CN116589862B - 一种可降解生物凝胶及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可降解生物凝胶及其制备方法与应用。本发明的生物可降解凝胶是先通过热降解鱼鳞制备得到鱼明胶溶液，再将蛋壳纳米粒子均匀分散在鱼明胶溶液中后进一步与多巴胺在弱碱性条件下共聚合，随后加入一定比例的甘油得到鱼明胶/聚多巴胺/蛋壳纳米粒子前驱体溶液，最后将前驱体溶液经低温定胶、成型后得到的。该生物可降解凝胶的力学性能、粘附性能和透气性能至少可通过蛋壳纳米粒子和多巴胺来调节，并且该生物可降解凝胶还具备抗菌、抗氧化性、以及可降解特性，能够广泛应用于生物医学工程领域。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学工程技术领域，尤其涉及一种可降解生物凝胶及其制备方法与应用。
背景技术
黏膜溃疡性损伤、糖尿病溃疡、烧伤和手术导致的难愈合性组织损伤，在修复过程中存在菌体感染、氧化应激加剧、炎症水平增高等问题，严重阻碍组织修复。虽然，传统止血敷料如纱布、海绵绷带等，可以通过物理密封伤口发挥止血作用。但是，在应对意外受伤造成的较大血管或伤口出血时，传统止血敷料的止血效率有限且不适用于不规则表面伤口及脆弱内脏组织出血。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可降解生物凝胶胶膜及其制备方法与应用。
为此，本发明提供如下技术方案：
本发明的一个方面在于，提供一种生物可降解凝胶。该生物可降解凝胶包括基底材料以及负载于所述基底材料的蛋壳纳米粒子；所述基底材料包括鱼明胶、多巴胺和甘油。
可选地，所述生物可降解凝胶包含80-85％(v/v)鱼明胶、0.05-0.2％(m/v)多巴胺，0.3-1.5％(m/v)蛋壳纳米粒子，5-10％(v/v)甘油。其中，v/v表示体积比；m/v表示质量体积比，其单位可以是mg/ml；80-85％(v/v)鱼明胶表示100体积份的生物可降解凝胶中包含80-85体积份的鱼明胶溶液；0.05-0.2％(m/v)多巴胺表示100体积份的生物可降解凝胶中包含0.05-0.2质量份的多巴胺；0.3-1.5％(m/v)蛋壳纳米粒子表示100体积份的生物可降解凝胶中包含0.3-1.5％质量份的蛋壳纳米粒子；5-10％(v/v)甘油表示100体积份的生物可降解凝胶中包含5-10体积份的甘油。
可选地，所述生物可降解凝胶包括生物可降解胶膜。
本发明的另一个方面在于，提供一种生物可降解凝胶的制备方法，包括：步骤S1，通过热降解法从鱼鳞中提取鱼胶原蛋白，并制备鱼明胶溶液；步骤S2，配置多巴胺/Tris溶液；步骤S3，将所述鱼明胶溶液与所述多巴胺/Tris溶液混合，得到鱼明胶/多巴胺溶液；步骤S4，将蛋壳纳米粒子均匀分散在所述鱼明胶/多巴胺溶液中，在弱碱性条件下进行共聚合，共聚合完成后加入甘油，得到鱼明胶/聚多巴胺/蛋壳前驱体溶液；步骤S5，将所述鱼明胶/聚多巴胺/蛋壳前驱体溶液在低温下定胶、成型，得到所述生物可降解凝胶。
可选地，在所述步骤S1中，按照鱼鳞：去离子水的m/v比为(0.8-1.2):(10-30)的投料比，将鱼鳞与去离子水混合，并且在90℃-120℃下加热搅拌60min-90min后，8000rpm转速下离心10min，收集上清液得到所述鱼明胶溶液。
可选地，鱼鳞：去离子水的m/v比为1:20。
可选地，鱼明胶溶液为90-120℃的水溶液体系。
可选地，在所述步骤S2中，按照Tris：去离子水的m/v比为1.21:(8-12)的投料比，将Tris(即Tris(hydroxymethyl)aminoethane，2-氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇)与去离子水混合，得到Tris缓冲液；再按照盐多巴胺：Tris缓冲液的m/v比为(0.005-0.04):1的投料比，将盐酸多巴胺溶于所述Tris缓冲液中，得到所述多巴胺/Tris溶液。
可选地，在所述步骤S3中，按照鱼明胶溶液：多巴胺/Tris溶液的v/v比为(8-10):1的投料比，将所述鱼明胶溶液与所述多巴胺/Tris溶液混合，得到所述鱼明胶/多巴胺溶液。
可选地，所述鱼明胶/多巴胺溶液是由鱼明胶和多巴胺在弱碱性条件下自聚合形成。其中，弱碱性条件可以包括pH为7.8～8.5的碱性条件。
可选地，在所述步骤S4中，按照蛋壳纳米粒子：鱼明胶/多巴胺溶液的m/v比为(0.003-0.015):1的投料比，将所述蛋壳纳米粒子均匀分散在所述鱼明胶/多巴胺溶液中，在弱碱性条件下35-38℃共聚合36h-48h，共聚合完成后加入5-10％v/v比的甘油，得到鱼明胶/聚多巴胺/蛋壳前驱体溶液。其中，弱碱性条件可以包括pH＝8.0左右的碱性条件。
可选地，在所述步骤S5中，所述鱼明胶/聚多巴胺/蛋壳前驱体溶液的凝胶化温度为0-4℃；所述鱼明胶/聚多巴胺/蛋壳前驱体溶液的凝胶化时间为30min-60min；所述鱼明胶/聚多巴胺/蛋壳凝胶的干燥温度为10℃-20℃；所述鱼明胶/聚多巴胺/蛋壳凝胶的干燥时间为48h-96h。
本发明制备的生物可降解凝胶，置于温度(-80℃)～(+50℃)时，其体积和持水性保持稳定。
本发明制备的生物可降解凝胶，其力学性能、透气性能、粘附性能，均可通过蛋壳纳米粒子的尺寸、蛋壳纳米粒子的添加量、以及盐酸多巴胺的含量中的至少一者进行调控。
本发明制备的生物可降解凝胶其粘附性能可通过温度进行调控。
本发明制备的生物可降解凝胶，其形状、尺寸、以及厚度均可调控。
在具体实施中，可以采用现有技术中的模具法或匀胶旋涂法调控生物可降解凝胶的形状、尺寸、以及厚度。
本发明制备的生物可降解凝胶，在不同物体表面均具有粘附性。
本发明的又一个方面在于，提供一种生物可降解凝胶在制备组织修复敷料中的应用。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有有益效果。
1.本发明采用可降解生物质源作为基底材料并负载蛋壳纳米粒子得到了生物可降解凝胶，该生物可降解凝胶具备优异抗菌活性、广谱抗菌性以及抗氧化性，可广泛应用于生物医学工程领域。
2.本发明提供的生物可降解凝胶具有可调控的可降解性、力学性能、透气性能，其可降解性、力学性能、透气性能至少可通过蛋壳纳米粒子和多巴胺来调节，从而满足不同的应用需求。
3.本发明提供的生物可降解凝胶具有可调控的不对称粘附性，通过调控胶膜的厚度可以使胶膜的一面为粘附面、另一面为非粘附面，其中，粘附面具有良好的生物组织粘附性、可结合到各种材料表面，非粘附面能防止粘连、阻隔有害病原微生物。
3.本发明提供的生物可降解凝胶在不同温度下可保持低体积溶胀系数和良好持水性。
4.本发明提供的生物可降解凝胶具有优异水蒸气透过性。
5.本发明提供的生物可降解凝胶具备近红外光热效应。
6.本发明采用可降解生物质源即鱼明胶作为基底材料，实现了生物质源的高值化转换利用。
附图说明
图1为本发明实施例中生物可降解凝胶的可调控力学性能应力-应变曲线图以及不同应变下的实物图；其中，(a)为对比例以及实施例1-3的应力-应变曲线，横坐标表示断裂伸长率，纵坐标表示断裂强度；(c)为实施例3-6的应力-应变曲线，横坐标表示断裂伸长率，纵坐标表示断裂强度；(b)为实施例5所得凝胶样品的实物柔性展示图，(d)为实施例6的生物可降解凝胶在不同应变下的实物图。
图2为本发明实施例中生物可降解凝胶的各种形态示意图；其中，(a)为实施例3所得不同厚度凝胶样品的示意图，(b)为实施例8所得凝胶样品的两面不对称粘附性展示示意图，(c)为实施例3所得不同面积凝胶样品的示意图，(d)为实施例3所得凝胶样品在不同界面下的粘附性展示示意图。
图3为本发明实施例中生物可降解凝胶在不同温度下的粘附性示意图，其中，从左至右，依次为实施例3所得凝胶样品在-20℃，15℃，37℃，50℃下的粘附性示意图。
图4为本发明实施例中生物可降解凝胶的溶胀性评价曲线和持水性示意图，其中，(a)为对比例及实施例1-6所得凝胶样品在不同温度下的持水性柱状图，(b)为对比例及实施例1-6所得凝胶样品在不同温度下持水性示意图，(c)为实施例4-6所得凝胶样品的溶胀性评价曲线图。
图5为本发明实施例中生物可降解凝胶的WVTR图，其中，从左至右，依次分别为实施例1、实施例7、实施例8和实施例6所得凝胶样品的WVTR。
图6为本发明实施例中生物可降解凝胶的降解性能曲线图，其中，(a)为对比例以及实施例1-3的降解性能曲线图；(b)为实施例3-6的降解性能曲线图。
图7为本发明实施例中生物可降解凝胶的近红外光热性能曲线图，其中，(a)为对比例以及实施例1-3的近红外光热性能曲线图；(b)为实施例3-6的近红外光热性能曲线图。
图8为本发明实施例中生物可降解凝胶的抗菌性能图(圆盘分散法)。
图9为本发明实施例中生物可降解凝胶的抗菌性能图(菌落计数法)。
图10为本发明实施例中生物可降解凝胶的抗氧化性能测试结果。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。可以理解的是，以下所描述的具体实施方式仅仅用于解释本发明，而非是对本发明的限定。
本发明实施例中所用试剂及仪器未注明生产厂商者，均为常规产品。
为了便于描述，在本发明实施例中，以FG(即Fish Gelatin)表示鱼明胶，以DA(即Dopamine)表示盐酸多巴胺，以PDA表示聚多巴胺，以ES NPs(即Eggshell Nanoparticles)表示蛋壳纳米粒子，以Gel表示凝胶。
实施例1
本实施例提供一种生物可降解凝胶Gel(FG/PDA5)，通过如下过程制备：
S11，制备FG溶液：将鱼鳞与去离子水以0.8:10(m/v)的投料比混合，100℃下搅拌加热90min后，8000rpm转速下离心10min，收集上清液得到FG溶液；
S12，配置DA/Tris缓冲液：将Tris溶于去离子水中配置成12.1％(m/v)(即Tris:去离子水的m/v比为1.21：10)的Tris缓冲液，随后将DA溶于Tris缓冲液中得到0.5％(m/v)的DA/Tris缓冲液；
S13，制备FG/DA溶液：按照FG:DA/Tris为9:1(v/v)的投料比，将FG溶液与DA/Tris缓冲液混合，得到FG/DA溶液；
S14，制备FG/PDA前驱体溶液：将FG/DA溶液在37℃下共聚合40h，加入5％(v/v)甘油，得到FG/PDA前驱体溶液；
S15，制备Gel(FG/PDA5)：将FG/PDA前驱体溶液倒入模具，4℃定胶60min，在15℃下静置成型72h，得到Gel(FG/PDA5)。
实施例2
本实施例提供一种生物可降解凝胶Gel(FG/PDA10)，通过如下过程制备：
S21，制备FG溶液：将鱼鳞与去离子水以1:20(m/v)的投料比混合，100℃下搅拌加热90min后，8000rpm转速下离心10min，收集上清液得到FG溶液；
S22，配置DA/Tris缓冲液：将Tris溶于去离子水中配置成12.1％(m/v)(即Tris:去离子水的m/v比为1.21：10)的Tris缓冲液，随后将DA溶于Tris缓冲液中得到1％(m/v)的DA/Tris缓冲液；
S23，制备FG/DA溶液：按照FG:DA/Tris为10:1(v/v)的投料比，将FG溶液与DA/Tris缓冲液混合，得到FG/DA溶液；
S24，制备FG/PDA前驱体溶液：将FG/DA溶液在37℃下共聚合48h，加入8％(v/v)甘油，得到FG/PDA前驱体溶液；
S25，制备Gel(FG/PDA10)：将FG/PDA前驱体溶液倒入模具，2℃下定胶40min后，在20℃下静置成型96h，得到Gel(FG/PDA10)。
实施例3
本实施例提供一种生物可降解凝胶Gel(FG/PDA20)，通过如下过程制备：
S31，制备FG溶液：将鱼鳞与去离子水以1.2:30(m/v)混合，100℃下搅拌加热90min，8000rpm下离心10min，收集上清液，得到FG溶液；
S32，配置DA/Tris缓冲液：将Tris溶于去离子水中配置成12.1％(m/v)(即Tris:去离子水的m/v比为1.21：10)的Tris缓冲液，随后将DA溶于Tris缓冲液中得到2％(m/v)的DA/Tris缓冲液；
S33，制备FG/DA溶液：按照FG:DA/Tris为10:1(v/v)的投料比，将FG溶液与DA/Tris缓冲液混合，得到FG/DA溶液；
S24，制备FG/PDA前驱体溶液：将FG/DA溶液在37.5℃下共聚合36h，加入10％(v/v)甘油，得到FG/PDA前驱体溶液；
S25，制备Gel(FG/PDA20)：将FG/PDA前驱体溶液倒入模具，0℃下定胶30min后，在10℃下静置成型60h，得到Gel(FG/PDA20)。
实施例4
本发明实施例提供一种生物可降解凝胶Gel(FG/PDA20/ES3)，通过如下过程制备：
S41，制备FG溶液：将鱼鳞与去离子水以1:20(m/v)的投料比混合，100℃下搅拌加热90min后，8000rpm下离心10min，收集上清液，得到FG溶液；
S42，配置DA/Tris缓冲液：将Tris溶于去离子水中配置成15.1％(m/v)(即Tris:去离子水的m/v比为1.21：8)的Tris缓冲液，随后将DA溶于Tris缓冲液中得到4％(m/v)的DA/Tris缓冲液；
S43，制备FG/DA溶液：按照FG:DA/Tris为8:1(v/v)的投料比，将FG溶液与DA/Tris缓冲液混合，得到FG/DA溶液；
S44，制备FG/PDA/ES前驱体溶液：先将0.3％(m/v)ES NPs分散在FG/DA溶液中得到FG/DA/ES溶液，再将FG/DA/ES溶液在37℃下共聚合40h，加入8％(v/v)甘油，得到FG/PDA/ES前驱体溶液；
S45，制备Gel(FG/PDA20/ES3)：将FG/PDA/ES前驱体溶液倒入模具，4℃下低温定胶60min后，在10℃下静置成型48h，得到制备Gel(FG/PDA20/ES3)。
实施例5
本发明实施例提供一种生物可降解凝胶Gel(FG/PDA20/ES6)，通过如下过程制备：
S51，制备FG溶液：将鱼鳞与去离子水以0.8:10(m/v)混合，100℃下搅拌加热90min后，8000rpm下离心10min，收集上清液，得到FG溶液；
S52，配置DA/Tris缓冲液：将Tris溶于去离子水中配置成12.1％(m/v)(即Tris:去离子水的m/v比为1.21：10)的Tris缓冲液，随后将DA溶于Tris缓冲液中得到2％(m/v)的DA/Tris缓冲液；
S53，制备FG/DA溶液：按照FG:DA/Tris为10:1(v/v)的投料比，将FG溶液与DA/Tris缓冲液混合，得到FG/DA溶液；
S54，制备FG/PDA/ES前驱体溶液：先将0.6％(m/v)ES NPs均匀分散在FG/DA溶液中得到FG/DA/ES溶液，再将FG/DA/ES溶液在38℃下共聚合39h，加入10％(v/v)甘油，得到FG/PDA/ES前驱体溶液；
S55，制备Gel(FG/PDA20/ES6)，将FG/PDA/ES前驱体溶液倒入模具，4℃下低温定胶60min后，在10℃下静置成型48h，得到Gel(FG/PDA20/ES6)。
实施例6
本发明实施例提供一种生物可降解凝胶Gel(FG/PDA20/ES9)，通过如下过程制备：
S61，制备FG溶液：将鱼鳞与去离子水以1:25(m/v)混合，100℃下搅拌加热90min后，8000rpm下离心10min，收集上清液，得到FG溶液；
S62，配置DA/Tris缓冲液：将Tris溶于去离子水中配置成10.1％(m/v)(即Tris:去离子水的m/v比为1.21：12)的Tris缓冲液，随后将DA于Tris缓冲液中得到2％(m/v)的DA/Tris缓冲液；
S63，制备FG/DA溶液：按照FG:DA/Tris为8:1(v/v)的投料比，将FG溶液与DA/Tris缓冲液混合，得到FG/DA溶液；
S64，制备FG/PDA/ES前驱体溶液：先将0.9％ES NPs(m/v)匀分散在FG/DA溶液中得到FG/DA/ES溶液，再将FG/DA/ES溶液在36℃下共聚合38h，加入6％(v/v)甘油，得到FG/PDA/ES前驱体溶液；
S65，制备Gel(FG/PDA20/ES9)，将FG/PDA/ES前驱体溶液倒入模具，2℃下定胶40min后，在10℃下静置成型48h，得到Gel(FG/PDA20/ES9)。
实施例7
本发明实施例提供一种生物可降解凝胶Gel(FG/PDA5/ES6)，通过如下过程制备：
S71，制备FG溶液：将鱼鳞与去离子水以1:30(m/v)混合，100℃下搅拌加热90min后，8000rpm下离心10min，收集上清液，得到FG溶液；
S72，配置DA/Tris缓冲液：将Tris溶于去离子水中配置成12.1％(m/v)(即Tris:去离子水的m/v比为1.21：10)的Tris缓冲液，随后将DA溶于Tris缓冲液中得到3％(m/v)的DA/Tris缓冲液；
S73，制备FG/DA溶液：按照FG:DA/Tris为10:1(v/v)的投料比，将FG溶液与DA/Tris缓冲液混合，得到FG/DA溶液；
S74，制备FG/PDA/ES前驱体溶液：先将0.6％(m/v)ES NPs均匀分散在FG/DA溶液中得到FG/DA/ES溶液，再将FG/DA/ES溶液在35℃下共聚合46h，加入10％(v/v)甘油，得到FG/PDA/ES前驱体溶液；
S75，制备Gel(FG/PDA5/ES6)，将FG/PDA/ES前驱体溶液倒入模具，4℃下定胶40min后，在15℃，静置成型58h，得到Gel(FG/PDA5/ES6)。
实施例8
本发明实施例提供一种生物可降解凝胶Gel(FG/PDA10/ES15)，通过如下过程制备：
S81，制备FG溶液：将鱼鳞与去离子水以1:30(m/v)混合，100℃下搅拌加热90min后，8000rpm下离心10min，收集上清液，得到FG溶液；
S82，配置DA/Tris缓冲液：将Tris溶于去离子水中配置成15.1％(m/v)(即Tris:去离子水的m/v比为1.21：8)的Tris缓冲液，随后将DA溶于Tris缓冲液中得到1％(m/v)的DA/Tris缓冲液；
S83，制备FG/DA溶液：按照FG:DA/Tris为9:1(v/v)的投料比，将FG溶液与DA/Tris缓冲液混合，得到FG/DA溶液；
S84，制备FG/PDA/ES前驱体溶液：先将15％(m/v)ES NPs均匀分散在FG/DA溶液中得到FG/DA/ES溶液，再将FG/DA/ES溶液在35℃下共聚合40h，加入8％(v/v)甘油，得到FG/PDA/ES前驱体溶液；
S85，制备Gel(FG/PDA10/ES15)，将FG/PDA/ES前驱体溶液倒入模具，4℃下低温定胶60min后，在10℃左右，成型48h，得到Gel(FG/PDA10/ES15)。
对比例
本对比例不添加Tris试剂和DA，其余均与实施例1相同。
在本发明实施例中，以v/v表示体积比；以m/v表示质量体积比，并且其单位可以是mg/mL。在具体实施中，基于m/v和v/v表示的投料比即可清楚地实施整个实验过程。
性能测试研究
1、力学性能：
本发明采用生物万能力学测试仪对实施例1至6以及对比例得到的凝胶分别进行力学性能测试，包括拉伸强度和断裂伸长率。
参照图1a，可见PDA的引入使得凝胶的断裂强度从74.1kPa提高到245.3kPa，断裂伸长率从173.63％提高至245.1％。参照图1c，可见ES NPs的加入使得凝胶的最大拉伸强度从245.3kPa最大提高到498kPa，并且在298％应变下，FG/PDA20的应力为208kPa，FG/PDA20/ES9的应力为492kPa，应力强度呈现倍数级提高，从而体现协同效应。由此，证明PDA、ES NPs之间可协同发挥作用，从而实现凝胶力学性能的调控。
进一步，将本发明实施例6制备的Gel(FG/PDA20/ES9)与同类材料相比，其力学性能也表现优异。具体参见表1。
表1Gel(FG/PDA20/ES9)与同类材料的力学性能参数对照
此外,本发明实施例提供的生物可降解凝胶还具有一定的柔性。
例如，参照图1b，其中展示了本发明实施例6制备的生物可降解凝胶薄膜的弯曲、拉伸、扭转和打结状态，充分说明本发明实施例制备的生物可降解凝胶具有一定的柔性。
参照图1d，展示了实施例6在不同应变下的实物图，说明样品具备较好可拉伸性和较大伸长率。
2、形态及粘附性能：
本发明制备的生物可降解凝胶胶膜，其上下两面具有不对称的粘附性，其形态包括厚度和面积均可自由调控。
下面以实施例3和实施例8所得凝胶展示不同样品的形态及粘附性能。
参照图2a，通过实施例3，展示了生物可降解凝胶样品的厚度可调控。
参照图2b，通过实施例8，展示了生物可降解凝胶样品两面具有不对称粘附性。
在本发明实施例中，ES NPs在生物可降解凝胶的制备过程中自然沉降，由于ESNPs的聚集沉积会致使胶膜出现非粘附性表面。其中，粘附面的粘附性强，非粘附面由于ESNPs的存在，不具备粘附性。而对比例中的凝胶样品因没有ES NPs的聚集沉淀，其两面均具有对称粘附性。本发明实施例通过添加ES NPs，实现了凝胶样品的上下面不对称粘附性。
本发明还研究了ES NPs和PDA的含量对生物可降解凝胶粘附性的影响。结果证明：随着ES NPs含量的增加，生物可降解凝胶的粘附性减低；而随着PDA含量的增加，生物可降解凝胶粘的粘附性提高。
参照图2c，通过实施例3，展示了生物可降解凝胶样品的面积可调控。
参照图2d，通过实施例3，展示了生物可降解凝胶样品具有可粘附在不同界面的特性。
进一步，本发明还研究了生物可降解凝胶的温度调控粘附特性。
将实施例3所得凝胶样品置于烘箱中，并且在不同温度条件下，包括-20℃，15℃，37℃，50℃，保持15min后观察其粘附性能。
参照图3，可见将凝胶样品至于不同温度的烘箱中，保持15分钟后，凝胶样品的表面粘附性发生了改变。随着温度的升高，凝胶样品粘附负载水的体积量增大，依次分别为10mL、10mL、30mL、50mL。同时，用手指触摸凝胶样品表面，可感知凝胶样品可粘附手指表皮，并且随着温度的升高粘附性增强。由此证明，本发明实施例提供的生物可降解凝胶，其粘附性还可通过温度调控。
在本发明中，生物可降解凝胶内部的胶原纤维结构可以对PDA的自聚合程度产生“限制效应”，而温度变化又可以使胶原纤维之间的交联程度改变，从而调控PDA的自聚合程度，不同的PDA聚合度，游离儿茶酚基团量不同，使得生物可降解凝胶的粘附性产生了差异。
3、溶胀性和持水性：
本发明测试了实施例1至6以及对比例所得凝胶的体积溶胀性及在不同温度下的持水稳定性。
低体积溶胀性实验过程如下：将2cm×2cm的凝胶样品浸入PBS缓冲液(0.01M，pH＝7.4)中，30℃下，在不同预定时间点取出，用滤纸吸干表面水分后称重，以测量溶胀性。溶胀率由以下公式定义:溶胀率(％)＝(Wi-W0)/W0×100％，其中Wi为不同时间点样品质量，W0为初始样品质量。
持水性实验过程如下：将相同面积的各凝胶样品置于不同温度下，包括-80℃、-20℃、37℃、50℃，12h后称重、观察各凝胶样品的面积变化，以评价不同温度下持水性。持水率由如下公式定义：持水率(％)＝(m12-m0)/m0×100％，其中m12为12h后样品质量，m0为初始样品质量。
参照图4a和图4b，实施例1-6所得凝胶样品在不同温度下的持水率均保持在85％以上，全部高于对比例，同时各凝胶样品的体积没有明显变化，证明PDA、ES NPs的加入使得凝胶样品具备优异的持水性。
此外，甘油的加入也可以赋予凝胶样品优异的持水性。
参照图4c，一方面，相较于实施例3所得凝胶样品的溶胀率(180％)，实施例4-6中添加了ES NPs后所得凝胶样品的溶胀率(135％)明显减低。另一方面，实施例4-6中添加了不同量的ES NPs所得凝胶样品的溶胀率基本保持在135％左右，说明ES NPs的添加量对凝胶样品的溶胀率影响较小。
本发明还研究了ES NPs和PDA的含量对生物可降解凝胶溶胀性的影响。结果证明：随着ES NPs含量的增加，生物可降解凝胶的溶胀率减低；而随着PDA含量的增加，生物可降解凝胶的溶胀率升高。
在本发明中，FG、PDA和ES NPs之间相互作用，降低了表面游离的羟基，降低了水分子在Gel中的溶解度，并且，分散在Gel中的ES NPs还可以使Gel内部形成多样性的微纳米尺度孔洞和网格结构，从而使得凝胶产品本身的溶胀度(样品体积改变量很小)比较低。
4、水蒸汽透过性：
本发明分别测试了实施例1、7、8、6的水蒸气透过性(WVTR)。
具体过程如下：
首先将厚度0.3mm的凝胶样品切成1.5ⅹ1.5cm的正方形，然后密封在装有10mL去离子水的玻璃瓶顶部，其中瓶口平均直径12.57mm，接着放入37℃培养箱中，每小时记录一次玻璃瓶重量。
根据以下公式计算WVTR：
其中，W是在对应时间t中的质量损失，A是样品面积。
参照图5，实施例1、实施例7、实施例8和实施例6所得凝胶样品的WVTR分别为4528±215g m-2d-1、4638±437g·m-2d-1、4573±458g·m-2d-1和4475±734g·m-2d-1，可见随着PDA含量的增加，凝胶样品的WVTR降低，而随着ES NPs的添加，凝胶样品的WVTR升高。
5、可降解性：
本发明分别测试了实施例1-6以及对比例所得凝胶样品的可降解性。
具体过程如下：
将各凝胶样品分别置于PBS溶液中达到溶胀平衡后，在预定的时间点取出样品称重。
样品降解率由以下公式定义：降解率(％)＝(m0-mi)/m0×100％，其中mi为不同时间点样品质量，m0为达到溶胀平衡后样品质量。
参照图6(a)，低含量的PDA(0.05％、0.1％)对降解性没有显著影响，而高含量(0.2％)可以延缓凝胶样品降解，并且可以使降解时间从30min延长至4h。
参照图6(b)，添加ES NPs后，凝胶样品的完全降解时间从3h延长至24h，但不同ESNPs含量对降解性没有明显差别。
6、近红外光热效应：
本发明测试了实施例1至4以及对比例所得凝胶的近红外光热效应。
具体过程如下：
分别将凝胶样品于808nm激光(1W/cm2)下照射，记录各凝胶样品的实时温度变化。
参照图7a，在近红外光照射下，随着PDA含量的增加，本发明实施例1-3(PDA的含量分别为0.05％、0.1％、0.2％)所得凝胶样品的温度自13℃(对比例的温度)分别升高至28℃、32℃、39℃，而对比例(PDA的含量为0)的温度没有变化，说明PDA的加入可以调控凝胶样品的光热性能。
参照图7b，ES NPs的加入不会对凝胶样品的光热性能造成影响。
7、抗菌性能：
本发明测试了实施例1至3以及对比例所得凝胶样品的抗菌性能。
实验以铜绿假单胞菌(即P.aeruginosa)(革兰氏阴性)、金黄色葡萄球菌(即Staphylococcus aureus，S.aureus)(革兰氏阳性)和大肠杆菌(即Escherichia coli，E.coli)(革兰氏阴性)为对象，研究方法为圆盘分散法和菌落计数法。
圆盘分散法具体过程如下：
将直径5mm的凝胶样品置于涂布菌体的LB平板后，将平板在培养箱中过夜，观察样品周围抑菌圈大小以评价抗菌性能。
菌落计数法具体过程如下：
将各凝胶样品加入到400μL(1×10 6CFU mL-1)的细菌悬液中，37℃孵育24h后，每组取20μL菌悬液涂布LB平板，过夜，记录菌落数量。
表2圆盘分散法抗菌性能测试结果表
参照图8、9及表2，随着PDA含量的增大，本发明实施例提供的凝胶样品的抗菌效果提升。
本发明还研究了ES NPs对凝胶样品的抗菌性能的影响，结果显示ESNPs的加入对凝胶样品的抗菌性能没有影响。
8.抗氧化性：
本发明测试了实施例3以及对比例所得凝胶样品的抗氧化性。
参照图10，可以看出，相对于对比例，本发明添加了PDA的生物可降解凝胶样品具备较好的抗氧化特性。这是由于生物可降解凝胶样品中的PDA本身具备抗氧化特性，并且其中的FG还含有抗氧化活性肽，FG与PAD二者协同作用，可以明显提升生物可降解凝胶的抗氧化活性。
本发明还研究了ES NPs对凝胶样品的抗氧化性能的影响，结果显示ES NPs的加入对凝胶样品的抗氧化性能没有影响。
尽管上文已经描述了具体实施方案，但这些实施方案并非要限制本发明公开的范围，即使仅相对于特定特征描述单个实施方案的情况下也是如此。本发明公开中提供的特征示例意在进行例示，而非限制，除非做出不同表述。在具体实施中，可根据实际需求，在技术上可行的情况下，将一项或者多项从属权利要求的技术特征与独立权利要求的技术特征进行组合，并可通过任何适当的方式而不是仅通过权利要求书中所列举的特定组合来组合来自相应独立权利要求的技术特征。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (9)
1. 一种生物可降解凝胶，其特征在于，包括基底材料以及负载于所述基底材料的蛋壳纳米粒子；所述基底材料包括鱼明胶、多巴胺和甘油；所述鱼明胶的浓度为80-85 %(v/v) ；所述多巴胺的浓度为0.05-0.2 %(m/v)；所述蛋壳纳米粒子的浓度为0.3-1.5% (m/v)；所述甘油的浓度为5-10%(v/v)；所述生物可降解凝胶通过如下方法制备得到：
步骤S1，通过热降解法从鱼鳞中提取鱼胶原蛋白，并制备鱼明胶溶液；
步骤S2，配置多巴胺/Tris溶液；
步骤S3，将所述鱼明胶溶液与所述多巴胺/Tris溶液混合，得到鱼明胶/多巴胺溶液；
步骤S4，将蛋壳纳米粒子均匀分散在所述鱼明胶/多巴胺溶液中，在弱碱性条件下进行共聚合，共聚合完成后加入甘油，得到鱼明胶/聚多巴胺/蛋壳前驱体溶液；
步骤S5，将所述鱼明胶/聚多巴胺/蛋壳前驱体溶液在低温下定胶、成型，得到所述生物可降解凝胶。
2.根据权利要求1所述的生物可降解凝胶，其特征在于，所述生物可降解凝胶包括生物可降解胶膜。
3.如权利要求1或2所述的生物可降解凝胶的制备方法，其特征在于，包括：
步骤S1，通过热降解法从鱼鳞中提取鱼胶原蛋白，并制备鱼明胶溶液；
步骤S2，配置多巴胺/Tris溶液；
步骤S3，将所述鱼明胶溶液与所述多巴胺/Tris溶液混合，得到鱼明胶/多巴胺溶液；
步骤S4，将蛋壳纳米粒子均匀分散在所述鱼明胶/多巴胺溶液中，在弱碱性条件下进行共聚合，共聚合完成后加入甘油，得到鱼明胶/聚多巴胺/蛋壳前驱体溶液；
步骤S5，将所述鱼明胶/聚多巴胺/蛋壳前驱体溶液在低温下定胶、成型，得到所述生物可降解凝胶。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，
按照鱼鳞：去离子水的m/v比为(0.8-1.2) : (10-30)的投料比，将鱼鳞与去离子水混合，并且在90℃-120℃下，加热搅拌60min-90min，8000rpm转速下离心10min，收集上清液得到所述鱼明胶溶液。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，
按照Tris:去离子水的m/v比为1.21: (8-12)的投料比，将Tris与去离子水混合，得到Tris缓冲液；
再按照盐酸多巴胺：Tris缓冲液的m/v比为(0.005-0.04) :1的投料比，将盐酸多巴胺溶于所述Tris缓冲液中，得到所述多巴胺/Tris溶液。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，
按照鱼明胶：多巴胺/Tris溶液的v/v比为(8-10):1的投料比，将所述鱼明胶溶液与所述多巴胺/Tris溶液混合，得到所述鱼明胶/多巴胺溶液。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S4中，
按照蛋壳纳米粒子：鱼明胶/多巴胺溶液的m/v为 (0.003-0.015) :1的投料比，将所述蛋壳纳米粒子均匀分散在所述鱼明胶/多巴胺溶液中，在弱碱性条件下，35℃-38℃下共聚合36h-48h，共聚合完成后加入5-10% v/v比的甘油，得到所述鱼明胶/聚多巴胺/蛋壳前驱体溶液。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S5中，
所述鱼明胶/聚多巴胺/蛋壳前驱体溶液定胶的凝胶化温度为0-4℃；
所述鱼明胶/聚多巴胺/蛋壳前驱体溶液定胶的凝胶化时间为30 min-60 min；
所述鱼明胶/聚多巴胺/蛋壳凝胶成型的干燥温度为10℃-20℃；
所述鱼明胶/聚多巴胺/蛋壳凝胶成型的干燥时间为48h-96h。
9.一种如权利要求1或2所述的生物可降解凝胶在制备组织修复敷料中的应用。
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