CN107754006B - 温度响应性的超分子共聚物水凝胶的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了温度响应性的超分子共聚物水凝胶的应用，利用丙烯酰胺和N‑丙烯酰氯甘氨酰胺两种单体在引发剂作用下共聚得到聚合物凝胶。将聚合物凝胶与碘海醇在高温下混合得到均匀混合物。该含碘海醇的水凝胶可以在稍高于体温的熔融状态下通过微导管注射入肾动脉，将肾栓塞，可以应用于栓塞大动脉。水凝胶混合物能在人体温度附近发生溶胶‑凝胶转变，并且转变速度快。含碘海醇的聚合物能在X射线下显影，有助于该栓塞材料顺利进入目标部位，避免误栓。

Description

温度响应性的超分子共聚物水凝胶的应用
技术领域
本发明属于生物医学工程领域中血管栓塞材料的制备技术，更加具体地说，涉及一种具有温度响应性的超分子共聚物水凝胶栓塞材料及其制备方法及应用。
背景技术
经导管动脉栓塞术作为一种外科手术的辅助方法已经在临床医学上起到了越来越重要的作用。经导管动脉栓塞(TAE)被广泛应用于动静脉畸形、不可切除的肿瘤、颅内动脉瘤等的治疗。与传统的手术切除法相比，TAE具有风险性低、成功率高、治疗过程缓和、并发症几率低等优点。简单地介绍一下经导管动脉栓塞术，栓塞剂通过微导管被注射入指定位置，整个注射过程是在放射线照相仪器监测下准确进行的，并能实时得到数字减影血管造影，以此来确定栓塞是否成功。栓塞的目的是阻止血液流动、停止对肿瘤的营养供应使其逐渐坏死。其中，栓塞剂在经导管动脉栓塞术中起到了关键作用。栓塞剂有很多种，而临床应用广泛的栓塞剂主要有聚乙烯醇颗粒、弹簧圈、氰基丙烯酸正丁酯、乙烯醇共聚物、Onyx等。然而，现有的栓塞剂在临床应用中仍存在许多不利之处，许多栓塞剂在制作过程中需用到具有毒性的有机溶剂，而基于水溶液的栓塞剂则存在易粘附导管、单体有毒性、难于应用等缺点。例如，聚乙烯醇作为一种永久性的颗粒状栓塞剂，虽然注射过程简单、可控、物时间限制，但是由于其颗粒状的本性，导致栓塞不完全，引起被栓塞的血管发生重通现象，从而使手术失败，并且容易发生误栓；Onyx作为一种液体栓塞剂，具有良好的分散性，被广泛地应用于临床上，但是其利用二甲基亚砜(DMSO)作为溶剂，DMSO对为导管具有一定程度的腐蚀作用，并且有研究表明DMSO有较强的血管毒性，可引起急性血管痉挛、损伤和坏死。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供温度响应性的超分子共聚物水凝胶栓塞材料及其制备方法，制备方法过程简单，易于操作，使用该方法制备的凝胶具有上临界熔融转变温度(UCST)，能与碘海醇良好共混，并在体温附近发生相转变。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
温度响应性的超分子共聚物水凝胶栓塞材料，由超分子共聚物水凝胶和碘海醇组成，超分子共聚物水凝胶以单体N-丙烯酰氯甘氨酰胺和单体丙烯酰胺为共聚单体进行自由基聚合而成。
在上述技术方案中，单体N-丙烯酰氯甘氨酰胺和单体丙烯酰胺的质量比为(3—9)：1，优选(5—7)：1。
在上述技术方案中，超分子共聚物水凝胶和碘海醇的质量比为2：(1—1.2)。
在上述技术方案中，将单体N-丙烯酰氯甘氨酰胺和单体丙烯酰胺在水相条件下溶解，加入引发剂，在绝氧条件下由引发剂引发单体的碳碳双键进行自由基聚合。
在上述技术方案中，所述水相选择去离子水，或者自来水。
在上述技术方案中，两种单体的浓度为30—60％，即单体N-丙烯酰氯甘氨酰胺和单体丙烯酰胺的质量/(单体N-丙烯酰氯甘氨酰胺+单体丙烯酰胺+水相的质量)，优选35—50％。
在上述技术方案中，所述引发剂的用量为两种单体质量之和的3％—5％。
利用引发剂提供的自由基引发两种单体发生反应。其中引发剂可以选择高分子聚合领域中常用的水相条件下的热引发剂，如过硫酸铵(APS)、过硫酸钾(KPS)，或者光引发剂，如2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(Irgacure 1173)。如果选择热引发剂，则需要首先利用惰性气体(如氮气、氩气或者氦气)排除反应体系中的氧，以避免其的阻聚作用，然后根据引发剂的活性和用量，将反应体系加热到所用引发剂的引发温度之上并保持相当长的时间，如1h以上或者更长(1-5h)，以促使引发剂能够长时间产生足够多的自由基，引发反应体系持续发生自由基聚合反应，最终制备本发明的水凝胶。如果选择光引发剂，其中引发剂选择了光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(Irgacure 1173)。可以选用了透明密闭的反应容器，在紫外光照射的条件下引发自由基聚合，由于光引发效率高于热引发，因根据所选引发剂的活性和用量调整照射时间时，照射时间可短于热引发的加热时间，如20分钟或者更长(30min-1h)，相对于热引发这样可以使得实验时间大大减少。
在制备方案中，在反应结束后，从反应容器中取出共聚物，去除未参加反应的单体、引发剂、交联剂和溶剂后，浸泡在水中直至达到溶胀平衡(如浸泡7天，每隔12h更换一次水，达到溶胀平衡)。
在制备超分子共聚物水凝胶后，将超分子共聚物水凝胶溶解并与碘海醇混合均匀，即得到含碘海醇的溶胶体系(本发明的温度响应性的超分子共聚物水凝胶栓塞材料)，冷却后得到含碘海醇的凝胶体系。
上述超分子共聚物水凝胶，或者温度响应性的超分子共聚物水凝胶栓塞材料在栓塞治疗中的应用，应用于栓塞猪和兔子的肾动脉，进而用于肾肿瘤的栓塞治疗。
与现有技术相比，经测试，本发明的水凝胶混合物能在人体温度附近发生溶胶-凝胶转变，并且转变速度快，可控制在10s之内，重新成胶后不会发生脱水现象。含碘海醇的聚合物能在X射线下显影，有助于该栓塞材料顺利进入目标部位，避免误栓，同时增加了手术的成功率。
附图说明
图1是利用本发明技术方案合成的三种不同单体比例的共聚物凝胶红外图，其中曲线1代表NAGA与AAm比例为9:1的共聚物凝胶红外图；曲线2代表NAGA与AAm比例为7:1的共聚物凝胶红外图；曲线3代表NAGA与AAm为5:1的共聚物凝胶的红外图。
图2是利用本发明技术方案合成的三种不同单体比例的凝胶的泡水膨胀率。其中，曲线1代表NAGA与AAm比例为9:1的凝胶膨胀率；曲线2代表NAGA与AAm比例为7:1的凝胶膨胀率；曲线3代表NAGA与AAm为5:1的凝胶膨胀率。
图3是利用本发明技术方案合成的NAGA与AAm为5:1时的流变图。
图4是将碘海醇混入NAGA与AAm比例为5:1的凝胶中后得到的混合物的流变图。
图5是在栓塞前对兔子的双肾进行的造影图像。
图6是在栓塞8周后对兔子的双肾进行的造影图像。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。使用的主要仪器如下：(1)傅里叶红外变换光谱仪：Spectrum 100,PerkinElmer,USA；(2)紫外交联仪：XL-1000UVCrosslinker,Spectronics Corporation,NY,USA；(3)流变仪：HAKKE MASE III,ThermoFisher Scientific,Germany，升温速率1℃/min，温度范围30℃～70℃；(4)飞利浦Allura Xper FD20大平板数字减影血管造影机。使用的主要药品如下：(1)碘海醇(欧乃派克)：通用电气药业(上海)有限公司；(2)单体丙烯酰胺(AAm)：科瑞思公司；(3)光引发剂11732-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮：科瑞思公司；(4)单体N-丙烯酰氯甘氨酰胺(NAGA)可选择市购(科瑞思公司，或者西格玛化学试剂)，或者采用如下方法进行制备：
将甘氨酰胺盐酸盐(3.15g)溶于水(3mL)、乙醚(9mL)、碳酸钾(16.8mL)三者的混合溶液中，在冰浴、磁力搅拌下，将丙烯酰氯(2.558mL)与乙醚(12mL)的混合液滴加入上述混合溶液中，滴加完全后在冰浴下反应4小时，用盐酸(6mol/L)调节pH至2，之后用乙醚萃取有机相，利用氢氧化钠(2mol/L)将萃取后的溶液调节pH至7，冻干。利用乙醇和甲醇的混合液(体积比为4:1)溶解冻干后的样品，抽滤除去无机盐，对抽滤后的溶液旋转蒸发除去甲醇和乙醇，重结晶后真空抽滤，最终得到N-丙烯酰氯甘氨酰胺单体。
选择光引发方式进行聚合，将N-丙烯酰氯甘氨酰胺0.1125g、丙烯酰胺0.0375g以及3μL光引发剂1173溶于900μL去离子水中，混合均匀后，注入长40mm、宽1mm的片状模具中，在紫外交联仪中反应40min。反应结束后，得到PNGA-PAAm-3-15水凝胶，将其置于去离子水中，每12h换水一次，换水约5次。取2.0g PNGA-PAAm-3-15高温溶解，加入1.0g碘海醇，得到含碘海醇的溶胶体系，冷却后得到含碘海醇的凝胶体系。
变更两个单体NAGA与AAm的比例：NAGA:AAm＝5：1，7：1，9：1进行水凝胶的制备，在制备水凝胶之后，将水凝胶高温溶解后碘海醇并混合均匀，两者质量比为2：(1—1.2)，得到含碘海醇的溶胶体系，冷却后得到含碘海醇的凝胶体系。
使用红外光谱对制备的水凝胶进行测试，如图1所示，这三种比例的共聚物凝胶的红外图呈现基本相似的特征峰，说明单体比例的不同对聚合物结构没有很大影响，导致红外谱图几乎相同。而单体丙烯酰基双键在1614cm-1处的特征峰消失不见，说明两种单体聚合反应的完成。
凝胶膨胀率测试按照下述方法进行：将新制得的凝胶在37℃烘箱中烘干后，浸泡在37℃的去离子水中，于一定时间间隔称量凝胶的重量(凝胶在称重前用滤纸轻轻地将凝胶表面的水分擦拭掉)，直至凝胶溶胀平衡后停止称量，如附图2所示，从图中可以看出，随着泡水时间的增长，凝胶的膨胀率逐渐增大直至溶胀平衡。随着NAGA含量的增加，凝胶达到平衡溶胀的时间越短，并且平衡膨胀率越低。
使用流变仪对本发明制备的水凝胶进行流变测试(在旋转流变仪HAAHE ModularAdvanced Rheometer System上采用压缩模式测试样品在不同温度下的储能模量和损耗模量，样品浓度15％，升温速率1℃/min，温度范围30℃～70℃)，如附图3所示，NAGA与AAm为5:1时，随着温度的升高，材料的储能模量(G')和损耗模量(G”)均呈现降低的趋势，并且G'的下降趋势要比G”更快，最终导致两条曲线出现交点，即凝胶-溶胶转变点，转变温度为63℃，在本发明的比例范围内，凝胶-溶胶转变点温度平均为60—65摄氏度。选择水凝胶(NAGA与AAm比例为5:1)与碘海醇2:1的质量比进行混合均匀后，进行流变测试，如附图4所示，与图3相似，该材料也存在凝胶-溶胶转变点，转变温度为47℃，在本发明的比例范围内，凝胶-溶胶转变点温度平均为40—50摄氏度，在人体能承受的范围内(37-50℃)，因而可以应用于动物实验栓塞肾动脉，即本发明的水凝胶作为栓塞材料的应用。
利用飞利浦Allura Xper FD20大平板数字减影血管造影机对兔子的双肾进行的造影，如附图5所示，可以清楚的看出兔子的双肾。在栓塞后8周，再进行造影，如附图6所示，兔子被栓塞的右肾在造影图上消失不见了，说明该材料将兔子肾动脉成功栓塞住了。
采用本发明的技术方案，调整工艺参数(引发剂用量、聚合方式、聚合时间和温度等)进行水凝胶的制备，制备的水凝胶均表现出与上述实施例一致的性质。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.温度响应性的超分子共聚物水凝胶的应用，其特征在于，超分子共聚物水凝胶作为栓塞材料的应用，超分子共聚物水凝胶以单体N-丙烯酰氯甘氨酰胺和单体丙烯酰胺为共聚单体进行自由基聚合而成，单体N-丙烯酰氯甘氨酰胺和单体丙烯酰胺的质量比为(3—9)：1，凝胶-溶胶转变点温度平均为60—65摄氏度。
2.根据权利要求1所述的温度响应性的超分子共聚物水凝胶的应用，其特征在于，超分子共聚物水凝胶作为栓塞材料在栓塞治疗中的应用。
3.根据权利要求1所述的温度响应性的超分子共聚物水凝胶的应用，其特征在于，超分子共聚物水凝胶作为栓塞材料在肾肿瘤栓塞治疗中的应用。
4.根据权利要求1所述的温度响应性的超分子共聚物水凝胶的应用，其特征在于，由超分子共聚物水凝胶和碘海醇组成栓塞材料，超分子共聚物水凝胶以单体N-丙烯酰氯甘氨酰胺和单体丙烯酰胺为共聚单体进行自由基聚合而成，单体N-丙烯酰氯甘氨酰胺和单体丙烯酰胺的质量比为(3—9)：1，超分子共聚物水凝胶和碘海醇的质量比为2：(1—1.2)，凝胶-溶胶转变点温度平均为40—50摄氏度。
5.根据权利要求4所述的温度响应性的超分子共聚物水凝胶的应用，其特征在于，由超分子共聚物水凝胶和碘海醇组成栓塞材料在栓塞治疗中的应用。
6.根据权利要求4所述的温度响应性的超分子共聚物水凝胶的应用，其特征在于，由超分子共聚物水凝胶和碘海醇组成栓塞材料在肾肿瘤栓塞治疗中的应用。
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CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20201127

Termination date: 20210820

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