光交聯(lián)納米酶葡聚糖水凝膠的制備及應用

摘 要： 通過酯交換反應，將甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）接枝到葡聚糖（Dex）上，制備出具備光交聯(lián)性能的甲基丙烯酰化葡聚糖（Dex-MA）。利用“一鍋法”將姜黃素（Cur）負載在沸石咪唑酯骨架材料-8（ZIF-8）的框架內，合成具有pH 響應性的沸石咪唑酯骨架-8@姜黃素（ZIF-8@Cur）。將ZIF-8@Cur 引入Dex-MA 溶液中，加入光引發(fā)劑I2959 并通過紫外光照射引發(fā)其光交聯(lián)，制備出具有良好力學性能和抗菌性能的光交聯(lián)水凝膠（Dex-ZC）。通過核磁共振氫譜儀、紫外吸收光譜儀、傅里葉紅外光譜儀、X 射線衍射儀、掃描電子顯微鏡等對Dex-MA、ZIF-8@Cur 和Dex-ZC水凝膠的結構和形貌進行分析，并通過拉伸實驗和抑菌圈實驗對Dex-ZC 水凝膠的力學性能和抗菌性能進行探究。結果表明：ZIF-8@Cur 在酸性環(huán)境下，釋放速率更快，24 h 內累積釋放率達到（72.98 ± 0.18）%；Dex-ZC 水凝膠具有有序的疏松多孔結構和良好的力學性能。抑菌圈實驗表明，加入帶有正電荷的ZIF-8@Cur，使得Dex-ZC 水凝膠對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有優(yōu)異的抗菌性能。

關鍵詞： 葡聚糖；甲基丙烯酸縮水甘油酯；金屬有機框架；水凝膠；抗菌

中圖分類號： R318.08 文獻標志碼： A

傷口愈合是一個復雜的過程，其經歷止血期、炎癥期、增生期和重塑期四個階段[1]。皮膚受損，細菌就會趁機而入，導致傷口愈合過程緩慢。臨床上，對于慢性傷口的愈合，多使用紗布、繃帶等敷料，但該類型敷料存在吸水性較差、需要頻繁更換且不具備抗菌性能等缺點，使得傷口表面干燥不利于傷口愈合，同時更換過程容易帶來二次傷害，滋生細菌使得傷口感染。因此，開發(fā)具有保濕、抗菌等性能的傷口敷料尤為重要。

由三維網(wǎng)絡組成的水凝膠具有吸水和保水的能力[2]，不僅能為傷口提供濕潤環(huán)境、吸收滲出液，還可以適應傷口的變化，已成為敷料領域的潛在材料[3， 4]。特別是由天然聚合物制備而成的水凝膠，其生物相容性和生物降解性優(yōu)異[5]，近年來備受關注。葡聚糖（Dex）是一種來源廣泛的天然多糖[6]，分子結構上具有大量的羥基，可發(fā)生?；⒀趸确磻猍7]，可構建具有良好生物相容性和高吸水性的水凝膠敷料[1， 7]。然而，葡聚糖水凝膠存在力學強度較低與抗菌性能較差等缺點，限制其在敷料領域廣泛應用。為增強水凝膠的結構穩(wěn)定性和力學性能，可引入金屬離子構建雙交聯(lián)水凝膠。一方面，Dex 發(fā)生酯化反應，引入可光交聯(lián)的雙鍵[8]，制備葡聚糖水凝膠；另一方面，金屬離子通過靜電作用，可與葡聚糖水凝膠進一步交聯(lián)，形成更致密的交聯(lián)網(wǎng)絡，增強其力學性能，擴大其生物應用范圍。

在葡聚糖水凝膠中引入抗菌劑是提高其抗菌性能的策略。常見的抗菌劑有抗生素、金屬顆粒等?？股氐臑E用會使細菌產生耐藥性形成超級細菌，延長愈合的炎癥階段并抑制上皮化和組織再生。沸石咪唑酯骨架-8（ZIF-8）是生物醫(yī)學應用中最廣泛使用的金屬有機框架材料之一，如用于藥物遞送、抗菌和抗癌[9-11]。Lian 等[12] 將Mo 摻雜到ZIF-8 中，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均表現(xiàn)出高效的抗菌能力。Wang 等[13] 通過將葡萄糖氧化酶（Gox）和金納米顆粒（Au NPs）封裝在ZIF-8 中，通過級聯(lián)催化反應產生活性氧（ROS），催化過程中產生的副產物葡萄糖酸使得傷口pH 降低，能促進ROS 的生成和Zn2+的釋放，使大腸桿菌的抗菌率達到100%。Xiong 等[14] 將甲基丙烯酸甲酯明膠（GelMA）與Ag@MOF、透明質酸表沒食子兒茶素沒食子酸酯（HAE）等混合，制備GelMA/HA-E/Ag@MOF 水凝膠，通過促進上皮傷口的再生，保護傷口重建微血管網(wǎng)絡，減少炎癥誘導的浸潤，增強膠原沉積，加速傷口愈合。

雙金屬的ZIF-8 具有高效的抗菌性能，但對于慢性傷口，有可能引起金屬中毒的問題。單一金屬的ZIF-8 難以控制混合細菌感染，因此，通過引入具有抗菌活性的中藥成分，既能起到高效抗菌作用，還能避免多金屬引起的金屬中毒等問題。姜黃素（Cur）是姜黃中的一種活性成分，具有良好的生物相容性和生物可降解性等特點[15]，其抗菌性顯著[16]，不容易引起細菌的耐藥性。同時姜黃素具有抗炎作用[17] ，可促進細胞增殖和遷移及血管生成，有利于傷口愈合。

本研究利用Dex 與甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）發(fā)生酯交換反應，制備具有雙鍵的Dex-Ma；將Cur 負載在ZIF-8 中構建ZIF-8@Cur；通過光交聯(lián)反應及ZIF-8@Cur 中的Zn2+與Dex-Ma 之間的靜電相互作用，構建具有雙交聯(lián)網(wǎng)絡納米酶水凝膠Dex-ZC。對Dex-ZC 納米酶水凝膠的結構和性能進行表征，并測試其力學性能和抗菌性能。

1 實驗部分

1.1 原料和試劑

Dex（Mw=7×104）、GMA、DMAP、苯基（2，4，6-三甲基苯甲酰基）磷酸鋰鹽（LAP）、光引發(fā)劑I2959、2-甲基咪唑（2-H-MeIM，w=98%）、六水合硝酸鋅（Zn（NO3）2·6H2O）、甲醇（MeOH）、無水二甲基亞砜（DMSO）、無水乙醇（EtOH）、Cur、磷酸緩沖溶液（PBS），上述化學試劑均為分析純，使用時未經進一步純化。大腸桿菌（E. coli）、金黃色葡萄球菌（S. aureus）：北京科拓恒通生物技術股份有限公司。