一种具有高效抗菌抗炎能力的纳米材料微针及其制备方法

本发明涉及光催化、水凝胶微针，生物抗菌材料，具体来说是一种具有高效抗菌抗炎能力的纳米材料微针及其制备方法。

背景技术：

1、皮肤作为人体组织中最大的器官，其需要进行一系列的代谢活动从而保护人体内部免受来自外界病原体的侵害。其中痤疮是一种常见的多因素皮肤疾病，其发病机制包括毛囊导管角化异常、痤疮丙酸杆菌过度增殖、皮脂腺功能亢进及炎症反应。传统治疗方法包括外用抗生素、维a酸类药物等，但由于皮肤屏障的存在，药物渗透性差，疗效受限，且长期使用易引发耐药性。

2、一直以来，人们为了应对各种感染而使用抗生素进行治疗，而抗生素的过度使用具有很大的风险。滥用抗生素会导致产生耐药细菌，甚至增加了产生超级细菌的几率。因此，科学家们致力于寻找一系列新型的杀灭细菌的方法以代替使用抗生素治疗。常见的方法有使用中草药有效成分或者金属离子释放代替抗生素进行临床治疗。

3、氨基酮戊酸光动力疗法（ala-pdt）是一种药械结合的治疗方法，ala-pdt所使用的光敏药物ala是一种天然的亲水性小分子化合物，是血红素合成途径的前体物质，本身没有光敏性。当给予大量外源性ala后，肿瘤细胞或增生旺盛的细胞优先选择性吸收ala，并经过一系列酶促反应在线粒体内生成大量光敏性物质原卟啉ⅸ。由于肿瘤细胞或增生旺盛的细胞中胆色素原脱氨酶活性升高，原卟啉ⅸ生成增多，亚铁螯合酶活性降低，原卟啉ⅸ转化为血红素减少，导致其在病变细胞内大量蓄积。在特定波长的激发光源照射下原卟啉ⅸ被激活，吸收光能转化给周边氧分子，生成单态氧等活性氧物质，发挥光动力效应。活性氧可消灭各种细菌，调节免疫与炎症反应。但过量的ros会导致炎症反应，产生后遗症。

4、表没食子儿茶素没食子酸酯（egcg），是天然植物次生代谢产物，以其抗炎、抗肿瘤和抗菌能力，在医学应用中发挥着重要作用。然而作为天然中药有机小分子其具有溶解度差和稳定性较差等缺点，因此对于使用天然小分子作为治疗药物应用于临床治疗的手段受到了很大的限制。随着合成方法的发展和应用，基于egcg的纳米颗粒在医学领域得到广泛应用，特别是在抗菌方面的应用。作为茶叶中的主要多酚，高度反应性的酚羟基容易与金属离子结合，氨基酸和其他抗菌组分以显示抗菌活性或作为药物递送系统。这一特性已被用于开发各种生物纳米材料，用于生物效应研究，如抗生物膜感染。此外，多酚已被证明具有抗氧化能力，有助于减轻光疗引起的组织损伤。

5、同时，由于皮肤的屏障作用，大多数药物不能通过皮肤传递来达到治疗效果。近年来，许多研究人员研究了微针(mn)用于药物装载。由于其特殊的形态，纳米颗粒可以很容易地穿透角质层，进入表皮层。因此，使用mn的主要好处是无痛输送和有效成分输送到真皮层治疗皮肤疾病。

技术实现思路

1、本发明针对现有痤疮治疗方法药物渗透性差、易产生耐药性、光动力疗法作用不精准等问题，提供了一种具有高效抗菌抗炎能力的纳米材料微针及其制备方法，所述微针通过细胞内源性合成光敏剂ppix，在可见光的照射下ppix产生活性氧（主要为单线态氧），杀灭细胞周围的细菌，并破坏生物膜。同时，释放的egcg发挥抗炎和抗氧化作用，调控炎症因子，减轻组织损伤。

2、本发明实现目的之一采用以下技术方案：一种具有高效抗菌抗炎能力的纳米材料微针的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤一，将5-氨基乙酰丙酸盐酸盐脱氢氯化处理，得到5-氨基乙酰丙酸；

4、步骤二，将步骤一得到的5-氨基乙酰丙酸、表没食子儿茶素没食子酸酯和三价铁源混合后通过金属配位自组装作用反应，经透析纯化，得到5-氨基乙酰丙酸-铁-表没食子儿茶素没食子酸酯纳米配位复合物afee的水溶液；

5、步骤三，将步骤二制得的afee水溶液与透明质酸钠混合，制得负载afee的透明质酸钠水凝胶；

6、步骤四，将步骤三得到的水凝胶填充至微针模具中，经离心脱泡、干燥成型，得到包含纳米药物的阵列微针。

7、优选地，步骤一的具体步骤为：将5-氨基乙酰丙酸盐酸盐用碱液中和脱氢氯化成5-氨基乙酰丙酸，5-氨基乙酰丙酸盐酸盐与碱的摩尔比为1:1，采用的碱液为浓度为0.05-0.1m的naoh或氨水。

8、优选地，步骤一中，将5-氨基乙酰丙酸盐酸盐用碱中和至ph为6.0-8.0。

9、优选地，步骤二中，5-氨基乙酰丙酸、表没食子儿茶素没食子酸酯和fe3+的摩尔比为18-22:3-5:1。

10、优选地，步骤二中，5-氨基乙酰丙酸的浓度为1-20 mm，表没食子儿茶素没食子酸酯和三价铁源的浓度各自独立地为1-20 mm。

11、优选地，步骤二中，三价铁源包括氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、柠檬酸铁中的至少一种。

12、优选地，步骤三中，透明质酸钠的质量体积比为10%-20%，afee纳米药物稀释后的浓度为20 mm。

13、优选地，步骤四中，微针模具为聚二甲基硅氧烷模具。

14、优选地，步骤四中，干燥温度为30-40 ℃，干燥时间为20-48 h，干燥过程中每12-24小时观察一次溶液挥发情况，并补充溶液和去除气泡。

15、本发明实现目的之二采用以下技术方案：一种具有高效抗菌抗炎能力的纳米材料微针，采用所述的制备方法制得。

16、本发明的微针（mn）贴片，它提供纳米配位复合物（afee），将过度活跃的皮脂细胞重新编程为内源性光敏剂工厂，用于精确的光动力免疫治疗。afee是通过一锅协调驱动的5-氨基乙酰丙酸（ala）、fe3+和表没食子儿茶素没食子酸酯（egcg）的自组装而设计的。通过可溶mn进行无痛皮内递送后，afee被皮脂细胞内化并经历细胞内解离。释放的ala在线粒体内代谢为原卟啉ix，而egcg具有抗炎和抗氧化作用。在660 nm激光照射下，这些重编程的皮脂细胞产生强大的活性氧，在体内实现~99.94%的痤疮根除和强大的生物膜破坏。这种细胞重编程平台显示出优越的疗效和疾病特异性，为多因素炎症性皮肤病的靶向治疗建立了新的范例。

17、本发明具有以下有益效果：

18、本发明的制备方法中通过合成一种afee（即 ala-fe-egcg三元复合物的缩写，即：5-氨基乙酰丙酸-铁-表没食子儿茶素没食子酸酯纳米复合物）纳米药物，使其具有光动抗菌能力和抗氧化抗炎能力。进一步地，将所述afee纳米药物与易溶解的透明质酸钠复合，制成水凝胶，并最终通过微针模具成型，得到负载afee的纳米药物阵列微针，即mn贴片。借由mn的穿透力到达作用部位，afee被皮脂细胞内化并经历细胞内解离。释放的ala在线粒体内代谢为原卟啉ix，而egcg具有抗炎和抗氧化作用。在660 nm激光照射下，这些重编程的皮脂细胞产生强大的活性氧，在体内实现高效的痤疮根除和强大的生物膜破坏。本发明所述的制备方法中，合成afee纳米粒子的制备方法简单快捷，设备投入少，制备耗材应用较少，可实现大规模生产，采用表没食子儿茶素没食子酸酯这种中草药，可以一定程度的抑制细菌的生长，同时具备良好的抗氧化作用。

19、本发明的纳米材料微针不仅具有良好的生物活性，又具有抗菌性。通过可溶mn进行无痛皮内递送后，afee被皮脂细胞内化并经历细胞内解离。释放的ala在线粒体内代谢为原卟啉ix，而egcg具有抗炎和抗氧化作用。