CN104262648A - 一种以双醛聚乙二醇为交联剂的胶原基生物医用材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种以双醛聚乙二醇为交联剂的胶原基生物医用材料及其制备方法。本方法首先制备了具有一定醛化度的双醛聚乙二醇。将质量分数为0.1～5%的双醛聚乙二醇溶液与质量分数为0.3～3%的胶原溶液混合均匀，然后倒入模具中，于–30～0℃低温条件下冷冻1～10天，取出后置于冷冻干燥机中冷冻干燥1～2天制成双醛聚乙二醇–胶原海绵；将海绵在水中重复浸泡2～4次，每次2～10h，也可制成双醛聚乙二醇–胶原水凝胶。本发明将冷冻聚合和冷冻干燥技术相结合，制备的双醛聚乙二醇–胶原海绵或凝胶改善了胶原的力学性能、热稳定性能和抗酶降解性能，且具有多孔性、亲水性、保水性、无毒性、良好的生物相容性等优点，可用于生物支架、细胞培养、药物释放、烧伤和创伤敷料等生物医用领域，有良好的市场应用前景。

Description

一种以双醛聚乙二醇为交联剂的胶原基生物医用材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物医用材料制备领域，具体而言，涉及一种具有多孔性、亲水性、吸水保水性、无毒性、良好的生物相容性的双醛聚乙二醇为交联剂的胶原基生物医用材料及其制备方法。

背景技术

在天然蛋白材料中，胶原作为一种非常重要的动物蛋白，由于其具有良好的生物相容性、生物可降解性及低免疫原性等优点，因此胶原基材料被广泛的应用于生物医学和生物技术领域。然而，单独以胶原制备的生物医用材料的力学性能、热稳定性、抗酶降解能力等方面还常常不能满足应用的要求；特别是胶原的低力学性能，通常会使它用于制备的组织工程支架无法在较长的时间内维持较为固定的形态。因此，通过与其他高分子化合物共混改性、交联改性或者在其侧链上引入一些功能基团等方法对胶原进行改性，来改善其不足。

一般来说，单纯的物理交联法可以保持胶原的生物相容性，但性能改善程度有限。化学交联剂如戊二醛(CN13187923A)可以有效改善胶原的性能以达到组织功能支架材料的要求，但小分子醛与胶原反应生产的Schiff碱结构稳定性较差，容易导致游离小分子醛的产生，从而限制了在生物医用领域的应用。CN101234216A报道胶原–壳聚糖共混改性虽然能够提高胶原的力学强度和热学性能，但由于是氢键等次价键相互作用的结果，改善程度有限。胶原与多糖衍生物（共混改性可避免小分子醛的产生，如双醛羧甲基纤维素–胶原冷冻凝胶(ZL 201010148578.3)的存在可以提高胶原的力学性能的热稳定性，且制备的凝胶具有多孔性，利于细胞的吸附和生长。但双醛羧甲基纤维素用量稍大时会造成胶原的聚集甚至絮凝，这在一定程度上限制了改性效果的提高空间，导致作为组织工程材料时性能仍欠佳。

聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)是由环氧乙烷经阴离子开环聚合得到的分子量较低的水溶性聚醚，是一种两亲性聚合物，且分子链柔软，无毒、对细胞具有特有的亲和力，具有良好的组织相容性和血液相容性，且可通过肾排出体外不会积累在体内，是FDA批准的可药用聚合物之一。因此，聚乙二醇及其衍生物被广泛应用在食品、医学、化妆品等领域。双醛聚乙二醇是聚乙二醇的改性产物，其分子结构中含有较多的反应活性基团如醛基，在冷冻的条件下会与胶原发生希夫碱反应，与常用交联剂戊二醛、甲醛和双氧化合物等相比，双醛聚乙二醇无毒，不会产生小分子游离甲醛的生物毒性问题，与胶原反应后不会对胶原材料的表观性状和优良特性造成不利影响。

本发明的目的是针对现有技术存在的不足和缺陷，利用反应活性可控的双醛聚乙二醇作为胶原的交联剂，与胶原在低温下发生反应，冷冻干燥得到双醛聚乙二醇–胶原海绵；海绵溶胀后也可制成双醛聚乙二醇–胶原水凝胶。将低温冷冻聚合与冷冻干燥技术相结合，改善了胶原材料的机械性、热稳定性及抗酶解性能。所得的双醛聚乙二醇–胶原生物医用材料的力学性能显著增强，且其力学性能可以通过改变双醛聚乙二醇的醛化度、聚乙二醇分子量及反应条件等来控制，以满足不同应用的需求。目前为止，尚未见关于双醛聚乙二醇和胶原用于制备生物医用材料的文献和专利报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种以双醛聚乙二醇为交联剂的胶原基生物医用材料及其制备方法。本发明通过以下技术方案实现，具体步骤如下：

一种以双醛聚乙二醇为交联剂的胶原基生物医用材料及其制备方法，其制备特征如下：

(1) 将聚乙二醇、乙酸酐和二甲亚砜在室温条件下反应2～6h，反应结束后，将反应产物倒入冰乙醚中沉淀，得到的白色沉淀物用二氯甲烷重新溶解后，再次沉淀，重复操作2～3次，产物放入–0.08MPa、40℃的真空干燥箱中干燥8～12小时，得到双醛聚乙二醇产品；

(2) 将质量分数为0.1～5%的双醛聚乙二醇溶液以滴加的方式加入质量分数为0.3～3%的胶原溶液中，混合均匀后注入模具于–30～0℃低温条件下冷冻1～10天，取出后置于冷冻干燥机中冷冻干燥1～2天制成双醛聚乙二醇–胶原海绵；水中重复浸泡2～4次，每次2～10h，也可制成双醛聚乙二醇–胶原水凝胶。

所述的一种以双醛聚乙二醇为交联剂的胶原基生物医用材料及其制备方法，其特征在于聚乙二醇、乙酸酐和二甲亚砜的摩尔比为1:(10～30):140。

所述的一种以双醛聚乙二醇为交联剂的胶原基生物医用材料及其制备方法，其特征在于所述的聚乙二醇的分子量为2000～6000。

所述的一种以双醛聚乙二醇为交联剂的胶原基生物医用材料及其制备方法，其特征在于所述的双醛聚乙二醇与胶原的比例按干重比计为1:(1～100)。

所述的一种以双醛聚乙二醇为交联剂的胶原基生物医用材料及其制备方法，其特征在于双醛聚乙二醇–胶原混合溶液的冷冻反应条件为–30～0℃冷冻1～10天。 

所述的一种以双醛聚乙二醇为交联剂的胶原基生物医用材料及其制备方法，其特征在于冷冻后的双醛聚乙二醇–胶原冷冻干燥条件为1～2天。

所述的一种以双醛聚乙二醇为交联剂的胶原基生物医用材料及其制备方法，其特征在于可用于生物支架、细胞培养、药物释放、烧伤和创伤敷料。

本发明与已有技术相比，具有以下的优点：

(1)本发明中所使用的交联剂是双醛聚乙二醇。聚乙二醇自身具有无毒、无刺激性，在化妆品、制药、食品加工等行业中均有着极为广泛的应用。与传统小分子醛类交联剂相比采用双醛聚乙二醇制备的双醛聚乙二醇–胶原生物医用材料可避免游离小分子醛造成的代谢毒性现象，使制备的胶原基材料具有更高的生物安全性；

(2) 本发明中所制得的以双醛聚乙二醇为交联剂的胶原基生物医用材料具有机械性能可控性，其机械性能可以通过改变聚乙二醇的分子量、聚乙二醇醛化度及双醛聚乙二醇与胶原的质量比等来控制；

(3)本发明采用双醛聚乙二醇作为交联剂，在低温条件下制备胶原生物医用材料的技术，改善了胶原材料的机械性、热稳定性及抗酶解性能，使其具有更高的利用价值及更广的应用领域；

(4)本发明相比冷冻凝胶技术，采用冷冻数天后冷冻干燥技术制备的生物医用材料的机械性能、热稳定性等都有较大提高；

(5)本发明采用冷冻数天后冷冻干燥再溶胀技术制备的双醛聚乙二醇–胶原生物医用材料具有多孔结构，使其具有良好的吸收和保持水分的能力；

(6)本发明还有一些其它方面的优点。

具体实施方案：

下面给出本发明的三个实施例，通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。本发明通过以下技术方案实现，除特别说明外，所涉及的份数均为重量份数，百分比均为重量百分数。

实施例1

分别取5mL二甲亚砜和0.475mL的乙酸酐置于称量瓶中，通入氮气排氧后密封，室温下置于磁力匀速搅拌30min，然后向其中加入1.0g 聚乙二醇后密封，室温下反应4h，将反应溶液倒入冰乙醚中沉淀，得到的白色沉淀物用二氯甲烷重新溶解后，再次倒入冰乙醚中沉淀，重复操作3次，将得到的白色沉淀物置于–0.08MPa、40℃的真空干燥箱中干燥8h，得到双醛聚乙二醇产品。将质量分数为1%的双醛聚乙二醇溶液与质量分数为0.3%的胶原溶液混匀，其中双醛聚乙二醇与胶原的干重比为1：30，将混合溶液倒入模具中，于–20℃下冷冻3天，然后置于冷冻干燥机中冷冻干燥1天，即得双醛聚乙二醇–胶原海绵，将海绵溶胀后得到双醛聚乙二醇–胶原水凝胶。

实施例2

分别取5mL二甲亚砜和0.95mL的乙酸酐置于称量瓶中，通入氮气排氧后密封，室温下置于磁力匀速搅拌30min，然后向其中加入1.0g聚乙二醇后密封，室温下反应6h，将反应溶液倒入冰乙醚中沉淀，得到的白色沉淀物用二氯甲烷重新溶解后，再次倒入冰乙醚中沉淀，重复操作3次，将得到的白色沉淀物置于–0.08MPa、40℃真空干燥箱中干燥10h，得到双醛聚乙二醇产品。将质量分数为2%的双醛聚乙二醇溶液与质量分数为0.8%的胶原溶液混匀，其中双醛聚乙二醇与胶原的干重比为1:50，将混合溶液倒入模具中，于–20℃下冷冻5天，然后置于冷冻干燥机中冷冻干燥1天，即得双醛聚乙二醇–胶原海绵。

实施例3

分别取5mL二甲亚砜和1.425mL的乙酸酐置于称量瓶中，通入氮气排氧后密封，室温下置于磁力匀速搅拌30min，然后向其中加入1.0g 聚乙二醇后密封，室温下反应2h，将反应溶液倒入冰乙醚中沉淀，得到的白色沉淀物用二氯甲烷重新溶解后，再次倒入冰乙醚中沉淀，重复操作3次，将得到的白色沉淀物放入–0.08MPa、40℃真空干燥箱中干燥10h，得到双醛聚乙二醇产品。将质量分数为5%的双醛聚乙二醇水溶液滴加入质量分数为1%的胶原水溶液中，其中双醛聚乙二醇与胶原的干重比为1：70，将混合溶液倒入模具中，于–15℃下冷冻3天，然后置于冷冻干燥机中冷冻干燥1天，得到双醛聚乙二醇–胶原海绵，将海绵溶胀后得到双醛聚乙二醇–胶原水凝胶。

Claims (7)

1.一种以双醛聚乙二醇为交联剂的胶原基生物医用材料及其制备方法，其制备特征如下：

(1) 将聚乙二醇、乙酸酐和二甲亚砜在室温条件下反应2～6h，反应结束后，将反应产物倒入冰乙醚中沉淀，得到的白色沉淀物用二氯甲烷重新溶解后，再次沉淀，重复操作2～3次，产物放入–0.08MPa、40℃的真空干燥箱中干燥8～12小时，得到双醛聚乙二醇产品；

(2) 将质量分数为0.1～5%的双醛聚乙二醇溶液以滴加的方式加入质量分数为0.3～3%的胶原溶液中，混合均匀后注入模具于–30～0℃低温条件下冷冻1～10天，取出后置于冷冻干燥机中冷冻干燥1～2天制成双醛聚乙二醇-胶原海绵；水中重复浸泡2～4次，每次2～10h，也可制成双醛聚乙二醇-胶原水凝胶。

2.根据权利要求1所述的一种以双醛聚乙二醇为交联剂的胶原基生物医用材料及其制备方法，其特征在于聚乙二醇、乙酸酐和二甲亚砜的摩尔比为1:(10～30):140。

3.根据权利要求1所述的一种以双醛聚乙二醇为交联剂的胶原基生物医用材料及其制备方法，其特征在于所述的聚乙二醇的分子量为2000～6000。

4.根据权利要求1所述的一种以双醛聚乙二醇为交联剂的胶原基生物医用材料及其制备方法，其特征在于所述的双醛聚乙二醇与胶原的比例按干重比计为1:(1～100)。

5.根据权利要求1所述的一种以双醛聚乙二醇为交联剂的胶原基生物医用材料及其制备方法，其特征在于双醛聚乙二醇-胶原混合溶液的冷冻反应条件为–30～0℃冷冻1～10天。

6.根据权利要求1所述的一种以双醛聚乙二醇为交联剂的胶原基生物医用材料及其制备方法，其特征在于冷冻后的双醛聚乙二醇-胶原冷冻干燥条件为1～2天。

7.根据权利要求1所述的一种以双醛聚乙二醇为交联剂的胶原基生物医用材料及其制备方法，其特征在于可用于生物支架、细胞培养、药物释放、烧伤和创伤敷料。