CN103709919A

CN103709919A - 聚氨酯肝素化涂层液及其制备方法

Info

Publication number: CN103709919A
Application number: CN201310704230.1A
Authority: CN
Inventors: 谭鸿; 李洁华; 高云龙; 傅强; 张怡
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2033-12-19
Also published as: CN103709919B

Abstract

本发明公开的聚氨酯肝素化涂层液，其特征在于该涂层液是由水性聚氨酯乳液与肝素水溶液共混制得，涂层液中肝素与聚氨酯质量比为0.5～10%。本发明还公开了该涂层液的制备方法。本发明提供的聚氨酯肝素化涂层液不仅采用了生物相容性好，不会引起血小板的粘附和激活的水性无毒聚氨酯乳液，且还可将肝素直接溶解其中，既使在使用中对红细胞影响小，溶血率低，无细胞毒性，又可解决现有技术肝素和聚氨酯共混的难题，减少肝素的添加量，降低涂层液的成本，避免现有技术使用有机溶剂所带来的种种弊端，同时还赋予其的抗菌功效。其制备方法工艺简单、环保、安全、成本低，可以规模化工业生产。

Description

聚氨酯肝素化涂层液及其制备方法

技术领域

本发明属于生物及医用聚氨酯材料及其制备技术领域，具体涉及一种聚氨酯肝素化涂层液及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展和社会需求，医用材料更多的出现在临床上，如作为人工心脏、人工血管、人工肾和人工肺等来使用。但众所周知，普通的医用材料因与血液相容性较差，在与血液接触时会引起凝血，导致这些人工器官的临床使用受限。

聚氨酯由于具有良好的机械性能，生物相容性和分子可裁剪性，被认为是现在比较理想的生物材料，可以用于人造血管、心脏瓣膜和药物载体。作为人造血管和心脏瓣膜来说因要不仅要与人体组织接触，且还要与人体血液接触，这就要求聚氨酯无细胞毒性和良好的血液相容性。但是，目前大多数聚氨酯因是在有机溶剂中合成的，这不仅使生产过程不环保，并且由于有机溶剂难以除去，其残留成分会使得材料产生细胞毒性。而水性聚氨酯的出现虽然能够很好的解决有机溶剂残留成分所带来的细胞毒性问题，如专利CN100523036C通过两步法合成了水性无毒的水性聚氨酯，该水性聚氨酯生物相容性好，更符合生物材料的要求，但单纯的聚氨酯材料，与血液接触还是会引起凝血，所以仍然需要对聚氨酯进行血液相容性方面的改性。

肝素作为临床上最常用的抗凝剂，常被用于改善医用材料的血液相容性已有一些研究，主要集中在通过将肝素钠与季铵盐形成络合物后溶于有机溶剂，再与聚合物共混制得聚合物涂层液。如公开号CN03116747.0就是先将溶于异丙醇和水中的季铵盐与肝素溶液搅拌混合制得肝素季铵盐的复合物，然后加入丙烯酸酯类共聚物得到涂层液并涂布于高分子医用材料表面。又如CN101966350A是将肝素水溶液滴加到季铵盐中，制得肝素络合物，然后将此络合物溶于有机溶剂并涂布于高分子医用材料表面。但遗憾的是，这类方法一方面因形成络合物后，肝素活性会降低，使得肝素用量增加，随之带来的不仅是成本的上升，过量的肝素还会引起人体血小板数量下降、功能受损及其他副作用，另一方面有机溶剂的引入既增加制备成本和排放的处理成本，且产品中有机溶剂的去除难度也使得其推广应用有很大的局限性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，首先提供一种聚氨酯肝素化涂层液。

本发明的另一目的是提供一种上述聚氨酯肝素化涂层液的制备方法。

本发明提供的聚氨酯肝素化涂层液，其特征在于该涂层液是由水性聚氨酯乳液与肝素水溶液共混制得，涂层液中肝素与聚氨酯质量比为0.5～10%，优选0.5～8%，更优选1～5%，其中所述水性聚氨酯乳液的固含量为5～40%，优选10～30%，所述肝素水溶液的浓度为1～20g/L，优选1～10g/L。

以上涂层液中所述的水性聚氨酯乳液为水性无毒聚氨酯乳液和/或含季铵盐水性无毒聚氨酯乳液。该水性无毒聚氨酯乳液可按照专利CN100523036C所公开的方法制备，含季铵盐水性无毒聚氨酯乳液可按照申请号201310337018.6所公开的方法制备，或按照东北林业大学郭超的学位论文所公开的方法制备的单季铵盐水性无毒聚氨酯乳液。但不局限于以上三种方法制备水性聚氨酯乳液。

以上涂层液中所述的肝素为重均分子量6000-20000的未分离肝素钠、肝素锂、肝素钾、肝素铵或重均分子量4000-6000已分离肝素中的任一种，优选重均分子量6000-20000的未分离肝素钠和肝素锂。

本发明提供的上述聚氨酯肝素化涂层液的制备方法，其特征在于该方法是将固含量为5～40%，优选10～30%水性聚氨酯乳液与浓度为1～20g/L，优选1～10g/L的肝素水溶液，通过机械搅拌或者超声共混制得或在水性聚氨酯预聚物乳化之前将肝素水溶液加入再乳化共混制得，并使所得涂层液中肝素与聚氨酯质量比为0.5～10%，优选0.5～8%，更优选1～5%。

以上方法中所用的水性聚氨酯乳液为水性无毒聚氨酯乳液和/或含季铵盐水性无毒聚氨酯乳液。该水性无毒聚氨酯乳液可按照专利CN100523036C所公开的方法制备，含季铵盐水性无毒聚氨酯乳液可按照申请号201310337018.6所公开的方法制备，或按照东北林业大学郭超的学位论文所公开的方法制备的单季铵盐水性无毒聚氨酯乳液。但不局限于以上三种方法制备水性聚氨酯乳液。

以上方法中所用的肝素为重均分子量6000-20000的未分离肝素钠、肝素锂、肝素钾、肝素铵或重均分子量4000-6000已分离肝素中的任一种。

本发明提供的聚氨酯肝素化涂层液可通过喷涂、浸涂或旋涂等方式用于生物材料及制品的抗凝血、抗菌表面改性。

本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：

1、由于本发明提供的聚氨酯肝素化涂层液采用了生物相容性好，不会引起血小板的粘附和激活的水性无毒聚氨酯乳液，因而在使用中对红细胞影响小，溶血率低，无细胞毒性。

2、由于本发明提供的聚氨酯肝素化涂层液采用的无毒聚氨酯乳液含有大量的水，而肝素作为一种水溶性的多糖，不仅可直接溶解其中，且不用形成络合物后溶于有机溶剂所导致的使肝素活性降低、用量增加，因而既可减少肝素的添加量，降低涂层液的成本，又可避免现有技术使用有机溶剂所带来的种种弊端。

3、由于本发明提供的聚氨酯肝素化涂层液采用的无毒聚氨酯乳液含有大量的水，可直接将肝素溶解其中，因而不仅解决了现有技术肝素和聚氨酯共混的难题，且肝素也极易均匀分散在所形成的聚氨酯膜中，并通过离子交换机理缓慢释放，从而达到中长期的抗凝血。

4、由于本发明提供的聚氨酯肝素化涂层液采用的无毒聚氨酯乳液还含有季铵盐，因而既可赋予该涂层液所形成的聚氨酯膜的抗菌功效，更适合人工器官中长期使用的要求，还可通过其离子键束缚肝素，进一步控制肝素释放速率。

5、由于本发明提供的制备方法工艺简单、环保、安全、成本低，因而可以规模化工业生产。

附图说明

图1为本发明实施例1所得涂层液形成的膜的血小板粘附与激活扫描电镜图。

图2为实施例7所得涂层液形成的膜的血小板粘附与激活扫描电镜图。

图3为对比例1所得乳液形成的膜的血小板粘附与激活扫描电镜图。

图4为对比例2市购的TPU膜的血小板粘附与激活扫描电镜图。

图5为本发明部分实施例和对比例所得涂层液或乳液形成的膜的溶血率。

图6为本发明部分实施例和对比例所得涂层液或乳液形成的膜的蛋白吸附量。

图7为本发明部分实施例和对比例所得涂层液或乳液形成的膜的平板计数细菌个数。

图8为本发明实施例6所得涂层液形成的膜的细菌粘附扫描电镜图。

图9为对比例所得乳液形成的膜的细菌粘附扫描电镜图。

具体实施方式

下面给出实施例以对本发明进行具体描述，但值得指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的普通专业人员根据上述发明的内容对本发明所作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

值得说明的是：1）以下实施例和对比例中物料的份数均为质量份；2）以下实施例所用的肝素均在阿拉丁试剂公司购买；3）以下实施例所用的聚己内酯二元醇的数均分子量为2000，聚乙二醇的数均分子量为1450，聚碳酸酯二元醇的数均分子量为2000；4）在实施例中所使用的双季铵盐扩链剂的结构式为

式中R为含12个碳原子的烷基链。

实施例1

（1）先将5份聚己内酯二元醇与1.208份聚乙二醇加入反应容器抽真空并加热到75℃脱水1h，再加入2.22份异佛尔酮二异氰酸酯异佛尔酮二异氰酸酯和0.03份有机铋，在73℃预聚反应1h。

（2）将0.827份L-赖氨酸溶于47份水中，然后在高速搅拌下加入上述预聚物，其后加入NaOH溶液调节乳液的pH至7.0，制得固含量为20%水性无毒聚氨酯乳液。

（3）将重均分子量为6000-20000的肝素钠配置成浓度为1g/L的溶液，然后在功率140w超声波作用下，与水性无毒聚氨酯乳液同体积共混均匀即得聚氨酯肝素化涂层液Ⅰ。其中肝素与聚氨酯的质量比为0.5%。

实施例2

（1）先将4.66份聚己内酯二元醇与1.45份聚乙二醇加入反应容器抽真空并加热到80℃脱水1h，再加入2.14份异佛尔酮二异氰酸酯和0.03份辛酸亚锡，在75℃预聚反应1h。

（2）将0.826份L-赖氨酸和0.11份重均分子量为6000-20000的肝素钠溶于35份水中，然后在高速搅拌下加入上述预聚物，其后加入NaOH溶液调节乳液的pH至7.0，即制得固含量为25%水性无毒聚氨酯肝素化涂层液Ⅱ。其中肝素与聚氨酯的质量比为1.2%。

实施例3

（1）先将5份聚己内酯二元醇与1.208份聚乙二醇加入反应容器抽真空并加热到80℃脱水2h，再加入2.22份赖氨酸二异氰酸酯、0.45份1,4－丁二醇和0.03份有机铋，在72℃预聚反应1h。

（2）将0.827份L-赖氨酸溶于32份水中，然后在高速搅拌下加入上述预聚物，其后加入NaOH溶液调节乳液的pH至7.0，制得固含量为30%水性无毒聚氨酯乳液。

（3）将重均分子量为6000-20000的肝素锂配置成浓度为9g/L的溶液，然后在搅拌作用下，与水性无毒聚氨酯乳液同体积共混均匀即得聚氨酯肝素化涂层液Ⅲ。其中肝素与聚氨酯的质量比为3%。

实施例4

（1）先将4.66份聚己内酯二元醇与1.45份聚乙二醇加入反应容器抽真空并加热到75℃脱水2.5h，再加入2.26份赖氨酸二异氰酸酯和0.03份辛酸亚锡，在75℃预聚反应1.5h。

（2）将0.76份2,2-二羟甲基丙酸和0.7份重均分子量为6000-20000的肝素锂溶于46份水中，然后在高速搅拌下加入上述预聚物，其后加入KOH溶液调节乳液的pH至7.0，即制得固含量为20%水性无毒聚氨酯肝素化涂层液Ⅳ。其中肝素与聚氨酯的质量比为8%。

实施例5

（1）先将5份聚碳酸酯二元醇与1.208份聚乙二醇加入反应容器抽真空并加热到80℃脱水2h，再加入2.18份赖氨酸二异氰酸酯和0.03份辛酸亚锡，在73℃预聚反应1h。

（2）将0.76份2,2-二羟甲基丙酸溶于37份水中，然后在高速搅拌下加入上述预聚物，其后加入NaOH溶液调节乳液的pH至7.0，制得固含量为25%水性无毒聚氨酯乳液。

（3）将重均分子量为6000-20000的肝素钠配置成浓度为9g/L的溶液，然后在搅拌作用下，与水性无毒聚氨酯乳液同体积共混均匀即得聚氨酯肝素化涂层液Ⅴ。其中肝素与聚氨酯的质量比为4%。

实施例6

（1）先将5份聚碳酸酯二元醇与1.208份聚乙二醇加入反应容器抽真空并加热到80℃脱水2h，再加入2.22份异佛尔酮二异氰酸酯和0.03份辛酸亚锡，在72℃预聚反应1h。待体系温度降至30℃，加入1.47份双季铵盐扩链剂再预聚10min。

（2）将0.58份L-赖氨酸溶于52份水中，然后在高速搅拌下加入上述预聚物，其后加入KOH溶液调节乳液的pH至7.0，制得固含量为20%含季铵盐水性无毒聚氨酯乳液。

（3）将重均分子量为6000-20000的肝素钠配置成浓度为3g/L的溶液，然后在搅拌作用下，与水性无毒聚氨酯乳液同体积共混均匀即得聚氨酯肝素化涂层液Ⅵ。其中肝素与聚氨酯的质量比为1.5%。

实施例7

（1）先将5份聚碳酸酯二元醇与1.208份聚乙二醇加入反应容器抽真空并加热到80℃脱水2h，再加入2.22份异佛尔酮二异氰酸酯和0.03份辛酸亚锡，在73℃预聚反应1h。待体系温度降至30℃，加入2.5份双季铵盐扩链剂再预聚10min。

（2）将0.41份L-赖氨酸溶于56份水中，然后在高速搅拌下加入上述预聚物，其后加入KOH溶液调节乳液的pH至7.0，制得固含量为20%含季铵盐水性无毒聚氨酯乳液。

（3）将重均分子量为6000-20000的肝素钠配置成浓度为1g/L的溶液，然后在搅拌作用下，与含季铵盐水性无毒聚氨酯乳液同体积共混均匀即得聚氨酯肝素化涂层液Ⅶ。其中肝素与聚氨酯的质量比为0.5%。

实施例8

（1）先将5份聚己内酯二元醇与1.208份聚乙二醇加入反应容器抽真空并加热到80℃脱水2h，再加入2.22份异佛尔酮二异氰酸酯和0.03份辛酸亚锡，在75℃预聚反应1h。待体系温度降至30℃，加入2.5份双季铵盐扩链剂再预聚10min。

（2）将0.41份L-赖氨酸和0.215份重均分子量为6000-20000的肝素钠溶于56份水中，然后在高速搅拌下加入上述预聚物，其后加入KOH溶液调节乳液的pH至7.0，即制得固含量为20%含季铵盐水性无毒聚氨酯肝素化涂层液Ⅷ。其中肝素与聚氨酯的质量比为1.9%。

实施例9

（2）将0.41份L-赖氨酸和0.56份重均分子量为6000-20000的肝素钠溶于56份水中，然后在高速搅拌下加入上述预聚物，其后加入KOH溶液调节乳液的pH至7.0，即制得固含量为20%含季铵盐水性无毒聚氨酯肝素化涂层液Ⅸ。其中肝素与聚氨酯的质量比为5%。

实施例10

（2）将0.76份2,2-二羟甲基丙酸和0.91份重均分子量为6000-20000的肝素钠溶于46份水中，然后在高速搅拌下加入上述预聚物，其后加入NaOH溶液调节乳液的pH至7.0，即制得固含量为20%水性无毒聚氨酯肝素化涂层液Ⅹ。其中肝素与聚氨酯的质量比为10%。

实施例11

聚氨酯乳液Ⅲ与聚氨酯乳液Ⅸ以80：20的比例共混，制得共混聚氨酯乳液Ⅺ。其中肝素与聚氨酯的质量比为3.4%。

实施例12

聚氨酯乳液Ⅱ与聚氨酯乳液Ⅵ以90：10的比例共混，制得共混聚氨酯乳液Ⅻ。其中肝素与聚氨酯的质量比为1.1%。

对比例1

（1）将5份聚己内酯二元醇与1.208份聚乙二醇加入反应容器抽真空并加热到75℃脱水1h，再加入2.22份异佛尔酮二异氰酸酯和0.03份有机铋，在75℃预聚反应1h。

（2）将0.827份L-赖氨酸溶于47份水中，在高速搅拌下加入预聚物，其后加入NaOH溶液调节乳液的pH至7.0，即制得固含量为20%水性无毒聚氨酯乳液。

对比例2

本对比例给出的聚氨酯薄膜是从东莞建国公司购买的。

为了考察本发明制备的聚氨酯肝素化涂层液的抗凝血、抗菌等性能，本发明人将部分实施例所得的涂层液涂覆成膜，包括对比例所得的乳液，并按以下方法进行了相应的测试对比：

1、活化部分凝血酶时间（APTT）将所得膜裁剪成直径0.5cm形状放入96孔板，加入200μL PBS缓冲液中浸泡12小时，吸干后加入100μL贫血小板血浆（PPP）中，于37℃培养0.5h，取50μL血浆加入比色皿，同时加入50μLAPTT试剂，随后再加入50μLCacl₂溶液，开始测试。测得的纯血样APTT时间为25s，对比例为20s，加有肝素的聚氨酯膜，均表现为不凝血。且将实施例2、3、5、8所得膜在PBS缓冲液中释放一个月后，APTT测试结果仍为不凝血。

2、血小板粘附将所得膜及市购膜裁剪成1.5×1.5cm形状放入24孔板，PBS缓冲液中于37℃培养1h，吸干后加入1mL富血小板血浆（PRP）中于37℃培养2h，吸出PRP用PBS缓冲液冲洗该膜，除去吸附不牢的血小板，然后加入戊二醛固定1h，用PBS缓冲液清洗脱水后进行扫描电镜测试，结果如图1、2、3、4。从电镜照片对比中可看出，本发明涂层液制得的膜表面几乎无血小板的粘附与激活，表明血液相容性较好。而购买的TPU薄膜表面粘附上大量的血小板，并且血小板呈不规则形状，长出伪足，表面血小板已被激活。

3、溶血实验取兔血4ml加入5ml生理盐水，将所得膜和对比例所得膜裁剪成0.5×0.5cm的膜，用生理盐水冲洗后放入10ml生理盐水的玻璃管中，37℃培养30min后加入0.2ml稀释后的血液，继续于37℃培养1h。将玻璃管离心后在用紫外分光光度计测试蛋白特征吸收后计算得溶血率，结果见图5。从图中可见，对比例、和实施例3、4、5、11、12的溶血率都低于5%，满足生物材料要求。

4、蛋白吸附将所得膜裁剪成1×1cm放入1mg/ml的BSA（牛血清白蛋白）的PBS溶液37℃培养1h，取出后依次用PBS缓冲液和超纯水轻轻漂洗，然后放入孔板加入2ml浓度2%的SDS水溶液37℃振荡解吸附2h。取1ml解吸附的SDS溶液与1mlBCA显色剂60℃显色1h后，用紫外分光光度计在562nm处测吸光度。通过标准曲线计算得到膜上的蛋白吸附量，结果见图6。从图中可见，所有实施例和对比例的蛋白吸附量都很低。

5、抗菌测试将所得膜裁剪成1×1cm，放入1×10⁶CFU/cm含金黄色葡萄球菌菌液中的牛肉膏蛋白胨培养基中，37℃培养两天。去除培养基，加入1ml PBS缓冲液冲洗3次后取出，一组放入3ml PBS缓冲液中超声振荡使膜表面的细菌脱落，取此菌液梯度稀释后平板计数结果见图7。由图可见，含季铵盐的实施例6、12细菌个数远低于对比例1；另一组加入戊二醛在4℃下冰箱固定12小时后再用PBS缓冲液冲洗三次，用30%酒精脱水5min冷冻干燥后用SEM观察表面形态，结果见图8、9。由图中可见，含季铵盐的实施例7所得膜，抗菌效果明显。

Claims

1.一种聚氨酯肝素化涂层液，其特征在于该涂层液是由水性聚氨酯乳液与肝素水溶液共混制得，涂层液中肝素与聚氨酯质量比为0.5～10%。

2.根据权利要求1所述的聚氨酯肝素化涂层液，其特征在于该涂层液中肝素与聚氨酯质量比为0.5～8%。

3.根据权利要求1所述的聚氨酯肝素化涂层液，其特征在于该涂层液中肝素与聚氨酯质量比为1～5%。

4.根据权利要求1或2或3所述的聚氨酯肝素化涂层液，其特征在于该涂层液中所述的水性聚氨酯乳液为水性无毒聚氨酯乳液和/或含季铵盐水性无毒聚氨酯乳液。

5.根据权利要求1或2或3所述的聚氨酯肝素化涂层液，其特征在于该涂层液中所述的肝素为重均分子量6000-20000的未分离肝素钠、肝素锂、肝素钾、肝素铵或重均分子量4000-6000分离肝素中的任一种。

6.根据权利要求4所述的聚氨酯肝素化涂层液，其特征在于该涂层液中所述的肝素为重均分子量6000-20000的未分离肝素钠、肝素锂、肝素钾、肝素铵或重均分子量4000-6000分离肝素中的任一种。

7.一种权利要求1所述的聚氨酯肝素化涂层液的制备方法，其特征在于该方法是将水性聚氨酯乳液与肝素水溶液，通过机械搅拌或者超声共混制得或在水性聚氨酯预聚物乳化之前将肝素水溶液加入再乳化共混制得，使所得涂层液中肝素与聚氨酯质量比为0.5～10%。

8.根据权利要求7所述的聚氨酯肝素化涂层液的制备方法，其特征在于该方法使所得涂层液中肝素与聚氨酯质量比为0.5～8%。

9.根据权利要求7所述的聚氨酯肝素化涂层液的制备方法，其特征在于该方法使所得涂层液中肝素与聚氨酯质量比为1～5%。

10.根据权利要求7或8或9所述的聚氨酯肝素化涂层液的制备方法，其特征在于该方法中所用的水性聚氨酯乳液为水性无毒聚氨酯乳液和/或含季铵盐水性无毒聚氨酯乳液；所用的肝素为重均分子量6000-20000的未分离肝素钠、肝素锂、肝素钾、肝素铵或重均分子量4000-6000已分离肝素中的任一种。