CN107496974A - 一种基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂及其制备方法 - Google Patents

一种基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂及其制备方法，原料包括：质量比为1.67～3.33：1的醛基化葡聚糖和氨基化羧甲基壳聚糖；本发明将高碘酸钠溶液避光加入葡聚糖溶液中透析，冷冻干燥，得到醛基化葡聚糖；将羧甲基壳聚糖、乙二胺和水溶性碳二亚胺混合，透析，冷冻干燥，得到氨基化羧甲基壳聚糖；将等体积的醛基化葡聚糖溶液与氨基化羧甲基壳聚糖溶液混合，席夫碱反应形成水凝胶，得到医用粘合剂。本发明的原料无毒无味、价格低廉、生物相容性好；制备方法简单；得到的医用粘合剂具有良好的粘结强度，缩短凝胶时间，可通过简单局部喷洒或注射作用于身体任何部位，是市售纤维蛋白胶的理想替代产品。

Description

一种基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂及其制备方法
技术领域
本发明属于化学改性和医用材料技术领域，特别涉及一种基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂及其制备方法。
背景技术
随着现代医学的快速进步，临床上对手术效果的要求也越来越高。在尽可能减少病人的痛苦、以最快速度得到痊愈的同时，也希望最大程度的进行外观上的恢复。多年来，在创伤手术中，传统的方法就是使用机械连接物(如：缝合线，骨钉等)。虽然上述机械连接物被广泛应用，但却存在着诸多不足。例如缝合线的使用本身就会对周围组织造成损伤，并且它也不适用于本身就复杂的手术(如阻止液体的外流)。临床采用缝扎的方式处理时，由于液体渗漏会产生并发症，严重的甚至会对病人造成生命危害。
与缝合线相比，医用粘合剂具有很多优点：可以有效止血、隔绝空气，避免了针对人体组织的伤害，使用方便、减少手术时间、无需拆除等。理想的医用胶黏剂应有如下要求：(1)无毒性、无致癌、无致畸和致突变；(2)有良好的生物相容性；(3)无菌且可抑菌；(4)可以在有血液和组织液的潮湿环境下使用；(5)常温常压下可以实现快速粘合；(6)粘合强度及粘合持久性良好，粘合部分具有一定的弹性和韧性；(7)生物可降解。
研究至今医用粘合剂的种类很多，按照用途分可分为软组织用粘合剂、牙科用粘合剂、骨水泥和皮肤用粘合剂等。尽管医用粘合剂已经有了较长时间的发展，其应用效果也得到了肯定，但真正符合临床要求的理想的医用粘合剂还没有出现，目前的各类粘合剂都或多或少的存在着自身的不足。例如在软组织粘合剂中，α-氰丙烯酸酯固化速度快，本身抑菌，粘结强度较高，但固化后缺乏弹性，且本身还有轻微组织毒性，不宜用于神经的粘结固定；纤维蛋白胶生物相容性好，但粘结强度不高，制备成本高，且非自体纤维蛋白存在病毒感染的风险。为了使医用粘合剂更好地服务于实际应用，满足临床上不断提出的新要求，还需要对它的理化特性和生物学性能不断地进行改善。
现在临床用的医用粘合剂有氰基丙烯酸酯类，生物高分子—醛类和血纤维蛋白等三类。氰基丙烯酸酯固化快、强度高，但聚合物水解会产生对人体有害的甲醛；生物高分子—醛粘接强度高，因为用醛类作交联剂对人体也有毒性，而血纤维蛋白是血液凝固的最后阶段形成的，虽对人体组织具有亲和力，但粘接强度比较低，又因为是血液制剂，有病毒感染的危险。
而葡聚糖和羧甲基壳聚糖因为其价格低廉，容易提取，且拥有良好的生物相容性，无毒性等上述的几种理想的医用粘合剂所具备的条件，只要再经过对材料的改性，使得材料尽可能多的去符合上述条件，就有可能获得理想的医用粘合剂。所以葡聚糖与壳聚糖这两种生物高分子可作为理想医用粘合剂的原材料使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂及其制备方法，本发明选用葡聚糖和羧甲基壳聚糖这两种生物高分子作为原材料，通过对其进行化学改性使这两种生物高分子化学交联形成水凝胶粘合剂，本发明的原材料生物相容性好，可被生物体吸收降解，且制备方法简单，成本低廉。
本发明的一种基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂，原料组分包括：醛基化葡聚糖和氨基化羧甲基壳聚糖，其中醛基化葡聚糖和氨基化羧甲基壳聚糖的质量比为1.67～3.33：1。
本发明的一种基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂的制备方法，包括：
(1)将高碘酸钠水溶液避光逐滴加入到葡聚糖水溶液中进行醛基化反应，然后透析，冷冻干燥，得到醛基化葡聚糖，其中高碘酸钠与葡聚糖的摩尔比为1～2：1；
(2)将乙二胺加入到羧甲基壳聚糖水溶液中，调节pH至4～6，再加入水溶性碳二亚胺进行氨基化反应，然后透析，冷冻干燥，得到氨基化羧甲基壳聚糖，其中羧甲基壳聚糖、乙二胺和水溶性碳二亚胺的摩尔比为1：18～22：1～3；
(3)将等体积的步骤(1)得到的醛基化葡聚糖的水溶液与步骤(2)得到的氨基化羧甲基壳聚糖的水溶液混合，室温下通过席夫碱反应形成水凝胶，得到基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂，其中醛基化葡聚糖水溶液浓度为10～20％(w/v)；氨基化羧甲基壳聚糖水溶液的浓度为1～6％(w/v)。
所述步骤(1)的葡聚糖的分子量为6～8万。
所述步骤(1)的醛基化反应的工艺参数为：避光条件，反应温度为室温，反应时间为3～5h。
所述步骤(2)的羧甲基壳聚糖的分子量为150～250万；脱乙酰度为80～85％。
所述步骤(2)的氨基化反应的工艺参数为：反应温度为35～40℃，反应时间为4～6h。
所述步骤(1)和(2)的透析的工艺参数为：将产物装入截留分子量为3000～15000的透析袋中，透析2～3天，期间换水频率为4～5h/次。
所述步骤(1)和(2)的冷冻干燥的工艺参数为：先在-70～-90℃冷冻5～7h，然后放入真空冷冻干燥机中进行冻干。
用2mL的针管取1mL氨基化羧甲基壳聚糖溶液，用2mL针管取1mL醛基化葡聚糖溶液，经一Y型连接，将氨基化羧甲基壳聚糖溶液和醛基化葡聚糖溶液同时由一个针头注射到两片1cm×3cm的猪皮上，使两片皮肤黏合起来，测试粘接强度为10～40g f/cm2，凝胶时间5～10sec。
本发明选用高碘酸钠作为葡聚糖的氧化剂，由于葡聚糖的糖醛酸单元具有顺式邻二醇结构，因此在高碘酸钠的氧化作用下打开C-C键而生成两个醛基。因为存在有效数量的醛基官能团，可与含氨基材料自发发生席夫碱反应。具有组织粘接和杀菌的特性。
羧甲基壳聚糖分子链上含有羧基(-COOH)和氨基(-NH2)，为提高羧甲基壳聚糖的氨基含量。用乙二胺在交联水溶性碳二亚胺(EDC)的作用下对羧甲基壳聚糖上的羧基进行改性，消耗掉羧基，在羧甲基壳聚糖分子链接枝更多的氨基，使其与醛基化葡聚糖反应形成凝胶的速率更快。
有益效果
(1)本发明所选用的原料葡聚糖和羧甲基壳聚糖均是天然生物材料，无毒、无味、价格低廉、安全可靠，具有很好的生物相容性，可被生物体吸收降解。
(2)本发明的制备方法操作简单且方便，在室温下，醛基化葡聚糖和氨基化羧甲基壳聚糖两种聚合物溶液混合在一起发生席夫碱反应，可迅速形成凝胶。
(3)本发明的基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂具有良好的粘结能力和粘结强度，且凝胶时间大大缩短，可通过简单的局部喷洒或注射作用于身体的任何部位，是作为市售纤维蛋白胶的理想替代产品。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)精确称取5g葡聚糖溶解于400mL去离子水中形成均一的溶液，称取9.9g高碘酸钠避光溶于400mL的去离子水中形成高碘酸钠水溶液，再将高碘酸钠溶液避光逐滴加入均一的葡聚糖溶液中，并于常温下避光进行醛基化反应4h；然后将产物装入透析袋(截留分子量为14000)中透析3天，每4h换次水；再将产物倒入平皿并在-80℃冷冻6h，然后放入真空冷冻干燥机中进行冻干，最终得到醛基化葡聚糖，其中醛基化葡聚糖的分子量为7万。
(2)精确称取5g羧甲基壳聚糖溶于100mL的水溶液中，加入30mL乙二胺，调节pH至5.0，再加入8.76g水溶性碳二亚胺EDC，37℃进行氨基化反应6h，待冷却至室温后，将产物装入透析袋(截留分子量为3500)中透析3天，每4h换次水；再将产物倒入平皿并在-80℃冷冻6h，然后放入真空冷冻干燥机中进行冻干，最终得到氨基化羧甲基壳聚糖，其中羧甲基壳聚糖的脱乙酰度为82％，分子量为200万。
(3)将步骤(1)得到的醛基化葡聚糖配成浓度为10％的溶液，将步骤(2)得到的氨基化羧甲基壳聚糖配成浓度为6％的溶液，然后等体积混合，室温下通过席夫碱反应形成水凝胶，得到基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂。
(4)测试本实施例得到的医用粘合剂的粘结强度和凝胶时间，具体操作如下：用2mL的针管取1mL氨基化羧甲基壳聚糖溶液，用2mL针管取1mL醛基化葡聚糖溶液，经一Y型连接，将氨基化羧甲基壳聚糖溶液和醛基化葡聚糖溶液同时由一个针头注射到两片1cm×3cm的猪皮上，使两片皮肤黏合起来，测试粘接强度为15g f/cm2，凝胶时间10sec。
实施例2
(1)将实施例1步骤(1)得到的醛基化葡聚糖配成浓度为20％的溶液，将实施例1步骤(2)得到的氨基化羧甲基壳聚糖配成浓度为6％的溶液，然后等体积混合，室温下通过席夫碱反应形成水凝胶，得到基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂。
(2)测试本实施例得到的医用粘合剂的粘结强度和凝胶时间，具体操作如下：用2mL的针管取1mL氨基化羧甲基壳聚糖溶液，用2mL针管取1mL醛基化葡聚糖溶液，经一Y型连接，将氨基化羧甲基壳聚糖溶液和醛基化葡聚糖溶液同时由一个针头注射到两片1cm×3cm的猪皮上，使两片皮肤黏合起来，测试粘接强度为40g f/cm2，凝胶时间10sec。

Claims (8)

1.一种基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂，原料组分包括：醛基化葡聚糖和氨基化羧甲基壳聚糖，其中醛基化葡聚糖和氨基化羧甲基壳聚糖的质量比为1.67～3.33：1。
2.一种如权利要求1所述的基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂的制备方法，包括：
(1)将高碘酸钠水溶液避光逐滴加入到葡聚糖水溶液中进行醛基化反应，然后透析，冷冻干燥，得到醛基化葡聚糖，其中高碘酸钠与葡聚糖的摩尔比为1～2：1；
(2)将乙二胺加入到羧甲基壳聚糖水溶液中，调节pH至4～6，再加入水溶性碳二亚胺进行氨基化反应，然后透析，冷冻干燥，得到氨基化羧甲基壳聚糖，其中羧甲基壳聚糖、乙二胺和水溶性碳二亚胺的摩尔比为1：18～22：1～3；
(3)将等体积的步骤(1)得到的醛基化葡聚糖的水溶液与步骤(2)得到的氨基化羧甲基壳聚糖的水溶液混合，室温下通过席夫碱反应形成水凝胶，得到基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂，其中醛基化葡聚糖水溶液浓度为10～20％；氨基化羧甲基壳聚糖水溶液的浓度为1～6％。
3.根据权利要求2所述的一种基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)的葡聚糖的分子量为6～8万。
4.根据权利要求2所述的一种基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)的醛基化反应的工艺参数为：反应温度为室温，反应时间为3～5h。
5.根据权利要求2所述的一种基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)的羧甲基壳聚糖的分子量为150～250万；脱乙酰度为80～85％。
6.根据权利要求2所述的一种基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)的氨基化反应的工艺参数为：反应温度为35～40℃，反应时间为4～6h。
7.根据权利要求2所述的一种基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)和(2)的透析的工艺参数为：将产物装入截留分子量为3000～15000的透析袋中，透析2～3天，期间换水频率为4～5h/次。
8.根据权利要求2所述的一种基于葡聚糖和壳聚糖的双组份医用粘合剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)和(2)的冷冻干燥的工艺参数为：先在-70～-90℃冷冻5～7h，然后放入真空冷冻干燥机中进行冻干。
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