[发明专利]一种用于感染创面预警和可控治疗的智能水凝胶敷料

说明书

本发明涉及一种用于感染创面预警和可控治疗的智能水凝胶敷料，该水凝胶由四部分组成：生物相容性好且经常被用做创面敷料的聚乙烯醇、感知创面pH变化的具有荧光共振能量转移效应的纳米粒子、紫外光响应的可控释放抗生素的大分子以及上转化纳米粒子、通过反复冻融的方法得到。通过监测水凝胶荧光信号的改变来预警感染的发生，随后对水凝胶加以近红外光照射，从而实现抗生素的有效可控释放，对感染创面进行可控及时治疗。本发明解决了传统创面敷料对于感染发生的不可知性，并且避免了抗生素过量使用带来的副作用，适用于创面感染的预警和治疗。

技术领域

本发明涉及创面感染水凝胶敷料领域，特别涉及一种用于感染创面预警和可控治疗的智能水凝胶敷料。

背景技术

皮肤是人体最大的器官，由表皮，真皮和皮下组织三部分构成，是保护人体的第一道屏障。在日常生活中，皮肤经常受到损伤，由创伤和烧伤等引起的皮肤损伤是较为常见的皮肤疾病。皮肤创伤的愈合是一个复杂的生理学过程，一旦皮肤受伤，提供了细菌入侵的窗口，正常的愈合过程会受到阻碍，这会大大延迟伤口的愈合过程，甚至增加截肢和死亡的风险。目前临床上所用的伤口敷料有薄膜、海绵和水凝胶等等，它们可以为创面提供湿润的环境，促进伤口的愈合。然而从目前的临床护理手段来看，感染的判断受到医疗水平的制约，可能会延误最佳的治疗时间；同时，传统的创面敷料无法做到抗生素的可控释放，造成抗生素的过度使用，使得抗药菌产生，这也是临床上急需解决的问题。因此，开发具备预警创面感染和可控抗菌性能的新型创面敷料迫在眉睫。

荧光传感器是依靠光谱化学和测量技术，以荧光物质作为指示剂，在一定波长的光照射激发下，将目标分析物的化学信息连续转变为分析仪器测量的荧光信号的变化。根据荧光强度的变化与分析物的浓度和种类之间的关系，实现对目标分析物的定性检测，这是常见荧光传感器的工作原理。而创面修饰是一个动态的环境，创面上的物理信号(温度和湿度等)和化学信号(pH和离子等)的水平会随着创面修复的进程发生改变，因此可以利用荧光传感器对创面的信号进行监控。以创面感染为模型，利用创面感染过程中pH这一化学信号从中性到酸性的变化，实现对创面感染的早期感知与智能预警。

光这一外源性刺激具有高效，远程操控和可控释放药物等优点，光响应性材料在组织工程、药物传递领域取得了广泛应用。其中应用较多的为可见光，但是可见光穿透深度浅，细胞毒性大的缺点限制了其在生物领域的进一步的应用。目前最有效的手段是运用上转化纳米粒子，它可以将长波长的近红外光(980和808nm)转化为短波长的可见光(紫光365nm，蓝光475nm，绿光520nm)，弥补可见光的缺点。本发明利用近红外光和上转化纳米粒子的独特优势，实现抗生素在创面部位的有效控制释放。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于感染创面预警和可控治疗的智能水凝胶敷料。制备水凝胶的原料具有非常好的生物相容性，制备工艺简单，水凝胶性能好，有望解决创面护理过程中由于敷料覆盖所导致的感染不能被及时发现的问题，并且通过外加光刺激实现抗生素的可控释放，对感染创面进行治疗，促进创面的修复。

本发明的用于感染创面预警和可控治疗的智能水凝胶敷料，包括聚乙烯醇，修饰花青素3和花青素5的二氧化硅纳米粒子，紫外光响应的可控释放抗生素的大分子前药，以及上转化纳米粒子。将上述四部分混合成均匀的溶液，反复冻融制备水凝胶。聚乙烯醇是一种生物相容性好，经常被用作伤口敷料的材料；修饰花青素3和花青素5的二氧化硅纳米粒子的荧光信号会在创面感染的酸性微环境下发生改变，从而达到监控创面感染的目的；对水凝胶加以近红外光照射，响应性释放抗生素，实现对感染创面的及时可控治疗。

上述技术方案中，修饰花青素3和花青素5的二氧化硅纳米粒子采用如下方法制得：首先在二氧化硅纳米粒子表面修饰氨基，随后氨基与花青素3-N-羟基琥珀酰亚胺酯反应形成酰胺键将花青素3共价接枝到二氧化硅表面。然后粒子表面未反应的氨基与对醛基苯甲酸的羧基反应形成酰胺键，在二氧化硅表面暴露醛基。最后花青素5-氨基和醛基反应形成pH响应的席夫碱键。创面感染时酸性的微环境使得希夫碱键断裂，花青素5释放到环境中，荧光共振能量转移效果减弱，水凝胶的荧光信号发生改变。