CN114561046A - 一种胍基透明质酸型抗菌水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及抗菌材料领域，具体涉及一种胍基透明质酸型抗菌水凝胶及其制备方法和应用。通过一系列反应，成功将不同链长的烷基胍通过化学键的方式连接到透明质酸羧基端侧链上，赋予透明质酸抗菌性能，然后使用二醇二缩水甘油醚类交联剂，通过开环聚合反应得到胍基透明质酸型抗菌水凝胶。本发明的胍基透明质酸型抗菌水凝胶还能够有效抑制细菌生长，防止伤口感染，是一种优良的抗菌凝胶辅料，对革兰氏阴性菌如大肠杆菌和革兰氏阳性菌如金黄色葡萄球菌都表现出优异的抗菌性能；细胞相容性良好；反应条件易控制，成本较低，原料易得；可用于创面损伤的抗菌型敷料，具有良好应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及抗菌材料技术领域，更具体地说涉及一种胍基透明质酸型抗菌水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
皮肤创面损伤在生产生活中很常见，诸如烧烫伤、外力损伤、手术外伤、电击伤等。创面愈合是一个很复杂的过程，而且过程缓慢，期间容易发生细菌感染和体液流失，危害生命健康。所以在创面修复过程中，迫切需要一种发挥保护创口、促进细胞生长和避免细菌感染作用的伤口敷料。传统的伤口敷料如纱布和棉絮等，存在难以贴合开放式创面，无法保持创面湿润和创面易感染等缺点，且易粘附在伤口组织周围，导致脱水和二次受伤。而水凝胶类创面敷料作为一种新型的医用敷料，拥有柔软且易弹、透氧透水透明和提供创口愈合环境等优点，其中以天然生物多糖为基础的水凝胶敷料因其具有良好的生物相容性、易降解、来源丰富且不易致敏等优点受到了广泛关注。
透明质酸，是一种具有良好生物相容性的直链线型阴离子酸性粘多糖，其广泛分布于人体与动物的软***细胞外基质中。透明质酸具有良好的生物相容性和可降解性，常用于生物医药领域的研究，是极具潜质的天然大分子材料。在近年来广泛用于治疗各种创面损伤修复，应用形式主要为新型创伤敷料，如水凝胶等。然而，传统的透明质酸凝胶，如甲基丙烯酸透明质酸水凝胶，存在诸多问题，诸如交联时需要多种引发剂，易引入高细胞毒性的杂质；需要引入额外的官能团以供交联，交联步骤复杂；而且凝胶存在机械强度较弱、溶胀性能较差等缺点；在对抗细菌感染方面也略有不足。
胍基是一种强碱性基团，具有高热稳定性和碱性稳定性。在接触到细菌时，胍基和细胞壁上磷酸基团之间的结合比氨基和磷酸基团之间的结合强得多，导致胍类抗菌剂在较低的人浓度下，也能有较高的抑菌率。因此可以将胍基引入透明质酸水凝胶结构中，赋予其抗菌性能。
因此，如何开发一种新型透明质酸水凝胶伤口敷料，能保证其制备方法简便，无外源高细胞毒性杂质引入，机械性能和溶胀性能优异，还具有高效长久抗菌性能，是市场的迫切需要。
发明内容
为解决皮肤创面损伤极易受细菌感染和发生体液流失，引发炎症导致伤口难以愈合的问题。本发明提供了一种具有较强的杀菌抑菌效果的基于天然多糖的胍基透明质酸型抗菌水凝胶的制备方法。该胍基透明质酸型抗菌水凝胶制备方法简便，无外源高细胞毒性杂质引入，机械强度高，具有广谱抗菌能力，溶胀性能优异，具有高保湿性，生物相容性好，安全性高，不易产生耐药性，能够促进伤口愈合，有效弥补了传统透明质酸水凝胶在应用时的不足。
本发明采用如下技术方案：
本发明的第一目的在于提供一种胍基透明质酸型抗菌水凝胶，由胍基化透明质酸(HA-RSG或HA-RBG)和二醇二缩水甘油醚类交联剂通过开环聚合反应制备而成。
进一步地，所述的胍基化透明质酸(HA-RSG或HA-RBG)是由透明质酸(HA)上的羧基通过酰胺化反应修饰不同链长的烷基单胍或双胍获得。
进一步地，所述的不同链长的烷基单胍或双胍是不同的烷基胺侧链与胍基供体发生取代反应得到的。
进一步地，所述的胍基化透明质酸(HA-RSG或HA-RBG)的伯醇基与二醇二缩水甘油醚类交联剂的摩尔比为1:(1.0～2)，进一步优选为1:(1.2～1.6)。
本发明的第二目的在于提供一种胍基透明质酸型抗菌水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)氨基烷基化透明质酸(HA-R-NH2)的制备：在偶联缩合剂的作用下，透明质酸与烷基二胺发生酰胺化反应，室温过夜，经沉降、透析、冻干得到氨基烷基化透明质酸；
(2)胍基透明质酸(HA-RSG或HA-RBG)的制备：室温下，经N,N-二异丙基乙胺(DIEA)的催化，氨基烷基化透明质酸与胍基供体发生取代反应，经沉降、透析、冻干得到胍基透明质酸——单胍透明质酸或双胍透明质酸；
(3)胍基透明质酸型抗菌水凝胶(HA-RG-Gel)的制备：将胍基透明质酸溶解在碱液中，调节体系pH，加入一定量的二醇二缩水甘油醚类交联剂，混合均匀，加热后得到凝胶，然后对凝胶进行洗涤，采用酸中和pH，得到胍基透明质酸型抗菌水凝胶。
进一步地，在所述步骤(1)酰胺化反应中，所述的透明质酸(HA)分子量为10～1000k Da；所述烷基二胺为乙二胺、丁二胺、己二胺和1,2-双(2-氨基乙氧基)乙烷中的一种；所述偶联缩合剂为二甲氨基丙乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)/N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)。
进一步地，在所述步骤(1)酰胺化反应中透明质酸上的羧基与烷基二胺的摩尔比为1:(1～2)，进一步优化为1:(1～1.2)，反应温度为25～80℃，进一步优化为25℃～60℃。进一步优化为反应温度为25℃，反应时间为10～25h。
进一步地，在所述步骤(2)的取代反应中，胍基供体为1H-吡唑-1-甲脒盐酸盐或1H-吡唑-1-二甲脒盐酸盐，胍基供体与氨基烷基化透明质酸中氨基的摩尔量之比为(1.5～2.5)：1，进一步优选为(1.8～2.2)：1；所述催化剂N,N-二异丙基乙胺(DIEA)的质量为氨基烷基化透明质酸量的5-10％。
进一步地，所述步骤(1)和步骤(2)中的反应体系溶剂为甲酰胺、H2O中的一种。
进一步地，在所述步骤(3)制备凝胶时，所述的NaOH溶液浓度为0.1～1M，调节体系pH至6～10，进一步优选为7～8；所述的二醇二缩水甘油醚类交联剂为乙二醇二缩水甘油醚(EGDE)、丁二醇二缩水甘油醚(BDDE)和聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDE)中的一种；所述反应温度为40～80℃；使用乙醇和水的1：1混合溶液洗涤凝胶，中和凝胶pH为6～8。
进一步地，制备的胍基透明质酸型抗菌水凝胶通过浸泡在超纯水或PBS溶液进行保存。
本发明的第三目的在于提供了前述的胍基透明质酸型抗菌水凝胶的用途，可作为创面损伤修复时的抗菌型敷料，如烧烫伤、外力损伤、手术外伤、电击伤等造成的创面。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过一系列反应，成功将不同链长的烷基胍引入透明质酸中，赋予透明质酸抗菌性能。然后使用二醇二缩水甘油醚类交联剂，诸如乙二醇二缩水甘油醚(EGDE)、丁二醇二缩水甘油醚(BDDE)和聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDE)等二醇二缩水甘油醚类，制备胍基透明质酸型抗菌水凝胶，解决了传统透明质酸水凝胶机械强度差的问题；相比其他透明质酸水凝胶，如甲基丙烯酸类透明质酸水凝胶，本方法无需引入额外的官能团以供交联，还没有引发剂参与反应，避免引入高细胞毒性的杂质；而且本发明中水凝胶形成的交联网络比甲基丙烯酸类透明质酸水凝胶更加亲水，在水溶液中将表现出更高的溶胀性能；机械性能也大大优于以往报道的透明质酸类凝胶。
(2)本发明制备的胍基透明质酸型抗菌水凝胶，其中胍基与透明质酸主链是以共价键形式相连，而现有的胍基化合物与透明质酸制备水凝胶都是以物理的方法复合的，比如共混的方式，如专利CN 113244437 A和CN 101932301 B，这样的水凝胶虽然制备简便，但存在内部组分不均匀，机械强度差等缺点，而本发明是首次通过化学反应方法将胍基引入透明质酸结构中，制得的水凝胶的结构更加稳定，机械性能和流变性能也更佳。
(3)本发明制备的胍基透明质酸型抗菌水凝胶通过糖基侧链的单胍或双胍基团和烷基链的协同作用，增强了抗菌性能，使其具有优异的广谱抗菌性能，对革兰氏阴性菌如大肠杆菌和革兰氏阳性菌如金黄色葡萄球菌都表现出优异的抗菌性能；本发明的水凝胶反应条件易控制，成本较低，原料易得；可用于创面损伤的抗菌型敷料，如烧烫伤、外力损伤、手术外伤、电击伤等造成的创面，对于创面损伤后修复有着很好的参考意义。
(4)本发明制备的胍基透明质酸型抗菌水凝胶，作为新型伤口敷料，便于创面伤口的治疗，可促进炎症伤口处的修复愈合，避免细菌感染。本发明采用生物活性大分子透明质酸作为骨架，能够加速伤口愈合。本发明制备的胍基透明质酸型抗菌水凝胶，与L-929小鼠成纤维细胞共培养后，发现细胞存活率较高，甚至超出了对照组，说明该抗菌水凝胶细胞相容性优异，能够促进细胞增殖。
(6)本发明采用的主要原材料为天然多糖透明质酸，来源广泛，储量丰富，原料易得，成本较低，且制备方法操作简单、条件温和，易于控制，适合工业化生产，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的胍基透明质酸型抗菌水凝胶的合成路线简图。
图2为本发明的胍基透明质酸型抗菌水凝胶的结构示意图。其中HA表示透明质酸长链、RG表示烷基胍侧链、EO表示二醇二缩水甘油醚链。
图3为本发明的乙胺透明质酸(HA-E-NH2)接枝率(GR)的影响因素，其中图3.A为当反应时间为12h时，乙二胺(EDA)与HA羧基的摩尔比的变化对HA-E-NH2的GR的影响；图3.B为当EDA与HA羧基的摩尔比为1时，反应时间的变化对HA-E-NH2的GR的影响。
图4为实施例1和实施例2中透明质酸(HA)和乙胺透明质酸(HA-E-NH2)、乙胺单胍透明质酸(HA-ESG)和乙胺双胍透明质酸(HA-EBG)的核磁共振氢谱。
图5为实施例1和实施例2中乙胺单胍透明质酸(HA-ESG)和乙胺双胍透明质酸(HA-EBG)的核磁共振碳谱。
图6为实施例1和实施例2中胍基透明质酸型抗菌水凝胶(HA-ESG-Gel和HA-EBG-Gel)的溶胀性能图。
图7为实施例1和实施例2中胍基透明质酸型抗菌水凝胶(HA-ESG-Gel和HA-EBG-Gel)的流变性能曲线。
图8为实施例1和实施例2中胍基透明质酸型抗菌水凝胶(HA-ESG-Gel和HA-EBG-Gel)的抗菌效果图。
图9为实施例1和实施例2中胍基透明质酸型抗菌水凝胶(HA-ESG-Gel和HA-EBG-Gel)对小鼠成纤维细胞L-929的细胞毒性图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明的胍基透明质酸型抗菌水凝胶的合成路线简图如图1所示。设计思路如下：想在透明质酸链上引入胍基，就需要其侧链有伯氨基存在，而透明质酸侧链上的活性基团只有羧基可供修饰，所以伯氨基可通过烷基二胺与羧基发生酰胺缩合反应来引入透明质酸链上。后续为更有利于用作伤口敷料，将其进行交联化生成水凝胶。
反应机理：
酰胺化反应即羧基和胺基发生的反应，需要加入缩合剂来促进反应进行。其反应原理是先活化羧基，然后再与胺反应得到酰胺，使用EDC充当酰胺化缩合剂，而由于反应第一阶段所生成的中间体不稳定，需要使用NHS充当酰化催化剂，将其转化为相应的活性酯或活性酰胺，否则其自身易成脲。
交联成水凝胶时，乙二醇二缩水甘油醚中的双端环氧乙烷基与透明质酸侧链的伯醇基发生开环聚合反应形成水凝胶网络。
实施例1：乙胺单胍透明质酸凝胶(HA-ESG-Gel)的制备方法
步骤S1：乙胺透明质酸(HA-E-NH2)的合成：
在室温下，将4g的透明质酸钠(12k Da HA，其中羧基的量为10mmol)溶解在40ml去离子水中，搅拌均匀；另取600mg乙二胺(10mmol)溶解在10ml纯水中，并将其加入到前述HA溶液中。用1M HCl溶液调节反应混合物的pH值至7.5，搅拌备用；称取2.304g的EDC(12mmol)和1.380g的NHS(12mmol)分别溶解在10ml纯水中并混合均匀。将调好pH的HA和乙二胺混合溶液缓慢滴加入EDC和NHS的混合水溶液中，在磁力搅拌器下搅拌均匀后，用1M NaOH溶液使反应体系的pH值保持在7.5左右，室温反应24h。反应结束后，将反应液在无水乙醇中沉降8h，沉淀用无水乙醇洗涤2次，用去离子水将沉淀复溶，然后使用透析袋(MwCO＝3500)进行透析，每隔8h更换一次超纯水，透析72h。将透析后的样品进行冷冻干燥，得到HA-E-NH2；
步骤S2：乙胺单胍透明质酸(HA-ESG)的合成：
在室温下，先将2g的HA-E-NH2(氨基的量为2.4mmol)溶解在10ml去离子水中，加热搅拌使其完全溶解。然后向其中缓慢滴加0.5ml N,N-二异丙基乙胺(DIEA)。然后分批次缓慢加入703mg的1H-吡唑-1-甲脒盐酸盐(4.8mmol)，搅拌均匀使完全溶解，混合物在30℃下搅拌反应48h，反应结束后，将反应液缓慢滴加至12倍体积的无水乙醇中，会有白色沉淀产生，4℃沉降8h。然后弃去上层清液，下层悬浊液在7500rpm下离心10min，弃去上清液，沉淀用无水乙醇洗涤2次。洗涤完毕后，用去离子水将沉淀复溶，然后用分子量为3500的树脂透析袋在去离子水中进行深度透析72h，每8h更换一次去离子水；将透析后的样品进行冷冻干燥，得到HA-ESG。
步骤S3：乙胺单胍透明质酸凝胶(HA-ESG-Gel)的合成：
首先将1g的HA-ESG(伯醇基的量为2mmol)溶解到4mL的1M NaOH溶液中，调节溶液pH为6～10，，N2保护，4℃搅拌过夜，确保HA-ESG充分溶解；然后加入522mg的乙二醇二缩水甘油醚的乙醇溶液(3mmol，0.5mL乙醇)，将混合溶液60℃下搅拌15分钟；将获得的凝胶放入过量的蒸馏水/乙醇(体积比1∶1)中，并加入0.5M盐酸中和，然后用蒸馏水/乙醇(1∶1v/v)洗涤凝胶多次；最后，用蒸馏水代替进行洗涤，然后冷冻干燥，得到HA-ESG-Gel。
实施例2：乙胺双胍透明质酸凝胶(HA-EBG-Gel)的制备
步骤S1：乙胺透明质酸(HA-E-NH2)的合成：
在室温下，将10g的透明质酸钠(260k Da HA，羧基的量为25mmol)溶解在100ml甲酰胺中，搅拌均匀，另取1.8g乙二胺(30mmol)溶解在10ml纯水中，并将其滴加入到HA溶液中；用1M HCl溶液调节反应混合物的pH值至7.5，搅拌备用；称取4.518g的DCC(30mmol)和3.467g的NHS(30mmol)分别溶解在20ml甲酰胺中并混合均匀；将调好pH的HA和乙二胺混合溶液缓慢滴加入DCC和NHS的混合水溶液中，在磁力搅拌器下搅拌均匀后，用1M NaOH溶液使反应体系的pH值保持在7.5左右，40℃下反应12h；反应结束后，将反应液在无水乙醇中沉降8h，沉淀用无水乙醇洗涤2次，用去离子水将沉淀复溶，然后使用透析袋(MwCO＝3500)进行透析，每隔8h更换一次超纯水，透析72h。将透析后的样品进行喷雾干燥，得到HA-E-NH2。
步骤S2：乙胺双胍透明质酸(HA-EBG)的合成：
在室温下，先将8g的乙胺透明质酸(HA-E-NH2，氨基的量为10mmol)溶解在50ml甲酰胺中，搅拌使其完全溶解。然后向其中缓慢滴加2ml N,N-二异丙基乙胺(DIEA)。称取2.92g的1H-吡唑-1-二甲脒盐酸盐(20mmol)，分批次缓慢加入反应物体系中，搅拌均匀使其完全溶解，混合物在45℃下搅拌反应24h。反应结束后，将反应液缓慢滴加入8倍体积的无水乙醇中，会有白色沉淀产生，4℃沉降8h。然后弃去上层清液，下层悬浊液在7500rpm下离心10min，弃去上清液，沉淀用无水乙醇洗涤2次。洗涤完毕后，用去离子水将沉淀复溶，然后超滤。将超滤后的样品进行冷冻干燥，得到HA-EBG。
步骤S3：乙胺双胍透明质酸凝胶(HA-EBG-Gel)的合成：
首先将3g的HA-EBG(伯醇基的量为6mmol)溶解到12mL的1M NaOH溶液中，调节溶液pH为8～10，N2保护，4℃搅拌过夜，确保HA-EBG充分溶解。然后加入1.566g的乙二醇二缩水甘油醚的乙醇溶液(9mmol，2mL乙醇)，将混合溶液50℃下搅拌25分钟。将获得的凝胶放入过量的蒸馏水/乙醇(体积比1∶1)中，并加入0.5M盐酸中和，然后用蒸馏水/乙醇(1∶1v/v)洗涤凝胶多次。最后，用蒸馏水代替进行洗涤，然后冷冻干燥，得到HA-EBG-Gel。
图4为实施例1和实施例2中透明质酸(HA)和乙胺透明质酸(HA-E-NH2)、乙胺单胍透明质酸(HA-ESG)和乙胺双胍透明质酸(HA-EBG)的核磁共振氢谱。
在乙胺透明质酸(HA-E-NH2)谱图中，δ＝2.8～3.2ppm处是乙胺侧链上亚甲基氢的共振峰，该峰的出现，说明了反应成功引入了烷基胺；在乙胺单胍透明质酸(HA-ESG)和乙胺双胍透明质酸(HA-EBG)谱图中，在δ＝2.8～3.2ppm处烷基氢的特征峰消失，说明胍基的成功引入，该侧链上的伯氨基被完全单胍化或双胍化了，导致烷基侧链上靠近胍基的烷基氢化学位移变大，原特征峰消失。
图5为实施例1和实施例2中乙胺单胍透明质酸(HA-ESG)和乙胺双胍透明质酸(HA-EBG)的核磁共振碳谱。
在δ＝156～162ppm出现单峰或双峰，也证明了胍基的成功引入。
对比例1：HA-ESG-Gel的合成
参照实施例1的方法，区别仅在于，增大碱量，以使pH＞10，具体的步骤S3：
首先将1g的HA-ESG(伯醇基的量为2mmol)溶解到10mL的1M NaOH溶液中，N2保护，4℃搅拌过夜，确保HA-ESG充分溶解；然后加入522mg的乙二醇二缩水甘油醚的乙醇溶液(3mmol，0.5mL乙醇)，将混合溶液60℃下搅拌15分钟；将获得的凝胶放入过量的蒸馏水/乙醇(体积比1∶1)中，并加入0.5M盐酸中和，然后用蒸馏水/乙醇(1∶1v/v)洗涤凝胶多次；最后，用蒸馏水代替进行洗涤，然后冷冻干燥，得到HA-ESG-Gel。
结果发现，当碱量过大会导致凝胶颜色发黄，洗涤也无法完全使其无色，会导致其在使用时不美观而且用作伤口敷料时可视化降低，无法随时观察伤口情况。
对比例2：HA-ESG-Gel的合成
参照实施例1的方法，区别仅在于，减少交联剂的量，以使所述的胍基化透明质酸(HA-RSG或HA-RBG)上的伯醇基和二醇二缩水甘油醚类交联剂的摩尔比为1：0.8，具体的步骤S3：
首先将1g的HA-ESG(伯醇基的量为2mmol)溶解到4mL的1M NaOH溶液中，调节溶液pH为6～10，N2保护，4℃搅拌过夜，确保HA-ESG充分溶解；然后加入278mg的乙二醇二缩水甘油醚的乙醇溶液(1.6mmol，0.5mL乙醇)，将混合溶液60℃下搅拌15分钟；将获得的凝胶放入过量的蒸馏水/乙醇(体积比1∶1)中，并加入0.5M盐酸中和，然后用蒸馏水/乙醇(1∶1v/v)洗涤凝胶多次；最后，用蒸馏水代替进行洗涤，然后冷冻干燥。
结果发现，减少交联剂的量后，发现凝胶形态破碎。
对比例3：HA-ESG-Gel的合成：
参照实施例1的方法，区别仅在于，减少合成凝胶的反应时间，具体的步骤S3：
首先将1g的HA-ESG(伯醇基的量为2mmol)溶解到4mL的1M NaOH溶液中，配置成20wt％的溶液，N2保护，4℃搅拌过夜，确保HA-ESG充分溶解；然后加入522mg的乙二醇二缩水甘油醚的乙醇溶液(3mmol，0.5mL乙醇)，将混合溶液60℃下搅拌5分钟；将获得的凝胶放入过量的蒸馏水/乙醇(体积比1∶1)中，并加入0.5M盐酸中和，然后用蒸馏水/乙醇(1∶1v/v)洗涤凝胶多次；最后，用蒸馏水代替进行洗涤，然后冷冻干燥。
结果发现，反应时间过短后，无法成胶，反应体系仍呈流体状。
实施例3：乙二胺(EDA)与HA的摩尔比对于胍基接枝率的影响
一种乙胺单胍透明质酸(HA-ESG)的制备方法，反应时间定为12h，调整步骤S1中EDA的用量，使得EDA与HA羧基的摩尔比为0.4～2.0，具体地：
步骤S1：将1.2g的透明质酸(HA，10K Da，羧基的量为3mmol)完全溶解于10mL超纯水中，得到HA水溶液；再将680mg的二甲氨基丙乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC·HCl，3.6mmol)和480mg的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS，3.6mmol)分批加入HA水溶液中，常温搅拌1h；然后缓慢滴入72mg～360mg的乙二胺(1.2～6mmol)，在25℃下搅拌反应12h；反应结束后，将反应液在无水乙醇中沉降，沉淀用无水乙醇洗涤2次，经过滤、洗涤、冷冻干燥后，得到透明质酸-乙二胺(HA-E-NH2)，记作HA-E-NH2-X，接枝率(GR)变化图如图3A所示，计算得到GR为20％～55％。
步骤S2：在室温下，先将1g的HA-E-NH2(氨基的量约为1.2mmol)溶解在10ml去离子水中，加热搅拌使其完全溶解。然后向其中缓慢滴加0.5ml N,N-二异丙基乙胺(DIEA)。然后分批次缓慢加入352mg的1H-吡唑-1-甲脒盐酸盐(2.4mmol)，搅拌均匀使完全溶解，混合物在30℃下搅拌反应48h，反应结束后，将反应液缓慢滴加至12倍体积的无水乙醇中，会有白色沉淀产生，4℃沉降8h。然后弃去上层清液，下层悬浊液在7500rpm下离心10min，弃去上清液，沉淀用无水乙醇洗涤2次。洗涤完毕后，用去离子水将沉淀复溶，然后用分子量为3500的树脂透析袋在去离子水中进行深度透析72h，每8h更换一次去离子水；将透析后的样品进行冷冻干燥，得到HA-ESG，胍基接枝率与S1中GR相同。
步骤S3：首先将1g的HA-ESG(伯醇基的量为2mmol)溶解到4mL的1M NaOH溶液中，调节溶液pH为6～10，N2保护，4℃搅拌过夜，确保HA-ESG充分溶解；然后加入522mg的乙二醇二缩水甘油醚的乙醇溶液(3mmol，0.5mL乙醇)，将混合溶液60℃下搅拌15分钟；将获得的凝胶放入过量的蒸馏水/乙醇(体积比1∶1)中，并加入0.5M盐酸中和，然后用蒸馏水/乙醇(1∶1v/v)洗涤凝胶多次；最后，用蒸馏水代替进行洗涤，然后冷冻干燥，得到HA-ESG-Gel。
再结合图3A分析得出：
为实现胍基接枝率在45％以上，优选EDA与HA羧基的摩尔比为1.0～2.0。
为实现接枝率在50％以上并兼顾节省成本，优选EDA与HA羧基的摩尔比为1.0～1.2。
实施例4：酰胺化反应时间对于胍基接枝率的影响
一种乙胺单胍透明质酸(HA-ESG)的制备方法，调整步骤S1中调整反应时间为4h～24h，具体地：
步骤S1：将1.2g的透明质酸(HA，10K Da，羧基的量为3mmol)完全溶解于10mL超纯水中，得到HA水溶液；再将680mg的二甲氨基丙乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC·HCl，3.6mmol)和480mg的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS，3.6mmol)分批加入HA水溶液中，常温搅拌1h；然后缓慢滴入72mg～360mg的乙二胺(3mmol)，在25℃下搅拌反应4h～24h；反应结束后，将反应液在无水乙醇中沉降，沉淀用无水乙醇洗涤2次，经过滤、洗涤、冷冻干燥后，得到透明质酸-乙二胺(HA-E-NH2)，记作HA-E-NH2-X，接枝率(GR)变化图如图3B所示，计算得到GR为10％～50％。
步骤S2：在室温下，先将1g的HA-E-NH2(氨基的量约为1.2mmol)溶解在10ml去离子水中，加热搅拌使其完全溶解。然后向其中缓慢滴加0.5ml N,N-二异丙基乙胺(DIEA)。然后分批次缓慢加入352mg的1H-吡唑-1-甲脒盐酸盐(2.4mmol)，搅拌均匀使完全溶解，混合物在30℃下搅拌反应48h，反应结束后，将反应液缓慢滴加至12倍体积的无水乙醇中，会有白色沉淀产生，4℃沉降8h。然后弃去上层清液，下层悬浊液在7500rpm下离心10min，弃去上清液，沉淀用无水乙醇洗涤2次。洗涤完毕后，用去离子水将沉淀复溶，然后用分子量为3500的树脂透析袋在去离子水中进行深度透析72h，每8h更换一次去离子水；将透析后的样品进行冷冻干燥，得到HA-ESG，胍基接枝率与S1中GR相同。
步骤S3：首先将1g的HA-ESG(伯醇基的量为2mmol)溶解到4mL的1M NaOH溶液中，调节溶液pH为6～10，N2保护，4℃搅拌过夜，确保HA-ESG充分溶解；然后加入522mg的乙二醇二缩水甘油醚的乙醇溶液(3mmol，0.5mL乙醇)，将混合溶液60℃下搅拌15分钟；将获得的凝胶放入过量的蒸馏水/乙醇(体积比1∶1)中，并加入0.5M盐酸中和，然后用蒸馏水/乙醇(1∶1v/v)洗涤凝胶多次；最后，用蒸馏水代替进行洗涤，然后冷冻干燥，得到HA-ESG-Gel。
当乙二胺(EDA)与HA羧基的摩尔比为1时，反应时间的变化对HA-E-NH2的GR的影响如图3.B所示，随着反应时间的增加，HA-E-NH2的GR也随之迅速增加，当反应时间达到12h时，GR达到最大值，后续随着反应时间的继续增加，GR反而略有降低。优选地，酰胺化反应时间为12～24h，此时GR在50％以上。
实施例5：胍基改性透明质酸抗菌凝胶的溶胀性能测试
将胍基改性透明质酸抗菌凝胶圆柱形样品(以48孔板为模具制得)，分别放置到纯水和PBS溶液(0.1M，pH＝7.4)中于37℃恒温箱中进行测试。每隔一定的时间将其从纯水和PBS溶液中取出，用滤纸去除表面水。记录样品的初始体重(W0)和不同时间段溶胀后的体重(Wt)，计算溶胀率(Swelling ratio)。
Swelling ratio＝Wt/W0
水凝胶的平衡溶胀比是表征水凝胶结构的重要因素。水凝胶之所以有溶胀特性，是因为其内部具有大量的交联点，可以进行分子链段运动，水分子得以填充水凝胶内部。
图6为实施例1和实施例2中胍基透明质酸型抗菌水凝胶(HA-ESG-Gel和HA-EBG-Gel)的溶胀性能图。由图可知，以水作为介质，当处理时间达到36h时，HA-ESG-Gel和HA-EBG-Gel凝胶在水中基本达到溶胀平衡，此时，两者在水中的溶胀率分别是24.3和23.8；以PBS溶液(0.1M，pH＝7.4)作为介质，当处理时间达到24h时，HA-ESG-Gel和HA-EBG-Gel凝胶在水中基本达到溶胀平衡，此时，两者在水中的溶胀率分别是20.5和20.2。本发明的胍基透明质酸型抗菌凝胶在水中的溶胀平衡时间比在PBS溶液中长，且在水中的溶胀率也比在PBS中要大，相较于其他透明质酸水凝胶类产品，如CN 106488772 B中的甲基丙烯酸类透明质酸水凝胶，或其他生物胍基生物多糖类水凝胶，如CN 112980003 A中的胍基壳聚糖水凝胶，本发明中的胍基透明质酸型水凝胶的溶胀性能更为优良，充当伤口敷料时，能及时吸收血水等伤口组织液，保证伤口周围的湿润，降低因伤口渗出物积聚造成微生物感染的风险，有助于伤口愈合恢复。
实施例6：胍基改性透明质酸抗菌凝胶的流变性能测试
将胍基改性透明质酸抗菌凝胶圆柱形样品(以48孔板为模具制得)，置于流变仪底板上，锥平面直径为7mm，锥平面与底板保持1mm距离。在室温下，一定时间范围内进行动态应变扫描，确定水凝胶的线性粘弹性范围，记录动态储能模量(G’)和损耗模量(G”)变化曲线。
图7为实施例1和实施例2中胍基透明质酸型抗菌水凝胶(HA-ESG-Gel和HA-EBG-Gel)的流变性能曲线。从图中可以看出，HA-ESG-Gel和HA-EBG-Gel两种水凝胶的储能模量(弹性模量)G’始终大于损耗模量(黏性模量)G”，说明前述两种胍基透明质酸型抗菌凝胶在100-10000Pa均能维持凝胶状，保证了水凝胶应用时的形状记忆能力，具有极其优异得机械性能，能更好地维持对伤口的包裹能力。如CN108853569A中的纯透明质酸类水凝胶或CN106488772 B中的甲基丙烯酸类透明质酸水凝胶，则存在较大压强下易发生破碎，无法维持凝胶状态的情况，本发明提供的胍基透明质酸型水凝胶有效地解决了这个问题。
实施例7：胍基改性透明质酸抗菌凝胶的体外抗菌性能测试
使用LB液体培养基稀释培养好的金黄色葡萄球菌(S.aureus)和大肠杆菌(E.coli)，用酶标仪测量菌液在波长630nm处的吸光度(OD630)，将菌液稀释至吸光度约为0.1。取10mL菌液分别加入已灭菌的试管内，留一支不加样品的试管作为对照，其余试管内分别加入0.1g不同的胍基透明质酸水凝胶，设三组平行实验，在瓶口塞上塞子，放入恒温振荡器内在37℃、200rpm下恒温培养，分别在0h、0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、6h、8h、12h、24h进行取样，用酶标仪测量菌液的OD630。
图8为实施例1和实施例2中胍基透明质酸型抗菌水凝胶(HA-ESG-Gel和HA-EBG-Gel)的抗菌效果图。从图中可以看出，HA-ESG-Gel和HA-EBG-Gel两种水凝胶的抗菌性能都能保持至少24h，在2h内菌液的OD630就有明显地下降。说明该类胍基透明质酸型抗菌水凝胶凝胶具有极强的抑菌性能，而且保持时间较长。作为伤口敷料使用时，可有效抑制伤口细菌感染。本发明通过烷基胍改性透明质酸，赋予了透明质酸水凝胶抗菌性能，而且其抗菌能力非常优异，强于其他胍类水凝胶，如CN 112980003 A中的胍基壳聚糖水凝胶。
实施例8：胍基透明质酸水凝胶的细胞毒性测试
将经过辐射灭菌处理的HA-ESG-Gel和HA-EBG-Gel两种水凝胶浸泡在DMEM培养液(10％胎牛血清，100IU/mL青霉素，100μg/mL链霉素)中1天，以获得浸提液，并将其稀释10倍。将100μL的L-929小鼠成纤维细胞悬液接种于96细胞孔板中，并分别加入100μL两种稀释后的浸提液，于37℃，5％CO2的环境下培养，每隔两天换一次培养液。在培养的第24h、48h、72h吸除细胞培养基，并将含有100μL的10％CCK-8(CCK8/DMEM)溶液加入每孔。将孔板放回细胞培养箱中继续培养1小时，将孔板的CCK-8反应溶液转移到另一块96细胞孔板，每孔加入100μL反应溶液，立即在酶标仪492nm波长下检测吸光度值(OD值)。未加材料组设为对空白照组。细胞存活率按以下公式计算：
细胞存活率(％)＝(实验组OD值-阴性对照OD值)/(空白组OD值-阴性对照OD值)×100％。
图9为实施例1和实施例2中胍基透明质酸型抗菌水凝胶(HA-ESG-Gel和HA-EBG-Gel)对小鼠成纤维细胞L-929的细胞毒性图。从图中可知，HA-ESG-Gel和HA-EBG-Gel两种水凝胶在培养72h内细胞存活率较高，甚至超出了对照组，说明该抗菌水凝胶细胞相容性优异，能够促进细胞增殖。在充当伤口敷料过程中，可促进伤口加快愈合，相比于其他非透明质酸类水凝胶，如CN 112980003 A中海藻酸盐类水凝胶，则无明显的促进细胞增殖效果。
Claims (10)
1.一种胍基透明质酸型抗菌水凝胶，其特征在于，由胍基化透明质酸和二醇二缩水甘油醚类交联剂通过开环聚合反应制备而成；其中所述胍基化透明质酸是由透明质酸上的羧基通过酰胺化反应修饰不同链长的烷基单胍或双胍获得。
2.根据权利要求1所述的胍基透明质酸型抗菌水凝胶，其特征在于，所述的不同链长的烷基单胍或双胍是不同的烷基胺侧链与胍基供体发生取代反应得到的。
3.一种制备权利要求1或2所述的胍基透明质酸型抗菌水凝胶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)氨基烷基化透明质酸的制备：在偶联缩合剂的作用下，透明质酸与烷基二胺发生酰胺化反应，室温过夜，经沉降、透析、冻干得到氨基烷基化透明质酸；
(2)胍基化透明质酸的制备：室温下，经N,N-二异丙基乙胺的催化，氨基烷基化透明质酸与胍基供体发生取代反应，经沉降、透析、冻干得到胍基化透明质酸——单胍透明质酸或双胍透明质酸；
(3)胍基透明质酸型抗菌水凝胶的制备：将胍基化透明质酸溶解在适量NaOH溶液中，调节体系pH至6～10，加入二醇二缩水甘油醚类交联剂，混合均匀，加热后得到凝胶，然后对凝胶进行洗涤，采用酸中和pH，得到胍基透明质酸型抗菌水凝胶；其中，所述胍基化透明质酸的伯醇基与二醇二缩水甘油醚类交联剂的摩尔比为1：(1.0～2)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤(1)酰胺化反应中，透明质酸上的羧基与烷基二胺的摩尔比为1:(1～2)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤(1)酰胺化反应中，反应温度为25℃，反应时间为10～25h。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤(3)制备凝胶时，所述的NaOH溶液浓度为0.1～1M。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤(2)的取代反应中，胍基供体为1H-吡唑-1-甲脒盐酸盐或1H-吡唑-1-二甲脒盐酸盐；胍基供体与氨基烷基化透明质酸中氨基的摩尔量之比为(1.5～2.5)：1；N,N-二异丙基乙胺的质量为氨基烷基化透明质酸的质量的5-10％。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤(3)制备凝胶时，所述的二醇二缩水甘油醚类交联剂为乙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚和聚乙二醇二缩水甘油醚中的一种；所述反应温度为40～80℃；使用乙醇和水的1：1混合溶液洗涤凝胶，中和凝胶pH为6～8。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，制备的胍基透明质酸型抗菌水凝胶通过浸泡在超纯水或PBS溶液进行保存。
10.权利要求1或2所述的胍基透明质酸型抗菌水凝胶或权利要求3-9任一项所述的方法在制备伤口辅料中的应用。
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