本发明属于生物材料，具体涉及含柔性压电纳米发电机的水凝胶复合材料及其制备方法。
背景技术：
1、糖尿病足溃疡(dfu)是糖尿病高血糖患者的常见并发症，会增加患者的感染率、非创伤性截肢甚至过早死亡的风险。电刺激和伤口敷料在dfu的防治中有着重要的积极作用，电刺激(es)通过增强细胞间信号传导、加速血液循环和促进细胞增殖来促进伤口愈合和组织再生。然而，es作为一种独立疗法，伤口仍然处于信号传输受损的状态，并且es不能提供伤口修复所需的抗菌和抗炎环境，治疗效果并不令人满意。导电水凝胶敷料具有提供细胞信号传导的导电介质以及诸如调节细胞活性和促进细胞粘附的优点。目前，通过将载药的导电水凝胶与外接电源相结合的方式可进一步促进糖尿病伤口愈合，但是外接电源有许多限制，例如在临床实践中常用的直流电刺激，由于人体皮肤的大阻抗，直流电刺激伤口需要高电压，对人体有害，并且患者有可能不遵守规定，不在诊所定期使用电刺激治疗。
2、为了提高患者依从性，有研究者设计了一种具有压电驱动摩擦电纳米发电机(pteng)的敷料，该发电机以导电水凝胶作为电极用于糖尿病足的伤口愈合，但是该敷料在临床运用过程中，伤口愈合更多的依赖于单一的电刺激，而且在材料的制备过程中会用到有毒试剂，有毒试剂的残留可能对伤口带来不利影响。
3、为了满足当前对临床敷料的要求，基于糖尿病足溃疡患者的敷料需要具备以下属性：a)能够提供es；b)易于使用；c)可穿戴设备；d)非侵入性；e)提供湿润的伤口环境并能为伤口提供药物；f)具有类似电子皮肤的特性。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供含柔性压电纳米发电机的水凝胶复合材料及其制备方法，该复合材料包括导电水凝胶和载药导电水凝胶，以及设置于所述导电水凝胶和载药导电水凝胶之间的柔性压电纳米发电机材料，该复合材料基于柔性压电纳米发电机材料、导电水凝胶和载药水凝胶所形成的“三明治”结构，可有效促进糖尿病足溃疡的愈合，作为一种无线自供电器件，可实现无线自供电的电刺激治疗与药物治疗相结合的目的。
2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种含柔性压电纳米发电机的水凝胶复合材料，其特征在于，包括导电水凝胶和载药导电水凝胶，以及设置于所述导电水凝胶和载药导电水凝胶之间的柔性压电纳米发电机材料。
3、此外，本发明还提供一种制备上述的含柔性压电纳米发电机的水凝胶复合材料的方法，其特征在于，包括：
4、提供柔性压电纳米发电机材料、导电水凝胶和载药水凝胶；
5、将所述柔性压电纳米发电机材料置于导电水凝胶和载药水凝胶之间。
6、上述的方法，其特征在于，所述柔性压电纳米发电机材料的制备方法包括：
7、步骤一、提供钛酸钡纳米线，具体包括：
8、步骤101、向氢氧化钠水溶液中加入二氧化钛粉末，搅拌10～24h，得到含二氧化钛体系；
9、步骤102、将所述含二氧化钛体系在160～200℃密闭反应12～24h；
10、步骤103、待反应后体系降至室温，收集沉淀，洗涤至中性，离心干燥，得到钛酸钠纳米线；
11、步骤104、向氢氧化钡水溶液中加入所述钛酸钠纳米线，以400～600rpm转速搅拌0.5～5h，密封，在160～240℃反应60～120min；
12、步骤105、待步骤104反应后体系降至室温，收集沉淀，洗涤至中性，离心干燥，得到钛酸钡纳米线；
13、步骤二、提供柔性压电纳米发电机，具体包括：
14、步骤201、将细菌纤维素置于去离子水中，均质，得到悬浮液；
15、步骤202、将所述钛酸钡纳米线加入上述悬浮液中，于400～600rpm转速下搅拌均匀，在真空度为0.1～10pa下真空抽滤，然后干燥，得到柔性压电纳米发电机材料。
16、上述的方法，其特征在于，步骤101中，所述含二氧化钛体系中二氧化钛的浓度为0.01～0.07g/ml，所述氢氧化钠水溶液的浓度为5～12m。
17、上述的方法，其特征在于，步骤104中，所述氢氧化钡水溶液浓度为0.08～0.16m，所述钛酸钠纳米线的质量为氢氧化钡水溶液体积的0.002～0.006倍，所述钛酸钠纳米线质量的单位为g，氢氧化钡水溶液体积单位为ml。
18、上述的方法，其特征在于，步骤202中，所述细菌纤维素的质量为钛酸钡纳米线质量的50～250倍。
19、上述的方法，其特征在于，所述导电水凝胶和载药导电水凝胶均以聚乙烯吡咯烷酮包裹的银纳米线悬浮液为主要原料，所述聚乙烯吡咯烷酮包裹的银纳米线悬浮液的制备方法包括：
20、步骤101、将现配的氯化钠乙二醇溶液和硝酸银乙二醇溶液先后加入到聚乙烯吡咯烷酮乙二醇溶液中，于300～600rpm转速条件下搅拌10～30min，密封，在120～160℃反应100～150min，在150～180℃反应30～60min；
21、步骤102、待反应后体系降至室温，得到固相，将所述固相先用丙酮洗涤2～3次，然后用无水乙醇和去离子水交替清洗2～3次；
22、步骤103、将清洗后固相分散于去离子水中，得到聚乙烯吡咯烷酮包裹的银纳米线悬浮液。
23、上述的方法，其特征在于，步骤101中，所述氯化钠乙二醇溶液浓度为0.01～0.03m，硝酸银乙二醇溶液的浓度为0.1～0.4m，聚乙烯吡咯烷酮乙二醇溶液的浓度为0.2～0.6m，所述氯化钠乙二醇溶液、硝酸银乙二醇溶液和聚乙烯吡咯烷酮乙二醇溶液的体积比为1:2:2；步骤103中，所述聚乙烯吡咯烷酮包裹的银纳米线悬浮液中，聚乙烯吡咯烷酮包裹的银纳米线的浓度为10mg/ml。
24、上述的方法，其特征在于，所述导电水凝胶的制备方法包括：
25、步骤201、90℃温度条件下，将聚乙烯醇溶解于去离子水中，得到聚乙烯醇水溶液；所述聚乙烯醇水溶液中，聚乙烯醇的浓度为0.05～0.175g/ml；
26、步骤202、将所述聚乙烯吡咯烷酮包裹的银纳米线悬浮液加入步骤201所述聚乙烯醇水溶液中，搅拌使混匀；所述聚乙烯吡咯烷酮包裹的银纳米线悬浮液的体积为聚乙烯醇水溶液体积的1/4；
27、步骤203、将步骤202混匀后体系倒入模具，在-10～-40℃中冷冻20～48h，室温下解冻3～10h，重复上述冷冻解冻循环3～5次，得到导电水凝胶。
28、上述的方法，其特征在于，所述载药导电水凝胶的制备方法包括：
29、步骤201、90℃温度条件下，将聚乙烯醇溶解于去离子水中，得到聚乙烯醇水溶液；所述聚乙烯醇水溶液中，聚乙烯醇的浓度为0.07～0.23g/ml；
30、步骤202、依次将所述聚乙烯吡咯烷酮包裹的银纳米线悬浮液和人参皂苷rg3水溶液加入步骤201所述聚乙烯醇水溶液中，搅拌使混合均匀；所述聚乙烯吡咯烷酮包裹的银纳米线悬浮液的体积和人参皂苷rg3水溶液的体积均为聚乙烯醇水溶液体积的1/3；
31、步骤203、将步骤202混匀后体系倒入模具，在-10～-40℃中冷冻20～48h，室温下解冻3～10h，重复上述冷冻解冻循环3～5次，得到导电水凝胶。
32、本发明与现有技术相比具有以下优点：
33、1、本发明提供一种含柔性压电纳米发电机的水凝胶复合材料，该复合材料包括导电水凝胶和载药导电水凝胶，以及设置于所述导电水凝胶和载药导电水凝胶之间的柔性压电纳米发电机材料，该复合材料基于柔性压电纳米发电机材料、导电水凝胶和载药水凝胶所形成的“三明治”结构，可有效促进糖尿病足溃疡的愈合，作为一种无线自供电器件，可实现无线自供电的电刺激治疗与药物治疗相结合的目的。
34、2、本发明的含柔性压电纳米发电机的水凝胶复合材料，具有良好的生物相容性，以及合适的电能输出、导电性、抗菌性、机械性能、促细胞增殖和促细胞迁移等功能。
35、3、优选的，本发明的含柔性压电纳米发电机的水凝胶复合材料，包括设置于柔性压电纳米发电机两侧的导电水凝胶和载药导电水凝胶，导电水凝胶作为摩擦电层和电极，与柔性压电纳米发电机构成压电驱动的摩擦纳米压电发装置，为伤口愈合提供合适的电流和电压，载药导电水凝胶直接接触伤口，与柔性压电纳米发电机和导电水凝胶形成完美闭环，通过下调炎症，增加组织氧合、伤口血流和血红蛋白水平，促进血管生成和成纤维细胞增值，实现对伤口的电刺激和药物治疗。
36、4、本发明的含柔性压电纳米发电机的水凝胶复合材料的制备方法，创造性地引入柔性压电纳米发电机，并以之作为“三明治”结构的心部，可充分发挥其良好柔性和压电输出性能。
37、5、优选的，本发明的含柔性压电纳米发电机的水凝胶复合材料的制备方法中，柔性压电纳米发电机通过将均质过后的细菌纤维素与无机纳米材料钛酸钡纳米线搅拌混合均匀，经干燥后获得，制备工艺合理，选用原料无毒。
38、6、优选的，本发明的含柔性压电纳米发电机的水凝胶复合材料的制备方法中，导电水凝胶和载药导电水凝胶均以聚乙烯吡咯烷酮包裹的银纳米线为主要原料，经反复冻融制备而成，可有效利用银纳米线的抗菌、导电和机械性能，赋予水凝胶复合材料良好的生物性能。
39、7、本发明含柔性压电纳米发电机的水凝胶复合材料的制备方法原理可靠，原料无毒，为一种制备糖尿病足溃疡用生物敷料的绿色工艺流程。
40、下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
41、说明书附图
42、图1a为实施例1-2钛酸钡纳米线的扫描电镜图；
43、图1b为实施例1-2钛酸钡纳米线的透射电镜图；
44、图1c为实施例1-2钛酸钡纳米线的xrd图；
45、图1d为实施例1-2钛酸钡纳米线的拉曼光谱图；
46、图2a为实施例1-2中细菌纤维素的sem图；
47、图2b为实施例1-2中细菌纤维素的xrd图；
48、图2c为实施例1-2中细菌纤维素的结构式；
49、图3a为实施例1-2柔性压电纳米发电机材料形貌图；
50、图3b为实施例1-2柔性压电纳米发电机材料的sem图；
51、图3c为实施例1-2柔性压电纳米发电机材料的afm图；
52、图4a为实施例3-1中银纳米线ag nws的sem图；
53、图4b为实施例3-1中银纳米线ag nws的tem图；
54、图4c为实施例3-1中银纳米线ag nws的xrd图；
55、图5a为实施例3-1导电水凝胶的形貌图；
56、图5b为实施例3-1导电水凝胶的sem图；
57、图6为实施例2-1的聚乙烯醇水凝胶、实施例3-1的导电水凝胶和实施例4-1的载药导电水凝胶对成纤维细胞l929的细胞毒性结果；
58、图7为实施例2-1的聚乙烯醇水凝胶、实施例3-1的导电水凝胶和实施例4-1的载药导电水凝胶机械性能测试结果；
59、图8为2-1的聚乙烯醇水凝胶、实施例3-1的导电水凝胶和实施例4-1的载药导电水凝胶抗菌实验结果；
60、图9为实施例5-1～实施例5-3所述三明治复合结构电能输出结果。
1.一种含柔性压电纳米发电机的水凝胶复合材料，其特征在于，包括导电水凝胶和载药导电水凝胶，以及设置于所述导电水凝胶和载药导电水凝胶之间的柔性压电纳米发电机材料。
2.一种制备如权利要求1所述的含柔性压电纳米发电机的水凝胶复合材料的方法，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述柔性压电纳米发电机材料的制备方法包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤101中，所述含二氧化钛体系中二氧化钛的浓度为0.01～0.07g/ml，所述氢氧化钠水溶液的浓度为5～12m。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤104中，所述氢氧化钡水溶液浓度为0.08～0.16m，所述钛酸钠纳米线的质量为氢氧化钡水溶液体积的0.002～0.006倍，所述钛酸钠纳米线质量的单位为g，氢氧化钡水溶液体积单位为ml。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤202中，所述细菌纤维素的质量为钛酸钡纳米线质量的50～250倍。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述导电水凝胶和载药导电水凝胶均以聚乙烯吡咯烷酮包裹的银纳米线悬浮液为主要原料，所述聚乙烯吡咯烷酮包裹的银纳米线悬浮液的制备方法包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤101中，所述氯化钠乙二醇溶液浓度为0.01～0.03m，硝酸银乙二醇溶液的浓度为0.1～0.4m，聚乙烯吡咯烷酮乙二醇溶液的浓度为0.2～0.6m，所述氯化钠乙二醇溶液、硝酸银乙二醇溶液和聚乙烯吡咯烷酮乙二醇溶液的体积比为1:2:2；步骤103中，所述聚乙烯吡咯烷酮包裹的银纳米线悬浮液中，聚乙烯吡咯烷酮包裹的银纳米线的浓度为10mg/ml。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述导电水凝胶的制备方法包括：
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述载药导电水凝胶的制备方法包括：
