～5h至均匀得到混合物d，然后将步骤s1制得的近红外ⅱ型纤维基上转换纳米探针添加到混合物d中，继续搅拌至均匀得到混合物e，最后将混合物e在2～6℃下超声1～3h形成均质水凝胶，得到近红外ⅰ、ⅱ响应性智能纳米纤维水凝胶；所述近红外ⅱ型纤维基上转换纳米探针、ph响应型抗菌纤维、近红外ⅰ型光热纤维和f-127的质量比为10:0.025:0.25:3～4。
12、本发明的制备方法制备得到的近红外ⅰ、ⅱ响应性智能纳米纤维水凝胶作为感染伤口的细菌水平检测和治疗材料，可实现在近红外ⅱ和近红外ⅰ光切换下对感染伤口的检测和治疗。
13、本发明具有以下有益效果：
14、(1)本发明制备的近红外ⅰ、ⅱ响应性智能纳米纤维水凝胶能在近红外ⅰ光激发下进行光热转换并杀死细菌，通过调节近红外ⅰ光的功率密度可将水凝胶的温度稳定在皮肤可耐受的43～48℃内，并有效杀死大肠杆菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和白色念珠菌等常见细菌，且其抑菌率均高达99.9％。
15、(2)本发明制备的近红外ⅰ、ⅱ响应性智能纳米纤维水凝胶能在近红外ⅱ光激发下检测伤口感染情况，其中上转换纳米颗粒会将近红外ⅱ光转移到紫外光区域，以激发温敏性检测胶束智能识别感染伤口的活性氧浓度，进而发出黄色荧光以指示伤口感染水平。
16、(3)本发明创新性地构建了温敏性检测胶束，其由分子结构是三嵌段的温敏性聚合物泊洛沙姆f-127和邻苯二胺在疏水相互作用下通过自组装形成的，当温度由室温20℃上升至皮肤温度37℃时，被f-127所包括的邻苯二胺会游离出来识别活性氧，可实现常温下的长时间储存且不受外界干扰。
17、(4)本发明充分利用了纤维素的纳米尺寸效应、生物相容性良好、可化学修饰等优点，不仅对其化学改性实现了功能性转变，更是利用其表面大量羟基和电负性对上转换纳米颗粒、温敏性检测胶束等结构进行组装，实现了水凝胶内部的高效能量转移。
1.一种近红外ⅰ、ⅱ响应性智能纳米纤维水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1的主要操作为：将泊洛沙姆f-127以5～15wt％的质量分数溶于超纯水中，在2～6℃的反应条件下搅拌至形成透明均一的f-127溶液；将粉末状邻苯二胺以0.5～2mmol/l的浓度加入至f-127溶液中形成混浊的白色悬浮液，并搅拌至形成透明溶液得到温敏性检测胶束；将浓度为0.5～2mg/ml的氨基功能化上转换纳米颗粒的分散液、质量分数为1～2wt％的纤维素纳米纤维晶的悬浮液和泊洛沙姆f-127以3:2～3:1的质量比混合，并在2～6℃搅拌3～5h以充分溶解泊洛沙姆f-127，得到混合物a，将混合物a与温敏性检测胶束以7:2～4的体积比混合，3～5℃下超声4～6h至形成均质水凝胶，得到近红外ⅱ型纤维基上转换纳米探针。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2的主要操作为：向羧基化纳米纤维晶的悬浮液中加入碳二亚胺和n-羟基丁二酰亚胺并搅拌均匀得到混合物b，然后将聚乙烯亚胺溶解在超纯水中并加到混合物b中，持续搅拌反应20～30h后，离心洗涤至上清液为中性，得到产物a；将原儿茶醛溶解在超纯水中并加到产物a中，在40～60℃下搅拌反应6～8h，最后将产物离心洗涤至上清液为中性，取沉淀物分散于超纯水中，得到ph响应型抗菌纤维的分散液；羧基化纳米纤维晶、聚乙烯亚胺和原儿茶醛的质量比为1:3:2～4。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3的主要操作为：将质量分数为1～2wt％的纤维素纳米纤维晶的悬浮液、柠檬酸和浓度为5～15mm的fecl3溶液混合并加热到50～70℃，随后，边搅拌边逐渐加入与fecl3溶液体积相同的浓度为5～15mm的k4[fe(cn)6]溶液并出现蓝色分散液，连续搅拌直至其自然冷却至室温，最后用丙酮离心洗涤，取沉淀物分散于超纯水中，得到了近红外ⅰ型光热纤维的分散液；所述纤维素纳米纤维晶的悬浮液与柠檬酸的质量比为10:1～3，所述纤维素纳米纤维晶的悬浮液与fecl3溶液的质量体积比为1g:2～3ml。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s4的主要操作为：将步骤s2制得的ph响应型抗菌纤维的分散液与步骤s3制得的近红外ⅰ型光热纤维的分散液混合并搅拌均匀得到混合物c，接着将泊洛沙姆f-127加入混合物c中并在2～6℃下搅拌3～5h至均匀得到混合物d，然后将步骤s1制得的近红外ⅱ型纤维基上转换纳米探针添加到混合物d中，继续搅拌至均匀得到混合物e，最后将混合物e在2～6℃下超声1～3h形成均质水凝胶，得到近红外ⅰ、ⅱ响应性智能纳米纤维水凝胶；近红外ⅱ型纤维基上转换纳米探针、ph响应型抗菌纤维、近红外ⅰ型光热纤维和f-127的质量比为10:0.025:0.25:3～4。
6.权利要求1～5任一项所述的制备方法制备得到的近红外ⅰ、ⅱ响应性智能纳米纤维水凝胶。
7.权利要求1～5任一项所述的制备方法制备得到的近红外ⅰ、ⅱ响应性智能纳米纤维水凝胶作为感染伤口的细菌水平检测和治疗材料的应用。