[发明专利]一种紫精水凝胶/镁自供能按需给药装置及其在银屑病治疗方面的应用

说明书

一种紫精水凝胶/镁自供能按需给药装置及其在银屑病治疗方面的应用，属于功能高分子材料技术领域。本发明是以由双键功能化的紫精单体、丙烯酰胺单体和N,N‑亚甲基双丙烯酰胺通过自由基聚合的方式制备的载药紫精水凝胶为生物电池的正极，将镁条作为负极，并将聚乙烯醇/磷酸缓冲盐溶液作为固态电解质，组装制备一体化自供能按需给药装置，并将其应用在银屑病治疗领域。该装置的输出电压在1.46～1.48V之间，使用期间通过更改负载电阻的阻值达到按需给药的目的，无需额外的电源，在银屑病治疗领域具有巨大应用潜力。

技术领域

本发明属于功能高分子材料技术领域，具体涉及一种紫精水凝胶/镁自供能按需给药装置及其在银屑病治疗方面的应用。

背景技术

精准和个性化药物治疗的临床治疗导向促进了刺激响应性创新药物输送系统的发展，外部刺激信号(即温度、光、电、磁场和超声波)和内部刺激信号(即葡萄糖和pH值)触发刺激响应系统释放所负载的具有生物活性的物质。在各种刺激信号中，电刺激是最有前途的刺激方法之一。精确的电信号可以重复地、远程地、程序化地产生，具有巨大的临床应用价值。然而目前用于产生电信号的能源系统大多为各种商业电源，但是商品电源的坚固结构在时间和空间上限制了这种能源系统在未来远程控制和智能可穿戴医疗设备中的应用。因此，自供能的概念受到了众多关注。目前，自供能药物输送系统多采用由纳米发电机、生物燃料电池、太阳能电池和原电池产生的电能，无需外部电源。作为药物释放的能源装置，原电池是一种将化学能转化为电能的装置，在上述能量收集和转化的方法中具有结构简单、便于携带、可以工业化生产的优点。原电池通常由两种不同的活性金属或金属和其他材料组成，电池的负极进行氧化反应，而正极在捕获从外部电路流入的电子后进行还原反应。

紫精是一系列由4,4-联吡啶衍生的季铵盐，它的分子结构决定了其在电化学还原过程中会伴随着阴离子的去除，因此可以成为潜在的电刺激活性药物释放的载体。然而，由于众所周知的生物毒性，紫精在药物释放方面的应用受到限制。在此，我们通过双键功能化的紫精单体制备了一种新型的导电载药紫精水凝胶，并进一步设计和制备了一种基于原电池原理的全固态一体化自供能装置，并将其应用在银屑病治疗领域中，银屑病是一种常见的慢性炎症性皮肤病，病程长，易复发。它的特点是皮肤干燥、增厚、有红斑和鳞屑，细菌感染引起严重的皮损，给患者带来了极大的痛苦。本文所制备的自供能按需给药装置能输出足够的能量来维持长期、精确、可控的药物释放，为需要每日给药或精确给药的银屑病提供新的治疗方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种由双键功能化的紫精单体、丙烯酰胺单体和N,N-亚甲基双丙烯酰胺通过自由基聚合的方式制备的载药紫精水凝胶为生物电池的正极，将镁条作为负极，并将聚乙烯醇/磷酸缓冲盐溶液作为固态电解质，组装制备一体化自供能按需给药装置，并将其应用在药物输送领域。该装置的输出电压在1.46～1.48V之间，使用期间通过更改负载电阻的阻值达到按需给药的目的，无需额外的电源，在药物输送领域具有巨大应用潜力。

本发明首先利用4,4-联吡啶和碘甲烷通过门舒特金反应(Menshutkin reaction)得碘甲烷封端的紫精单体，然后将碘甲烷封端的紫精单体和4-乙烯基苄氯通过反应制备出双键功能化的紫精单体；其次，将双键功能化的紫精单体、丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺在过硫酸钾和N,N,N,N-四甲基乙二胺引发下通过自由基反应聚合形成紫精水凝胶网络，再将地塞米松磷酸钠作为模型药物置于紫精水凝胶中，得到载药紫精水凝胶；随后，在磷酸盐缓冲盐溶液中溶解聚乙烯醇，通过冻融循环法制备聚乙烯醇/磷酸缓冲盐溶液固态电解质；最后，将载药紫精水凝胶、聚乙烯醇/磷酸缓冲盐固态电解质、镁条和涤纶树脂/氧化铟锡组装得到本发明所述的自供能按需给药装置。

本发明所述的自供能按需给药装置的制备方法，其步骤如下：