CN111253629B - 一种凝胶、其成套原料及应用 - Google Patents

一种凝胶、其成套原料及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种凝胶、其成套原料及应用。该凝胶由第一溶液与第二溶液共混后原位交联获得，第一溶液含有的第一组分为醛基改性多糖，第二溶液含有的第二组分由酰肼基小分子、酰肼基改性多糖构成。该成套原料由第一组分和第二组分构成。本发明的凝胶适用于玻璃体替代凝胶、眼表封闭胶、眼底封闭胶等组织工程应用。

Description

一种凝胶、其成套原料及应用
技术领域
本发明涉及一种凝胶，该凝胶的成套原料、以及应用，属于组织工程材料领域。
背景技术
据申请人了解，水凝胶作为一种组织工程材料，在医学上用途广泛，涉及防粘连材料、止血材料、骨缺损修复填充支架、组织粘合剂、缓释药物载体、抗菌防感染敷料等众多应用。
专利号CN201180005494.7、授权公告号CN102762647B的发明专利，公开了一种水凝胶聚合物，包含氧化透明质酸和二酰肼，该二酰肼将该氧化透明质酸交联。
申请号CN201810203162.3、申请公布号CN108478867A的发明专利申请，公开了可注射高分子水凝胶原料，包括：修饰酰肼基的多糖类聚合物得到的组分一，和修饰醛基的聚乙烯醇、端羟基聚乙二醇、和/或聚氧化乙烯-聚氧化丙烯-聚氧化乙烯得到的组分二；组分一和组分二的添加质量比例满足：酰肼基取代度/醛基取代度的范围为20-80％，水溶剂余量。
申请号CN201910633258.8、申请公布号CN110498936A的发明专利申请，公开了一种透明质酸钠/海藻酸钠注射型复合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：通过1-乙基-3-(3-二甲氨基)碳二亚胺盐酸盐引发己二酸二酰肼的氨基与HA的主链羧基的缩合反应，得到主链具有氨基的透明质酸-己二酸二酰肼衍生物HA-ADH；利用高碘酸钠的强氧化性氧化海藻酸钠上的羟基，得到带有醛基的海藻酸钠衍生物ALG-CHO；将HA-ADH与ALG-CHO按一定比例混合后通过席夫碱反应进行化学交联，形成透明质酸钠/海藻酸钠复合水凝胶。
申请号CN201911032646.7、申请公布号CN110698680A的发明专利申请，公开了一种可喷雾成膜的自愈合海藻酸钠/明胶基凝胶材料，它是以单醛改性的海藻酸钠溶液和酰肼改性的明胶溶液为原料，发生希夫碱反应后而得；所述单醛改性的海藻酸钠为重复结构单元中含1个醛基的海藻酸钠衍生物。
申请人曾于2018-07-18申请了发明专利《一种水凝胶复合物、制备方法及应用》(申请号CN201810806833.5、申请公布号CN109161037A)，其中公开了一种水凝胶复合物的制备方法，包括：制备醛基改性透明质酸，制备酰肼衍生化透明质酸，将醛基改性透明质酸和酰肼衍生化透明质酸混合成胶。
然而，在之后的进一步研究中，申请人发现，CN201180005494.7的水凝胶不但成胶速度较慢，而且其所成水凝胶不会溶胀反而会收缩。而CN201810203162.3、CN201910633258.8、CN201911032646.7、CN201810806833.5的水凝胶虽然成胶后迅速溶胀，但是一方面其溶胀往往会过度，另一方面在其溶胀达到峰值后很快因降解而收缩，不能持续保持稳定状态。
亟待研制出能够适度溶胀、且能长时间保持稳定的水凝胶。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种凝胶的成套原料，采用该成套原料制备出的凝胶制剂能够原位交联成型，且能适度溶胀，并长时间保持稳定。同时，还提出相应的凝胶制剂、以及应用。
本发明解决其技术问题的技术方案如下：
一种凝胶的成套原料，由第一组分和第二组分构成，其特征是，所述第一组分为醛基改性多糖，所述第二组分由酰肼基小分子、酰肼基改性多糖构成，所述酰肼基小分子与酰肼基改性多糖的质量比为1:100～100:1；所述醛基改性多糖的开环率为10-70％，所述酰肼基改性多糖的接枝率为10-80％。
本发明的发明人经反复地深入研究后发现，背景技术中提到的各项技术方案存在性能局限的原因是，采用单一成分作为水凝胶的亲核组分。如，CN201810203162.3、CN201910633258.8、CN201911032646.7、CN201810806833.5的水凝胶，它们分别以单一的酰肼基改性大分子作为亲核组分，由于大分子之间的形成的交联结构稀疏、孔径结构大，使其水凝胶溶胀速度很快，且溶胀度很大，但凝胶降解速度也快，导致其溶胀度也随之快速降低，难以保持稳定；而CN201180005494.7的的水凝胶以单一的二酰肼(酰肼基小分子)作为亲核组分，由于凝胶网状结构孔径过小，导致其水凝胶不溶胀且反而会收缩，无法起到支撑等物理作用，且成胶速度也较慢。
本发明的上述成套原料中，亲核组分的成分由酰肼基小分子和酰肼基改性多糖共同构成，经研究验证，采用这样的成套原料能够获得适度溶胀、并长时间保持稳定的水凝胶。
本发明进一步完善的技术方案如下：
优选地，所述第一组分由以下方法制得：将第一组分采用的多糖溶于纯化水以形成多糖溶液；将氧化剂加入多糖溶液中，避光反应；反应结束后，将产物纯化干燥，即得第一组分；所述第一组分采用的多糖为具有邻二醇结构的多糖。
采用该优选方案，可进一步通过优化具体制备过程来更好地获得作为第一组分的醛基改性多糖。
优选地，所述第一组分采用的多糖选自透明质酸或透明质酸钠，海藻酸或海藻酸钠、纤维素；所述氧化剂选自高碘酸、高碘酸钠、高锰酸钾、过氧化氢；所述氧化剂与多糖重复单元的摩尔比为1:1～1:10；所述避光反应的反应时间为0.5～6小时。
采用该优选方案，可进一步明确制备醛基改性多糖时采用的具体多糖、具体氧化剂，以及具体的制备参数。
优选地，所述第二组分的酰肼基改性多糖由以下方法制得：
将第二组分采用的多糖溶于纯化水以形成多糖溶液；将活化剂加入多糖溶液中进行活化反应；之后，加入酰肼化试剂进行改性反应；反应结束后，将产物纯化干燥，即得第二组分；
所述第二组分采用的多糖为纤维素或具有羧基结构的多糖。
采用该优选方案，可进一步通过优化具体制备过程来更好地获得第二组分的酰肼基改性多糖。
优选地，所述第二组分采用的多糖选自透明质酸或透明质酸钠，海藻酸或海藻酸钠，纤维素；所述活化剂为EDC和NHS的组合，或为DMTMM；所述酰肼化试剂为联氨或二酰肼；
所述活化剂与多糖重复单元的摩尔比为1:1～1:10；所述活化反应的时间为0.5～6小时；所述酰肼化试剂多糖重复单元的摩尔比为1:1～1:50；所述改性反应的时间为16～72小时。
采用该优选方案，可进一步明确制备酰肼基改性多糖时采用的具体多糖、具体活化剂、具体酰肼化试剂，以及具体的制备参数。
优选地，所述第二组分中的酰肼基小分子选自二酰肼、三酰肼、四酰肼；所述二酰肼包括己二酸二酰肼、草酸二酰肼、琥珀酸二酰肼、丙二酸二酰肼、乙基丙二酸二酰肼、癸二酸二酰肼、异酞酸二酰肼、顺丁烯二酸二酰肼、庚二酸二酰肼。
采用该优选方案，可进一步明确第二组分中的酰肼基小分子。
本发明还提供：
一种凝胶，其特征是，由前文所述的凝胶成套原料经以下步骤配制获得：
S1.将第一组分溶于生理盐水或缓冲液中以形成第一溶液，将第二组分溶于生理盐水或缓冲液中以形成第二溶液；
S2.将第一溶液与第二溶液共混；在第一溶液与第二溶液的混合溶液中，所述醛基与酰肼基的摩尔比为1：10～10：1；
S3.所述混合溶液随时间推移固化成胶，即得凝胶成品。
本发明凝胶采用前文所述成套原料经原位混合通过席夫碱反应交联成型获得；通过改变第一组分与第二组分的比例，和/或改变第二组分中各成分的比例，可对凝胶的性能进行调节，使其溶胀/收缩可调控、降解时间可调控，进而满足不同的实际需求、适用于不同部位的生物体环境。
本发明进一步完善的技术方案如下：
优选地，所述第一溶液中第一组分的质量浓度为0.1～20％；所述第二溶液中第二组分的质量浓度为0.1～10％。
采用该优选方案，可进一步明确第一溶液、第二溶液的具体浓度。
优选地，所述缓冲液选自醋酸盐缓冲液、磷酸盐缓冲液、硼酸盐缓冲液；所述缓冲液的pH范围为2～10；所述第一溶液、第二溶液采用相同的生理盐水或缓冲液。
采用该优选方案，可进一步明确具体缓冲液，并确保第一溶液、第二溶液的溶剂一致性。
本发明还提供：
前文所述凝胶的用途，其特征是，所述用途包括用于制备玻璃体替代凝胶试剂盒、眼表封闭胶试剂盒、眼底封闭胶试剂盒。
本发明凝胶可适用于作为玻璃体替代凝胶、眼表封闭胶、眼底封闭胶等。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明凝胶的主要原料是具有生物相容性的多糖高分子材料，通过化学改性链接活性亲核和亲电基团，使用时经过调控组分比例从而调控生成的水凝胶的空间网状结构，从而调控水凝胶的物理性能。通过原位混合形成水凝胶；在生物体内保持一定时间后自然降解成小分子排除体外，可避免二次手术，减少病人的痛苦，降低治疗的费用，同时还可避免由于使用动物源材料而引起疾病传播的风险。
本发明凝胶的亲核组分由酰肼基小分子和酰肼基改性多糖共同构成，再与亲电组分混合制备水凝胶，即可弥补现有使用单一成分亲核组分的不足，得到成胶后溶胀与收缩平衡的水凝胶。本发明水凝胶的性能主要通过亲电主体和亲核主体中不同成分的比例进行调节，操作简单，可制备一系列物理性能不同、降解时间不同的水凝胶。本发明的水凝胶将在医学领域、尤其是组织工程领域发挥重要作用，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明实施例3的检测结果图。其中，A-HA+(ADH/HA-ADH)为实施例2的实例1凝胶，A-HA+ADH为对比凝胶1，A-HA+HA-ADH为对比凝胶2。
具体实施方式
下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。
实施例1
本实施例的凝胶成套原料，由第一组分和第二组分构成，第一组分为醛基改性多糖，第二组分由酰肼基小分子、酰肼基改性多糖构成，酰肼基小分子与酰肼基改性多糖的质量比为1:100～100:1；醛基改性多糖的开环率为10-70％，酰肼基改性多糖的接枝率为10-80％。注：在具体制备时，可通过控制投料比和反应时间控制开环率/接枝率。
第一组分由以下方法制得：
将第一组分采用的多糖溶于纯化水以形成多糖溶液；将氧化剂加入多糖溶液中，避光反应；反应结束后，将产物纯化干燥，即得第一组分；第一组分采用的多糖为具有邻二醇结构的多糖。
具体而言，第一组分采用的多糖选自透明质酸或透明质酸钠，海藻酸或海藻酸钠、纤维素；氧化剂选自高碘酸、高碘酸钠、高锰酸钾、过氧化氢；氧化剂与多糖重复单元的摩尔比为1:1～1:10；避光反应的反应时间为0.5～6小时。
本实施例中含有多个实例，各实例中第一组分的具体制备参数如下表所示：
Figure BDA0002414373050000061
第二组分的酰肼基改性多糖由以下方法制得：
将第二组分采用的多糖溶于纯化水以形成多糖溶液；将活化剂加入多糖溶液中进行活化反应；之后，加入酰肼化试剂进行改性反应；反应结束后，将产物纯化干燥，即得第二组分；第二组分采用的多糖为纤维素或具有羧基结构的多糖。
具体而言，第二组分采用的多糖选自透明质酸或透明质酸钠，海藻酸或海藻酸钠，纤维素；活化剂为EDC和NHS的组合，或为DMTMM；酰肼化试剂为联氨或二酰肼。
活化剂与多糖重复单元的摩尔比为1:1～1:10；活化反应的时间为0.5～6小时；酰肼化试剂多糖重复单元的摩尔比为1:1～1:50；改性反应的时间为16～72小时。
各实例中第二组分酰肼基改性多糖的具体制备参数如下表所示：
Figure BDA0002414373050000071
第二组分中的酰肼基小分子选自二酰肼、三酰肼、四酰肼；二酰肼包括己二酸二酰肼、草酸二酰肼、琥珀酸二酰肼、丙二酸二酰肼、乙基丙二酸二酰肼、癸二酸二酰肼、异酞酸二酰肼、顺丁烯二酸二酰肼、庚二酸二酰肼。
各实例中第二组分的酰肼基小分子，以及其它参数如下表所示：
Figure BDA0002414373050000072
例如，实例1中第二组分的酰肼基小分子具体为己二酸二酰肼，酰肼化试剂也采用己二酸二酰肼。
实施例2
本实施例的凝胶，由实施例1的凝胶成套原料经以下步骤配制获得：
S1.将第一组分溶于生理盐水或缓冲液中以形成第一溶液，将第二组分溶于生理盐水或缓冲液中以形成第二溶液；
S2.将第一溶液与第二溶液共混；在第一溶液与第二溶液的混合溶液中，醛基与酰肼基的摩尔比为1：10～10：1；
S3.混合溶液随时间推移固化成胶，即得凝胶成品。
具体而言，第一溶液中第一组分的质量浓度为0.1～20％；第二溶液中第二组分的质量浓度为0.1～10％。
缓冲液选自醋酸盐缓冲液、磷酸盐缓冲液、硼酸盐缓冲液；缓冲液的pH范围为2～10；第一溶液、第二溶液采用相同的生理盐水(即0.9％NaCl溶液)或缓冲液。
本实施例包含若干实例，且各实例为实施例1各实例的延续，其参数如下表所示：
Figure BDA0002414373050000081
例如，实例1中第一溶液与第二溶液按体积比4：1混合，经Y型连接器及针头混合打出，即可形成凝胶。
实施例3
本实施例对待测凝胶做溶胀实验。
检测样本为：实施例2的实例1凝胶，对比凝胶1，对比凝胶2。
与实施例2的实例1凝胶相比，对比凝胶1的第二组分仅为实例1凝胶的酰肼基小分子，其余参数均相同；对比凝胶2的第二组分仅为实例1凝胶的酰肼基改性多糖，其余参数均相同。
检测方法为：在水凝胶形成后测定起始水凝胶重量为W0，然后将凝胶放入0.9％NaCl，37℃条件下，在不同时间点取出凝胶，吸干表面水分，测其重量为Wi，根据如下公式计算其溶胀率。
溶胀率＝(Wi-W0)/W0×100％
结果如图1所示。该结果表明：
从数据中可以看出：
1)对比凝胶2的溶胀速度较快，在第7天左右溶胀达到最大，随后开始降解，在几乎3天左右降解超过了50％；
2)对比凝胶1的降解速度较快，在第7天左右达到降解平衡，随后基本保持稳定；
3)实施例2的实例1凝胶则综合弥补了对比凝胶1和对比凝胶2的缺陷，使得凝胶有较小幅度的溶胀(<20％)，同时保留了较长的降解时间，即能长时间保持稳定。
需要说明的是，本发明实施例2的其余各实例所得凝胶也按照上述方法检测其溶胀度，均表现出适度溶胀、且长时间保持稳定的特性。
此外，本发明在成稿后发现专利号CN200580034176.8、授权公告号CN101035572B的发明专利，公开了通过氧化多糖与可水分散的多臂聚醚胺反应形成的组织粘合剂，聚醚胺其中至少三个臂由伯胺基封端。该专利在其说明书【0052】段记载“包含多臂聚醚胺的水溶液可任选地包含具有一个或多个伯胺基的至少一种其它多官能胺以提供其它有益性能，如疏水性”，并指出该多官能胺可以是二酰肼。然而，该专利仅泛泛地提到可采用该多官能胺作为添加剂，而没有明确将其作为核心方案，没有记载采用该多官能胺具体能起到何种作用，没有记载该多官能胺与酰肼基改性多糖一起能够起到直接改进凝胶溶胀性能及保持稳定的作用。本发明的研究成果未受以此专利为代表的现有技术的启示。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种凝胶的成套原料，由第一组分和第二组分构成，其特征是，所述第一组分为醛基改性多糖，所述第二组分由酰肼基小分子、酰肼基改性多糖构成，所述酰肼基小分子与酰肼基改性多糖的质量比为1:100～100:1；所述醛基改性多糖的开环率为10-70％，所述酰肼基改性多糖的接枝率为10-80％，其中，所述第一组分由以下方法制得：将第一组分采用的多糖溶于纯化水以形成多糖溶液；将氧化剂加入多糖溶液中，避光反应；反应结束后，将产物纯化干燥，即得第一组分；所述第一组分采用的多糖为具有邻二醇结构的多糖，其中，所述第一组分采用的多糖为透明质酸钠；所述氧化剂为高碘酸钠；所述氧化剂与多糖重复单元的摩尔比为1:1；所述避光反应的反应时间为0.5小时，其中，所述第二组分的酰肼基改性多糖由以下方法制得：
将第二组分采用的多糖溶于纯化水以形成多糖溶液；将活化剂加入多糖溶液中进行活化反应；之后，加入酰肼化试剂进行改性反应；反应结束后，将产物纯化干燥，即得第二组分；
所述第二组分采用的多糖为纤维素或具有羧基结构的多糖，其中，所述第二组分采用的多糖为透明质酸钠；所述活化剂为EDC和NHS的组合；所述酰肼化试剂为二酰肼；
所述活化剂与多糖重复单元的摩尔比为1:1～1:10；所述活化反应的时间为0.5～6小时；所述酰肼化试剂多糖重复单元的摩尔比为1:1～1:50；所述改性反应的时间为16～72小时；
其中，所述第二组分中的酰肼基小分子选自二酰肼、三酰肼、四酰肼；所述二酰肼选自草酸二酰肼、琥珀酸二酰肼、丙二酸二酰肼、乙基丙二酸二酰肼、癸二酸二酰肼、异酞酸二酰肼、顺丁烯二酸二酰肼或庚二酸二酰肼。
2.一种凝胶，其特征是，由权利要求1所述的凝胶成套原料经以下步骤配制获得：
S1.将第一组分溶于生理盐水或缓冲液中以形成第一溶液，将第二组分溶于生理盐水或缓冲液中以形成第二溶液；
S2.将第一溶液与第二溶液共混；在第一溶液与第二溶液的混合溶液中，所述醛基与酰肼基的摩尔比为1：10～10：1；
S3.所述混合溶液随时间推移固化成胶，即得凝胶成品。
3.根据权利要求2所述的凝胶，其特征是，所述第一溶液中第一组分的质量浓度为0.1～20％；所述第二溶液中第二组分的质量浓度为0.1～10％。
4.根据权利要求2所述的凝胶，其特征是，所述缓冲液选自醋酸盐缓冲液、磷酸盐缓冲液、硼酸盐缓冲液；所述缓冲液的pH范围为2～10；所述第一溶液、第二溶液采用相同的生理盐水或缓冲液。
5.权利要求2至4任一项所述凝胶的用途，其特征是，所述用途包括用于制备玻璃体替代凝胶试剂盒、眼表封闭胶试剂盒、眼底封闭胶试剂盒。
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