本發(fā)明涉及生物材料領(lǐng)域，特別涉及導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠及其制備方法和應(yīng)用，尤其涉及可用于心肌梗死（mi）監(jiān)測(cè)、治療的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、心肌梗死（mi）是引起心血管疾病死亡的主要原因之一，主要導(dǎo)致心肌組織缺血性壞死，形成無(wú)導(dǎo)電性的纖維化瘢痕，嚴(yán)重影響心臟電生理功能。目前臨床治療手段（如藥物治療、心肌再灌注）雖能緩解癥狀，但難以精準(zhǔn)修復(fù)電生理功能或抑制心室重塑。

2、近年來，導(dǎo)電水凝膠貼片因其電耦合修復(fù)能力備受關(guān)注，但應(yīng)用中仍面臨兩大問題。一方面，精準(zhǔn)定位困難，缺乏可視化功能。導(dǎo)電水凝膠貼片的治療效果依賴植入位置的準(zhǔn)確性，需精準(zhǔn)植入心臟病理位置才能充分發(fā)揮電耦合治療效應(yīng)。然而識(shí)別心臟病理位置復(fù)雜且繁瑣，需要借助心電圖、超聲心動(dòng)測(cè)試、組織學(xué)評(píng)估以及臨床心血管造影等多種檢測(cè)手段。目前研究多集中于提升材料的生物相容性、導(dǎo)電性、力學(xué)性等，以期提高治療效果，較少關(guān)注如何實(shí)現(xiàn)心臟病理狀態(tài)的準(zhǔn)確定位及可視化監(jiān)測(cè)，診療一體化能力不足，治療精準(zhǔn)性欠佳。另一方面，缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。心肌梗死過程復(fù)雜且不可預(yù)測(cè)，梗死微環(huán)境隨時(shí)可能出現(xiàn)不利變化，引發(fā)梗死擴(kuò)展、冠狀動(dòng)脈痙攣等嚴(yán)重問題。傳統(tǒng)導(dǎo)電水凝膠貼片無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)心臟機(jī)械生理信號(hào)，難以及時(shí)反饋梗死區(qū)域的動(dòng)態(tài)變化，影響臨床治療效果。

3、因此，亟需研發(fā)能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、可視化監(jiān)測(cè)機(jī)械刺激的導(dǎo)電水凝膠新材料，以開發(fā)能集診斷與治療功能于一體的導(dǎo)電水凝膠貼片，為心肌梗死的高效治療開辟新路徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題至少之一。為此，本發(fā)明提供了導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠具有增強(qiáng)的機(jī)電響應(yīng)和力致變色響應(yīng)特性，具有光電雙信號(hào)傳感功能，能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、可視化監(jiān)測(cè)機(jī)械刺激，可作為柔性傳感材料，用于制備可實(shí)現(xiàn)機(jī)械刺激的可視化反饋、數(shù)字化反饋的產(chǎn)品，以及補(bǔ)償和/或修復(fù)生物組織電傳導(dǎo)的產(chǎn)品，尤其是可用于制備心肌梗死（mi）監(jiān)測(cè)和/或治療用的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠貼片，應(yīng)用前景廣闊。

2、本發(fā)明是基于發(fā)明人對(duì)以下問題的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)作出的：

3、在材料領(lǐng)域，將具有力致變色響應(yīng)特性的材料與導(dǎo)電水凝膠材料進(jìn)行有效整合，是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電水凝膠對(duì)外界時(shí)空機(jī)械刺激可視化監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)。盡管已有研究嘗試通過各種方式將這兩類材料結(jié)合，但往往面臨諸如變色與導(dǎo)電性能無(wú)法同步、響應(yīng)不靈敏等挑戰(zhàn)。發(fā)明人在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，多巴胺（da）改性的mxene納米片能與hpc膽甾相液晶協(xié)同集成，構(gòu)建出具有優(yōu)異機(jī)電響應(yīng)和力致變色響應(yīng)性能的水凝膠。結(jié)果顯示，該水凝膠可實(shí)現(xiàn)光電雙信號(hào)傳感，響應(yīng)信號(hào)強(qiáng)、靈敏度高。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，改性后的導(dǎo)電納米材料（比如多巴胺改性的mxene納米片、多巴胺改性的黑磷納米片等）具有鄰苯二酚基團(tuán)，該基團(tuán)可作為錨定位點(diǎn)，固定hpc膽甾相液晶的螺距。由此，使得本發(fā)明的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠具有增強(qiáng)的機(jī)電響應(yīng)和力致變色響應(yīng)特性，響應(yīng)信號(hào)靈敏度顯著提升，從而實(shí)現(xiàn)光電雙信號(hào)傳感功能。利用其光信號(hào)傳感功能，可以定位梗死心肌的位置，利用其電信號(hào)傳感功能，可以監(jiān)測(cè)心臟的機(jī)械生理狀態(tài)。進(jìn)一步試驗(yàn)結(jié)果顯示，本發(fā)明的水凝膠可作為柔性傳感材料，用于制備可實(shí)現(xiàn)機(jī)械刺激的可視化反饋、數(shù)字化反饋的產(chǎn)品，比如心肌梗死（mi）可視化、數(shù)字化監(jiān)測(cè)用導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠貼片，以及用于制備可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償和/或修復(fù)生物組織電傳導(dǎo)的產(chǎn)品，比如心肌梗死（mi）治療用導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠貼片（圖1），應(yīng)用前景廣闊。

4、因此，在本發(fā)明的第一個(gè)方面，本發(fā)明提出一種導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，包括：導(dǎo)電納米材料，所述導(dǎo)電納米材料具有鄰苯二酚基團(tuán)；hpc膽甾相液晶；基體材料；交聯(lián)劑；所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠是通過所述導(dǎo)電納米材料、所述hpc膽甾相液晶、所述基體材料和所述交聯(lián)劑之間的物理和/或化學(xué)相互作用形成的。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠具有增強(qiáng)的機(jī)電響應(yīng)和力致變色響應(yīng)特性，可實(shí)現(xiàn)具有光電雙信號(hào)傳感功能，能準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、可視化監(jiān)測(cè)機(jī)械刺激，可作為柔性傳感材料，用于制備可實(shí)現(xiàn)機(jī)械刺激的可視化反饋、數(shù)字化反饋的產(chǎn)品，以及補(bǔ)償和/或修復(fù)生物組織電傳導(dǎo)的產(chǎn)品，尤其是可用于制備心肌梗死（mi）監(jiān)測(cè)和/或治療用的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠貼片，應(yīng)用前景廣闊。

5、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠還可以進(jìn)一步包括如下附加技術(shù)特征的至少之一：

6、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，基于所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠的總質(zhì)量，所述hpc膽甾相液晶的hpc質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%～56%。

7、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，基于所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠的總質(zhì)量，所述hpc膽甾相液晶的hpc質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%～52%。

8、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述hpc膽甾相液晶是hpc在水中自組裝形成的。

9、在本發(fā)明的一些具體的實(shí)施方案中，所述hpc和所述水的質(zhì)量比為50∶（35～40）。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述hpc和所述水的質(zhì)量比為50∶37。

10、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述導(dǎo)電納米材料是通過多巴胺或其藥學(xué)上可接受的鹽或單寧酸或其藥學(xué)可接受的鹽改性的。

11、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述多巴胺藥學(xué)上可接受的鹽為鹽酸多巴胺。

12、在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所述單寧酸藥學(xué)上可接受的鹽是單寧酸堿金屬鹽。

13、在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所述導(dǎo)電納米材料選自通過多巴胺或其藥學(xué)上可接受的鹽和/或單寧酸或其藥學(xué)上可接受的鹽改性的石墨烯、碳納米管、黑磷、mxene、mos2中的至少一種。

14、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述導(dǎo)電納米材料為mxene@pda，所述mxene@pda為通過多巴胺或其藥學(xué)上可接受的鹽改性的mxene納米片。

15、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，基于所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠的總質(zhì)量，所述mxene@pda的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于1%。

16、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，基于所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠的總質(zhì)量，所述hpc膽甾相液晶的hpc質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%～52%，所述mxene@pda的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～1.5%。

17、在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所述基體材料選自海藻酸鈉、多巴胺接枝改性的海藻酸鈉、透明質(zhì)酸、多巴胺接枝改性的透明質(zhì)酸、明膠、羧甲基殼聚糖、酪蛋白酸鈉中的至少一種。

18、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述基體材料為海藻酸鈉和/或多巴胺接枝改性的海藻酸鈉。

19、在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所述hpc膽甾相液晶的hpc和所述基體材料的質(zhì)量比為50∶（4～12）。

20、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述基體材料為海藻酸鈉，所述hpc膽甾相液晶的hpc和所述海藻酸鈉的質(zhì)量比為50∶（6～10）。

21、在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述基體材料為海藻酸鈉，所述hpc膽甾相液晶的hpc和所述海藻酸鈉的質(zhì)量比為50∶8。

22、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述交聯(lián)劑為金屬離子。

23、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述金屬離子為多價(jià)陽(yáng)離子。

24、在本發(fā)明的一些具體的實(shí)施方案中，所述金屬離子選自ca2+、zn2+、mg2+、fe3+、cu2+中的至少之一。

25、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述金屬離子來自其鹵鹽。

26、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述鹵鹽為氯鹽。

27、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述金屬離子為ca2+。

28、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述ca2+來自氯化鈣。

29、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，基于所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠的總質(zhì)量，所述氯化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～0.56%。

30、在本發(fā)明的第二個(gè)方面，本發(fā)明提出了制備前述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，包括：將所述導(dǎo)電納米材料、所述hpc膽甾相液晶和所述基體材料進(jìn)行混合處理，形成混合物；將所述混合物與所述交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，形成所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法，先將導(dǎo)電納米材料和hpc膽甾相液晶整合到基體材料三維體系中，再與交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，有利于水凝膠形成肉眼可見的鮮艷顏色，增強(qiáng)其光電雙信號(hào)傳感功能。

31、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述方法還可以進(jìn)一步包括如下附加技術(shù)特征的至少之一：

32、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述混合處理的溫度為室溫。

33、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述交聯(lián)反應(yīng)的溫度為3℃～7℃。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述交聯(lián)反應(yīng)的溫度為5℃。

34、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述方法還包括：將所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠進(jìn)行排氣處理和/或靜置處理。

35、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述排氣處理的溫度為3℃～7℃。在本發(fā)明的一個(gè)具體的實(shí)施方案中，所述排氣處理的溫度為5℃。

36、在本發(fā)明的第三個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠根據(jù)前述方法制備得到。

37、本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，前面針對(duì)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠及其制備方法所描述的特征和優(yōu)點(diǎn)，同樣適用于該導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠，在此不再贅述。

38、在本發(fā)明的第四個(gè)方面，本發(fā)明提出了前述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠在制備產(chǎn)品的用途。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述產(chǎn)品具有下列至少一種用途：可視化和/或數(shù)字化反饋非生物組織對(duì)機(jī)械刺激的響應(yīng)；可視化和/或數(shù)字化監(jiān)測(cè)生物組織運(yùn)動(dòng)；補(bǔ)償和/或修復(fù)生物組織電傳導(dǎo)。前述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠，通過其力致變色響應(yīng)性能，使產(chǎn)品具有可視化檢測(cè)機(jī)械刺激的用途；通過其電信號(hào)傳感性能，使產(chǎn)品具有數(shù)字化監(jiān)測(cè)機(jī)械刺激的用途；通過其電傳導(dǎo)功能，使產(chǎn)品具有補(bǔ)償和/或修復(fù)生物組織電傳導(dǎo)的用途。由此，該導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠可用于制備具有可視化、數(shù)字化監(jiān)測(cè)功能的產(chǎn)品，從而實(shí)時(shí)展示非生物組織在機(jī)械刺激下的動(dòng)態(tài)變化，以及生物組織的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述可視化反饋和/或所述數(shù)值化反饋與所述機(jī)械刺激是同步化的。

39、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述產(chǎn)品包括不限于：醫(yī)療器械、可穿戴傳感器、生物傳感器。

40、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述醫(yī)療器械包括不限于：心臟傳感貼片、心肌梗死監(jiān)測(cè)和/或治療貼片、仿生皮膚。

41、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述生物傳感器包括不限于：壓力傳感器、應(yīng)變傳感器。

42、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述可穿戴傳感器包括不限于：慣性傳感器、光學(xué)傳感器、電極和電化學(xué)傳感器、柔性傳感器、交互傳感器。

43、在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所述生物組織運(yùn)動(dòng)包括不限于：呼吸運(yùn)動(dòng)、胸廓的擴(kuò)張與收縮、肺部的膨脹與回縮、心臟的收縮/舒張運(yùn)動(dòng)、血管的收縮與舒張、胃腸蠕動(dòng)、食管的蠕動(dòng)、骨骼肌的收縮與舒張、腎小管的蠕動(dòng)、輸尿管的蠕動(dòng)、膀胱的收縮與舒張、輸卵管的蠕動(dòng)、子宮的收縮與舒張、陰道的收縮與舒張、眼睛的眨眼、眼球的轉(zhuǎn)動(dòng)、喉部的吞咽動(dòng)作。

44、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述生物組織包括不限于：骨骼肌組織、平滑肌組織、心肌組織、結(jié)締組織、神經(jīng)組織。

45、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述產(chǎn)品用于監(jiān)測(cè)生物組織壞死和/或預(yù)防和/或治療由所述生物組織壞死引起的疾病。

46、在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所述疾病包括不限于：心肌梗死、心肌硬化、腦梗死、腦軟化、胃十二指腸潰瘍、腸傷寒、急性胰腺炎、肺結(jié)核、肺梗死、腎小管壞死、腎梗死、卵巢囊腫蒂扭轉(zhuǎn)、輸卵管妊娠破裂、壞死性筋膜炎、凍傷。

47、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述產(chǎn)品用于監(jiān)測(cè)和/或治療心肌梗死。

48、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠具有下列至少之一的有益效果：

49、1、具有光電雙信號(hào)響應(yīng)。心臟機(jī)械生理信號(hào)監(jiān)測(cè)時(shí)，本發(fā)明較優(yōu)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠相對(duì)電阻變化率為5%，靈敏度優(yōu)于納米粘土傳感器的2.5%；反射波長(zhǎng)藍(lán)移范圍640?nm→482?nm（靈敏度-2.85?nm%﹣1），可肉眼識(shí)別梗死區(qū)。

50、2、生物相容性良好。細(xì)胞毒性試驗(yàn)結(jié)果顯示，本發(fā)明的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠細(xì)胞存活率>95%（優(yōu)于傳統(tǒng)聚吡咯水凝膠的80%），無(wú)纖維包裹風(fēng)險(xiǎn)。

51、3、心肌梗死（mi）組織修復(fù)效果優(yōu)異。本發(fā)明較優(yōu)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)色水凝膠動(dòng)物試驗(yàn)結(jié)果顯示：其能有效改善心功能，射血分?jǐn)?shù)（ef）從47.38%提升至81.55%；具有抗炎和血管再生功能，m2巨噬細(xì)胞極化率提升至20.63%，血管密度增加3倍。

52、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。