一种pH响应型复合水凝胶及其制备方法与应用

本发明涉及生物医药，尤其涉及一种ph响应型复合水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术：

1、伤口敷料是覆盖于创面表面、为创面愈合提供物理保护和微环境调控的医用材料，其发展经历了从传统纱布到现代功能性敷料的演变。目前临床上常用的伤口敷料主要包括以下几类：

2、（1）传统敷料：如纱布、棉垫等，主要起到物理覆盖和吸收渗液的作用，但无法保持创面湿润环境，易与创面粘连造成二次损伤，且不具备抗菌、促愈合等活性功能，目前已逐渐被新型敷料替代。

3、（2）薄膜敷料：如聚氨基甲酸酯薄膜，具有透气、防水、透明便于观察等优点，但吸收渗液能力差，不适用于渗出量较大的创面。

4、（3）水胶体敷料：由羧甲基纤维素钠等亲水性材料与弹性体背衬组成，能维持创面湿润环境、促进自溶性清创，但吸液后易发生凝胶膨胀变白，不便于观察创面状态。

5、（4）水凝胶敷料：是目前研究最活跃的新型敷料之一，由高分子聚合物在水中交联形成的三维网络结构组成，含水量高（可达70%~99%），具有保湿、透气、冷却镇痛、与创面贴合性好等优点。现有水凝胶敷料常用的基体组分包括：天然高分子材料海藻酸钠、壳聚糖、透明质酸、明胶、纤维蛋白原等和合成高分子材料聚乙烯醇pva、聚丙烯酰胺pam、聚乙二醇peg等。其中，海藻酸钠/明胶复合水凝胶因其良好的生物相容性、可降解性及成胶性能，在伤口敷料领域受到广泛关注。然而，现有水凝胶大多采用静态共价交联或物理交联结构，一旦形成网络结构便不可调节，无法根据创面微环境的变化如ph、温度、酶浓度实现活性成分的按需释放。近年来，研究者探索将ph指示剂引入水凝胶敷料以实现伤口状态可视化监测。例如，有文献报道将石蕊负载于水凝胶中，利用其在酸性条件下变红、碱性条件下变蓝的特性实现ph响应变色。然而，石蕊作为ph指示剂应用于伤口敷料存在明显缺陷：①石蕊仅能区分酸碱性，不具有任何生物活性，无法发挥抗氧化、抗炎等治疗功能；②颜色变化对比度较低，弱酸弱碱条件下颜色区分不明显，肉眼观察辨识度差；③石蕊来源有限，成本较高，应用于开放性创面的生物安全性研究尚不充分。

6、（5）含活性成分的敷料：为赋予敷料抗菌、抗炎、促愈合等功能，研究者们在敷料中引入了各种活性成分，包括天然多糖、纳米颗粒及植物多酚等。

7、螺旋藻多糖是从螺旋藻中提取的天然活性多糖，具有抗氧化、免疫调节、促进细胞增殖等生物活性，因其良好的生物相容性和稳定性，在生物医用材料、药物递送系统等领域具有广阔应用前景。硒是人体必需的微量元素，在免疫调节、抗氧化防御和抗肿瘤等方面发挥重要作用。近年来，硒纳米颗粒因其优异的抗菌性能和抗氧化活性而成为伤口敷料领域的研究热点。研究表明，硒纳米颗粒可通过产生活性氧ros破坏细菌细胞膜，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等常见致病菌具有显著的抑制作用。然而，裸露的硒纳米颗粒在制备和储存过程中极易发生团聚，粒径增大导致活性降低，且在生理环境中稳定性差，限制了其在敷料中的实际应用。现有技术中常用的稳定剂如聚乙烯吡咯烷酮pvp、柠檬酸钠等虽能一定程度上改善分散性，但存在生物相容性不足、与水凝胶基体兼容性差等问题。

8、花青素是一类广泛存在于蓝莓、黑果枸杞、紫甘蓝等植物中的天然水溶性色素，具有显著的抗氧化、抗炎及抗菌活性。更重要的是，花青素分子结构中的花色基元使其对ph值高度敏感：在酸性条件（ph<5）下呈红色或紫红色，在中性条件（ph 6~7）下呈紫色，在碱性条件（ph>7.5）下呈蓝色或绿色。这一特性使花青素可作为天然的ph指示剂用于伤口状态监测-正常愈合伤口的ph值约为5~6，而感染伤口的ph值可升高至7~9。因此，将花青素引入伤口敷料，理论上可实现伤口感染状态的肉眼可视化监测。然而，花青素直接应用于创面时存在明显缺陷：稳定性差，在光照、高温和碱性条件下易降解变色；释放速率不可控，难以实现持续的治疗效果；缺乏有效的载体系统对其加以保护。

9、综上，现有创面敷料及活性成分递送系统存在如下不足：

10、（1）缺乏智能响应性：现有水凝胶大多采用静态交联结构，无法根据创面微环境ph的变化实现活性成分的按需释放，难以满足感染期快速释放、愈合期平稳释放的治疗需求；（2）活性成分单一且协同性不足：现有敷料多负载单一活性成分，难以同时实现抗菌、抗氧化、ph响应监测等多种功能，无法满足复杂创面修复的多阶段需求；不同功能组分之间的协同增效作用尚未得到充分探索；（3）纳米材料稳定性差：硒纳米颗粒在制备和储存过程中易团聚，现有稳定剂体系在兼顾稳定性、生物相容性及凝胶体系兼容性方面仍存在不足；（4）天然产物生物利用度低：花青素直接应用于创面时稳定性差、易降解、释放不可控，缺乏有效的载体系统加以保护。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种ph响应型复合水凝胶及其制备方法与应用，通过多糖稳定化硒纳米颗粒、席夫碱交联水凝胶基体和花青素负载三者协同，获得兼具高效抗菌抗氧化活性（促伤口愈合功能）与ph响应变色伤口监测功能的复合水凝胶。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种ph响应型复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

4、将多糖溶液与亚硒酸盐溶液混合，得到络合液；

5、将所述络合液与还原剂溶液混合，进行还原后，依次进行第一透析、第一浓缩和第一冷冻干燥，得到多糖-硒纳米颗粒；

6、将海藻酸钠与氧化剂和水混合，进行氧化后，依次进行终止反应和沉淀，将所得氧化海藻酸钠沉淀依次进行第二透析、第二浓缩和第二冷冻干燥，得到氧化海藻酸钠；

7、将黑果枸杞花青素溶液与所述氧化海藻酸钠混合，将所得花青素-氧化海藻酸钠混合液与多糖-硒纳米颗粒混合，进行分散，得到复合分散液；

8、将所述复合分散液与明胶溶液混合，进行交联，得到ph响应型复合水凝胶。

9、优选的，所述多糖溶液中多糖包括螺旋藻多糖、透明质酸钠和壳聚糖中的一种或几种；所述亚硒酸盐溶液中亚硒酸盐包括亚硒酸钠或亚硒酸钾；所述多糖溶液的浓度为0.5~5 mg/ml；所述亚硒酸盐溶液的浓度为0.005~0.02 mol/l；所述多糖溶液与亚硒酸盐溶液的体积比为0.5~2:1。

10、优选的，所述还原剂溶液中还原剂包括抗坏血酸、谷胱甘肽、抗坏血酸钠和半胱氨酸中的一种或多种；

11、所述还原剂溶液的浓度为0.02~0.08 mol/l；所述还原剂溶液与亚硒酸盐溶液的体积比为0.5~2:1；

12、所述还原的温度为室温，时间为4~12 h，搅拌转速为100~300 rpm/min。

13、优选的，所述第一透析所用透析袋的截留分子量为800~1500 da；

14、所述第一冷冻干燥的真空度<20 pa、温度为-50~-40℃，时间为24~48 h。

15、优选的，所述氧化剂包括高碘酸钠或高碘酸钾；所述氧化剂与海藻酸钠的摩尔比为0.2~1.5:1；

16、所述氧化的温度为室温，时间为6~24 h，搅拌转速为200~400 r/min。

17、优选的，所述第二透析所用透析袋的截留分子量为3000~4000 da；所述第二冷冻干燥的真空度<20 pa、温度为-50~-40℃，时间为24~48 h。

18、优选的，所述黑果枸杞花青素溶液的质量浓度为50~200 mg/ml；所述花青素-氧化海藻酸钠混合液中氧化海藻酸钠的质量浓度为10~30 mg/ml；所述复合分散液中多糖-硒纳米颗粒的质量浓度为5~50 mg/ml。

19、优选的，所述复合分散液与明胶溶液的体积比为0.5~1.5:1，所述明胶溶液的质量浓度为50~150 mg/ml；所述交联的温度为30~40℃，时间为0.5~2 h。

20、本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的ph响应型复合水凝胶。

21、本发明提供了上述技术方案所述ph响应型复合水凝胶在慢性伤口的智能监测与智能敷料领域的应用。

22、本发明提供了一种ph响应型复合水凝胶的制备方法，将多糖-硒纳米粒子（sp-senps）与花青素共同负载于氧化海藻酸钠/明胶水凝胶网络中得到复合水凝胶。本发明以多糖为稳定剂，通过还原可获得稳定性良好的硒纳米颗粒（sp-senps），解决现有硒纳米颗粒易团聚、生物相容性差的难题；以氧化海藻酸钠/明胶（osa/gel）的动态席夫碱交联网络作为载体，赋予水凝胶ph响应性，实现活性成分的按需释放；以该三维网络为花青素提供保护性微环境，显著提高其稳定性与生物利用度，获得能够同时实现抗菌抗炎抗氧化与ph响应变色监测双重功能、生物安全性高的智能水凝胶敷料。

23、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

24、（1）本发明提供的制备方法工艺简单、条件温和、无需复杂设备，反应在水相体系中进行，避免了有机溶剂残留风险，原料来源天然、成本较低，易于实现工业化生产。

25、（2）本发明制备的水凝胶以氧化海藻酸钠与明胶经席夫碱交联形成网络结构，该动态共价键在酸性条件下可发生水解断裂，赋予水凝胶ph响应智能释放特性，能够根据创面微环境ph变化实现活性成分的按需释放。

26、（3）本发明以多糖作为硒纳米颗粒的稳定剂，采用物理稳定化作用防止硒纳米颗粒团聚。具体而言，螺旋藻多糖富含羟基和羧基，其长链大分子通过空间位阻效应物理缠绕于硒纳米颗粒表面，物理阻隔颗粒间的相互碰撞，同时多糖羧基电离使颗粒表面呈负电位，颗粒间产生静电排斥作用，进一步抑制团聚。所得多糖-硒纳米颗粒粒径分布均匀、稳定性高，具有优异的抗菌和抗氧化性能。

27、（4）本发明将花青素物理包埋于水凝胶网络中，水凝胶的三维网络结构为花青素提供了保护性微环境，有效减缓其氧化降解，实现持续、可控释放，显著提高了花青素的生物利用度。

28、（5）本发明在氧化海藻酸钠/明胶水凝胶网络基体中同时负载多糖-硒纳米颗粒和花青素，多组分协同作用，同时实现抗菌、抗炎、抗氧化、促愈合多重功能，抗菌率达到97%以上，满足复杂创面修复的多阶段需求。