[发明专利]一种纳米酶抗菌水凝胶的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种纳米酶抗菌水凝胶的制备方法，该方法是采用酚基功能化的水溶性高分子通过酶促交联反应形成原位水凝胶；具体涉及采用热解法制备了双金属原子催化剂Cu,Fe‑N‑C纳米酶，其拟过氧化酶活性及氧化酶活性，在H₂O₂存在下，单宁酸被氧化为酚醌结构的化合物，与羧甲基壳聚糖形成酶交联水凝胶，该水凝胶具有较好的黏合强度及铺展形态；利用Cu,Fe‑N‑C纳米酶能够产生更多的活性氧及单宁酸和壳聚糖的抑菌性能，水凝胶对致病菌有较强的杀菌效果；该纳米酶水凝胶应用在伤口敷料中，具有良好生物相容性、低毒性及稳定性，不仅快速促进伤口愈合，防止伤口感染，且对伤口无刺激、安全、无毒副作用。

技术领域

本发明涉及化学分析检测技术领域，具体为一种新型纳米酶抗菌水凝胶的制备方法及纳米酶抗菌水凝胶在制备伤口敷料中的应用。

背景技术

伤口愈合是一个复杂的生理过程，其中包括止血期、炎症期、修复期和成熟期，小伤口可以进行自行愈合，但较大伤口需要伤口敷料进行辅助治疗，伤口敷料具有促进创面愈合和保护创面不受感染的特点，广泛应用于临床领域。伤口敷料是一类用于创伤、烧伤、溃疡等伤口覆盖的医用材料，其主要作用是吸收渗出液防止渗液感染周围正常皮肤及保护伤口免受细菌及尘粒等外源污染，医用敷料的临床需求巨大。水凝胶敷料作为一种新型生物医用敷料，因其具有可调控性、含水量高且与细胞外基质结构相似等优点得到广泛应用。传统水凝胶在固体表面滑动摩擦系数较低，黏合性能差。此外，系统中存在的大量水与水凝胶中官能团产生的氢键相互作用进一步削弱了水凝胶的黏合强度，限制了水凝胶基黏合剂的开发应用。酶介导的生物黏合水凝胶具有力学性能可调、快速凝胶化和低毒特性，温和的交联条件也使其作为黏合剂在组织工程中受到广泛关注。目前的研究基本集中在辣根过氧化酶（HRP）和过氧化氢（H₂O₂）存在下与底物形成酶交联水凝胶。纳米酶具有制备成本低、易于批量生产、稳定性高和活性可调节等优点，同时具有多重酶活及抗菌性能，其研究受到广泛重视。

单宁酸作为抗菌药物和烧伤创面愈合的有效性已经证明了一个世纪；单宁酸水凝胶具有良好的生物相容性、生物可降解性、自愈性、可注射性、高粘附性、高机械强度等众多优良的性能。壳聚糖具有抗菌、止血、无毒、促凝血、可降解以及良好的生物相容性等特点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种新型纳米酶抗菌水凝胶敷料的制备方法，本发明利用了纳米酶、单宁酸和壳聚糖的优异抑菌性能，及酚基功能化的水溶性高分子通过酶促交联反应制备的原位水凝胶，用作伤口敷料。

具体涉及采用热解法制备了双金属原子催化剂Cu,Fe-N-C纳米酶，Cu,Fe-N-C纳米酶表现出拟过氧化酶活性及氧化酶活性，在H₂O₂存在下，与单宁酸功能化的壳聚糖形成酶交联水凝胶，该水凝胶具有较好的黏合强度及铺展形态；利用Cu,Fe-N-C能够产生更多的活性氧（ROS）及单宁酸和壳聚糖实现抗菌、止血、促凝血等功能，用作水凝胶敷料，对于皮肤各种创伤，不仅能快速促进伤口愈合，防止伤口感染，且对伤口无刺激、安全、无毒副作用；与阳性对照药相比，对耐药致病菌的抗菌效果更加优异。

本新型纳米酶抗菌水凝胶敷料的制备方法如下：

（1）壳聚糖-单宁酸的合成

将0.1-1.5g壳聚糖溶于质量浓度1%的乙酸去离子水100mL中，加入0.9-1.0g 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和1-1.2g N-羟基硫代琥珀酰亚胺(NHS)，在氮气保护下，搅拌45-60min，加入8-9g单宁酸，室温下搅拌10-12h，用0.1mol/L的Na₂CO₃或HCl调节pH为4.5-5.5，然后用3000-3500Da透析袋进行透析处理3天，冷冻干燥，即得单宁酸功能化的壳聚糖（TA-CMC）；

所述的冷冻干燥分为两个阶段，预冻阶段：5h，温度：-60℃；干燥升华阶段19h，-42.5℃~-39.5℃；