CN104013990A - 具有儿茶酚基改性的壳聚糖及其制成的生物医学材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物医学材料及其制成品。其主要特征是将具有儿茶酚基结构化合物接枝到壳聚糖上，形成具有儿茶酚基结构的壳聚糖生物医学材料；或将接枝后的壳聚糖交联，制成新的大分子生物医学材料。由于儿茶酚具有细胞粘附性，能够改变壳聚糖的组织粘合性，能将血细胞吸附在材料表面以达到更好的止血效果。通过这种改造提高了壳聚糖的性能，改善组织亲和性。将这种材料通过冻干制成一类新的止血海绵，喷丝制成新的敷料，或通过反向絮凝制成粉体敷料。

Description

具有儿茶酚基改性的壳聚糖及其制成的生物医学材料

技术领域

本发明涉及一种具有儿茶酚基结构的壳聚糖，是一种新的生物医学材料，可以用来制作止血海绵或各种敷料。

背景技术

壳聚糖是甲壳素的脱乙酰基产物（如下式1），是迄今为止发现的唯一天然碱性多糖，无毒副作用,作为药物的载体有极大的优越性。同时，壳聚糖因具有良好的生物相容性和生物可降解性，在医药、食品、环保、轻工、农业等方面获得了广泛的应用。壳聚糖用于医学敷料，具有良好的物化性质和生物学特性。研究表明，壳聚糖不仅具有良好的生物相容性和生物可降解性，还具有抗菌、消炎、止血、减少创面渗出和促进创伤组织再生、修复、愈合的作用。但在实际应用中，单一的壳聚糖不仅溶解性较差，而且其制品脆性大且吸水性差。Yusof等制备了一种单一的壳聚糖敷料，该敷料可以较好地防止伤口的感染，但因吸水性能较差、伤口粘附能力差而不适宜用于渗出液较多的情况。

式1

海洋贻贝可以附着在海岸边潮间带的礁石或轮船的底部，由于海水的流速常常超过10米/秒，而轮船的速度则更快，这些贻贝常常受到巨大的拉力，但是它们具有强大并且耐受环境侵蚀的粘附能力，使它们能够永久或者半永久的吸附在潮间带礁石表面或者轮船的底部。不仅如此，它们还可以将自己极其牢固地附着在水下遇到的任何类型的物质表面，如金属、木材、玻璃、矿物和骨骼等。海洋贻贝粘附蛋白具有高强度、高韧性和防水性，以及极强的黏附基体的功能，这与其特殊的分子结构、多巴介导的链间交联和与底材之间的相互作用方式有关，并且，它还具有很好的生物相容性和可降解性，是一类极具优势和潜力的生物胶黏剂。多巴在粘附蛋白形成的交联过程中起着关键作用。多巴的儿茶酚基团具有很强的螯合能力，能与蛋白质等极性聚合物形成很强的氢键。此外，在足丝胶固化过程中，部分儿茶酚氧化生成邻位二醌，通过共轭加成反应与Lys（赖氨酸）和Cys（半胱氨酸）之间产生共价交联，进一步增加了它的内聚力。 多巴通过其高亲和力和化学的多功能性实现了从有机物到金属等不同材料表面的黏附功能。

发明内容

本发明将儿茶酚基引入壳聚糖中，对壳聚糖进行结构改造，使其具有细胞粘附性，用这种生物医学材料制成的止血材料在止血的时候能够迅速将红细胞吸附在其表面，同时止血材料中的壳聚糖也通过其正电荷吸附带负电的细胞，然后脱水而迅速止血；或将这种生物医学材料制成敷料，在贴敷的时候，能够使壳聚糖迅速与创面结合，达到治疗目的。

通过将具有儿茶酚基结构化合物接枝到壳聚糖上，形成具有儿茶酚基结构的壳聚糖生物医学材料，接枝通过壳聚糖与3-(3,4-二羟基)苯基丙酸、多巴或多巴胺缩合来实现，这种材料可以直接作为生物医学材料使用。或将接枝后的壳聚糖通过交联，形成新的大分子生物医学材料，交联所用交联剂可以是醛类、醚类、盐类、环氧类中的一种或多种。

要实现这种功能，需要解决以下几个问题：

1.将具有儿茶酚基结构化合物接枝到壳聚糖上，使壳聚糖具有细胞粘附性：

本发明提供了几种具有儿茶酚基结构化合物与壳聚糖的接枝方法，成功在壳聚糖上引入儿茶酚基，其结构为下式：式2，式3，式4，这种新的生物医学材料无毒、可降解、有优异的生物相容性，与单一壳聚糖材料相比其柔性、细胞吸附性大大提高，是一种很好的具有儿茶酚基结构的壳聚糖生物医学材料。

2.将接枝后的壳聚糖交联成新的大分子生物医学材料：

虽然上步接枝后的壳聚糖已经具有了很好生物医学材料特征，但是对一些要求很高的医学材料仍然存在分子量小，没有交联难以形成空间网状结构等问题。我们将该材料进一步交联得到新的大分子或超大分子生物医学材料，极大提高了材料的韧性、强度和抗拉性。

3.将该材料制成合适临床应用形式：

有一个好的材料是基础，我们用该材料制成止血海绵和创面粉体敷料，临床研究表明具有止血迅速，创面保护效果良好等优点。

     

式（2）

式（3）

   

式（4）

该生物医学材料的主要合成方法步骤如下：

1.壳聚糖的选择，选取分子量20万以上，脱乙酰度85%以上的壳聚糖。

2.壳聚糖的溶胀和纯化。

3.儿茶酚基-壳聚糖的接枝化反应。

4.接枝后的壳聚糖纯化。

5.儿茶酚基-壳聚糖的交联。

6.儿茶酚基-壳聚糖敷料的制备。

具体实施方式：

1.选取粒度小于400目，分子量大于20万，脱乙酰度大于85%的壳聚糖干粉。

2.将上述干粉在20-80℃溶于4%的醋酸溶液，保持该温度搅拌，1-72小时后停止搅拌，过滤不溶物。

3.将适量多巴或3-(3,4-二羟基)苯基丙酸溶于溶剂中，加入1-5倍量缩合剂等，制成活泼酯，如果溶剂为有机溶剂旋干溶剂，如果溶剂为水可以下步直接使用。

4.将适量多巴胺溶于溶剂中，加理论量的2倍接枝试剂，反应完后务必仔细除去未反应的接枝试剂，得活化好的多巴接枝物。

5.将第3步制得的产物或第4步制得的产物与第二步制得的产物反应得具有儿茶酚基结构的壳聚糖。

6.剧烈搅拌下，向第5步制得的产物中逐滴加入交联剂，搅拌1-24小时后停止搅拌，静置2-100小时。

将上步制得的产物滴入含有SPAN 80的液体石蜡和环己烷中，得该材料的粉体产物，可以作为下步制成敷料的原料。或将第6步制成的产物冻干，经灭菌后，可作为止血海绵直接使用。

具体实施实例

实例1

1.选取粒度小于400目，分子量大于20万，脱乙酰度大于85%的壳聚糖干粉，50g。

2.将上述干粉在60℃溶于4%的醋酸溶液，保持该温度搅拌，36小时后停止搅拌，过滤不溶物。

3.将5g多巴或3-(3,4-二羟基)苯基丙酸溶于水中，通入氦气，在氦气保护下在加入2倍量EDC缩合剂，调pH 6-12，反应过夜，制成EDC酯。

4.将第3步制得的EDC酯分散到第2步制得的壳聚糖溶液中，调pH4-10，搅拌过夜，静置24小时。

5.剧烈搅拌下，向将上步制得的产物中滴加戊二醛，控制戊二醛的用量，使交联度控制在0.1-10%。

6.将上步制得的产物滴入含有SPAN 80的液体石蜡和环己烷中，剧烈搅拌。反应完后用乙醇反复清洗，烘干，经灭菌后得粉体敷料。

实例2

1.选取粒度小于400目，分子量大于20万，脱乙酰度大于85%的壳聚糖干粉，50g。

2.将上述干粉在60℃溶于4%的醋酸溶液，保持该温度搅拌，36小时后停止搅拌，过滤不溶物。

3.将5g多巴胺溶于水中，通入氦气，在氦气保护下在加入2倍量环氧氯丙烷，调pH 5-12，反应过夜，制成接枝活化物。

4.将第3步制得的产物分散到第2步制得的壳聚糖溶液中，调pH4-10，搅拌过夜，静置24小时。

5.剧烈搅拌下，向上步制得的产物中滴加京尼平，控制京尼平的用量，使交联度控制在0.1-10%。

6.将上步制得的产物冻干，经灭菌后得止血海绵。

止血实验：

取成年健康家兔25只，分离左右耳的耳中动脉，行耳中动脉切断术，待有血流出2ml后，在左右耳分别贴敷该材料的自制止血海绵与对照品，分别在30秒、45秒、60秒、90秒、120秒、150秒、180秒取下海绵，称重计算失血量，并观察止血情况。

结果：

新材料制成的止血海绵平均时间为45秒，而传统海绵为150秒，无论出血量

结论：生物医学材料儿茶酚改性壳聚糖制成的止血敷料明显优于未改性传统敷料。

Claims (7)

1.一种生物医学材料，其特征在于：将具有儿茶酚基结构化合物接枝到壳聚糖上，形成具有儿茶酚基结构的壳聚糖生物医学材料；或将接枝后的壳聚糖通过交联形成为新的大分子生物医学材料。

2.根据权利要求书1所述的接枝，其特征在于：通过壳聚糖与3-(2,4-二羟基)苯基丙酸、多巴或多巴胺缩合来实现，这种材料可以直接作为生物医学材料使用。

3.根据权利要求1所述的新的大分子生物医学材料，其特征在于：接枝后的壳聚糖通过交联来实现。

4.根据权利要求书1、3所述的交联，其特征在于：运用交联剂与接枝后的壳聚糖交联形成新的大分子生物医学材料。

5.根据权利要求4所述的交联剂，其特征在于：交联剂可以是醛类、醚类、盐类、环氧类中的一种或多种。

6.根据权利要求1-4所述的生物医学材料，其特征在于：该生物医学材料可以制成冻干海绵、无纺布、水凝胶等临床使用的敷料或器械。

7.根据权利要求1-4所述的生物医学材料，其特征在于：该材料可以作为止血、人工皮肤、水性敷料等的用来治疗和预防创伤或疾病。