CN104117057A - 一种负载酶的具有释氧功能的水凝胶组合物及其形成的水凝胶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负载酶的具有释氧功能的水凝胶组合物及其形成的水凝胶，该水凝胶组合物含有A组分和B组分，其中组分A的活性成分为葡萄糖氧化酶、催化过氧化氢生成氧气的催化剂、亲水胶体；B组分的活性成分为葡萄糖、交联剂。本发明的水凝胶的制备方法为将上述A组分和B组混匀即可。本发明所采用的原料均属于食品或医用材料，生物安全性高，生物相容性好；两组分使用前不接触，性能稳定。本发明的组合物混合后形成的水凝胶可持续供氧，可增加伤口处的氧分压，提高创面组织供氧，改善局部组织有氧代谢，有利于愈合，这是让氧气通过身体外表面而不是血液循环到达伤口，是一种局部供氧技术，便于携带，具有广泛推广应用的前景。

Description

一种负载酶的具有释氧功能的水凝胶组合物及其形成的水凝胶

技术领域

本发明涉及一种负载酶的具有释氧功能的水凝胶组合物及其形成的水凝胶。

背景技术

随着伤口愈合理论的发展，氧气的伤口愈合的影响得到了越来越多的理解。如糖尿病足等慢性伤口难以愈合的一个重要原因是，伤口部位血液供应匮乏导致氧气不能通过血液传递到伤口处。又如当伤口窄深、缺血、坏死组织多、引流不畅，并混有其他需氧菌感染而造成伤口局部缺氧时，破伤风便容易发生。氧气在伤口愈合过程中发挥的作用是多方面的，创面愈合是一个耗能的过程，氧气能够提供过程需要的能量支持；促进组织再生过程中胶原的合成和新生血管的生成；氧气在伤口的抗菌方面也发挥很大的作用，氧气的存在能杀死一些产生致病性和恶臭的细菌。虽然一定程度低氧可启动机体的生理修复过程，但不能忽视缺氧对伤口愈合的不良影响：低氧限制伤口愈合。伤口愈合需要受组织重组的血液灌注和供氧。通过改善氧供以纠正存在的低氧状态对伤口的愈合有明显益处。

空气中的氧气由于氧分压不高，一些处理的伤口往往有覆盖物，这些都影响了氧气的深入，故空气氧对伤口作用不大。一个可行的供氧方法是高压氧治疗，具体方法是让病人进入一个封闭的仓内，吸100%的氧，可使氧溶解在血浆中的量增加，使全身含氧量增高，这是一种全身供氧技术。采用空气隔绝后局部持续吹氧法也是一种有效的方式，其原理是利用纯氧抑制创面厌氧菌生长，提高创面组织供氧，改善局部组织有氧代谢，有利于愈合。这是让氧气通过身体外表面而不是血液循环到达伤口，是一种局部供氧技术。能避免全身供氧的一些副作用，且对于病人而言，局部供氧感觉比较舒适，并且便于携带。通过一些氧化还原反应也能提供氧气源。但是从生物安全的角度考虑，大多数反应并不可采用。开发具有反应型氧气释放功能、低成本、方便携带的供氧气的材料或者体系是非常有意义的。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明制备了一种组合物，该组合物混合后可以生成具有持续供氧能力的水凝胶，本发明制备的组合物成本低、方便携带，且可持续供氧，以直接和皮肤组织接触，安全性高，非常有利于创面组织的供氧。

本发明的目的在于提供一种混合后生成具有释氧功能水凝胶的组合物。

本发明的另一目的在于提供一种具有释氧功能的水凝胶。

本发明所采取的技术方案是：

一种具有释氧功能的水凝胶组合物，该组合物含有A组分和B组分，其中组分A的活性成分为葡萄糖氧化酶、催化过氧化氢生成氧气的催化剂、亲水胶体；B组分的活性成分为葡萄糖、交联剂。

进一步的，上述组合物含有A组分和B组分，其中组分A含有10～2000 μg/mL葡萄糖氧化酶、10～2000μg/mL催化过氧化氢生成氧气的催化剂、10～300g/L亲水胶体，余量为水；B组分含有1～400g/L葡萄糖、1～80g/L交联剂，0～10g/L过氧化氢源，余量为水。

进一步的，上述组合物含有A组分和B组分，其中组分A含有500～1000 μg/mL葡萄糖氧化酶、500～1000μg/mL催化过氧化氢生成氧气的催化剂、30～100g/L亲水胶体，余量为水；B组分含有50～150g/L葡萄糖、10～40g/L交联剂， 0～2g/L过氧化氢源，余量为水。

进一步的，上述亲水胶体选自聚乙烯醇、瓜尔胶及其衍生物、明胶、葡甘聚糖、海藻酸钠、氧化淀粉、羧甲基纤维素中至少一种。

进一步的，上述交联剂选自硼砂或者硼酸。

进一步的，上述过氧化氢源选自过氧化脲、过硼酸钠、过碳酸钠中的一种。

一种具有释氧功能的水凝胶，其制备方法为将上述组合物中的A组分和B组混匀即可，其中亲水胶体和交联剂的质量比为（2～20）:1。

本发明的有益效果是：

1）本发明方法制备的水凝胶具有生物安全性，生物相容性好。两组分使用前不接触，性能稳定。

2）本发明采用的高分子胶体类型均属于食品胶，硼砂或者硼酸也是常见的医用材料。故该凝胶性能安全，可以直接和皮肤组织接触，非常适用于为创面组织供氧。

3）本发明的组合物混合后形成的水凝胶可持续供氧，可增加伤口处的氧分压，提高创面组织供氧，改善局部组织有氧代谢，有利于愈合。这是让氧气通过身体外表面而不是血液循环到达伤口，是一种局部供氧技术，便于携带。

附图说明

图1为本发明组合混合后生成的水凝胶的释放氧气的检测结果；

图2为本发明组合物形成的水凝胶在皮肤表面创伤处应用的示意图（图中1代表皮肤，2代表凝胶，3代表覆盖膜）。

具体实施方式

一种具有释氧功能的水凝胶组合物，该组合物含有A组分和B组分，其中组分A的活性成分为葡萄糖氧化酶、催化过氧化氢生成氧气的催化剂、亲水胶体；B组分的活性成分为葡萄糖、交联剂。

优选的，上述组合物含有A组分和B组分，其中组分A含有10～2000 μg/mL葡萄糖氧化酶、10～2000μg/mL催化过氧化氢生成氧气的催化剂、10～300g/L亲水胶体，余量为水；B组分含有1～400g/L葡萄糖、1～80g/L交联剂，0～10g/L过氧化氢源，余量为水。

更优选的，上述组合物含有A组分和B组分，其中组分A含有500～1000 μg/mL葡萄糖氧化酶、500～1000μg/mL催化过氧化氢生成氧气的催化剂、30～100g/L亲水胶体，余量为水；B组分含有50～150g/L葡萄糖、10～40g/L交联剂，0～2g/L过氧化氢源，余量为水。

优选的，上述葡萄糖为非特异性的D-葡萄糖

优选的，上述亲水胶体选自聚乙烯醇、瓜尔胶及其衍生物、明胶、葡甘聚糖、海藻酸钠、氧化淀粉、羧甲基纤维素中至少一种。

优选的，上述交联剂选自硼砂或者硼酸。

优选的，上述过氧化氢源选自过氧化脲、过硼酸钠、过碳酸钠中的一种。

优选的，上述催化过氧化氢生成氧气的催化剂选自过氧化氢酶、Fe³⁺和二氧化锰中一种。

一种具有释氧功能的水凝胶，其制备方法为将上述组合物中的A组分和B组混匀即可，其中亲水胶体和交联剂的质量比为（2～20）:1。

本发明的组合物和水凝胶释放氧气的机制：

本发明中葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶与亲水胶体体系一起形成水凝胶的A组分，葡萄糖与交联剂一起形成水凝胶的B组分。A组分和B组分在混合在一起，混合后即刻形成凝胶材料， B组分中的葡萄糖组分扩散，与A组分中的葡萄糖氧化酶作用产生H₂O₂--，产生的H₂O₂扩散水合后与A组分中的过氧化氢酶（Fe³⁺或者二氧化锰）作用，持续释放氧气。在本发明还可以在B组分引入其它过氧化氢源（过氧化脲、过硼酸钠、过碳酸钠），其它过氧化氢源与过氧化氢酶作用产生前期的氧气，更有利于迅速提高局部的氧气分压，同时产生的氧气有利于葡萄糖在葡萄糖氧化酶催化下产生H₂O₂。本发明可以往皮肤组织输送高压氧，作用时凝胶用透氧的自粘性的薄膜覆盖，首先过氧化脲等其它的过氧化氢源能迅速产生氧气，在覆盖空间里形成较高的局部氧分压，同时外部的氧气能不断透过透氧膜进入凝胶，参与葡萄糖的酶催化氧化还原反应，形成一个持续的氧气释放过程，并保持一定的氧分压。

本发明方法制备水凝胶组合物为双组份，使用前双组份分开保存，隔绝空气。使用时将双组份的体系喷到体表上，立刻在皮肤形成一层水凝胶，凝胶用透氧的自粘薄膜覆盖。产生的氧气一部分溶解在水凝胶中，成为溶解氧，大部分气态氧在膜覆盖的空间形成高的氧气分压。产生的溶解氧和气态氧通过凝胶传导到皮肤上，能有效的提高局部皮肤的氧分压。凝胶负载的物质产生的过氧化氢大部分迅速转化为氧气，还有少部分过氧化氢能传导到皮肤组织，能起到消毒杀菌的作用，因为未转化过氧化氢量不大，不会损害皮肤。

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。

实施例1 

在50mL去离子水中加入8g瓜尔胶，加热溶解，冷却至室温后加入1.5g海藻酸钠溶解，在搅拌条件下再加入0.04g葡萄糖氧化酶和0.04g过氧化氢酶，混合均匀，形成粘稠水溶液，即A组分（含有800μg/mL葡萄糖氧化酶、800μg/mL过氧化氢酶、190g/L亲水胶体）；

在50mL去离子水中加入0.8克硼砂，溶解，在搅拌条件下再加入6g葡萄糖，混合均匀形成水溶液，即为B组分（含有120g/L葡萄糖、16g/L交联剂）；

将A组分和B组分混匀，即得水凝胶，用氧电极仪测定其有氧气持续释放效果。A组分和B组分在密闭的烧瓶中混合后，通过氧气浓度测定仪器测定其中的氧气浓度变化，测定结果如图1所示。

实施例2

  在50mL去离子水中加入0.3 g聚乙烯醇，加热溶解，冷却至室温后加入0.2g海藻酸钠溶解，在搅拌条件下再加入0.1g葡萄糖氧化酶和0.1g过氧化氢酶，混合均匀，形成粘稠水溶液，即A组分（含有2000μg/mL葡萄糖氧化酶、2000μg/mL过氧化氢酶、10g/L亲水胶体）；

在50mL去离子水中加入0.1 g硼砂，溶解，在搅拌条件下再加入0.5g葡萄糖，0.5克过氧化脲，混合均匀形成水溶液，即为B组分（含有10g/L葡萄糖、2g/L交联剂）；

将A组分和B组分混匀，即得水凝胶，用氧电极仪测定其有氧气持续释放效果。

实施例3

  在500mL去离子水中加入150g明胶，加热溶解，冷却至室温后加入50g氧化淀粉溶解，在搅拌条件下再加入0.005g葡萄糖氧化酶和0.005g过氧化氢酶，混合均匀，形成粘稠水溶液，即A组分（含有10μg/mL葡萄糖氧化酶、10μg/mL过氧化氢酶、300g/L亲水胶体）；

在500mL去离子水中加入40 g硼砂，溶解，在搅拌条件下再加入200g葡萄糖，混合均匀形成水溶液，即为B组分（含有400g/L葡萄糖、80g/L交联剂）；

将A组分和B组分混匀，即得水凝胶，用氧电极仪测定其有氧气持续释放效果。

实施例4

在50mL去离子水中加入1.3g瓜尔胶，加热溶解，冷却至室温后加入0.2g海藻酸钠溶解，在搅拌条件下再加入0.025g葡萄糖氧化酶和0.025g二氧化锰，混合均匀，形成粘稠水溶液，即A组分（含有500μg/mL葡萄糖氧化酶、500μg/mL过氧化氢酶、30g/L亲水胶体）；

在50mL去离子水中加入0.5克硼砂，溶解，在搅拌条件下再加入2.5g葡萄糖和0.1g过氧化脲，混合均匀形成水溶液，即为B组分（含有50g/L葡萄糖、10g/L交联剂、2g/L过氧化氢源）；

将A组分和B组分混匀，即得水凝胶，用氧电极仪测定其有氧气持续释放效果。

实施例5

在50mL去离子水中加入4g聚乙烯醇，加热溶解，冷却至室温后加入1g羧甲基纤维素溶解，在搅拌条件下再加入0.05g葡萄糖氧化酶和0.05g二氧化锰，混合均匀，形成粘稠水溶液，即A组分（含有1000μg/mL葡萄糖氧化酶、1000μg/mL过氧化氢酶、100g/L亲水胶体）；

在50mL去离子水中加入2克硼酸，溶解，在搅拌条件下再加入7.5g葡萄糖和0.5g过碳酸钠，混合均匀形成水溶液，即为B组分（含有150g/L葡萄糖、40g/L交联剂、10g/L过氧化氢源）。

将A组分和B组分混匀，即得水凝胶，用氧电极仪测定其有氧气持续释放效果。

下面取实施例1制备的组合物在表面创伤中的应用。

取实施例1制备的组合物的A组分和B组分按体积比10：1喷涂在同一皮肤表面创伤处（1）形成水凝胶（2），用一层自粘性的膜（3）覆盖，如图2所示的示意图，凝胶负载的氧化还原体系发生反应，产生氧气，在膜覆盖的皮肤组织1上产生局部高压氧和溶解氧，并往皮肤组织渗透。

本发明的组合物混合后形成的水凝胶可持续供氧，可增加伤口处的氧分压，提高创面组织供氧，改善局部组织有氧代谢，有利于愈合。这是让氧气通过身体外表面而不是血液循环到达伤口，是一种局部供氧技术，便于携带。

Claims (10)

1.一种具有释氧功能的水凝胶组合物，其特征在于：该组合物含有A组分和B组分，其中组分A的活性成分为葡萄糖氧化酶、催化过氧化氢生成氧气的催化剂、亲水胶体；B组分的活性成分为葡萄糖、交联剂。

2.根据权利要求1所述的水凝胶组合物，其特征在于：该组合物含有A组分和B组分，其中组分A含有10～2000 μg/mL葡萄糖氧化酶、10～2000μg/mL催化过氧化氢生成氧气的催化剂、10～300g/L亲水胶体，余量为水；B组分含有1～400g/L葡萄糖、1～80g/L交联剂，0～10g/L过氧化氢源，余量为水。

3.根据权利要求2所述的水凝胶组合物，其特征在于：该组合物含有A组分和B组分，其中组分A含有500～1000 μg/mL葡萄糖氧化酶、500～1000μg/mL催化过氧化氢生成氧气的催化剂、30～100g/L亲水胶体，余量为水；B组分含有50～150g/L葡萄糖、10～40g/L交联剂，0～2g/L过氧化氢源，余量为水。

4.根据权利要求1～3任一所述的水凝胶组合物，其特征在于：所述的亲水胶体选自聚乙烯醇、瓜尔胶及其衍生物、明胶、葡甘聚糖、海藻酸钠、氧化淀粉、羧甲基纤维素中至少一种。

5.根据权利要求1～3任一所述的水凝胶组合物，其特征在于：所述的交联剂选自硼砂或者硼酸。

6.根据权利要求1～3任一所述的水凝胶组合物，其特征在于：所述的过氧化氢源选自过氧化脲、过硼酸钠、过碳酸钠中的一种。

7.一种具有释氧功能的水凝胶，其特征在于：其制备方法为将权利要求1～6任一所述水凝胶组合物中的A组分和B组混匀即可，其中亲水胶体和交联剂的质量比为（2～20）:1。

8.权利要求1～6任一所述的水凝胶组合物在制备皮肤护理药物中的应用。

9.权利要求1～6任一所述的水凝胶组合物在制备给皮肤输送氧气的药物中的应用。

10.权利要求7所述水凝胶在制备给皮肤输送氧气的药物中的应用。