一种用于慢性伤口治疗和评估的复合凝胶及其制备方法转让专利
申请号 : CN202011028862.7
文献号 : CN112057669B
文献日 : 2021-07-02
发明人 : 蒋邦平 , 沈星灿 , 王瑷辉 , 李红燕
申请人 : 广西师范大学
摘要 :
本发明公开了一种用于慢性伤口治疗和评估的复合凝胶及其制备方法，选用4‑氨基联苯胺为原料，通过1,3‑丙烷磺内脂在氨基上引入磺酸基生成3‑(4‑苯氨基‑苯氨基)‑丙烷‑1‑磺酸(PSA)增加对苯二胺的水溶性。本发明选用了生物相容性良好的海藻酸钙(CA)水凝胶为载体，将HRP和PSA包载在凝胶中，制成一种透明辅料CA@PSA。透明辅料CA@PSA在H2O2存在下与苯胺发生聚合，形成蓝色凝胶CA@NPSA。所以本发明一方面通过PTT协同CDT对伤口进行持续性的治疗，另一方面通过苯胺聚合过程中颜色变化来对伤口愈合进行评估。本发明复合凝胶生物相容性高，对于细菌引起的伤口感染的治疗和诊断，在临床用药上具有参考价值，适于推广应用。
权利要求 :
1.一种用于慢性伤口治疗和评估的复合凝胶的制备方法，其特征在于：选用4‑氨基联苯胺为原料，通过1,3‑丙烷磺内脂在氨基上引入磺酸基生成3‑(4‑苯氨基‑苯氨基)‑丙烷‑
1‑磺酸增加对苯二胺的水溶性，具体包括如下步骤：（1）PSA制备：取1,3‑丙烷磺内脂于烧瓶中，加入4‑氨基联苯胺，氮气环境下反应，反应后加入丙酮洗涤，过滤得到固体产物并真空干燥将水分蒸发，固体溶于水，超声后过滤得到蓝色液体，冷冻干燥得产物PSA；
（2）CA@PSA凝胶制备：取步骤（1）制备的PSA得到PSA溶液，海藻酸钠溶液、辣根过氧化物酶溶液，充分溶解后加入CaCl2溶液，混合均匀后于4℃冰箱保存10‑12h，得到无色透明的CA@PSA复合凝胶，即为用于慢性伤口治疗和评估的复合凝胶。
2.根据权利要求1所述的复合凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述1,3‑丙烷磺内脂与4‑氨基联苯胺的重量比为3:1。
3.根据权利要求1所述的复合凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述PSA溶液、海藻酸钠溶液、辣根过氧化物酶溶液的体积比为VPSA:VCA:VHRP =5:100:1,其中CPSA=3.5 mg/mL，CCA=10 mg/mL,CHRP=2 mg/mL；
所述CaCl2溶液的加入量按照VCA:VCaCl2=5:1添加；
所述CaCl2溶液的浓度为5 mg/mL。
4.权利要求1‑3任一项所述的制备方法制备的用于慢性伤口治疗和评估的复合凝胶。
说明书 :
一种用于慢性伤口治疗和评估的复合凝胶及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于复合凝胶技术领域，具体涉及一种用于慢性伤口治疗和评估的复合凝胶及其制备方法。
背景技术
[0002] 慢性伤口临床上多指各种原因形成的创面接受超过1个月的治疗未能愈合，也无愈合倾向者。慢性伤口的病因较复杂，针对慢性伤口的治疗传统观点认为伤口愈合需要干
燥的环境和大气氧的参与，因而只有干燥透气的敷料如纱布、棉垫等，才能保护伤口，促进
伤口的愈合，也就是传统的干性愈合。但这种传统敷料的吸收性有限，容易造成伤口干燥的
环境，使创面细胞脱水，导致结痂。痂的不良作用一是明显阻碍伤口的上皮形成，二是易导
致痂下积脓。
燥的环境和大气氧的参与，因而只有干燥透气的敷料如纱布、棉垫等，才能保护伤口，促进
伤口的愈合，也就是传统的干性愈合。但这种传统敷料的吸收性有限，容易造成伤口干燥的
环境，使创面细胞脱水，导致结痂。痂的不良作用一是明显阻碍伤口的上皮形成，二是易导
致痂下积脓。
[0003] 随着创伤外科的发展，伤口湿性愈合理论应运而生。湿性愈合理论认为：在一定的条件下，伤口可与创面周围皮肤紧密贴合形成低氧、微酸、湿润的环境，从而抑制创面细菌
的生长，保护创面，减轻疼痛，促进肉芽组织生长，从而缩短伤口愈合时间，降低感染率。
的生长，保护创面，减轻疼痛，促进肉芽组织生长，从而缩短伤口愈合时间，降低感染率。
[0004] 水凝胶具有较高的含水量、良好的生物相容性、生物降解性和无毒性。这些优良的品质使得水凝胶，在生物医药领域被广泛应用。
[0005] 和抗生素治疗伤口相比，光热治疗由于不会产生耐药性，被广泛应用于慢性伤口的治疗。但单一的光热光动力在治疗伤口后，存留的未被杀灭的细菌又会在非治疗期间大
量增值，从而很难达到预期的治疗效果。除此之外，聚苯胺类化合物由于具有优良的光热转
换效率和导电性能，已经被广泛的应用到肿瘤光热治疗当中。
量增值，从而很难达到预期的治疗效果。除此之外，聚苯胺类化合物由于具有优良的光热转
换效率和导电性能，已经被广泛的应用到肿瘤光热治疗当中。
[0006] 目前，慢性伤口的治疗虽然已经取得了很大的进展，但是对伤口愈合的评估，更多的依赖于临床医生的经验，往往会增加治疗成本、导致治疗的延误。现有的用于伤口愈合评
估的体系，一般都需要加入一些非治疗试剂用来辅助检测，这不但增加了成本，还会降低材
料的生物相容性，除此之外，还需要一些其他设备辅助检测。因此迫切需要一些简单的材
料，不仅能够达到对伤口愈合的持续性治疗，还能够对伤口状态进行评估。另外，目前尚未
有将聚苯胺类化合物应用到治疗和检测慢性伤口中。
估的体系，一般都需要加入一些非治疗试剂用来辅助检测，这不但增加了成本，还会降低材
料的生物相容性，除此之外，还需要一些其他设备辅助检测。因此迫切需要一些简单的材
料，不仅能够达到对伤口愈合的持续性治疗，还能够对伤口状态进行评估。另外，目前尚未
有将聚苯胺类化合物应用到治疗和检测慢性伤口中。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种用于慢性伤口治疗和评估的复合凝胶及其制备方法，选用4‑氨基联苯胺为原料，通过1,3‑丙烷磺内脂在氨基上引入磺酸基生成3‑(4‑苯氨基‑苯
氨基)‑丙烷‑1‑磺酸(PSA)增加对苯二胺的水溶性。
氨基)‑丙烷‑1‑磺酸(PSA)增加对苯二胺的水溶性。
[0008] 大量文献报道，伤口炎症部位由于中性粒细胞和吞噬细胞呼吸爆炸，往往会产生过量的H2O2。本发明利用伤口部位的H2O2在辣根过氧化物酶(HRP)催化下，产生羟基自由基
(•OH)，并且羟基自由基进一步引发苯胺的聚合形成聚苯胺，聚合过程中，凝胶从无色变为
深蓝色，从而对伤口状态进行评估。
(•OH)，并且羟基自由基进一步引发苯胺的聚合形成聚苯胺，聚合过程中，凝胶从无色变为
深蓝色，从而对伤口状态进行评估。
[0009] 与此同时利用聚苯胺良好的光热性能达到光热治疗(PTT)的效果，除此之外，伤口炎症部位双氧水的产生是一个持续性的过程，并且•OH在低浓度下对细菌具有较强的灭菌
活性，所以通过HRP持续性催化H2O2分解产生的•OH来进一步实现化学动力学(CDT)的治疗，
从而达到PTT/CDT协同治疗。
活性，所以通过HRP持续性催化H2O2分解产生的•OH来进一步实现化学动力学(CDT)的治疗，
从而达到PTT/CDT协同治疗。
[0010] 本发明一种用于慢性伤口治疗和评估的复合凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0011] （1）PSA制备：取1,3‑丙烷磺内脂于烧瓶中，加入4‑氨基联苯胺，氮气环境下反应，反应后加入适量丙酮洗涤，过滤得到固体产物并真空干燥将水分蒸发，固体溶于水，超声后
过滤得到蓝色液体，冷冻干燥得产物PSA；
过滤得到蓝色液体，冷冻干燥得产物PSA；
[0012] 所述苯磺酸内脂与N‑苯基‑对苯二胺的重量比为3:1；
[0013] （2）CA@PSA凝胶制备：取步骤（1）制备的PSA溶液，海藻酸钠溶液、辣根过氧化物酶溶液，充分溶解后加入CaCl2溶液，混合均匀后于4℃冰箱保存10‑12h，得到无色透明的CA@
PSA复合凝胶；
PSA复合凝胶；
[0014] （3）CA@NPSA凝胶制备：取步骤（1）制备的PSA溶液，海藻酸钠溶液、辣根过氧化物酶溶液，充分溶解后加入CaCl2溶液，混合均匀后于4℃冰箱保存10‑12h，随后加入H2O2室温下
反应1h，得到蓝色透明的CA@NPSA凝胶；
反应1h，得到蓝色透明的CA@NPSA凝胶；
[0015] 步骤（2）和（3）中，所述PSA溶液、海藻酸钠溶液、辣根过氧化物酶溶液的体积比为VPSA:VCA:VHRP=5:100:1,其中CPSA=3.5 mg/mL，CCA=10 mg/mL,CHRP=2 mg/mL；
[0016] 所述CaCl2溶液的加入量按照VCA:VCaCl2=5:1添加；
[0017] 所述CaCl2溶液的浓度为5 mg/mL；
[0018] 步骤（3）中，所述H2O2的加入量为100 μL，浓度为100 μmol/L。
[0019] 本发明选用了生物相容性良好的海藻酸钙水凝胶为载体，将HRP和PSA包载在凝胶中，制成一种透明辅料CA@PSA。透明辅料CA@PSA在H2O2存在下与苯胺发生聚合，形成蓝色凝
胶CA@NPSA。所以本发明一方面通过PTT协同CDT对伤口进行持续性的治疗，另一方面通过苯
胺聚合过程中颜色变化来对伤口状态进行评估。
胶CA@NPSA。所以本发明一方面通过PTT协同CDT对伤口进行持续性的治疗，另一方面通过苯
胺聚合过程中颜色变化来对伤口状态进行评估。
[0020] 传统的抗生素大都为β‑内酰胺类抗生素，而超级细菌携带的NDM‑1基因，能够编码Ⅰ型新德里金属β‑内酰胺酶，对绝大多数抗生素对超级细菌也失去了作用。由于光热光动力
不会产生耐药细菌，所以人们不断把治疗超级细菌引起的感染转移到光热光动力的方法
上。但是单一的治疗往往很难达到预期治疗效果，所以在前期PTT伤口后，利用炎症伤口部
位持续产生的双氧水对伤口进行持续性灭菌是一种比较理想的方法。
不会产生耐药细菌，所以人们不断把治疗超级细菌引起的感染转移到光热光动力的方法
上。但是单一的治疗往往很难达到预期治疗效果，所以在前期PTT伤口后，利用炎症伤口部
位持续产生的双氧水对伤口进行持续性灭菌是一种比较理想的方法。
[0021] 本发明选用小鼠成纤维细胞(L929)和人肝细胞(HL‑7702)，通过MTT和死活细胞染色证明了CA@PSA复合凝胶具有良好的生物相容性，并不会对机体产生毒性。
[0022] 通过紫外‑可见吸收光谱确定聚苯胺的特征吸收峰在650nm左右，所以采用650nm激光器并且利用热成像仪探究了CA@PSA复合凝胶的光热性能，证明了制备的复合凝胶具有
良好的光热转换性能，具有PTT杀菌的潜能。
良好的光热转换性能，具有PTT杀菌的潜能。
[0023] 以对苯二甲酸钠为捕获剂，利用聚合后的凝胶CA@NPSA，证明了HRP在复合凝胶中产生•OH的能力，也说明了该材料具有一定的CDT灭菌的潜能。
[0024] 选用E.coli(ATCC 25922)、MRSA(ATCC 43300)，通过平板计数、死活染色等证明了PTT、CDT单一治疗的缺陷以及PTT/CDT协同灭菌的优点。
[0025] 本发明复合凝胶方便快捷，能在极快的时间内对双氧水响应，并且颜色变化明显，还具有很强的灭菌活性。本发明复合凝胶生物相容性高，对于细菌引起的伤口感染的治疗
和诊断，在临床用药上具有参考价值，适于推广应用。
和诊断，在临床用药上具有参考价值，适于推广应用。
附图说明
[0026] 图1为实施例CA@PSA复合凝胶在不同时间下紫外‑可见光谱图的变化示意图。
[0027] 图2为实施例CA、CA@PSA、CA@NPSA凝胶冻干，经SEM观察三者的表面形貌示意图。
[0028] 图3为实施例CA@PSA凝胶在响应不同浓度H2O2后的光热性能测试图示意图。
[0029] 图4为实施例不同浓度PSA凝胶在响应双氧水前后对小鼠成纤维细胞(L929)的毒性示意图。
[0030] 图5为实施例不同浓度PSA凝胶在响应双氧水前后对人肝细胞(HL‑7702)的毒性示意图。
[0031] 图6为实施例以对苯二甲酸钠为捕获剂，检测CA@PSA响应双氧水之后产生•OH的能力示意图。
[0032] 图7为实施例不同条件处理E.coli、MRSA的平板计数示意图。
具体实施方式
[0033] 下面结合实施例和附图对本发明内容作进一步的说明，但不是对本发明的限定。实施例
[0034] 1、材料的制备：
[0035] （1）PSA制备：取5.52 g 1,3‑丙烷磺内脂于50 mL圆底烧瓶，加入1.84 g 4‑氨基联苯胺，N2环境下反应3h，反应后加入适量丙酮洗涤，过滤得到固体产物并真空干燥将水分蒸
发，固体溶于水，超声后过滤得到蓝色液体，冷冻干燥得产物PSA。
发，固体溶于水，超声后过滤得到蓝色液体，冷冻干燥得产物PSA。
[0036] （2）CA凝胶制备：取10mg海藻酸钠加入到1000μLH2O中，充分溶解后加入200μLCaCl2(5 mg/mL)溶液，混合均匀后4 ℃冰箱保存12 h，得到无色透明的CA凝胶。
[0037] （3）CA@PSA凝胶制备：取10 mg海藻酸钠加入到1000μL H2O中，充分溶解后加入50μLPSA(3.5mg/mL)溶液，10μLHRP(2 mg/mL)溶液，充分溶解后加入100μLCaCl2(5 mg/mL)溶
液，混合均匀后4 ℃冰箱保存12h，得到无色透明的CA@PSA凝胶。
液，混合均匀后4 ℃冰箱保存12h，得到无色透明的CA@PSA凝胶。
[0038] （4）CA@NPSA凝胶制备：取10 mg海藻酸钠加入到1000μL H2O中，充分溶解后加入50μL PSA(3.5 mg/mL)溶液，10μL HRP (2 mg/mL)溶液，充分溶解后加入100 μLCaCl2 (5 mg/
mL)溶液，混合均匀后4 ℃冰箱保存12 h，随后加入100 μLH2O2室温下反应1 h，得到蓝色透
明的CA@NPSA凝胶。
mL)溶液，混合均匀后4 ℃冰箱保存12 h，随后加入100 μLH2O2室温下反应1 h，得到蓝色透
明的CA@NPSA凝胶。
[0039] 2、材料特征：
[0040] （1）紫外‑可见分光光度法测试：取2 mL CA@PSA (CPSA=400μg/mL)于比色皿中，加入100μL (100μM)H2O2，探究不同时间下紫外‑可见光谱图的变化。同时取2 mL CA@PSA于比
色皿中，加入100 μL不同浓度H2O2(0μM、50μM、100μM、150μM、200μM、250μM)，探究不同浓度下
双氧水响应情况。结果如图1所示，CA@PSA凝胶能够快速响应双氧水，并且在5min之后吸收
无明显变化，说明合成的材料具有快速响应双氧水的特点，并且对于低浓度的双氧水也具
有很高的灵敏度。除此之外，颜色变化明显，可用于伤口评估。
色皿中，加入100 μL不同浓度H2O2(0μM、50μM、100μM、150μM、200μM、250μM)，探究不同浓度下
双氧水响应情况。结果如图1所示，CA@PSA凝胶能够快速响应双氧水，并且在5min之后吸收
无明显变化，说明合成的材料具有快速响应双氧水的特点，并且对于低浓度的双氧水也具
有很高的灵敏度。除此之外，颜色变化明显，可用于伤口评估。
[0041] （2）形貌表征：分别将CA、CA@PSA、CA@NPSA凝胶冻干，经SEM观察三者表面形貌，如图2所示，结果表明，三者都具有良好的空穴结构，具有良好的载药功能，并且在苯胺聚合前
后，凝胶的结构并无明显变化。
后，凝胶的结构并无明显变化。
[0042] 3、光热性能测试：
[0043] 取C(PSA)=200μg/mL的CA@PSA复合凝胶，在响应不同浓度H2O（2 即CA@NPSA）后，利用2
650nm激光器和热成像仪，探究材料的光热升温性能，激光功率为1 W/cm ，结果如图3所示，
CA@PSA复合凝胶在响应 H2O2后具有良好的光热效果，材料温度从室温升高至64℃左右，并
且在低浓度的双氧水(50μM)存在下，也具有良好的升温效果，说明了材料具有很好的光热
杀菌潜力。
650nm激光器和热成像仪，探究材料的光热升温性能，激光功率为1 W/cm ，结果如图3所示，
CA@PSA复合凝胶在响应 H2O2后具有良好的光热效果，材料温度从室温升高至64℃左右，并
且在低浓度的双氧水(50μM)存在下，也具有良好的升温效果，说明了材料具有很好的光热
杀菌潜力。
[0044] 4、生物相容性：
[0045] 生物相容性是指材料与生物体之间相互作用后产生的各种生物、物理、化学等反应的一种概念，也就是说是否会对人体组织造成毒害作用。所以一种新的生物材料理所当
然的就应该具有良好的生物相容性。为此，我们探究了包载不同浓度PSA的CA@PSA凝胶在响
应H2O2前后的生物相容性。
然的就应该具有良好的生物相容性。为此，我们探究了包载不同浓度PSA的CA@PSA凝胶在响
应H2O2前后的生物相容性。
[0046] MTT法：MTT实验其检测原理为活细胞线粒体中的琥珀酸脱氢酶能使外源性MTT还原为水不溶性的蓝紫色结晶甲瓒（Formazan）并沉积在细胞中，而死细胞无此功能。二甲基
亚砜（DMSO）能溶解细胞中的甲瓒，用酶联免疫检测仪在540 或730nm波长处测定其光吸收
值，可间接反映活细胞数量。在一定细胞数范围内，MTT结晶形成的量与细胞数成正比。
亚砜（DMSO）能溶解细胞中的甲瓒，用酶联免疫检测仪在540 或730nm波长处测定其光吸收
值，可间接反映活细胞数量。在一定细胞数范围内，MTT结晶形成的量与细胞数成正比。
[0047] 我们选用小鼠上皮成纤维细胞(L929)、人肝细胞(HL‑7702)为探究材料生物相容性的模型。配制药物时其浓度应为终浓度的10倍，因加药20μL到180μL培养基中其浓度会稀
释10倍，而最终浓度才是我们所需浓度。所以分别配置PSA浓度为0.5mg/mL、1 mg/mL、1.5
mg/mL、2 mg/mL、2.5 mg/mL的复合凝胶，以及同浓度在响应100μM/L双氧水后的复合凝胶。
用移液枪加20μL的药物，加药顺序为从低浓度往高浓度加，药物尽可能进行灭菌处理。无光
敏性可使用紫外光照射灭菌，有光敏性可过无菌滤头的可用滤头过滤。对照组可加入20μL
的无菌PBS。
释10倍，而最终浓度才是我们所需浓度。所以分别配置PSA浓度为0.5mg/mL、1 mg/mL、1.5
mg/mL、2 mg/mL、2.5 mg/mL的复合凝胶，以及同浓度在响应100μM/L双氧水后的复合凝胶。
用移液枪加20μL的药物，加药顺序为从低浓度往高浓度加，药物尽可能进行灭菌处理。无光
敏性可使用紫外光照射灭菌，有光敏性可过无菌滤头的可用滤头过滤。对照组可加入20μL
的无菌PBS。
[0048] MTT测试前弃去旧的培养基，再加入100μL的DMSO，震荡溶解生成的紫色甲瓒，用酶标仪测试其吸光度值，对结果进行处理分析。结果如图4所示，为L929细胞；如图5所示，为
HL‑7702细胞：说明了材料在响应双氧水前后，即使在250μg/mL的PSA下也具有良好的生物
相容性。
HL‑7702细胞：说明了材料在响应双氧水前后，即使在250μg/mL的PSA下也具有良好的生物
相容性。
[0049] 5、活性氧测试：
[0050] 羟基自由基是一种氧化能力很强的自由基，可以改变物质的结构、性质，具有较强的氧化性能。并且低浓度的羟基自由基具有高效的灭菌活性。对苯二甲酸(TA)碱性溶液作
为探针分子，能够与羟基自由基发生加成反应，并在氧气氧化下生成具有很强荧光的稳定
产物羟基对苯二甲酸(HOTA),测定HOTA的荧光光谱，其荧光发射峰在425 nm处。
为探针分子，能够与羟基自由基发生加成反应，并在氧气氧化下生成具有很强荧光的稳定
产物羟基对苯二甲酸(HOTA),测定HOTA的荧光光谱，其荧光发射峰在425 nm处。
[0051] 取适量CA@NPSA凝胶，加入到0.5 mmol/L的TA溶液中，加入适量双氧水，使得双氧水最终浓度为100μM，如图6所示，在425nm处荧光吸收明显增强，这归因于HRP酶催化了H2O2
产生了羟基自由基。
产生了羟基自由基。
[0052] 6、体外抗菌活性：
[0053] 平板计数：E.coli(ATCC 25922)、MRSA(ATCC 43300)分别来自环凯微生物和上海鲁微科技有限公司，均经过无毒化处理。
[0054] 取对数生长期的菌液，稀释到106 CFU/mL，取100μL菌液于0.5mL离心管，Ctrl组加400μLPBS溶液，CDT组加250μLH2O（2 200μM）、150μLHRP(2 mg/mL) ，PTT和PTT/CDT组加入150μ
L CA@NPSA并且在光照后分别加入250μL PBS和H2O（2 200μM），孵育半个小时。
L CA@NPSA并且在光照后分别加入250μL PBS和H2O（2 200μM），孵育半个小时。
[0055] 营养琼脂经过高温灭菌后，铺在90 mm玻璃培养皿内，待冷却后，倒放在37℃恒温培养箱中过夜，若未长出其他菌落即可使用。取孵育30min后的菌液100μL于培养皿上，用无
菌的涂布器将菌液在营养琼脂上涂抹均匀，孵育16‑24h拍照计数，结果如图7所示，单一的
CDT、PTT治疗，并不能将细菌完全杀死，而PTT/CDT组则能高效的杀灭细菌。
菌的涂布器将菌液在营养琼脂上涂抹均匀，孵育16‑24h拍照计数，结果如图7所示，单一的
CDT、PTT治疗，并不能将细菌完全杀死，而PTT/CDT组则能高效的杀灭细菌。