ZIF-8/细菌纤维素复合海绵、其制备方法及作为敷料的应用

本发明涉及生物复合材料，涉及一种zif-8/细菌纤维素复合海绵、其制备方法及作为敷料的应用。

背景技术：

1、糖尿病足溃疡是糖尿病最严重和常见的并发症之一，全球糖尿病足溃疡的平均患病率约为6.3%。糖尿病患者血糖浓度过高会引起机体发生多种变化。首先，高血糖造成了体内抗氧化剂的产生减少，导致氧化还原稳态的破坏和活性氧(ros)的增加，进而引起氧化应激反应增加和慢性炎症。其次，高血糖浓度还会引起内皮细胞损伤、血管病变和微循环障碍，这些问题都会抑制伤口愈合。

2、针对影响缺血性糖尿病足溃疡愈合的多种不良因素，选择合适的材料制备多功能敷料，对于减少临床上的护理步骤和促进伤口愈合具有重要意义。

3、细菌纤维素（bc）是一种由细菌合成的具有良好生物相容性的纤维素水凝胶，其由纳米纤维构成的三维网络结构，具有微米级孔隙、高的孔隙率和比表面积，因此具有良好的透气性，并且能够有效的阻隔细菌入侵。bc纳米纤维上丰富的羟基可以作为成核和生长的反应位点，可以作为晶体生长的骨架材料。但bc在水凝胶状态下的吸水溶胀性有限，难以满足渗液较多的伤口。而经冻干后的bc呈现出一种多孔海绵的形态，能够吸收大量渗液，但冷冻干燥破坏纤维之间的氢键相互作用，导致得到的海绵机械性能较差且易碎。

4、金属有机骨架(mof)是一种有机-无机纳米晶体，具有高孔隙率和比表面积、高负载能力和热稳定性等特点，因此在药物递送领域有着广泛的应用。mof载药的常用方法有四种：一锅合成、仿生矿化、合成后包封和表面吸附。沸石咪唑框架-8 (zif-8)是基于锌离子和2-甲基咪唑配体构成的十二面体的mof，具有良好的ph响应功能，当处于酸性环境时，质子酸攻击破坏n-zn键，导致晶体结构坍塌从而释放药物。同时，zif-8具有带正电荷的zn2+，能够发挥抗菌的作用。

5、zif-8/细菌纤维素复合材料在医药领域有潜在的应用价值，然而现有技术中其制备方法仍存在以下问题：破坏细菌纤维素的完整性、复合材料的力学性能较差或细菌纤维素与zif-8结合不够紧密、制备方法较复杂等。例如，cn 116510058 a公开了一种zif-8、mxene和细菌纤维素复合制备创伤敷料的方法，其zif-8是合成后通过浸渍的方法与细菌纤维素结合，该方法zif-8与细菌纤维素结合的不够紧密且分布不均匀。cn 104733700 a公开了负载zif-8的细菌纤维素气凝胶的制备方法并作为锂硒电池柔性正极材料，其特征为通过水热合成法原位生长，但合成前需要先将细菌纤维素冻干，且反应温度在100-300℃。cn112030561 b公开了负载zif-8的细菌纤维素气凝胶的制备方法，其需要在反应釜的高温高压环境中进行锌盐处理，而且细菌纤维素膜经过了两次干燥处理过程，制备过程较为复杂。

技术实现思路

1、由于现有技术存在上述缺陷，本发明提供了一种zif-8/细菌纤维素复合海绵、其制备方法及作为敷料的应用。所述制备方法克服现有技术制备过程复杂且会破坏细菌纤维素天然结构的缺陷。所述制备方法制备得到的zif-8/细菌纤维素复合海绵具有好的完整性和力学性能，并可负载药物后用于糖尿病足溃疡伤口的敷料。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种zif-8/细菌纤维素复合海绵的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

4、步骤s1、将纯化的细菌纤维素水凝胶不脱水或进行部分脱水后静置于锌盐溶液中一段时间，然后转移至配体溶液中在20~80℃下振荡或静置反应一段时间，清洗后得到zif-8/细菌纤维素复合水凝胶；

5、步骤s2、将所述复合水凝胶浸渍于体积百分浓度为15~100%的乙醇水溶液中一段时间，经冷冻干燥后得到zif-8/细菌纤维素复合海绵。

6、进一步地，所述步骤s1中，细菌纤维素水凝胶脱水的重量比例为0~90%（w/w）。

7、进一步地，所述步骤s1中，锌盐是硝酸锌、乙酸锌、氯化锌中的任意一种，浓度为0.5~15%(w/v)；配体为2-甲基咪唑或2-氨基苯并咪唑，浓度为1~30%(w/v)；锌盐溶液或配体溶液的溶剂是甲醇或水。

8、进一步地，所述步骤s1中，振荡反应的转速为20~120rpm，反应时间为1~24h。

9、进一步地，所述步骤s2中，所述乙醇水溶液的温度为0~40℃，浸渍时间为10~60min。

10、第二方面，本发明提供zif-8/细菌纤维素复合海绵，其特征在于，采用如上述的制备方法制备得到的zif-8/细菌纤维素复合海绵；所述复合海绵以细菌纤维素为基质，基质内嵌原位生长的zif-8晶体。

11、进一步地，所述复合海绵中zif-8晶体包封药物或表面吸附药物。载药的zif-8/细菌纤维素复合海绵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：不脱水或部分脱水的细菌纤维素水凝胶浸渍于锌盐甲醇溶液中，然后转移至含有配体和药物的甲醇溶液中，清洗后得到载药的zif-8/细菌纤维素复合水凝胶，接着转移至乙醇溶液中，最后经冷冻干燥得到载药的zif-8/细菌纤维素复合海绵。

12、最后一方面，本发明提供一种zif-8/细菌纤维素复合海绵作为敷料的一种应用，其特征在于，所述zif-8/细菌纤维素复合海绵是如上述的载药的zif-8/细菌纤维素复合海绵或如第三方面所述的制备方法制备的zif-8/细菌纤维素复合海绵。

13、进一步地，所述zif-8/细菌纤维素复合海绵作为治疗糖尿病足溃疡伤口的敷料。

14、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

15、（1）本发明利用细菌纤维素纳米纤维表面上丰富的羟基作为成核和生长的反应位点，通过两步低温反应在纤维上原位生长zif-8晶体，维持了细菌纤维素的完整性，充分保留了细菌纤维素的功能，包括细菌纤维素的纳米纤维网络结构、力学性能和生物相容性。

16、（2）本发明的复合材料在冷冻干燥前通过乙醇溶液的处理取代细菌纳米纤维素水凝胶中的部分水，使得预冻时水结冰引起的体积变化较小，不会膨胀破坏细菌纳米纤维素的三维网络结构，使得复合水凝胶经过冷冻干燥后得到的海绵具有良好的力学性能，同时海绵形态易于保存。

17、（3）本发明制备得到的zif-8/细菌纤维素基复合海绵具有优异的隔菌和抗菌性能，能够有效的防止细菌入侵和定植，防止伤口感染。zif-8/细菌纤维素基复合海绵还能够吸收大量渗出液，并转化为水凝胶，维持伤口处的湿度平衡。

18、（4）本发明制备得到的药物缓释型zif-8/细菌纤维素复合海绵可以响应伤口酸性ph值，控释药物，发挥抗氧化、抗炎和促血管生成的作用，从而促进糖尿病伤口愈合。

19、（5）本发明的制备方法反应条件温和，可在室温下完成，方法简单高效，易推广，有良好的市场应用前景。

技术特征：

1.一种zif-8/细菌纤维素复合海绵的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种zif-8/细菌纤维素复合海绵的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，细菌纤维素水凝胶脱水的重量比例为0~90%。

3.根据权利要求1或2所述的一种zif-8/细菌纤维素复合海绵的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，锌盐是硝酸锌、乙酸锌、氯化锌中的任意一种，浓度为0.5~15%(w/v)；配体为2-甲基咪唑或2-氨基苯并咪唑，浓度为1~30%(w/v)；锌盐溶液或配体溶液的溶剂是甲醇或水。

4.根据权利要求1所述的一种zif-8/细菌纤维素复合海绵的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，振荡反应的转速为20~120rpm，反应时间为1~24h。

5.根据权利要求1或2所述的一种zif-8/细菌纤维素复合海绵的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述乙醇水溶液的温度为0~40℃，浸渍时间为10~60 min。

6.一种zif-8/细菌纤维素复合海绵，其特征在于，采用如权利要求1至5任一项所述的制备方法制备得到的zif-8/细菌纤维素复合海绵；所述复合海绵以细菌纤维素为基质，基质内嵌原位生长的zif-8晶体。

7.根据权利要求6所述的一种zif-8/细菌纤维素复合海绵，其特征在于， 所述复合海绵中zif-8晶体包封药物或表面吸附药物。

8.zif-8/细菌纤维素复合海绵作为敷料的一种应用，其特征在于，所述zif-8/细菌纤维素复合海绵是如权利要求7所述的zif-8/细菌纤维素复合海绵。

9.根据权利要求8所述的一种zif-8/细菌纤维素复合海绵作为敷料的一种应用，其特征在于，所述zif-8/细菌纤维素复合海绵作为治疗糖尿病足溃疡伤口的敷料。

技术总结
本发明公开了一种ZIF‑8/细菌纤维素复合海绵、其制备方法及作为敷料的应用。所述制备方法通过两步低温反应在细菌纤维素纤维上原位生长ZIF‑8晶体，包括将细菌纤维素水凝胶不脱水或进行部分脱水后先用锌盐溶液处理，然后转移至配体溶液处理，清洗后得到ZIF‑8/细菌纤维素复合水凝胶，最后用乙醇水溶液处理复合水凝胶后冷冻干燥得到最终产物。所述制备方法制备得到的ZIF‑8/细菌纤维素复合海绵没有破坏细菌纳米纤维素的三维网络结构，充分保留了细菌纤维素的功能，同时可以吸收大量渗出液并转化为水凝胶，并可负载药物后用于伤口的敷料。

技术研发人员：任杰,韦昭
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12