本發明涉及一種新型水溶性淀粉水凝膠及其制備方法與應用，屬于功能復合材料。

背景技術：

1、糖尿病創面細菌感染、長期處于高水平的氧化應激和高血糖導致嚴重的并發癥，是創面愈合研究中最大的挑戰。傷口敷料被認為是重要的組成部分，有許多不同的類型，包括紗布、薄膜、泡沫或水凝膠，它們的目的是直接接觸傷口，保護傷口免受進一步的傷害或感染，促進愈合。在這些敷料中，水凝膠作為一種理想的候選者用于治療和保護長期炎癥的傷口，越來越受到人們的關注。

2、目前研究提出的水凝膠系統一方面主要通過裝載抗菌劑、生物活性物質和生長因子等多種外源添加劑協同作用從而達到多功能策略促進傷口修復，但面臨耐藥性產生、成本高昂和制備生產工藝復雜等問題。另一方面，來源于石油化工的聚合物通過化學交聯的水凝膠，雖然具有良好的機械性能，通常伴隨著生物可降解性差，生物相容性不理想，以及一些細胞毒性和慢性排斥反應的副作用。

3、文獻“a?multifunctional?hydrogel?based?on?nature?polysaccharidefabricated?by?schiff?base?reaction；doi:10.1016/j.eurpolymj.2023.112330”公開了使用羧甲基殼聚糖(cmcs)和氧化透明質酸(oha)制備多功能水凝膠；文獻“status?andfuture?scope?of?plant-based?green?hydrogels?in?biomedical?engineering；doi:10.1016/j.apmt.2019.04.010”公開了植物基材料使用希夫堿反應制備水凝膠；專利cn118384315a公開了使用葡聚糖、透明質酸鈉制備復合水凝膠，可用于創面的修復。上述技術方案在制備水凝膠時，均需使用兩種或以上的原料，雖制備得到的水凝膠具有較好的強度，但事實上并不利于創口的愈合和恢復，且制備過程中引入的化學試劑(如交聯劑)在使用過程中可能產生的降解產物的安全性問題。本發明提供的水溶性淀粉水凝膠的制備方法，只通過簡單物理混合，在該制備過程中沒有使用任何外源性添加劑，綠色安全無毒副作用。

4、從甜質型谷物中發現了一種具有緊湊、球形和樹枝狀結構的可再生水溶性淀粉，其表面含有大量羥基，具有優異的持水性、低特性黏度和良好的穩定性等獨特的功能屬性。水溶性淀粉能夠通過刺激atp產生和細胞代謝為皮膚細胞提供能量，導致透明質酸和膠原蛋白的產生增加。與皮膚結構相同的水溶性淀粉是皮膚細胞最有效的能量來源具有保濕、修復、賦能、抗衰等多重功效。近年來，獨特的超支化樹枝狀納米結構使得水溶性淀粉成為親脂性生物活性化合物的優異載體。但關于水溶性淀粉水凝膠的制備及應用方面的研究研究尚未出現。

5、因此，開發一種僅以水溶性淀粉作為水凝膠材料，不添加外源添加劑的天然可再生多功能水凝膠對創面敷料具有重要意義。

技術實現思路

1、為解決上述問題，本發明利用水溶性淀粉分別制備陽離子化用水溶性淀粉和醛基化用水溶性淀粉，在此基礎上，制備水溶性淀粉水凝膠。本發明制備得到的水凝膠成分簡單、天然，在能高效促進創口愈合的基礎上，具有較好的機械性能。

2、本發明的第一個目的是提供一種制備水溶性淀粉水凝膠的方法，包括步驟：

3、(1)將水溶性淀粉和水混合，加入乙二胺，反應；再加入2,3-環氧丙基三甲基氯化銨，反應；反應結束后加乙醇，沉淀、干燥，制備得到的陽離子化水溶性淀粉；

4、將水溶性淀粉和水混合，加入高碘酸鈉，反應；反應結束后加入乙二醇，透析、干燥，制備得到醛基化水溶性淀粉；

5、(2)將陽離子化水溶性淀粉和醛基化水溶性淀粉配制得到的水溶液，將陽離子化水溶性淀粉水溶液加入醛基化水溶性淀粉水溶液中，反應，得到水溶性淀粉水凝膠。

6、在一種實施方式中，水溶性淀粉水凝膠是由陽離子化水溶性淀粉和醛基化水溶性淀粉通過希夫堿交聯結合而成。

7、在一種實施方式中，步驟(1)中水溶性淀粉、水、乙二醇的用量比為1～10g：200～300ml：2～20ml；

8、2,3-環氧丙基三甲基氯化銨和水溶性淀粉的摩爾比為1：1～20；

9、可選地，2,3-環氧丙基三甲基氯化銨和水溶性淀粉的摩爾比為1：10～20；

10、優選地，摩爾比為1：14～16。

11、在一種實施方式中，步驟(1)中水溶性淀粉和水的用量比為1～10g：50～500ml；

12、水溶性淀粉和高碘酸鈉的摩爾比為1～4：1。

13、在一種實施方式中，步驟(2)的水溶性淀粉水凝膠中，陽離子化水溶性淀粉和醛基化水溶性淀粉的質量比為1～10：1～5。

14、可選地，陽離子化水溶性淀粉和醛基化水溶性淀粉的質量比為1～2：1；優選地，質量比為2：1。

15、在一種實施方式中，水溶性淀粉的制備方法包括：

16、將su1甜質型谷物破碎后與水混合，離心，收集第一上清液；調節所述第一上清液體系ph值，離心，收集第二上清液；調節所述第二上清液體系，離心，收集第三上清液煮沸，靜置后離心，收集第四上清液；向第四上清液中加入過量無水乙醇后靜置抽濾，干燥得到水溶性淀粉。

17、在一種實施方式中，水溶性淀粉的制備方法包括：

18、將su1甜質型谷物破碎后與水混合，離心，收集第一上清液；調節所述第一上清液體系ph值，離心，收集第二上清液；調節所述第二上清液體系，離心，收集第三上清液煮沸，靜置后離心，收集第四上清液；向第四上清液中加入過量無水乙醇后靜置抽濾，干燥得到水溶性淀粉。

19、在一種實施方式中，水溶性淀粉的制備方法包括：

20、取玉米，向其中加入5倍質量體積的去離子水，4℃浸泡過夜；打漿，過300目篩；向濾渣中加入去離子水再次打漿，過300目篩，收集兩次濾液，濾液在4℃靜置后除去沉淀；

21、用乙酸將液體的ph調節為4.9，放于4℃靜置2h，將液體離心后取上清液；用na2co3溶液將清液的ph調節至7.0后置于沸水浴中煮沸30min，再次于4℃靜置2h后離心，收集上清液；

22、在攪拌狀態下，向上清液中加入無水乙醇至溶液中乙醇的體積分數為75％，在4℃靜置2h；對上述混合液進行抽濾，并用無水乙醇沖洗濾餅，再次將濾餅溶于水中，進行二次醇沉過程，然后將濾餅自然攤開晾干得到水溶性淀粉。

23、本發明的第二個目的是提供任一上述的方法制備得到的水溶性淀粉水凝膠。

24、在一種實施方式中，水溶性淀粉水凝膠的吸液溶脹率為100％～300％，粘附作用力達到400～2500mn，硬度達到100～300g。

25、本發明的第三個目的是提供任一上述的方法或上述的水凝膠在生物醫學領域中的應用。

26、在一種實施方式中，所述應用包括制備傷口修復材料、藥物遞送材料、組織填充材料、止血材料。

27、本發明的第四個目的是提供一種創口修復產品，所述產品含有上述的水溶性淀粉水凝膠。

28、在一種實施方式中，所述產品是促進糖尿病慢性傷口愈合的敷料。

29、本發明的第五個目的是提供一種提高水凝膠創口修復效果的方法，使用水溶性淀粉制備水凝膠，包括步驟：

30、(1)將水溶性淀粉和水混合，加入乙二胺，反應；再加入2,3-環氧丙基三甲基氯化銨，反應；反應結束后加乙醇，沉淀、干燥，制備得到的陽離子化水溶性淀粉；

31、將水溶性淀粉和水混合，加入高碘酸鈉，反應；反應結束后加入乙二醇，透析、干燥，制備得到醛基化水溶性淀粉；

32、(2)將陽離子化水溶性淀粉和醛基化水溶性淀粉配制得到的水溶液，將陽離子化水溶性淀粉水溶液加入醛基化水溶性淀粉水溶液中，反應，得到水溶性淀粉水凝膠。

33、本發明的有益效果

34、本發明提供的水溶性淀粉水凝膠，是由陽離子化水溶性淀粉和醛基化水溶性淀粉通過希夫堿交聯結合而成；本發明制備得到的水溶性淀粉水凝膠的吸液溶脹率達到100～300％，11h降解率為26.54±1.36～39.90±1.96％％，粘附作用力達到400～2500mn，硬度達到100～300g，具有優異的抗菌性能，且具有優秀的創口愈合效果；

35、具體地：

36、(1)本發明的水溶性淀粉水凝膠選用水溶性淀粉作為原料，因此更天然、綠色、安全，使得水凝膠不含外源性添加劑，如金屬化合物、生長因子、抗生素或納米顆粒，且具有內在的抗菌、抗氧化和免疫調節特性，協同作用促進慢性傷口愈合。水溶性淀粉是一種由α-1,4和α-1,6糖苷鍵連接的、高度支化的可溶性α-d-葡聚糖。由于平均鏈長短、分支度高，同時具有外緊內松的樹枝狀分支模式以及粒徑小等結構特征，分子結構上具有大量的羥基，可發生酰化、氧化和羧甲基化等反應，也可與水分子形成氫鍵，因此具有出色的保水性。水溶性淀粉是人體內葡萄糖的儲存形式也是皮膚新陳代謝所需的主要能量物質。與皮膚結構相同的水溶性淀粉是皮膚細胞最有效的能量來源具有保濕、修復、賦能、抗衰、免疫調節和巨噬細胞刺激活性等多重功效。接枝的季銨鹽基團具有良好的抗菌活性，而加入的乙醛基團增強了水凝膠的抗氧化活性和附著力。本發明為制備多功能天然水凝膠敷料提供了一種簡便有效的方法，具有促進慢性糖尿病傷口愈合的巨大潛力。

37、(2)本發明提供的水溶性淀粉水凝膠的制備方法，只通過簡單物理混合，在該制備過程中沒有使用任何外源性添加劑，綠色安全無毒副作用。解決了目前大部分研究通過裝載抗菌劑、生物活性物質和生長因子等多種外源添加劑協同作用水凝膠面臨的耐藥性產生、成本高昂和制備生產工藝復雜等問題。

38、(3)本發明提供的水溶性淀粉水凝膠，由陽離子化水溶性淀粉和醛基化水溶性淀粉通過希夫堿交聯結合而成，具有抗菌和抗氧化的特性，具有良好的粘附和流變特性，具有清除活性氧和免疫調節的生物相容性。該水溶性淀粉水凝膠避免了石油化工類的聚合物水凝膠面臨的生物可降解性差，生物相容性不理想，以及一些細胞毒性和慢性排斥反應副作用的局限性。結果表明，本發明的水溶性淀粉水凝膠加速糖尿病傷口的愈合過程，創面愈合率是市售敷料的1.76倍。