本发明属于生物材料制备，具体涉及长效抗菌止血的力学增强型水凝胶材料的制备方法。
背景技术：
1、水凝胶材料由于优异的吸水性及保水性、优良的生物相容性，被认为是与生命组织最接近的生物功能材料。水凝胶对水溶性代谢产物如葡萄糖、营养物质、氧气等有很高的透过性，同时具有固定和释放细胞、基因、蛋白质和药物的能力，在药物释放载体、抗菌止血、眼科材料、组织工程支架、医用敷料和美容材料等生物医药领域得到广泛应用。目前在治疗伤口愈合方面水凝胶主要为壳聚糖水凝胶、聚乙二醇水凝胶、明胶水凝胶、聚丙烯酸水凝胶和羟基乙基纤维素水凝胶等，这些水凝胶具有吸收性强、透气性好、生物相容性高的特点，且具备免疫调节、抗菌、可控的力学性能等优点，但其缺点是抗菌效果不够持久、力学强度不足等。
2、通过构建双网络结构、引入复合无机纳米粒子、引入共掺杂试剂、设计高强度双网络高分子水凝胶的方法来提高其力学性能，通过上述方法可以提高水凝胶在膝关节软骨修复领域的机械性能，使其更适用于骨组织工程。通过抗菌肽的引入、加入复合无机纳米粒子、设计抗菌药物缓释系统的方法来提升抗菌效果和抗菌时间，提升水凝胶的力学性能可以拓展其在医学、生物医学和材料科学领域的应用。有助于水凝胶在药物递送、组织修复等领域取得更好的效果。改善水凝胶的抗菌性能有助于提高其在医疗领域的应用效果，特别是在创面修复方面。
3、中国专利(申请号：201910343108.3，公开号：cn110090317a，公告日：2019-08-06)公开了一种超吸水性高分子水凝胶抗菌海绵及其制备方法和用途，该海绵是由壳聚糖作为骨架、结合抗菌剂缓释载体的超吸水聚合物作为支链、支链间由柔性结构的大分子或聚合物作为交联剂的立体网状多孔海绵，在抗菌剂缓释载体上负载抗菌剂。该海绵可通过一锅法制备完成。产物呈多孔道结构，孔隙率在40％-80％之间，孔径大小在100um-2mm之间并具有超吸水性特征，且吸水后仍保持整体结构和一定的机械强度。可通过物理或化学方式负载生长因子或抗菌药物，具有良好的抗菌和杀菌作用。但同时存在着生物相容性和毒性差、长期稳定性低、制备方法不标准化和重复性复杂等问题。
4、中国专利(申请号：202111555019.9，公开号：cn114668897b，公告日：2023-04-11)公开了一种抗菌、可粘附、可自愈合的水凝胶及其制备方法和应用，包括基体材料和负载于基体材料中的介孔聚多巴胺纳米粒；基体材料包括明胶、醛基封端的聚乙二醇、经季铵盐和邻苯二酚改性的壳聚糖。其中季铵盐和邻苯二酚原位修饰于水凝胶网络中，赋予水凝胶抗菌活性；醛基与壳聚糖或明胶中的氨基可形成动态键(希夫碱)赋予水凝胶自愈合性能；基体材料中负载的介孔聚多巴胺纳米粒可作为水凝胶的纳米交联点，与水凝胶基体形成丰富的氢键、离子键和π-π键，进一步提高水凝胶的力学性能、抗脆裂性、粘附性和自愈合性；由于介孔聚多巴胺纳米粒可作为药物载体同时具有光热转换效应，可通过控制近红外光强度调控药物的释放，从而实现药物的可控释放。但存在着自愈合性能稳定性不足、介孔聚多巴胺纳米粒的稳定性不足、药物释放不可控性等问题。
5、中国专利(申请号：202011314923.6，公开号：cn112300420b，公告日：2021-12-17)公开了一种可注射抗菌互穿双网络水凝胶及其制备方法和应用，通过氧化葡聚糖上的醛基与ε-聚赖氨酸上的氨基发生席夫碱反应形成第一层网络，甲基丙烯酰化明胶光聚合形成第二层网络，第一层网络的氧化葡聚糖的多余醛基再与第二层网络的甲基丙烯酰化明胶的氨基发生席夫碱反应，使得第一层网络与第二层网络之间发生化学交联形成互穿的双网络结构，提高双网络水凝胶的机械强度，以满足伤口的护理需求；同时ε-聚赖氨酸赋予其良好的抗菌活性和生物相容性。但还存在着其制备方法复杂、抗菌药物释放周期短导致抗菌活性的持久性不足的缺点。
6、中国专利(申请号：202211324895.5，公开号：cn115572352b，公告日：2023-06-23)公开了一种缓释型抗菌材料及其制备方法，将氧化锌负载在木质素基炭材料上，氧化锌分散更加均匀，缓释效果更好，再将负载氧化锌的木质素基炭材料加入到pva溶液中，得到第一层水凝胶材料，再将第一层水凝胶材料、丙烯酸水性单体和茶多酚加入到去离子水中，在引发剂和催化剂的作用下，进行凝胶化反应，得到复合结构的水凝胶抗菌材料，一方面，氧化锌和茶多酚协同作用，共同提高了材料的抗菌效果，另一方面，将负载氧化锌的木质素基炭材料包裹在复合水凝胶的里层，减缓了氧化锌的释放速率，进一步提高了材料的长期抗菌效果。同时，存在着成本因素过高、氧化锌释放速率的不可控性和材料的生物相容性的不足等问题。
7、上述材料中虽然具有一定的抗菌和杀菌作用，提高了双网络水凝胶的机械强度，但是还存在着氧化锌释放速率的不可控性，抗菌活性的持久性不足、机械性能强度不足等问题；现有水凝胶的抗菌周期为2-3周，与临床中伤口或者骨组织修复领域的抗菌需求1-3个月不匹配；另外抗压强度、抗弯强度和弹性模量仍较低，不利于在骨组织修复上的应用。在解决力学性能的同时提高抗菌特性成为亟需解决的问题，因此设计一种长效抗菌的力学增强型水凝胶材料具有重要的研究意义。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供长效抗菌止血的力学增强型水凝胶材料的制备方法，解决了现有复合水凝胶材料的抗菌效果差、抗弯抗压强度低的问题。
2、本发明所采用的技术方案是，长效抗菌止血的力学增强型水凝胶材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
3、步骤1，采用溶液燃烧法制备磷酸锌锶粉末；
4、步骤2，制备mxene@zn抗菌材料；
5、步骤3，制备pva-ha/paa复合水凝胶；
6、步骤4，将磷酸锌锶粉末和纤维蛋白原凝血因子加入到pva-ha/paa复合水凝胶中，搅拌，之后加入步骤2中的mxene@zn抗菌材料，即得到磷酸锌锶@pva-ha/paa复合mxene@zn水凝胶，即为长效抗菌止血的力学增强型水凝胶材料。
7、本发明的特点还在于，
8、步骤1中，具体为：
9、将0.01-0.06mol的硝酸锶、0.02-0.04mol的六水硝酸锌、0.02-0.05mol的磷酸氢二铵和0.03-0.07mol的尿素加入蒸馏水中，在20℃-25℃下混合1-4h，形成透明溶液，然后在550℃-900℃的加热炉中加热5-8h，加热炉的升温速率为2℃-5℃/min，研磨，得到磷酸锌锶粉末。
10、步骤2中，具体为：
11、将lif溶解在hcl中以形成蚀刻溶液，然后将ti3alc2加入到蚀刻溶液中并继续搅拌24-48h，用去离子水冲洗沉淀物，然后离心3-4h，将该过程重复数次，直到上清液的ph为6-8，将得到的固体沉淀物在去离子水中继续超声处理1-4h，收集深绿色上清液并储存在4℃-6℃，得到mxene悬浮液；将mxene悬浮液加入zncl2溶液中，进行静电自组装，用涡旋振荡器充分混合60s-180s，形成mxene@zn抗菌材料。
12、步骤3中，具体为：
13、在蒸馏水中加入pva、ha、paa，在90℃-100℃下连续搅拌2-4h，在-20℃～-30℃的条件下冷冻12-24h，在室温下解冻6-8h，重复进行冷冻-解冻1-5次，将得到的样品浸入peg溶液中脱水，再放入60-80℃干燥箱中脱水，将样品放入炉中退火，退火后用蒸馏水清洗样品，最后将样品在蒸馏水中再水化，得到pva-ha/paa复合水凝胶。
14、pva的质量分数为10％-16％；ha的质量分数为1-3％；paa的质量分数为1-5％；peg溶液中peg的质量分数为5％-15％。
15、退火时间为1-2h，退火温度为90℃-120℃。
16、步骤4中，磷酸锌锶粉末、pva-ha/paa复合水凝胶、mxene@zn抗菌材料的质量比为15-22：12-24：20-25。
17、本发明的有益效果是：
18、(1)磷酸锌锶(szp)促进mc3t3-e1细胞(成骨样细胞)的增殖，提高bmp-2、alp、runx-2、ocn等成骨因子的表达。这表明szp支架对骨形成和矿化具有积极作用。szp还增强了huvecs(人脐静脉内皮细胞)的增殖、迁移和成管，表明其促进血管形成的潜力。且血管为新形成的骨骼提供营养和氧气。szp表现出zn2+、sr2+和po43-离子的持续释放，已知这些离子对骨再生有有益的作用。这些离子可以刺激成骨细胞分化、矿化和血管生成，促进支架在促进骨愈合方面的整体成功。
19、(2)pva-ha/paa复合水凝胶具有相对较高的热稳定性，复合水凝胶内部分子结合紧密，具有相对较高的热稳定性。相对较高的弹性模量，pva-ha/paa复合水凝胶的弹性模量为1.32mpa，是普通pva水凝胶的3倍，具有相对较高的抗变形能力。且复合水凝胶具有均匀分布的微孔网络结构，孔径为0.5μm，对人体组织具有良好的生物相容性，不会对组织造成损伤；
20、(3)抗菌材料mxene@zn能够吸附zn2+，使其表面电位接近中性并且其表面的zn2+吸附效率约为22％。在zn2+和单层mxene之间能够在1分钟内快速发生自组装。该材料mxene@zn在微米级别上保持稳定，可以通过简单的摇动有效地解除聚集。并且通过x射线光电子能谱(xps)分析表明，mxene@zn成功地将zn2+掺入mxene表面，并形成zn-o键。mxene@zn水凝胶在近红外照射下，通过光热转化有效地除菌。另外，该水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效率均达80％左右。光热效应和释放的zn2+离子的协同作用有助于抗菌活性的提高。
21、(4)本发明的抗菌止血的水凝胶材料通过mxene@zn抗菌材料的释放实验得到，其抗菌止血及能力与目前已有的水凝胶材料相比均有显著提升，mxene@zn配合物作为光热抗菌屏障、ros清除剂和血管生成促进剂，加速组织修复的速度。在组织伤口治疗过程中，本发明的水凝胶直接应用于骨组织切除区域，通过与人骨的结合促进新骨生成和骨修复，是一种开放式的治疗方式。
1.长效抗菌止血的力学增强型水凝胶材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.如权利要求1所述的长效抗菌止血的力学增强型水凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，具体为：
3.如权利要求1所述的长效抗菌止血的力学增强型水凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，具体为：
4.如权利要求1所述的长效抗菌止血的力学增强型水凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，具体为：
5.如权利要求4所述的长效抗菌止血的力学增强型水凝胶材料的制备方法，其特征在于，pva的质量分数为10％-16％；ha的质量分数为1-3％；paa的质量分数为1-5％；peg溶液中peg的质量分数为5％-15％。
6.如权利要求4所述的长效抗菌止血的力学增强型水凝胶材料的制备方法，其特征在于，退火时间为1-2h，退火温度为90℃-120℃。
7.如权利要求1所述的长效抗菌止血的力学增强型水凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，磷酸锌锶粉末、pva-ha/paa复合水凝胶、mxene@zn抗菌材料的质量比为15-22：12-24：20-25。
