光交联纳米酶葡聚糖水凝胶的制备及应用

摘 要： 通过酯交换反应，将甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）接枝到葡聚糖（Dex）上，制备出具备光交联性能的甲基丙烯酰化葡聚糖（Dex-MA）。利用“一锅法”将姜黄素（Cur）负载在沸石咪唑酯骨架材料-8（ZIF-8）的框架内，合成具有pH 响应性的沸石咪唑酯骨架-8@姜黄素（ZIF-8@Cur）。将ZIF-8@Cur 引入Dex-MA 溶液中，加入光引发剂I2959 并通过紫外光照射引发其光交联，制备出具有良好力学性能和抗菌性能的光交联水凝胶（Dex-ZC）。通过核磁共振氢谱仪、紫外吸收光谱仪、傅里叶红外光谱仪、X 射线衍射仪、扫描电子显微镜等对Dex-MA、ZIF-8@Cur 和Dex-ZC水凝胶的结构和形貌进行分析，并通过拉伸实验和抑菌圈实验对Dex-ZC 水凝胶的力学性能和抗菌性能进行探究。结果表明：ZIF-8@Cur 在酸性环境下，释放速率更快，24 h 内累积释放率达到（72.98 ± 0.18）%；Dex-ZC 水凝胶具有有序的疏松多孔结构和良好的力学性能。抑菌圈实验表明，加入带有正电荷的ZIF-8@Cur，使得Dex-ZC 水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有优异的抗菌性能。

关键词： 葡聚糖；甲基丙烯酸缩水甘油酯；金属有机框架；水凝胶；抗菌

中图分类号： R318.08 文献标志码： A

伤口愈合是一个复杂的过程，其经历止血期、炎症期、增生期和重塑期四个阶段[1]。皮肤受损，细菌就会趁机而入，导致伤口愈合过程缓慢。临床上，对于慢性伤口的愈合，多使用纱布、绷带等敷料，但该类型敷料存在吸水性较差、需要频繁更换且不具备抗菌性能等缺点，使得伤口表面干燥不利于伤口愈合，同时更换过程容易带来二次伤害，滋生细菌使得伤口感染。因此，开发具有保湿、抗菌等性能的伤口敷料尤为重要。

由三维网络组成的水凝胶具有吸水和保水的能力[2]，不仅能为伤口提供湿润环境、吸收渗出液，还可以适应伤口的变化，已成为敷料领域的潜在材料[3， 4]。特别是由天然聚合物制备而成的水凝胶，其生物相容性和生物降解性优异[5]，近年来备受关注。葡聚糖（Dex）是一种来源广泛的天然多糖[6]，分子结构上具有大量的羟基，可发生酰化、氧化等反应[7]，可构建具有良好生物相容性和高吸水性的水凝胶敷料[1， 7]。然而，葡聚糖水凝胶存在力学强度较低与抗菌性能较差等缺点，限制其在敷料领域广泛应用。为增强水凝胶的结构稳定性和力学性能，可引入金属离子构建双交联水凝胶。一方面，Dex 发生酯化反应，引入可光交联的双键[8]，制备葡聚糖水凝胶；另一方面，金属离子通过静电作用，可与葡聚糖水凝胶进一步交联，形成更致密的交联网络，增强其力学性能，扩大其生物应用范围。

在葡聚糖水凝胶中引入抗菌剂是提高其抗菌性能的策略。常见的抗菌剂有抗生素、金属颗粒等。抗生素的滥用会使细菌产生耐药性形成超级细菌，延长愈合的炎症阶段并抑制上皮化和组织再生。沸石咪唑酯骨架-8（ZIF-8）是生物医学应用中最广泛使用的金属有机框架材料之一，如用于药物递送、抗菌和抗癌[9-11]。Lian 等[12] 将Mo 掺杂到ZIF-8 中，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均表现出高效的抗菌能力。Wang 等[13] 通过将葡萄糖氧化酶（Gox）和金纳米颗粒（Au NPs）封装在ZIF-8 中，通过级联催化反应产生活性氧（ROS），催化过程中产生的副产物葡萄糖酸使得伤口pH 降低，能促进ROS 的生成和Zn2+的释放，使大肠杆菌的抗菌率达到100%。Xiong 等[14] 将甲基丙烯酸甲酯明胶（GelMA）与Ag@MOF、透明质酸表没食子儿茶素没食子酸酯（HAE）等混合，制备GelMA/HA-E/Ag@MOF 水凝胶，通过促进上皮伤口的再生，保护伤口重建微血管网络，减少炎症诱导的浸润，增强胶原沉积，加速伤口愈合。

双金属的ZIF-8 具有高效的抗菌性能，但对于慢性伤口，有可能引起金属中毒的问题。单一金属的ZIF-8 难以控制混合细菌感染，因此，通过引入具有抗菌活性的中药成分，既能起到高效抗菌作用，还能避免多金属引起的金属中毒等问题。姜黄素（Cur）是姜黄中的一种活性成分，具有良好的生物相容性和生物可降解性等特点[15]，其抗菌性显著[16]，不容易引起细菌的耐药性。同时姜黄素具有抗炎作用[17] ，可促进细胞增殖和迁移及血管生成，有利于伤口愈合。

本研究利用Dex 与甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）发生酯交换反应，制备具有双键的Dex-Ma；将Cur 负载在ZIF-8 中构建ZIF-8@Cur；通过光交联反应及ZIF-8@Cur 中的Zn2+与Dex-Ma 之间的静电相互作用，构建具有双交联网络纳米酶水凝胶Dex-ZC。对Dex-ZC 纳米酶水凝胶的结构和性能进行表征，并测试其力学性能和抗菌性能。

1 实验部分

1.1 原料和试剂

Dex（Mw=7×104）、GMA、DMAP、苯基（2，4，6-三甲基苯甲酰基）磷酸锂盐（LAP）、光引发剂I2959、2-甲基咪唑（2-H-MeIM，w=98%）、六水合硝酸锌（Zn（NO3）2·6H2O）、甲醇（MeOH）、无水二甲基亚砜（DMSO）、无水乙醇（EtOH）、Cur、磷酸缓冲溶液（PBS），上述化学试剂均为分析纯，使用时未经进一步纯化。大肠杆菌（E. coli）、金黄色葡萄球菌（S. aureus）：北京科拓恒通生物技术股份有限公司。