本发明属于纳米生物材料，涉及一种具有催化供氧性能的纳米酶自愈合水凝胶及制备方法和应用。
背景技术：
1、氧气作为一种重要的信号分子和代谢产物，在机体众多生理过程中发挥重要作用。缺氧通常会激活细胞内相关信号通路，诱导氧化应激和炎症、影响血管生成，进而导致细胞功能障碍，进一步加重组织损伤或功能障碍型疾病，如肾损伤、肺损伤、心血管疾病和慢性创面等。例如，由糖尿病微血管病变引起的血管损伤和微循环异常导致糖尿病慢性创面病灶部位严重缺氧，极易发生局部坏死、持续炎症和重度感染，在世界范围内已成为非创伤性截肢的主要原因。因此，针对病灶部位血运差、严重缺氧的糖尿病慢性创面，改善创面氧气供应并促进血管化并是非常有效的治疗手段。
2、为了缓解糖尿病慢性创面处严重缺氧的微环境从而促进创面愈合，研究者一直致力于开发有效的系统或者局部供氧策略。其中局部供氧策略如oxybandtm、oxyenesystm等在国外已得到普遍应用。然而，此类输氧材料作用时间短，并且组织穿透深度有限。此外，血红蛋白及全氟化碳等氧气运输载体也存在着持续性供氧效率低及生物安全性隐患的问题。由于宿主血液是氧气和营养物质的主要来源，有效构建健康的血管网络有助于缓解局部缺氧，促进持续供氧和创面修复。此外，有效调节创面病理性微环境，如减轻氧化应激，对慢性创面修复也具有关键作用。因此，亟需发展一种能够高效持续供氧的同时缓解氧化应激、促进血管化的输氧敷料用于加速慢性创面愈合。
3、通过酶催化过氧化氢原位产生氧气是目前局部产氧的研究热点。然而，过量的过氧化氢对伤口部位易产生刺激损伤，且过氧化氢酶在复杂伤口环境中的稳定性及活性较差，从而限制了此类新型敷料的进一步应用。纳米酶因其成本低、稳定性高、易于大规模制备和进行表面修饰等优势，有望成为天然酶的替代品而得到广泛研究。尤其是利用兼具类超氧化物歧化酶和类过氧化氢酶催化活性的纳米材料可以通过纳米酶级联反应在清除活性氧，缓解氧化应激的同时持续产氧，进而缓解缺氧状态，促进组织修复。然而，大部分纳米酶生物学功能单一，例如缺乏诱导血管生成和调控组织再生动态过程的生物学活性。因此，有必要开发出一种兼具高效原位供氧、减轻氧化应激以及促血管化功能的新型纳米酶创面修复敷料。
技术实现思路
1、为了解决现有技术难以高效供氧和促进创面修复的不足，主要针对糖尿病创面缺氧和血供差的微环境特点，本发明的目的是提供一种具有催化供氧性能的纳米酶自愈合水凝胶及制备方法和应用，该制备方法利用具有抗氧化和促血管化等生物活性的多酚类化合物丹酚酸b为配体合成铜团簇纳米酶，并将其负载于基于天然高分子的自愈合水凝胶中，所得到的纳米酶自愈合水凝胶具有高效类酶原位催化供氧和诱导血管生成性能。本发明中纳米酶自愈合水凝胶的制备方法简单易行，反应条件温和，无需复杂的仪器设备，制备的纳米酶水凝胶具有优异的类超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性，不仅能有效清除内源活性氧，而且可维持稳定的过氧化氢来源确保原位持续性催化供氧，同时还具有调控血管内皮细胞促进血管化的功能，在糖尿病慢性创面等缺氧和血管损伤导致的组织缺损的修复方面具有巨大的应用潜力。
2、为实现上述目的，本申请采用的技术方案为：
3、一种具有催化供氧性能的纳米酶自愈合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
4、1)以抗坏血酸为主还原剂，丹酚酸b为表面配体和助还原剂，通过一步法在水相中还原硫酸铜溶液，制得丹酚酸b铜团簇纳米酶；
5、2)将丹酚酸b铜团簇纳米酶负载于由羧甲基壳聚糖、醛基化硫酸软骨素和过氧化氢酶共交联的自愈合水凝胶中，得到具有催化供氧性能的纳米酶自愈合水凝胶。
6、进一步的，步骤1)具体过程为：将硫酸铜溶液和丹酚酸b溶液混合后搅拌均匀后加入抗坏血酸，加热下反应得到丹酚酸b铜纳米团簇。
7、进一步的，加热的温度为40-50℃，时间为6-24小时。
8、进一步的，丹酚酸b、抗坏血酸与硫酸铜用量比为1-5μmol：100μmol：10μmol。
9、进一步的，步骤2)中，羧甲基壳聚糖的氨基或过氧化氢酶的氨基与醛基化硫酸软骨素的醛基进行席夫碱反应，形成自愈合水凝胶。
10、进一步的，步骤2)的具体过程为：将丹酚酸b铜团簇纳米酶分散于醛基化硫酸软骨素溶液中，再与羧甲基壳聚糖溶液和过氧化氢酶溶液混合，形成具有催化供氧性能的纳米酶自愈合水凝胶。
11、进一步的，羧甲基壳聚糖、醛基化硫酸软骨素和过氧化氢酶的质量比为2.5-5：5：0-0.25。
12、进一步的，丹酚酸b铜团簇纳米酶在具有催化供氧性能的纳米酶自愈合水凝胶中负载量为1-8mg/ml。
13、一种根据所述方法制备的具有催化供氧性能的纳米酶自愈合水凝胶。
14、一种根据所述方法制备的具有催化供氧性能的纳米酶自愈合水凝胶在糖尿病创面修复中的应用。
15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16、本发明中首先利用具有抗氧化和促血管化等生物活性的多酚类化合物丹酚酸b为配体合成丹酚酸b铜纳米团簇，基于丹酚酸b的酚羟基和铜形成铜配位结构，这种铜配位结构形成了类似天然氧化还原酶的催化活性中心，赋予铜团簇优异的类超氧化物歧化酶和类过氧化氢酶的级联催化活性。在铜团簇的类超氧化物歧化酶活性的作用下将超氧阴离子自由基歧化生成过氧化氢和氧气；随后基于丹酚酸b铜纳米团簇的类过氧化氢酶活性将过氧化氢分解为氧气和水，这种供氧方式能够在组织损伤部位将多余的活性氧转化为溶解氧，同时维持稳定的过氧化氢来源确保原位持续性催化供氧，避免了传统依赖气态氧的输氧方式穿透深度有限的问题。本发明中纳米酶自愈合水凝胶的组分均为天然活性物质或体内微量元素，具有高生物安全性，并且其制备方法简单易行，反应条件温和，无需复杂的仪器设备。
17、本发明中，将丹酚酸b铜团簇纳米酶负载于基于过氧化氢酶的天然高分子自愈合水凝胶网络中，所得到的水凝胶不仅具有高效的自愈合性能，避免使用过程中的机械损伤、确保使用周期，并且水凝胶的网络结构作为铜团簇纳米酶的载体在提高酶促反应的传质效率，提高催化稳定性以及在体内的滞留时间方面发挥重要作用。水凝胶组分中的天然过氧化氢酶有助于协同催化供氧，进一步提升氧气产生效率。基于羧甲基壳聚糖、过氧化氢酶和醛基化硫酸软骨素之间的席夫碱相互作用形成的自愈合水凝胶用于负载铜团簇纳米酶可以较好地适应创面形状，并且同时实现清除活性氧，改善氧化应激和缓慢释放氧气的功能。此外，丹酚酸b铜团簇和氧气释放的共同作用可以促进血管生成，从而实现慢性创面高效促修复功效。
18、本发明中，基于丹酚酸b的生物活性，丹酚酸b铜团簇纳米酶可以实现对血管化过程中关键细胞的调控，治疗血管损伤，进一步恢复血供、促进创面微环境调控，所以本发明的纳米酶自愈合水凝胶，在糖尿病慢性创面等缺氧和血管损伤导致的组织缺损的修复方面具有巨大的应用潜力。
1.一种具有催化供氧性能的纳米酶自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的具有催化供氧性能的纳米酶自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤1)具体过程为：将硫酸铜溶液和丹酚酸b溶液混合后搅拌均匀后加入抗坏血酸，加热下反应得到丹酚酸b铜纳米团簇。
3.根据权利要求2所述的具有催化供氧性能的纳米酶自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，加热的温度为40-50℃，时间为6-24小时。
4.根据权利要求1或2所述的具有催化供氧性能的纳米酶自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，丹酚酸b、抗坏血酸与硫酸铜用量比为1-5μmol：100μmol：10μmol。
5.根据权利要求1所述的具有催化供氧性能的纳米酶自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤2)中，羧甲基壳聚糖的氨基或过氧化氢酶的氨基与醛基化硫酸软骨素的醛基进行席夫碱反应，形成自愈合水凝胶。
6.根据权利要求1所述的具有催化供氧性能的纳米酶自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤2)的具体过程为：将丹酚酸b铜团簇纳米酶分散于醛基化硫酸软骨素溶液中，再与羧甲基壳聚糖溶液和过氧化氢酶溶液混合，形成具有催化供氧性能的纳米酶自愈合水凝胶。
7.根据权利要求1所述的具有催化供氧性能的纳米酶自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，羧甲基壳聚糖、醛基化硫酸软骨素和过氧化氢酶的质量比为2.5-5：5：0-0.25。
8.根据权利要求1所述的具有催化供氧性能的纳米酶自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，丹酚酸b铜团簇纳米酶在具有催化供氧性能的纳米酶自愈合水凝胶中负载量为1-8mg/ml。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述方法制备的具有催化供氧性能的纳米酶自愈合水凝胶。
10.一种根据权利要求1-8任一项所述方法制备的具有催化供氧性能的纳米酶自愈合水凝胶在糖尿病创面修复中的应用。
