[發明專利]一種基于碳量子點的抗菌和促骨修復水凝膠及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202210422966.9
• 申請日: 2022-04-21
• 公開（公告）號: CN114870079A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 李斌;李家穎;韓鳳選
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: A61L27/20
• 分類號: A61L27/20;A61L27/22;A61L27/08;A61L27/54;A61L27/52;A61L27/58;C01B32/15;B82Y40/00
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 楊慧林

本發明提供了一種基于碳量子點的抗菌和促骨修復水凝膠及其制備方法與應用。所述復合水凝膠包括Arg?CQD、HA?CHO(氧化透明質酸)及GelMA(甲基丙烯酰化明膠)，CQD/HA/GelMA復合水凝膠具有良好的生物相容性，可響應感染性骨損傷微環境釋放Arg?CQD納米粒，持續殺菌并促進骨組織修復，可作為優異的感染性骨損傷修復材料用于骨組織工程。

技術領域

本發明屬于生物醫用材料領域的技術，尤其涉及一種基于碳量子點的抗菌和促骨修復水凝膠及其制備方法與應用。

背景技術

感染是導致骨植入失敗的主要原因。骨科種植體相關感染主要是由金黃色葡萄球菌引起的，且會延遲愈合過程，導致骨丟失，從而需要廣泛的手術干預和長期的抗生素治療。然而，反復的抗生素治療增加了耐藥的可能性(40％的致病性金黃色葡萄球菌為甲氧西林耐藥型)。這些感染往往導致植入物失敗，需要替換植入物，并導致慢性和/或復發性疾病。嚴重感染除了在進一步治療中引起疼痛和經濟損失外，還可能導致截肢或致命的敗血癥。目前對骨種植體的優化研究主要集中在表面修飾或通過改變拓撲特征來促進干細胞分化和誘導骨再生。

雖然各種各樣的材料可通過產生ROS(reactive oxygen species，活性氧自由基)達到清除細菌的目的，但是產生的ROS無法識別細菌和細胞，因而在殺傷細菌的同時也會對周邊的組織造成損傷，從而限制了這類材料在感染性骨損傷修復中的進一步應用。

因此，開發一種即可以清除細菌，又可以在保護組織不受損傷的情況下促進骨再生的材料至關重要。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種基于碳量子點的抗菌和促骨修復水凝膠(CQD/HA/GelMA復合水凝膠)及其制備方法與應用，該基于碳量子點的抗菌和促骨修復水凝膠包括Arg-CQD(精氨酸碳量子點)、HA-CHO(氧化透明質酸)及GelMA(甲基丙烯酰化明膠)，可響應酸性骨損傷微環境釋放Arg-CQD，清除細菌，促進骨組織修復，可作為優異的感染性骨損傷修復材料用于骨組織工程。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明的第一的目的在于提供一種基于碳量子點的抗菌和促骨修復水凝膠，包括如下組分：Arg-CQD(精氨酸碳量子點)、HA-CHO(氧化透明質酸)及GelMA(甲基丙烯酰化明膠)。

在本發明的一個實施例中，所述Arg-CQD為納米粒，粒徑為3～20nm。

在本發明的一個實施例中，所述Arg-CQD納米粒的濃度為2～20mg/mL。

在本發明的一個實施例中，所述HA-CHO的濃度為10-30％(w/v)。

本發明的第二個目的在于提供一種基于碳量子點的抗菌和促骨修復水凝膠的制備方法，包括以下步驟：將Arg-CQD、HA-CHO加入GelMA溶液中，溶解后進行光交聯反應制備得到所述基于碳量子點的抗菌和促骨修復水凝膠(即所述CQD/HA/GelMA復合水凝膠)。

進一步的，本發明基于碳量子點的抗菌和促骨修復水凝膠的制備方法如下：(1)將精氨酸粉末置于200～400℃條件下煅燒3～6h，然后自然冷卻至室溫，將煅燒的精氨酸粉末溶于超純水中，超聲30～90min后在10000～15000rpm下離心30～60min，然后將上清液加入MWCO＝1000Da的透析袋中于超純水中透析24～72h，最后經冷凍干燥得到Arg-CQD納米粒；

(2)將HA溶于去離子水中，然后加入強氧化劑并室溫攪拌2～6h，之后加入乙二醇終止反應，接著將反應液加入MWCO＝8000Da的透析袋中于去離子水中透析72～144h，最后經冷凍干燥得到HA-CHO；

(3)將步驟(1)制得的Arg-CQD納米粒及步驟(2)制得的HA-CHO加入GelMA中，加熱條件下充分溶解，經紫外光或藍光交聯制備得到CQD/HA/GelMA復合水凝膠。