CN108136037A - 复合型生物粘着密封剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开一试剂套件及一生物粘着剂，包含：明胶、藻酸盐、蒙脱石及一偶联剂，特征为快速固化、最佳粘度、高爆裂强度、柔韧性、生物相容性及生物降解性。

Description

复合型生物粘着密封剂

技术领域及背景技术

本发明在其一些实施方式中涉及多种生物粘着剂材料，更具体但非排他地涉及用于形成及使用所述生物粘着剂材料的多种生物粘着密封剂、制剂和多种试剂套件(kit)。

生物粘着剂的基质或生物粘着剂在医学上和手术中越来越多地取代缝合线和钉书针。这种增加的原因包括可完成内部手术程序的潜在速度；粘合物质实现完全闭合的能力，从而防止流体渗漏；形成黏合而不会使被处理的组织过度变形的可能性；避免了拆除缝线的需要；对患者造成较少的疼痛；使用它仅需要更简单的设备，不会对从业人员造成伤害；提供较小的疤痕；并降低感染的可能性。生物粘着剂也可以用于密封气体和体液的泄漏，例如填充瘘管道(fistula tract)并作为胃肠道手术中结肠直肠吻合(colorectalanastomosis)的强化，密封气体从肺部的泄漏，修复主动脉切割并在绕道和其他程序中密封血管，在上述手术中偶尔可能抵抗传统的缝合或缝合技术；用于局部伤口闭合；修复主动脉切割；并用于某些装置的内部和/或外部固定。

像任何粘着剂一样，在固化相应的生物粘着制剂时形成生物粘着剂的基质。因此，将所述制剂施用到(例如)生物物体上，并且当经历混合、固化引发剂时或其他固化引发条件时，进行固化以提供生物粘着剂的基质。

生物粘着剂需要具有生物相容性，并且在大多数情况下也是可生物降解的，并且一旦固化就表现出快速固化、最佳粘合强度(bonding strength)和弹性。此外，生物粘着剂的基质应该被设计成使得相应的制剂显示出可操作的一致性以及固化/粘结时间。更具体地说，生物粘着剂的制剂应该表现出最佳的初始粘度、柔韧性和粘性以允许充分且容易的应用；不太会流动，不会从使用地点流走，也不会过于粘稠，从而干扰均匀和适当的施用，同时在短暂的固化/凝胶化时间下快速固化，但却又是不会太短暂的固化/凝胶化时间，以便顺利地施用到期望的地点。另外，生物粘着剂的制剂/基质应该表现出在体液潮湿条件下快速结合活体组织的能力；生物粘着剂的基质应该形成一桥接，通常是一可渗透的柔性桥接；并且生物粘着剂的制剂、基质和/或其代谢(生物降解)产物不应引起局部组织毒性或致癌作用，同时不会干扰人体的自然愈合机制。

目前可用的一种粘着剂是氰基丙烯酸酯(cyanoacrylate)粘着剂。氰基丙烯酸酯，如氰基丙烯酸2-辛酯(2-octyl cyanoacrylate)，产品名被称为与组织结合牢固，能够快速止血，并且能够与存在于生物表面的流体接触而发生聚合。然而，发现氰基丙烯酸酯粘着剂具有细胞毒性，预固化的粘着剂制剂的粘度太低，并且固化的氰基丙烯酸酯的基质是坚硬且不可生物降解的，干扰正常的伤口愈合。因此在动物实验中，非最佳的粘度、高挠曲模量以及致癌的报导将氰基丙烯酸酯限制于口腔粘膜上的表面应用和危及生命的动静脉的应用上。

其他已知的生物粘着剂制剂是基于明胶-间苯二酚-甲醛(gelatin-resorcinol-formaldehyde)，其中明胶和间苯二酚的混合物通过加入甲醛在数十秒内加热和交联。由这种配方形成的生物粘着剂的优点是粘合强度(bonding strength)足够；然而细胞毒性掩盖了其优势。

用作为一组织密封剂的另一类目前可用的生物粘着剂是利用来自牛和/或人的来源的组分。例如，通常通过将纤维蛋白原(fibrin)和因子XIII的溶液与凝血酶和CaCl₂的溶液混合来制备基于纤维蛋白的粘着剂制剂。这两种溶液通过配备有混合喷嘴的双注射器施用，并所述反应类似于血液凝结中的白色纤维蛋白凝块。商业上可用的例子包括BaxterTisseel和Ethicon CrossealTM。基于纤维蛋白的生物粘着剂的基质的优点包括止血效果、可生物降解性、对结缔组织的良好粘附性和促进伤口愈合。缺点包括低强度(粘着强度(adhesive)和凝聚强度(cohesive))、低粘度(难以仅适用于所需的部位)和感染风险，如使用任何人类来源的产品。在美国，纤维蛋白粘着剂是由患者自己的血液制备以防止污染；然而这个过程耗时且昂贵。其他限制因素包括手术后几天可能重新出现的肺部手术漏气，可能是由于纤维蛋白粘着剂桥接的吸收太快。

其他已知的生物粘着剂是基于蛋白质的组织粘着剂，其是基于白蛋白(albumin)或明胶(gelatin)。还描述了多胺(polyamine)，特别是聚赖氨酸(lysin)或壳聚醣(chitosan)或多羧酸盐(polycarboxylate)，特别是柠檬酸或聚(丙烯酸)(poly(acrylicacid))的添加，以提高交联速率。但是这种生物粘着剂的典型特征是生物相容性和强度不足。

Sung等人[生物医学才疗研究期刊Journal of Biomedical MaterialsResearch，第46卷，第4期，第520-530页，1999年9月15日]报导了各种生物粘着剂制剂的评价，包括基于明胶、藻酸盐(alginate)和碳化二亚胺(carbodiimide)的制剂。然而Sung等人报导的制剂是基于约600毫克/毫升明胶含量或更高，其无法供可行的生物粘着剂制剂。

美国专利号US5,830,932教导了一种粘着剂制剂，适用于制造隔离片(barrierdisc)，粘着剂垫(adhesive pad)或伤口处理垫(wound treatment pad)，其包括聚异丁烯(polyisobutylene)、海藻酸钠(sodium alginate)、果胶(pecti)、明胶(gelatin)、硅酸钙(calcium silicate)和吸收剂(absorptive agent)，如纤维素(cellulose)。

世界知识产权组织的专利公开号WO2013/121429，通过引用并入本文，如同在本文中完整阐述，其教示一生物粘着剂制剂，包含明胶、藻酸盐(alginate)和偶联剂，其可以用于代替缝合线和钉书针，以及释放其中螯合的生物活性剂。

粘土矿物高岭石(kaolinite,也称为高岭土kaolin)使用作为一止血剂，掺入医疗器械中，已经被商业上贩售，商品名为[Kheirabadi,B.S.等人所著，创伤期刊J.Trauma.,2009,67(3),pp.450-459；Pahari,M.等人所著，凯斯消化实验室Cath.Lab.Digest,2010,18(1),pp.28-30；Trabattoni,D.等人所著，国际心血管期刊Int.J.Cardiol.,2012,156(1),pp.53-54；及Causey,M.W.等人所著，外科研究期刊J.SurgRes.,2012,177(2),pp.301-305]]。

明胶和蒙脱土(一种粘土矿物)已经被使用于形成可生物降解的纳米复合膜[Flaker,C.H.C等人所著，食物工程期刊J.Food Eng.,2015,167A,pp.65–70；及Jorge,M.F.C.等人所著，国际聚合物科学期刊Int.J.Polymer Sci.,2015,Article ID 806791]。

额外的背景技术包括Panzavolta S.等人所著，应用的聚合物科学期刊Journalof Applied Polymer Science,2014,131(11)；Hsu,S.等人所著，生物流变学Biorheology,2007.44(1):p.17-28；Otani,Y.等人所著，生物材料Biomaterials,1996.17(14):p.1387-1391；Bae,S.K.等人所著，粘着科学与技术期刊Journal of Adhesion Science andTechnology,2002.16(4):p.361-372；Mo,X.等人所著，生物材料科学期刊Journal ofBiomaterials Science,Polymer Edition,2000.11(4):p.341-351；McDermott,M.K.,等人所著，生物巨分子Biomacromolecules,2004.5(4):p.1270；Mo,X.等人所著，生物医学材料研究期刊Journal of Biomedical Materials Research Part A,2010.94(1):p.326-332；及Okino,H.,等人所著，生物医学材料研究期刊Journal of Biomedical MaterialsResearch Part A,2002.59(2):p.233-245。

发明内容

本发明人设计并成功制备和实践了多种生物粘着剂制剂，能够形成生物粘着剂的基质，具有快速固化、最佳粘度、高粘合强度、柔韧性、生物相容性和生物降解性。

本文中呈现的生物粘着剂的制剂包括明胶(gelatin)、藻酸盐(alginate)、偶联剂(coupling agent)和粘土，并且还可以包含生物活性剂，用于形成药物洗脱生物粘着剂的基质。

本文提出的生物粘着剂制剂和基质，可有利地用于各种生物学和医学程序。

因此，根据本发明的一些实施例的一方面，提供一种用于形成一生物粘着剂的试剂套件，包括：一第一容器，容纳一第一制剂；及一第二容器，容纳一第二制剂；其中所述第一制剂包括明胶及藻酸盐；并且所述第二制剂包括一偶联剂，用于偶联所述明胶，及/或用于偶联所述藻酸盐，及/或用于将所述明胶偶联至所述藻酸盐；其中所述第一制剂及所述第二制剂中的至少一者包括蒙脱土。

在一些实施例中，通过以1：9至25：1的体积比将所述第一制剂及所述第二制剂相结合所获得的所述明胶在一生物粘着剂中的一浓度范围为50毫克/毫升至500毫克/毫升。

在一些实施例中，通过以1：9至25：1的体积比将所述第一制剂及所述第二制剂相结合所获得的所述藻酸盐在一生物粘着剂中的一浓度范围为5毫克/毫升至100毫克/毫升。

在一些实施例中，通过以1：9至25：1的体积比将所述第一制剂及所述第二制剂相结合所获得的所述蒙脱土在一生物粘着剂中的一浓度范围为1毫克/毫升至50毫克/毫升。

在一些实施例中，通过以1：9至25：1的体积比将所述第一制剂及所述第二制剂相结合所获得的所述偶联剂在一生物粘着剂中的一浓度范围为1毫克/毫升至40毫克/毫升。

在一些实施例中，在一生物粘着剂中，通过以1：9至25：1的体积比将所述第一制剂及所述第二制剂相结合所获得的：所述明胶的一浓度范围为200毫克/毫升至400毫克/毫升，所述藻酸盐的一浓度范围为20毫克/毫升至40毫克/毫升，所述蒙脱土的一浓度范围为5毫克/毫升至30毫克/毫升，及所述偶联剂的一浓度范围为10毫克/毫升至30毫克/毫升。

在一些实施例中，所述第一制剂及所述第二制剂包括水。

在一些实施例中，通过以1：9至25：1的体积比将所述第一制剂及所述第二制剂相结合所获得的水在一生物粘着剂中的一用量为所述生物粘着剂的40％至95％。

在一些实施例中，通过以1：9至25：1的体积比将所述第一制剂及所述第二制剂相结合所获得的所述明胶在一生物粘着剂中的一浓度小于500毫克/毫升，并且所述生物粘着剂的特征为在所述结合时的一室温粘度范围为1帕斯卡-秒至50帕斯卡-秒，并且由所述结合起进行达到30分钟。

在一些实施例中，所述第一制剂及/或所述第二制剂还包括一交联促进剂。

在一些实施例中，所述第一制剂及/或所述第二制剂还包括一生物活性剂。

在一些实施例中，通过将所述第一制剂及所述第二制剂相结合所获得的所述生物活性剂在一生物粘着剂中的一浓度范围为所述生物粘着剂的总体积的0.1重量百分比/体积至10重量百分比/体积。

在一些实施例中，所述试剂套件用于在固化时形成一生物粘着剂的基质，其中用于形成所述基质的一固化时间范围为5秒至30分钟。

在一些实施例中，根据手术密封剂的爆裂强度的标准测试方法ASTM F2392-04，所述基质的特征为以破裂一层所述基质所需一最大压力来表示一爆裂强度，一层所述基质具有约1毫米的厚度并且是通过将约0.5毫升的所述生物粘着剂施用在约3.0毫米均匀直径的孔洞上及所述孔洞的周围来提供的，所述孔洞是在一胶原片材中打洞形成的，所述最大压力的范围为350毫米汞柱至650毫米汞柱。

在一些实施例中，述试剂套件是一施用器装置，用于从所述第一容器分配所述第一制剂以及从所述第二容器分配所述第二制剂，从而形成所述生物粘着剂。

在一些实施例中，所述施用器包括：

所述第一容器，为一第一注射器的形式，所述第一注射器具有：一第一针筒，限定一第一腔室，用于容纳所述第一制剂，以及一第一活塞，具有容纳在所述腔室中的一端，用于从所述第一腔室挤出所述第一制剂；

所述第二容器，为一第二注射器的形式，所述第二注射器具有：一第二针筒，限定一第二腔室，用于容纳所述第二制剂，以及一第二活塞，具有容纳在所述第二腔室中的一端，用于从所述第二腔室挤出所述第二制剂；

一喷嘴，具有一远端、一近端及一延伸穿过所述喷嘴的内腔；以及一装置，用于将所述喷嘴的所述近端连接到所述第一腔室及所述第二腔室，使得所述第一制剂及所述第二制剂在所述内腔中接触，

从而在驱动所述第一活塞及所述第二活塞时形成所述生物粘着剂，所述生物粘着剂可通过所述喷嘴射出。

在一些实施例中，所述试剂套件被识别用于粘着一生物物体。

在一些实施例中，所述试剂套件被识别用于密封一生物物体中的一破裂。

在一些实施例中，所述试剂套件被识别用于将至少两个物体彼此粘合，所述物体中的至少一者是一生物物体。

根据本发明的一些实施例的一方面，提供本文中所陈述的试剂套件的一种用途，所述试剂套件用于形成一生物粘着剂的基质。

在一些实施例中，所述生物粘着剂的基质用于粘着一生物物体。

在一些实施例中，所述生物粘着剂的基质用于密封一生物物体中的一破裂。

在一些实施例中，所述生物粘着剂的基质用于将至少两个物体彼此粘合，所述物体中的至少一者是一生物物体。

根据本发明的一些实施例的一方面，提供一种生物粘着剂的基质，所述生物粘着剂的基质是通过将一第一制剂与一第二制剂接触而被形成，其中所述第一制剂包括一明胶及一藻酸盐；所述第二制剂包括一偶联剂，用于偶联所述明胶，及/或用于偶联所述藻酸盐，及/或用于将所述明胶偶联至所述藻酸盐；其中所述第一制剂及所述第二制剂中的至少一者包括蒙脱土。

在一些实施例中，所述生物粘着剂的基质还包括螯合(sequester)在其中的一生物活性剂，所述生物粘着剂的基质是一药物洗脱用生物粘着剂的基质。

根据本发明的一些实施例的一方面，提供一种生物粘着剂，包括：

a)明胶；

b)藻酸盐；

c)蒙脱土；

d)一偶联剂，用于偶联所述明胶，及/或用于偶联所述藻酸盐，及/或用于将所述明胶偶联至所述藻酸盐；及

e)水。

除非另有定义，否则所有本文使用的技术和/或科学术语与本发明所属领域的通常技术人员所理解的具有相同含义。尽管与本文所描述的类似或相同的方法或材料可以用于实践或测试本发明的实施例，但是仍将示例性的方法和/或材料描述如下。在冲突的情况下，以专利说明书所包含的定义为主。此外材料、方法和实施例仅是用于说明，而非旨在必然性地限制各自实施例。

附图说明

本发明在本文中仅以示例性的方式描述，并参考附图。现在具体详细地参照附图，重要的是其所显示的细节是通过示例的方式，仅仅是用于说明及讨论本发明的实施例。在这点上，当将说明结合附图，如何可具体实践出本发明的实施例对于领域技术人员是显而易见的。

在图式中：

图1A至图1C呈现多个对比柱状图，显示明胶浓度对爆裂强度(图1A)的影响；搭接剪切(lap shear)下对粘合强度的影响，其也显示生物粘着剂的手动施用(图1B中的深色柱)以及通过双注射器施用(图1B中的浅色柱)；以及对压缩弹性模量的影响(图1C)，其中EDC浓度保持恒定在20毫克/毫升；

图2A至图2C呈现多个对比柱状图，显示藻酸盐浓度对爆裂强度(图2A)的影响；搭接剪切(lap shear)下对粘合强度的影响(图2B)；以及对压缩弹性模量的影响(图1C)，基于400毫克/毫升的明胶和20毫克/毫升的EDC的生物粘着剂；

图3A至图3C呈现多个对比柱状图，显示MMT浓度对爆裂强度(图3A)的影响；搭接剪切(lap shear)下对粘合强度的影响(图3B)；以及对压缩弹性模量的影响(图3C)，基于明胶:藻酸盐:EDC比例为400:10:20的生物粘着剂；

图4A至图4C呈现多个对比柱状图，显示高岭土浓度对爆裂强度(图4A)的影响；搭接剪切(lap shear)下对粘合强度的影响(图4B)；以及对压缩弹性模量的影响(图4C)，基于明胶:藻酸盐:EDC比例为400:10:20的生物粘着剂；

图5A至图5B显示蒙脱土的XRD研究结果，图5A显示原始蒙脱土(1号线段)和未加载的生物粘着剂(2号线段)的XRD图形，图5B显示一生物粘着剂复合制剂的归一化XRD图形，根据本发明的一些实施例中，装载有20毫克/毫升的蒙脱土(3号线段)10毫克/毫升的蒙脱土(4号线段)以及5毫克/毫升的蒙脱土(5号线段)；；

图6A至图6C呈现高岭土(图6A)和蒙脱土钠(MMT；图6B)以及不同类型的聚合物/层状硅酸盐复合物(polymer/layered silicate composites)的化学结构的示意图，其中微米复合物(microcomposite)被认为是高岭土硅酸盐复合物的表征，插层纳米复合物(intercalated nanocomposite)和剥离纳米复合物(exfoliated nanocomposite)被认为是蒙脱土硅酸盐复合物的表征；

图7A至图7C呈现进行流变学测试(rheological tests)以评估示例性生物粘着剂的制剂的粘度结果，根据本发明的一些实施例中，其显示明胶浓度的影响(图7A)，藻酸盐浓度的影响，基于400毫克/毫升的明胶(图7B)以及蒙脱土(由图7C中用正方形标记)和高岭土(在图7C中用三角型标记)浓度的影响，在具有凝胶-藻酸盐的比例为400:10的生物粘着剂的制剂中；

图8显示明胶-藻酸盐-EDC的比例为400:10:20的生物粘着剂在蒙脱土浓度(用方块标记)和高岭土浓度(用三角标记)的影响下的凝胶化时间，如使用于一示例性生物粘着剂的制剂，基于明胶-藻酸盐-EDC的比例为400:10:20；

图9A至图9B显示冷水鱼明胶(深色柱)对猪明胶(浅色柱)对初始粘度(图9A)和爆裂强度(图9B)的影响，测量于一示例性生物粘着剂的制剂，根据本发明的一些实施例，具有明胶-藻酸盐-EDC的比例为400:10:20毫克/毫升；及

图10呈现一定性模型的一示意图，描述生物粘着剂的组分对凝聚强度(cohesivestrength)和粘着强度(adhesive strength)的影响，其中深色/浅色箭头分别表示增加/减少某一参数导致下一者的增加的情况，而虚线代表更温和的回应。

具体实施方式

本发明在其一些实施方式中涉及多种生物粘着剂材料，更具体但非排他地涉及用于形成及使用所述生物粘着剂材料的多种生物粘着密封剂、制剂和多种试剂套件。

参考附图和所附描述可以更好地理解本发明的原理和操作。

在说明本发明的至少一种详细实施例之前，应当理解的是，本发明不只限于应用到下面的说明中所阐述的细节或通过实施例举例说明的细节。本发明能够实施成为其它的实施例或以各种方式被实践。另外也应理解，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被视为限制。

如上所述，软组织生物粘着剂是将组织保持在一起的物质，并且可广泛用于医学和手术，并且还可用于控制出血并作为广泛医疗应用中的密封剂。一种理想的生物粘着剂应该允许快速粘合/密封并且保持伤口边缘的紧密贴合足够长的时间，以允许伤口愈合。它不应该干扰人体的自然愈合机制，应该降解而不会产生过度的局部或全身的发炎反应。另外，固化前应该是粘稠的液体(易于涂抹)，凝胶化的时间短，凝固迅速。

在寻求目前已知的生物粘着剂的制剂改良时，本发明人惊奇地发现，在基于明胶、藻酸盐和偶联剂(例如EDC)的生物粘着剂的制剂中添加粘土矿物，可提供一高效能的生物粘着密封剂。令人惊讶地发现，尽管一些最常使用的粘土矿物可以被添加到生物粘着剂中，如高岭土(已知其促进凝结(coagulation)的活性)，但蒙脱土(MMT)能赋予更多有利于生物粘着剂的性能。

如本文所用的术语“生物粘着剂”是指能够粘着到活体组织和/或另一物体的物质。生物粘着剂因此可以用于密封活体组织中的破裂，粘着活体(软的和/或硬的)组织的两个部分，或者粘着活体组织到其自身和/或一无生命的物体。根据本发明的一些实施例中，术语“生物粘着剂”用于描述一粘性和可固化物质(胶)，包含天然存在的聚合物，例如蛋白质和碳水化合物，其还能够粘附到活体组织并以如上所述方式有效和安全地使用在医疗应用中。应注意的是，在一些应用中，术语“生物粘着剂”用于指施用于外部组织或局部施用以将物体附着于皮肤的制剂，而在生物粘着剂的一些应用中是使在内部使用，它被称为“密封剂”。除了所有生物粘着剂所共有的性质，例如生物相容性、柔韧性、固化性、降解性等，当作为密封剂时，生物粘着剂需要表现出与特定密封剂的用途相关的机械特性，如爆裂强度(burst strength)。

根据一些实施例，未固化的生物粘着剂在本文中被称为生物粘着剂的制剂，而固化的生物粘着剂在本文中被称为生物粘着剂的基质。如本文所使用的生物粘着剂的制剂是指一柔韧制剂，可用于活体组织和/或准备粘着到活体组织的物体，目的是粘着活组织和/或物体；生物粘着剂基质是指一固化后的生物粘着剂的制剂，将活体组织和/或物体结合在一起。因此，本文提及的生物粘着剂的制剂，因此是相应的生物粘着剂的基质的前导物(precursor)；生物粘着剂的基质通过固化生物粘着剂的制剂而形成，使得生物粘着剂的制剂可以被认为是一预固化的制剂。

生物粘着剂的成分：

本文呈现的生物粘着剂包含至少两种类型的聚合物(例如藻酸盐(alginate)和明胶(gelatin))，偶联剂和蒙脱土。生物粘着剂的制剂在偶联剂存在下进行交联反应，由此固化。

不受任何特定理论的限制，认为交联反应涉及明胶链与藻酸盐链的交联，基本上通过将明胶中的伯胺(primary amines)与藻酸盐中的羧基(carboxyl)偶联和/或与一或多种其他明胶分子交联。蒙脱土被包埋在交联聚合物中。当使用液体制剂，其包含明胶作为主要组分的和藻酸盐作为相对于明胶的次要组分，认为大部分交联在明胶和藻酸盐之间形成。交联聚合物网络(本文称为生物粘着剂的基质)，本质上是包埋蒙脱土的明胶和藻酸盐，并且是流体生物粘着剂的制剂的固化的半固体凝胶产物。因此，基质被认为是包埋蒙脱土的偶联明胶-藻酸盐基质，通过使用偶联剂在蒙脱土存在下偶联明胶和藻酸盐而提供。

如本文所用，并且是本领域已知的，术语“明胶(gelatin)”描述了可在某些条件下形成凝胶的水溶性蛋白质。明胶通常通过在酸性或碱性下热溶解并且在部分水解胶原蛋白的条件下来获得。A型明胶通过酸性过程获得，并且具有高密度的氨基，其引起正电荷。B型明胶通过碱性处理获得，并且具有高密度的羧基，其引起负电荷。胶原蛋白有不同的来源，例如动物皮肤和骨胳，它们提供各种明胶形式，具有各种物理和化学特性。通常明胶含有18个氨基酸，以部分有序的方式连接；甘氨酸(glycine)或丙氨酸(alanine)约为残基的三分之一至一半，脯氨酸(proline)或羟脯氨酸(hydroxyproline)约为四分之一，其余四分之一包括酸性或碱性的氨基酸残基。通常，为了将明胶溶解在水中，必须通过加热或搅拌并加入热水达到至少35℃的温度，取决于使用的明胶来源。中度加热提高溶解度，高度加热可能导致凝结或水解部分明胶。明胶的粘度随类型、浓度、时间和温度而变化。与碱处理过的明胶相比，酸处理过的明胶具有稍大的特性粘度。明胶相对便宜，具有生物相容性，可以忽略不计的免疫问题，而且是可生物降解的。“布鲁姆(Bloom)”是测量凝胶或明胶强度的测试。所述测试决定探头所需的重量(以克为单位)(通常直径为0.5英寸)，以使凝胶表面偏离4毫米而不会破裂。结果以布鲁姆(Bloom)等级或布鲁姆(Bloom)数目来表示，通常在30到300布鲁姆(Bloom)之间。为了对明胶进行布鲁姆(Bloom)测试，在测试之前将6.67％明胶溶液在10℃下保持17至18小时。

本发明的实施例的上下文中，明胶的替代品可以包括非动物性的凝胶源，例如琼脂(agar，从海藻中获得的复合碳水化合物)、角叉菜胶(carrageenan，从海藻中获得的复合碳水化合物)，果胶(pectin，胶态碳水化合物)、魔芋胶(konjac从魔芋属(Amorphophallus)植物中提取的胶态碳水化合物)、瓜尔豆胶(guar gum，或瓜尔胶(guaran)从瓜尔豆属(Cyamopsis tetragonolobus)的簇豆中提取的一种半乳甘露聚醣(galactomannan))以及它们与明胶或不与明胶结合的各种组合。

如本文所用的术语“藻酸盐(alginate)”是描述阴离子多醣(anionicpolysaccharide)并且是本领域已知的。在本文中和本领域中也称为藻酸(alginic acid)是一嵌段共聚物，由β-D甘露醣醛酸单体(β-D mannuronic acid，M嵌段(M block))和α-L古洛醣醛酸(α-L guluronic acid，G嵌段(G block))组成，其中不同形式的藻酸盐具有不同的M/G比例。如本文所用，术语“藻酸盐”涵盖各种M/G比率。M/G比率根据藻类/植物的种类、来源和收获季节而有变化。

在一些实施例中，藻酸盐具有0.3至4、0.7至3或1至2的M/G比率。在其他实施例中，M/G比率为0.7、0.9、1、1.3、1.5、1.7、1.9、2、2.3、2.5、2.7、3、3.5或4。

已知藻酸盐通过结合水(能够在水中吸收自身重量的200-300倍)形成粘稠的胶质。

在温和条件下藻酸盐在水溶液中经历可逆的凝胶化，通过与二价阳离子相互作用，所述二价阳离子在相邻的藻酸盐链的G嵌段之间结合，而产生离子链桥接。由于藻酸盐通常是具有羧基末端的阴离子聚合物，因此它已知作为一良好的粘膜粘着剂。

天然存在的藻酸盐通常在海洋棕藻(marine brown algae，例如Macrocystispyrifera、Ascophyllum nodosum及Laminaria)和土壤细菌(假单胞菌属(Pseudomonas)和固氮菌属(Azotobacter))中产生。也可想到合成制备的藻酸盐。

海藻酸盐相对便宜，具有生物相容性，在哺乳动物中不引起免疫反应，并且是生物可降解的。

在本发明的一些实施例的上下文中，藻酸盐可以以表现出大于2帕斯卡-秒的高粘度(HV)形式或表现出0.1至0.3帕斯卡-秒的低粘度(LV)形式使用。如下文实施例部分所示，LV/HV藻酸盐形式的使用为本文所呈现的生物粘着剂的制剂的微调和优化增添了另一参数。

生物粘着剂还包括一粘土矿物，其通常作为干粉或固体颗粒的悬浮物，加入到明胶/藻酸盐混合物的溶液中。粘土矿物包括但不限于高岭土(Kaolinite、Kaolin，Al₂Si₂O₅(OH)₄)、蒙脱土(montmorillonite、MMT，(Na,Ca)_0.33(Al,Mg)₂Si₄O₁₀(OH)₂·nH₂O))、埃洛石(Halloysite，Al₂Si₂O₅(OH)₄)、伊利石(Illite，(K,H₃O)(Al,Mg,Fe)₂(Si,Al)₄O₁₀[(OH)₂,(H₂O)])、蛭石(Vermiculite，(MgFe,Al)₃(Al,Si)₄O₁₀(OH)₂·4H₂O)、滑石(Talc，Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂)、海泡石Sepiolite，Mg₄Si₆O₁₅(OH)₂·6H₂O)、坡缕石(Palygorskite、凹凸棒石Attapulgite，(Mg,Al)₂Si₄O₁₀(OH)·4(H₂O))和叶蜡石(Pyrophyllite，Al₂Si₄O₁₀(OH)₂)。

高岭石(Kaolinite、Kaolin)和蒙脱土((montmorillonite、MMT)都是层状硅酸盐(layered silicates、phyllosilicates，或粘土矿物)，具有Si₂O₅(又称2:5比例)硅酸盐四面体(silicate tetrahedra)的平行片的一通常形式，将另一氧化物(如氧化铝)上的层夹于中间，并通过水或羟基进行氢键键合。尽管高岭土是1：1的粘土，意思是二氧化硅和氧化铝层以1:1的比例交替，但蒙脱土是2：1的粘土，意思是具有两个四面体二氧化硅片(tetrahedral silica sheet)将中心八面体氧化物片(octahedral oxide sheet)夹于中间。据观察，高岭土在润湿时不膨胀，而蒙脱土具有显著的湿膨胀(expansion orswelling)的能力。这些结构差异可以解释复合明胶-藻酸盐生物粘着密封剂的制剂的性能差异。

如上所述，尽管高岭土是众所周知的并广泛地作为市售医药产品中的促凝剂或凝血促进剂，但蒙脱土很少用于此目的。如下面的实施例部分所示，蒙脱土在本发明的实施例的上下文中被认为是有利的；例如与高岭土相比，赋予生物粘着剂更高的爆裂强度。因此根据本发明的实施例，生物粘着剂包含蒙脱土。

如本文所用的术语“偶联剂(coupling agent)”是指一试剂，可以在分子内、分子间或两者上催化或形成两个或更多个官能团之间的键结。偶联剂被广泛用于增加聚合物网络并促进聚合物链之间的交联，因此在本发明的一些实施例中，偶联剂是可以促进聚合物链之间交联，或者可以促进氨基官能基和羧基官能基之间交联，或者聚合物链的其他化学相容官能团之间的交联，或者可以促进明胶和藻酸盐之间的交联。在本发明的一些实施例中，术语“偶联剂”可以用术语“交联剂(crosslingking)”代替。在一些实施例中，一种聚合物用作为一偶联剂并且也作为交联聚合物。

“化学相容(chemically compatible)”是指两种或更多种类型的官能基可以彼此反应以形成键结。

通常存在于明胶和藻酸盐中的示例性官能团包括但不限于胺(主要是伯胺(primary amines)-NH₂)、羧基(-CO₂H)、巯基和羟基(分别为-SH和-OH)和羰基(-COH醛和-CO-酮)。

伯胺存在于多肽链的N-末端(称为α-胺)，赖氨酸侧链(Lys，K)残基(ε-胺)，如在明胶中发现，以及在各种天然存在的多醣和氨基糖苷类(aminoglycosides)中发现。由于其在生理条件下带正电，伯胺通常面向蛋白质和其他大分子的外表面(即在外表面上)；因此它们通常可以进行结合。

羧基发生在多肽链的C-末端，在天冬氨酸(Asp，D)和谷氨酸(Glu，E)的侧链处，以及天然存在的氨基糖苷和多醣(如藻酸盐)的侧链处。像伯胺一样，羧基通常位于大分子聚合物的表面(如蛋白质和多醣)。

巯基和羟基分别出现在半胱氨酸(Cys，C)和丝氨酸(Ser，S)的侧链上。羟基在多醣和氨基糖苷中含量丰富。

羰基(如酮或醛)可以通过各种氧化过程(合成和/或天然)在糖蛋白，糖苷(glycosides)和多醣中形成。

根据本发明的一些实施例，偶联剂可根据官能基的类型和可在其间形成的交联键的性质来选择。例如，可以使用碳化二亚胺(carbodiimide)型偶联剂，如EDC，来提供直接与胺的羧基偶联；胺可以通过N-羟基琥珀酰亚胺酯(N-hydroxysuccinimide esters，NHS-酯)、亚氨酸酯(imidoester)、PFP-酯或羟甲基膦(hydroxymethyl phosphine)偶联至羧基、羰基和其他反应性官能基；巯基可通过马来酰亚胺(maleimide)、卤代乙酰(haloacetyl，如溴或碘)、吡啶基二硫化物(pyridyldisulfide)和乙烯基砜(vinyl sulfone)偶联至羧基、羰基、胺和其它反应性官能基；如氧化碳水化合物中的醛，可以偶联至酰肼(hydrazide)的其它反应性官能基偶联；并且羟基可以偶联至羧基、羰基、胺基和异氰酸酯(isocyanate)的其它反应性官能团。

因此，可用于本发明的一些实施例中的合适偶联剂包括但不限于碳化二亚胺(carbodiimides)、NHS-酯、亚氨酸酯(imidoesters)、PFP-酯或羟甲基膦(hydroxymethylphosphines)。

碳化二亚胺(carbodiimide)是一完全交联剂，促进羧基与伯胺直接偶联(缀合，conjugation)。因此，与其他试剂不同，碳化二亚胺是一零长度交联剂；它不会成为偶联分子之间最终交联的一部分。因为多肽、蛋白质、多醣和氨基糖苷(aminoglycosides)含有多个羧基和胺基，所以碳化二亚胺介导的直接偶联/交联通常导致多肽的随机聚合。

EDC或N-(3-二甲基氨基丙基)-N'-乙基碳化二亚胺盐酸盐(N-(3-Dimethylaminopropyl)-N′-ethylcarbodiimide hydrochloride,)是一种广泛使用的碳化二亚胺型偶联剂和交联剂，其使羧基和氨基之间的缩合形成酰胺键(amide bonds)和副产物尿素(byproduct urea)。一旦EDC与胺/羟基反应物反应，EDC不存在于偶联产物的结构中；因此在本实施例的本文中，其生物相容性和生物可降解性不是问题。由于明胶分子既具有羧基又具有氨基，因此这类聚合物可以通过EDC进行分子间交联。

已知EDC及其尿素衍生物具有细胞毒性并抑制细胞生长。对于活体组织中的氨基和羧基的高反应性以及尿素衍生物的释放可能是EDC细胞毒性的基础。

根据本发明的一些实施例，碳化二亚胺型偶联剂的替代物包括但不限于乙二醛(glyoxal)、甲醛(formaldehyde)、戊二醛(glutaraldehyde)、聚戊二醛(polyglutaraldehyde)、葡聚醣(dextran)、柠檬酸衍生物(citric acid derivatives)，微生物转谷氨酰胺酶(microbial transglutaminase)和京尼平(genipin)。

在一些实施例中，偶联剂在偶联反应期间用完，并产生尿素衍生物作为胺和羧基之间偶联反应的副产物。尿素衍生物的性质由所用偶联剂的性质决定。

根据本发明的一些实施例，各种偶联剂和交联剂可以组合或根据明胶、藻酸盐以及偶联剂，在任何给定的生物粘着剂的制剂中，作为添加剂，以进一步促进交联反应。在代表性实例中，将NHS-酯加入到碳化二亚胺型偶联剂中，如EDC。

在EDC的交联反应中加入NHS，提供了一NHS活化的羧酸基团，其不易水解并防止重新排列。另一方面，在高浓度下，NHS可与EDC反应并与交联反应竞争，从而减少用于交联的EDC的有效量。因此诸如NHS的试剂在本文中被称为交联促进剂。

通过添加各种试剂，所述试剂促进偶联反应并且在本发明的上下文中促进在形成生物粘着剂的基质中形成交联，旨在提高交联效率和/或减少偶联剂的用量，所述量是形成基质并展现所期望的特征所需要的，如上所述。因此，这些试剂在本文中被称为“交联促进剂”。交联促进剂的量以每单位重量/体积中的重量/体积的百分比(w/v/w/v)提供，即相对于偶联剂的量提供，并且根据本发明的一些实施例，所述量在约1％至100％或1％至200％的重量/体积/重量/体积的百分比的范围内。

交联促进剂的代表性实例包括但不限于磺基(sulfo)-NHS、HOBt、HOAt、HBtU、HCtU、HAtU、TBtU、PyBOP、DIC五氟苯酚等(pentafluorophenol)。

根据本发明的一些实施例，本文提供的生物粘着剂的制剂中交联剂和交联促进剂的组合提供了具有改善的粘合强度的生物粘着剂的基质。此外，交联剂(例如EDC)和交联促进剂(例如N-羟基琥珀酰亚胺(N-hydroxysuccinimide，NHS))的组合，允许生物粘着剂中EDC的量显著降低。由于使用EDC的医疗安全性和细胞毒性影响，减少EDC的量是有益的。

在一些实施例中，交联促进剂的量可以为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、25、30、35、40、45、50、60、70、100、150、200％，相对于偶联剂的量，包括在1和200％之间的任何值，或者可以甚至更高。在本发明的一些实施例中，相对于偶联剂的量，交联促进剂的量为5、10、15、20、30或40％，包括5至40％的任何值。

当串联使用时，即使使用较低浓度的EDC，EDC和NHS也能提供具有较强键结的生物粘着剂的基质。一示例性制剂包括10毫克/毫升的量的EDC和相对于EDC量为10％的NHS的量。

为了改变其预固化特性，可以将各种额外的和任选的添加剂加入到生物粘着剂中，例如粘度调节剂，用于改良施用和扩散限制、渗透增强剂、以及着色剂或荧光剂，用于在施用期间进行追踪并跟进。可以将各种添加剂加入到生物粘着剂中以改变其后固化特性(post-curing characteristics)，即影响所得基质特性的添加剂，例如额外的偶联剂/交联剂、钙离子和其它土族金属，其作为胶凝剂(gelling agent)，通过交联剂的特性，用于各种藻酸盐物质(alginate species)、塑化剂(plasticize)、硬化剂(hardeners)、软化剂(softeners)、填料(fillers)和其他用于改变基质挠曲模量的试剂，以及当存在于生物粘着剂中时影响生物活性物质的释放、渗透和吸收速率的添加剂，如下文更详细讨论。

成分浓度：

根据本发明的一些实施例，生物粘着剂包含明胶、海藻酸盐、蒙托土和偶联剂，而这些成分中的各者以一浓度存在于生物粘着剂的制剂中，所述浓度的结果是根据依照一给定比例的第一制剂和第二制剂的组合。

这里应该注意的是，选择其聚合物的浓度以提供可操作且柔韧的稠度(consistency)(主要在粘度(viscosity)方面)，对于生物粘着剂的制剂是有用的和有效的。因此可使用的制剂的聚合物浓度范围的上限不能超过一定值，特别是明胶。超过这些最大范围值中的一个或多个可能导致不可使用的制剂，其可能无法形成或不够柔韧而无法施用。

因此第一制剂和第二制剂中的任一种中的各种成分的浓度是根据第一制剂和第二制剂组合时的体积或重量比例而设定。由于制剂通常制成液体，因此就根据体积的第一制剂和第二制剂的组合是更实际的，然而应该注意到，第一制剂和第二制剂的组合也可以根据重量。

根据一些实施例，第一制剂和第二制剂的组合分别是以1:9、2:8(1:4)、3:7、4:6、5:5(1:1)、2：1、3：1、4：1、5：1、6：1、7：1、8：1、9：1、10：1、11：1、12：1、13：1、14：1、15：1、16：1、17：1、18：1、19：1、20：1、21：1、22：1、23：1或25：1的第一制剂和第二制剂的比例来实现，或者1：9至25：1之间的任何比例来实现。在一些实施例中，体积比例分别在第一制剂和第二制剂的1：1至25：1的比例范围内。在一些实施例中，体积比例分别在第一制剂和第二制剂的1:1至1:10的比例范围内。在一些实施例中，体积比例分别在第一制剂和第二制剂的2:1至6:1的比例范围内。在一些实施例中，体积比例为第一制剂和第二制剂的4:1的比例。

根据本发明的一些实施例，通过以1：9至25：1的体积比例结合第一制剂和第二制剂所获得的生物粘着剂的制剂中的明胶浓度为500毫克/毫升或更低。根据本发明的一些实施方案，生物粘着剂制剂中明胶的浓度范围为5毫克/毫升至500毫克/毫升。在一些实施方案中，生物粘着剂制剂中的明胶含量为100毫克/毫升至500毫克/毫升、100毫克/毫升至400毫克/毫升、100毫克/毫升至300毫克/毫升、100毫克/毫升至200毫克/毫升、50毫克/毫升至400毫克/毫升、50毫克/毫升至300毫克/毫升、50毫克/毫升至200毫克/毫升或50毫克/毫升至100毫克/毫升，包括上述范围之间的任何值。

根据本发明的一些实施例，通过以1：9至25：1的体积比利结合第一制剂和第二制剂所获得的生物粘着剂的制剂中藻酸盐的浓度范围为5毫克/毫升至100毫克/毫升。在一些实施方案中，生物粘着剂的制剂中的藻酸盐含量为10毫克/毫升至100毫克/毫升、10毫克/毫升至90毫克/毫升、10毫克/毫升至80毫克/毫升、10毫克/毫升至70毫克/毫升、10毫克/毫升至60毫克/毫升、10毫克/毫升至50毫克/毫升、10毫克/毫升至40毫克/毫升、或5毫克/毫升至90毫克/毫升、5毫克/毫升至80毫克/毫升、5毫克/毫升至70毫克/毫升、5毫克/毫升至60毫克/毫升、5毫克/毫升至50毫克/毫升、5毫克/毫升至40毫克/毫升、5毫克/毫升至30毫克/毫升、5毫克/毫升至20毫克/毫升或5毫克/毫升至10毫克/毫升，包包括上述范围之间的任何值。

根据本发明的一些实施例，通过以1：9至25：1的体积比例结合第一制剂和第二制剂所获得的生物粘着剂的制剂中蒙脱土的浓度范围为1毫克/毫升至100毫克/毫升。在一些实施例中，生物粘着剂的制剂中的蒙脱土含量为1毫克/毫升至100毫克/毫升、1毫克/毫升至90毫克/毫升、1毫克/毫升至80毫克/毫升、1毫克/毫升至70毫克/毫升、1毫克/毫升至60毫克/毫升、1毫克/毫升至50毫克/毫升、1毫克/毫升至40毫克/毫升、1毫克/毫升至30毫克/毫升、1毫克/毫升至20毫克/毫升或1毫克/毫升至10毫克/毫升，包括上述范围之间的任何值。

根据本发明的一些实施方例，通过以1：9至25：1的体积比例结合第一制剂和第二制剂所获得的生物粘着剂的制剂中偶联剂的浓度范围为1毫克/毫升至50毫克/毫升、1毫克/毫升至40毫克/毫升、1毫克/毫升至30毫克/毫升、1毫克/毫升至20毫克/毫升、或1毫克/毫升至10毫克/毫升，包括上述范围之间的任何值。

如上所述，由于一些偶联剂已知为细胞毒性或产生细胞毒性部分，所以希望在生物粘着剂的制剂中使用相对低量的偶联剂。另一方面，减少制剂中偶联剂的量可能导致由制剂形成的生物粘着剂的基质的粘合强度(bonding strength)降低。本发明人已经证明，含有10至40毫克/毫升或甚至更低量的偶联剂的生物粘着剂可以用于提供基本上不降低粘合强度(bonding strength)的生物粘着剂的基质。

下表列出了本文介绍的生物粘着剂的一些成分浓度。

生物粘着剂成分浓度

下面提供几种示例性的生物粘着剂的制剂，各种制剂包含在一指定浓度下的明胶、藻酸盐、蒙脱土和偶联剂，以生物粘着剂总体积的重量百分比/体积给出，其通过以体积比例为1：9至25：1将第一制剂和第二制剂结合而提供。

示例性生物粘着剂的制剂I：200毫克/毫升的明胶、10毫克/毫升的藻酸盐、5毫克/毫升的蒙脱土和10毫克/毫升的EDC，作为一碳化二亚胺型偶联剂；

示例性生物粘着剂的制剂II：300毫克/毫升的明胶、10毫克/毫升的藻酸盐、5毫克/毫升的蒙脱土和10毫克/毫升的EDC；

示例性生物粘着剂的制剂III：400毫克/毫升的明胶、10毫克/毫升的藻酸盐、5毫克/毫升的蒙脱土和10毫克/毫升的EDC；

示例性生物粘着剂的制剂IV：300毫克/毫升的明胶、20毫克/毫升的藻酸盐、5毫克/毫升的蒙脱土和15毫克/毫升的EDC；

示例性生物粘着剂的制剂V：300毫克/毫升的明胶、20毫克/毫升的藻酸盐，、5毫克/毫升的蒙脱土和15毫克/毫升的EDC；

示例性生物粘着剂的制剂VI：300毫克/毫升的明胶、20毫克/毫升的藻酸盐、5毫克/毫升的蒙脱土和15毫克/毫升的EDC；

示例性生物粘着剂的制剂VII：400毫克/毫升的明胶、20毫克/毫升的藻酸盐、10毫克/毫升的蒙脱土和20毫克/毫升的EDC；

示例性生物粘着剂的制剂VIII：400毫克/毫升的明胶、30毫克/毫升的藻酸盐、15毫克/毫升的蒙脱土和20毫克/毫升的EDC；

示例性生物粘着剂的制剂IX：400毫克/毫升的明胶、40毫克/毫升的藻酸盐、20毫克/毫升的蒙脱土和20毫克/毫升的EDC；或者

示例性生物粘着剂的制剂X：400毫克/毫升的明胶、10毫克/毫升的藻酸盐、10毫克/毫升的蒙脱土和15毫克/毫升的EDC；或者

示例性生物粘着剂的制剂XI：400毫克/毫升的明胶、10毫克/毫升的藻酸盐、20毫克/毫升的蒙脱土和15毫克/毫升的EDC。

在本文中应该注意到，在本发明的一些实施例中，偶联剂的浓度可以通过存在添加剂而降低，而不损害制剂的性能。

在本文中应该注意到，在本发明的一些实施例中，制剂可包含如上所述的任选添加剂，用于改善生物粘着剂的性能并使其更适用于更广泛的应用。

上述示例性制剂中的任何一种可以进一步包含一或多种如本文所述的生物活性剂。

根据本发明的实施例中，第一制剂和第二制剂的溶剂是水。在一些实施方案中，通过以1：9至25：1的体积比例结合第一制剂和第二制剂所提供的结合后的生物粘着剂的制剂中，水含量为生物粘着剂的制剂的40％至95％。

在本文中应该注意到，可考虑组分浓度的其他组合，其中一些已在下面的实施例部分中得到了证明。

用于形成生物粘着剂的试剂套件：

本文提出的生物粘着剂，在本文中也称为密封剂，包含明胶，藻酸盐和蒙脱土，通过与偶联剂接触而固化。因此，储存、形成和分配生物粘着剂的有效手段是一试剂套件，其中偶联剂与明胶和藻酸盐保持分离。

根据本发明的一些实施例的一方面，提供了一试剂套件，用于储存、形成和/或施用生物粘着剂；试剂套件包括至少两个容器，在此称为第一容器和第二容器，其中第一容器容纳第一制剂，并且第二容器容纳第二制剂。在一些实施方案中，第一制剂包含明胶和藻酸盐，第二制剂包含一偶联剂，用于偶联明胶和/或用于偶联藻酸盐和/或用于将明胶偶联至藻酸盐，以及粘土矿物蒙脱土(MMT)包括在第一制剂和第二制剂中的任何一者中。只要两个容器在可接受的储存条件下保持密封并且第一制剂和第二制剂不混合，生物粘着剂将不会固化或分解。

这里应注意，上述任选添加剂以及本文所述的任选生物活性剂可以添加到第一制剂和/或第二制剂中的任何一者中。

在一些实施例中，试剂组件包括至少两个容器，每个容器包含对应于特定制剂的组分，所述组分已经预先溶解在溶剂中至特定浓度，使得混合两种制剂得到生物粘着剂。另外地或作为另外一种选择，试套件包括一或多个隔室(separate compartment)，每个隔室含有一预定量的生物粘着剂制剂的一或多种成分的干粉，以及一单独隔室含有一预定量的溶剂，使得粉末和溶剂混合产生生物粘着剂。

试剂套件可以进一步包括混合和搅拌工具、碗、施用器、新鲜度指示器、防篡改措施以及印刷品以供用户使用。

施用器装置：

所述试剂组件可以是以下述形式，或者包括一装置、一施用器或一分配器，于可控制地并且可选地同步地排出、分配和施用被测量的量的第一制剂和第二制剂，所述第一制剂和所述第二制剂的各者从各自的容器被分配，所述各自的容器作为所述各自配方的卡匣。

因此，根据本发明的一些实施例的另一方面，提供一种集成的双腔室分配器或施用器装置，用于形成、分配和施用本文所述的生物粘着剂。

根据本发明的一些实施例，施用器装置包括一双针筒卡匣组件，具有一接合的输送端口，有一安装件于其中，用于与一混合管联接。适用于施用本文所述生物粘着剂的制剂的多种集成的施用器，可以遵循任何施用器的设计，以用于两部分的化学粘着剂，所述两部分化学粘着剂需要在受控的和安全的条件下从分开的隔室中进行两种子制剂的有效分配。

例如所述施用器装置包括所述第一容器，为一第一注射器的形式，所述第一注射器具有：一第一针筒，限定一第一腔室，用于容纳所述第一制剂，以及一第一活塞，具有容纳在所述腔室中的一端，用于从所述第一腔室挤出所述第一制剂；

所述第二容器，为一第二注射器的形式，所述第二注射器具有：一第二针筒，限定一第二腔室，用于容纳所述第二制剂，以及一第二活塞，具有容纳在所述第二腔室中的一端，用于从所述第二腔室挤出所述第二制剂；

一喷嘴，具有一远端、一近端及一延伸穿过所述喷嘴的内腔；以及

一装置，用于将所述喷嘴的所述近端连接到所述第一腔室及所述第二腔室，使得所述第一制剂及所述第二制剂在所述内腔中接触，从而在驱动所述第一活塞及所述第二活塞时形成所述生物粘着剂，所述生物粘着剂可通过所述喷嘴射出。

可以用于混合、形成、分配和施用本文提供的生物粘着剂的额外的施用装置，公开于例如美国专利号4,044,757、4,979,942、5,082,147、6,732,887、7,530,808、7,635,343、7,699,803、8,074,843，所有这些专利通过引用并入本文，如同在此完整阐述一样。

生物粘着剂的制剂的特点：

如上所述，有效生物粘着剂的设计应符合若干要求，其中例如包括可操作性/可利用性以及效率，以上两者都可转化为安全性。

在可操作性和安全性考虑下，有效的预固化生物粘着剂(本文称为生物粘着剂的制剂)应在室温下显示出粘度，所述室温允许使用者施用和使用生物粘着剂，例如在临床上的条件。例如，生物粘着剂的制剂太粘而因此难以混合而不能涂抹，将难以施用于组织上，另一方面，生物粘着剂的制剂不够粘稠，因此太流动，会流淌并且可能伴有不期望的泄漏，粘附力不足和总体上增加不利副作用，并降低安全性。

进一步在可操作性和安全考虑下，有效的生物粘着剂应显示如本文所定义的一固化时间，其允许在相对短的时间内完成使用生物粘着剂的操作，以避免延长的操作，可能导致增加的不利副作用和降低的安全性，但另一方面，时间需够长，以允许准确的定位和可选的重新定位(如果需要的话)。

在一些实施例中，物体的瞬时或快速粘合可能是需要的，例如在物体彼此靠近(相对较小的距离)，或容易最佳定位而不需要重新定位步骤的情况下；因此，在本发明的一些实施例中，短暂的固化时间可能是合适的。在这种情况下，需要生物粘着剂的制剂在相对较短的时间内固化。

在一些实施例中，物体的瞬时粘合可能是不被需要的，例如在物体不易被最佳定位并且可能需要重新定位步骤的情况下；因此，在本发明的一些实施例中，固化时间非常短可能是不切实际的。在这种情况下，理想的是生物粘着剂的制剂允许一段时间来重新定位(分离和重新连接)所述准备被彼此粘合的物体。

如下文进一步讨论的，生物粘着剂固化的时间范围(时间段)被称为可操作时间。

当涉及多部分的生物粘着剂的制剂(例如通过结合本文所述的第一制剂和第二制剂所提供的生物粘着剂的制剂)的粘度时，其基本上涉及更粘稠的制剂，即含有明胶、藻酸盐或明胶和藻酸盐的混合物，具有或没有蒙脱土和/或任何生物活性剂或其他添加剂。只要其化学组成保持不变(即赋予粘度的聚合物的浓度(或含水量)、温度和分子结构保持不变)，则所述更粘稠的制剂基本上保持相似的粘度。或者，对粘度的参考指标涉及所述被结合的生物粘着剂的制剂，包含在混合第一和第二制剂之后不久所提供的所有成分。尽管溶解的聚合物对高粘度贡献最大，但偶联剂的添加将通过交联改变聚合物的化学组成，这基本上不考虑温度和含水量而不可逆地改变生物粘着剂的粘度。从实际面考虑，当在本文中提到粘度时，它指的是含有明胶和藻酸盐的第一制剂，而含有偶联剂的第二制剂相对于粘性部分被认为粘度较小，并且体积较小。由于固化时间相对较短，使用标准和常规实践和设备测量生物粘着剂的制剂的粘度可能是不切实际的。明胶和藻酸盐是粘度的主要贡献者，而所有其他组分和添加剂都是较不重要的粘度调节者。优异的成分是交联剂和交联促进剂，它们对配方的粘度有直接影响，因为这些试剂负责将配方固化(硬化)成固态生物粘着剂的基质。因此，当提到所述被结合的制剂的粘度时，可能指的是第一制剂的粘度。可以认为，第一制剂缺乏硬化剂的粘度基本上与所述被结合的第一制剂和第二制剂的粘度相同。

如下文所讨论的，生物粘着剂的制剂的特征在于“可操作时间”指的是生物粘着剂的所有成分混合在一起的时间点到生物粘着剂太粘稠而无法操作的时间点。因此根据本发明的一些实施例，生物粘着剂的制剂所报导的粘度是在可操作时间内的有效粘度。

根据测量方法和其他因素，动态粘度通过各种单位进行量化。在本实施方式的背景下，动态粘度以牛顿-秒每平方米(N s m^-2 or帕斯卡(Pascal)-秒)为单位，其中1帕斯卡-秒等于1千克每米每秒(kg m^-1 s^-1)，相当于10泊(poise，P)。例如，20℃的水认为有1毫帕斯卡-秒(0.001帕斯卡-秒)的动态粘度，37℃时的血液的特征是粘度为3-4米帕斯卡-秒，蜂蜜在20℃时为10帕斯卡-秒。

因此根据本发明的一些实施例，本文呈现的生物粘着剂的制剂的特征在于以下至少一者：

室温下粘度为1帕斯卡-秒至50帕斯卡-秒(指在添加偶联剂溶液之前的明胶-藻酸盐溶液，或是最终生物粘着剂的制剂，其在混合在一起之后含有所有组分)；和

在5秒至30分钟的生理条件下的一固化时间。

虽然动态粘度的标准以帕斯卡-秒单位提供，并且其值是从给定环境温度下的特定粘度测量所得出，但在此应注意，动态粘度可以用其他单位表示，并且通过各种方法和技术测量，所有这些都可用于表征任何给定的生物粘着剂的制剂或其部分。例如，虽然测量室温下的动态粘度较为简单，但在高于操作温度的温度下，报告和考量生物粘着剂的制剂的动态粘度也可能是有用的，因为在更高的温度下混合并配制制剂是更有效和更实用，如50℃。或者，报告并考量在低于标准室温的温度下的动态粘度可能更具信息性，因为例如大多数手术室保持在低于室温的标准温度；并且报导和考量生物粘着剂的制剂在体温或接近体温的粘度，所述体温是制剂打算施用和使用的。

因此根据本发明的一些实施例，生物粘着剂的制剂的动态粘度或含有明胶和藻酸盐的制剂部分的动态粘度的范围在20℃下为1帕斯卡-秒至50帕斯卡-秒及/或在20℃下为0.5帕斯卡-秒至25帕斯-秒。

根据本发明的一些实施例，生物粘着剂的制剂的室温动态粘度范围或含有明胶和藻酸盐的制剂部分的动态粘度范围为1帕斯卡-秒至5帕斯卡-秒、5帕斯卡-秒至10帕斯卡-秒、10帕斯卡-秒至15帕斯卡-秒、15帕斯卡-秒至20帕斯卡-秒、20帕斯卡-秒至25帕斯卡-秒、25帕斯卡-秒至30帕斯卡-秒、30帕斯卡-秒至35帕斯卡-秒、35帕斯卡-秒至40帕斯卡-秒、40帕斯卡-秒至45帕斯卡-秒或45帕斯卡-秒至50帕斯卡-秒。

如本文所用，短语“固化时间”是描述生物粘着剂的制剂形成生物粘着剂的基质的时间段，如本文所述。

这里应该注意的是，虽然生物粘着剂的制剂在偶联剂与明胶和/或藻酸盐中的一或两者接触时开始固化，但是所述偶联和交联反应在制剂的整个体积中不是瞬时的。因此，术语“固化时间”被定义为使得它涵盖基质形成的整个过程，包括“可操作时间(workabletime)”和“黏合时间(bonding time)”在内的所有阶段。“可操作时间”是生物粘着剂的所有成分混合在一起的时刻到生物粘着剂粘稠度太高(可能由于其固化过程)而无法操作所述制剂的时间段，即如上所述的施用、涂抹、定位和重新定位。在上文介绍的生物粘着剂的制剂的粘度特性的情况下，粘度在可操作时间内是相关的，直至交联反应占优势并且使制剂变得太粘稠。“粘合时间(bonding time)”定义为从制剂施用到物体上的时至正在被相互粘合的物体被认为具有足够的粘合强度的时刻所经过的时间，例如以便允许释放任何紧固装置(fastening/tightening)(如果有使用)和/或继续或完成所述程序。可操作时间和粘合时间可能在一定程度上重迭，可能会个别地彼此继续或可能中止，这取决于配方、单一或多部分的制剂的使用模式、使用条件和物体类型及粘合区域。

根据本发明的一些实施例，本文中所呈现的生物粘着剂的制剂(含有混合在一起的所有成分)的可操作时间为0秒至30分钟。根据制剂的需求和预期用途，其可以设计成展现出不同的可操作时间，对于不需要长时间操作的应用，其可以为少于5秒、少于10秒或少于30秒。在需要较长的可操作时间的一些实施例中，所述制剂被设计成展现出至少30秒、至少60秒、至少120秒、至少300秒、至少600秒、至少900秒、或至少1800秒(30分钟)。

根据本发明的一些实施例中，根据生物粘着剂的应用，本文呈现的生物粘着剂的制剂的固化时间可预先决定为快速或缓慢。通常固化时间在5秒至30分钟的范围内。根据制剂所要求的性能和期望的性能，可以将其设计成展现各种固化时间，在快速固化的情况下，其范围可以为5至20秒、5至30秒或5至60秒。在固化较慢的情况下，固化时间在30至60秒、60至120秒、30至300秒、60至600秒或60至1800秒(30分钟)的范围内。或者在粘着过程不受时间限制，并且其他参数(例如强度和柔韧性)更重要的情况下，例如在装置以局部(外部)方式粘附于患者皮肤的情况下，固化时间可以长于上述数值，可以从几秒到30分钟以上，例如可以是40分钟、50分钟、60分钟、甚至120分钟，包括从30分钟到120分钟的任何中间值。

所产生的生物粘着剂的基质：

生物粘着剂的基质是在生物粘着剂的制剂的一些成分之间发生的固化过程的结果，并且因此基质包含如本文中所讨论的彼此偶联的明胶和藻酸盐，并且蒙脱土与其相连结(例如包埋在其中)以及任选地与基质相连结的制剂(例如包埋在其中)的其它成分。

如上所述，本文所述的生物粘着剂的制剂被设计成为形成相应的生物粘着剂的基质，并且因此被设计成使得生物粘着剂的基质表现出期望的性能。

根据本发明的一些实施例，本文描述的生物粘着剂被设计成使得在其固化时，其特征在于如本文所定义中对活体生物物体的高度粘合强度、生理条件下的最佳挠曲模量和最佳生物降解率。

如本文所用，表述“最佳”涉及在期望的应用下制剂和/或相应基质的性能。在这方面应该注意到，不同的应用可能需要不同的参数以获得最佳性能，这通常取决于待密封或粘合的物体的类型、待粘合的物体的尺寸或待密封的区域、接触区域、所述程序所要求的附着力的性质以及其他依赖于物体和程序的参数的条件。

尽管各种活体组织和其它活体或无生命的物体的粘合强度是生物粘着剂的高度期望的特性，但是这里提出的生物粘着剂的制剂的不平凡的能力还在于结合各种物体，在粘液/血浆/血液潮湿环境的生理条件下，结合活体组织、骨头、皮肤、金属、塑料和其他天然和合成的聚合物质。

根据本发明的一些实施例，本文所描述的生物粘着剂被设计成使得在其固化时，其爆裂强度足以密封破裂的组织。

在下面的实施例部分中提供了用于确定生物粘着剂的爆裂强度的程序的示例。在本发明的一些实施例中，生物粘着剂的爆裂强度可以用破裂由生物的粘着剂的基质所制成的塞子所需的最大压力来表示，所述塞子密封均匀直径3.0毫米的孔洞，其中所述孔洞是在约0.04毫米至约0.1毫米范围内的胶原片中打洞而形成。在一些实施例中，所述塞子(密封件)为约1毫米厚的生物粘着剂层的形式，其通过将大约0.5毫米的生物粘着剂施加到上述孔洞上和周围来提供。

在本发明的一些实施例中，生物粘着剂的爆裂强度可根据手术密封剂的爆裂强度的标准测试方法ASTM F2392-04进行测定。

在本发明的一些实施例中，生物粘着剂的爆裂强度以350毫米汞柱至650毫米汞柱范围内的最大压力来表示。

所述粘合强度可以通过实验根据在粘合物体样品上进行的拉伸测试中所产生的应力-应变曲线的斜率来决定，并且以每单位面积的作用力为单位(牛顿每平方米(N/m²)或达因(dyne)每平方厘米)，即帕斯卡(Pascal，Pa)、兆帕(megaPascals，MPa)或千兆帕(gigaPascals，GPa)。

如本文所用的短语“粘合强度(bonding strength)”描述了特定材料的一对结合物体在它们分开之前可经受的拉伸应力的最大量。

根据本发明的一些实施例中，由本文呈现的生物粘着剂的制剂所提供的生物粘着剂基质的特征在于活体生物体的最大粘合强度，其在峰值粘合时范围为约2,000帕斯卡(2MPa)至约60,000帕斯卡(60MPa)。根据一些实施例中，由本文中呈现的生物粘着剂的基质表现的活体生物体的最大粘合强度为2MPa至10MPa、5MPa至20MPa、15MPa至30MPa、20MPa至40MPa、30MPa至50MPa、或40MPa至60MPa。

根据本发明的一些实施例中，生物粘着剂的基质的另一期望特征是其在应力(stress)和压力(pressure)下弯曲(bend and flex)而不会从与其结合的物体断裂或分离的能力程度，特别是在生理条件下通过吸收环境中的水分而湿润和膨胀。

根据预期的用途和条件，预计生物粘着剂的基质会随着时间并在间歇或连续运动、应力(stress)、变形(deformation)、弯曲(bending)、拉伸(streching)、压力(pressure)和撕裂(tear)(在生理条件下)下进行维持其粘着剂作用。根据本发明的一些实施例，所述基质的特征为在于0.5MPa至200MPa范围内的生理条件下的挠曲强度(模量)。或者本文呈现的生物粘着剂的基质显示的生理条件下的挠曲模量为0.5MPa至5MPa、1MPa至10MPa、5MPa至20MPa、10MPa至15MPa、15MPa至20MPa、20MPa至30MPa、30MPa至50MPa、50MPa至100MPa、75MPa至150MPa、100MPa至150MPa或155MPa至200MPa的范围内。

根据本发明的一些实施例，本文呈现的生物粘着剂的基质是可生物降解的。

为了有效地用于各种内部或外部医疗过程，特别是内部手术过程，本文呈现的生物粘着剂的基质进一步表现出最佳的生物降解速率，允许其将物体粘合足够长的时间，以展现其分解前的预期用途。

术语“生物可降解的(biodegradable)”及其在本文中使用的任何形容词、词形变化(conjugation)和变格(declination)是指材料经历化学和/或物理转化的特征，从可检测的固体、半固体、凝胶、粘液或其他局部形式到达离域的(delocalized)和/或不可检测的形式，例如任何可溶解的、可洗的、挥发性的、可吸收的和/或可再吸收的分解产物或其代谢物。由于化学、生物和/或物理因素，例如先天化学键不稳定性、酶分解过程、熔化、溶解及其任何组合，生物可降解材料在生理条件下经历这种转化。

取决于生物粘着剂的基质的化学和物理特性、其应用的位置及其预期用途，基质的生物降解过程可以持续数天至数周至数月。短语“可生物降解率(biodegradabilityrate)”在本文中定义为施用生物粘着剂的制剂至所产生的生物粘着剂的基质不再作为生物粘着剂基质存在之间的时间段。通过“不再存在”意味着可以归因于原始基质的物质不再能够在生物粘着剂的制剂的施用位置处，以一本质上的水平被检测到，或者其踪迹仍然可以在超出正常水平的原始位置被检测到，但不能再粘结组织或在所述位置维持。

通常，本文中所呈现的固化的生物粘着剂的粘合强度将在生理条件下开始在一定程度上降解。这种强度降低是由基质分解引起的，这是由多种因素共同作用造成的，这些因素包括化学过程(膨胀、溶解和自发化性学降解)、生物过程(酶促反应、新的未被粘结的细胞和其他组织成分的形成、以及粘结细胞和其他组织成分的死亡)，机械过程(压力、应变和撕裂)等。为了简单起见，本文所呈现的生物粘着剂的粘合强度降低的因素和过程的集合在短语“生物降解速率”下涵盖和统一。

根据本发明的一些实施例中，生物粘着剂的预期用途是将多个生物物体彼此附着足够长的时间以使物体粘合、融合或愈合。这段时间取决于物体和正在执行的医疗程序。例如，生物粘着剂邻接切口的两个边缘，其足够强也足够长以密封切口，所述切口是以一种破裂形式，并允许切口修复自身并愈合；切口可能位于身体的内部部位或表面(皮肤和肌肉)。在另一个例子中，其中一物体是一片皮肤，另一物体是无生命的医疗装置，在这种情况下，生物粘着剂用于将装置固定在皮肤上，直到达到其目的或直到生物粘着剂被替换。

生物粘着剂的可生物降解性可以通过多种因素的组合来控制，从组合物开始(即聚合物的相对浓度和交联密度)、可以改变生物粘着剂的分子结构的添加剂(更多和不同的交联)、生物降解促进剂/增强剂(accelerators/enhancers)和生物降解抑制剂(inhibitors/suppressors)。可用于操纵降解性的另一因素是生物粘着剂的宏观(macroscopic shape)形状和结构(即其表面积)、对周围介质的可及性(accessibility)、处理区域的大小等。

因此根据本发明的一些实施例，本文所呈现的生物粘着剂的可生物降解速率在约7天至约6个月的范围内。在一些情况下，降解期可以缩短并且其范围从1周到1个月，并包括任何时间段，例从如10天到3周。在其他情况下，降解期可以变得更长，例如1至6个月，范围从1个月至2个月、2个月至3个月或2个月至6个月不等。

可用于决定任何特定生物粘着剂的粘合强度(bonding strength)所涉及的时间因素的另一个参数是粘合强度保持的一半时间(half time of bonding strengthretention)，即最大粘合强度达到其值一半的时间段T_1/2。

根据本发明的一些实施例中，T_1/2的范围从约1天到约5个月及其之间的任何值。例如对于短粘着期的应用，T_α1的范围从约1周至约2周、或约10天至约1个月。对较长粘着期的应用，T_1/2的范围从约1个月至约2个月、或约2个月至约3个月、或约3个月至约4个月、或约3个月至约5个月。

这里应该注意的是，虽然本文讨论了最小的粘合时间和最佳的生物降解速率，但是本文提出的生物粘着剂可以在它被生物降解之前被除去，并且其粘合时间可以通过机械和化学手段有意地缩短。

药物洗脱(drug-eluting)生物粘着剂的制剂：

根据本发明的一些实施例，如本文所述的生物粘着剂还包含一或多种生物活性剂。在一些实施例中，这种制剂被设计为在固化时提供药物洗脱生物粘着剂。换句话说，生物粘着剂包含一生物活性剂，并固化形成一药物洗脱生物粘着剂，其中掺有生物活性剂。在一些实施例中，形成这样的药物洗脱生物粘着剂，使得生物活性剂在与一生理介质接触时从其释放。因此，根据本发明的一些实施例，生物粘着剂可用于各种生物粘着应用，如本文所述，同时作为递送生物活性剂的储库和载体。

这里应该注意的是，尽管在生物粘着剂中掺入生物活性剂可能影响其生物粘着剂的特性，但生物粘着剂被设计为具有上文所述的期望性质，同时增加如下文所述的洗脱生物活性剂的能力。

根据本发明的一些实施例，在生物活性剂和生物粘着剂的上下文中所使用的术语“并入/参入(incorporated)”被用于与以下术语同意，例如“螯合(sequester)”、“装载(load)”、“包封(encapsulated)”、“相关联(associated with)”、“载有(charged)”以及这些术语的任何变化，所有这些术语可互换地用于描述在生物粘着剂内存在的生物活性剂，如下文所定义。由于润湿(wetting)、膨胀(swelling)、溶解(dissolution)、化学分解(chemical breakdown)、降解(degradation)、生物降解(biodegradation)、酵素降解(enzymatic decomposition)等影响生物粘着剂的其它过程的任何组合的结果，一螯合的生物活性剂可以从生物粘着剂洗脱或释放，例如通过扩散(diffusion)、溶解(dissolution)、洗脱(elution)、萃取(extraction)、浸出(leaching)。生物活性剂也可以从生物粘着剂中洗脱出，而不会对生物粘着剂结构产生任何显著变化或部分改变。

如本文所用，短语“生物活性剂”描述了一分子(molecule)、一化合物(compound)、一复合物(complex)、一加合物(adduct)和/或复合物(composite)，发挥一或多种生物学和/或药学活性。因此生物活性剂例如可用于减轻疼痛、预防炎症、预防和/或减少和/或根除感染、促进伤口愈合、促进组织再生、实现肿瘤/转移(metastasis)的根除/抑制、实现局部免疫系统抑制和/或预防、改善或治疗各种医疗状况。

“生物活性剂(bioactive agents)”、“药物活性剂(pharmaceutically activeagents)”、“药物活性物质(pharmaceutically active materials)”、“药品(pharmaceuticals)”、“治疗活性剂(therapeutic active agents)”、“生物性活性剂(biologically active agents)”、“治疗剂(therapeutic agents)”、“药物(medicine,medicament,drugs)”及其他相关术语在本文中可以互换使用，并且所有这些术语都意味着被术语“生物活性剂”所涵盖。

在本发明的上下文中，术语“生物活性剂(bioactive agent)”还包括诊断剂，例如包括发色剂、荧光剂、发光剂、磷光剂，例如用于标记、追踪、成像和鉴定各种生物元素，例如小分子和大分子、细胞、组织和器官；以及可用于放射治疗和追踪的放射性物质，用于破坏局部区域中的有害组织(例如肿瘤/转移(metastasis))，或抑制健康组织的生长，例如在目前的支架应用中；或作为用于核医学和放射性成像的生物标志物(biomarker)。

根据本发明中有用的生物活性剂可以单独或组合使用，即于一种生物粘着剂的制剂中可以同时使用多于一种类型的生物活性剂，因此可以与生物粘着剂同时释放。

在一些实施例中，制剂中生物活性剂的浓度在所述制剂的总体积中为0.1％重量体积至10％重量体积的范围内，在一些实施例中，浓度甚至更高。根据所使用的生物活性剂的性质和生物粘着剂的预期用途，还可预期更高值和更低值的生物活性剂含量。

当在释放或洗脱生物活性剂的内文中，使用术语“生物活性剂”时，其意指生物活性剂在其释放时基本上具有活性。

如下所述，由于生物活性剂自身与一或多种生物粘着剂组分反应，或由于其本身的化学和/或物理性质，生物活性剂可能对生物粘着剂有影响。因此，应注意的是，通常选择适合于掺入生物粘着剂中的生物活性剂，使得其可以以预期的有效量和释放速率从生物粘着剂洗脱，同时允许固化前的生物粘着剂的制剂展现期望的特性，如本文中所讨论，并且允许生物粘着剂固化的同时呈现期望的特性，如本文中所讨论。例如，干扰偶联和交联反应的任何试剂都排除在本发明的范围之外。例如，显示羧基(carboxylic group)或伯胺基(primary amine group)的生物活性剂可以与选择针对这些官能基反应的偶联剂产生反应。在这种情况下，为了维持所产生的基质的所需特性，可根据成分类型和浓度对生物粘着剂的制剂进行一些调整。

根据本发明的一些实施例中，生物活性剂例如可以是大生物分子或小的有机分子。

根据本发明的一些实施例中，生物活性剂是非蛋白质的物质，即在其结构中具有不超过四个氨基酸残基的物质。

根据本发明的一些实施例中，生物活性剂是非碳水化合物的物质，即在其结构中具有不超过四个糖(包含氨基糖苷(aminoglycoside)的部分)基(moieties)的物质。

根据本发明的一些实施例中，生物活性剂本质上不含一或多个以下的官能团：羧基(carboxyl)、伯胺(primary amine)、羟基(hydroxyl)、硫羟基(sulfhydroxyl)和醛(aldehyde)。

如本文所用的术语“大分子生物分子(macro-biomolecules)”是指一聚合物生物化学物质(polymeric biochemical substance)或生物聚合物(biopolymer)，其在生物体内天然存在。氨基酸和核酸是聚合物的大分子生物分子中一些最重要的结构单元，因此大分子生物分子通常由一或多个聚合氨基酸、聚合核酸、聚合糖、聚合脂质及其组合组成。大分子可以包含可以彼此共价或非共价连接的几个大分子亚基(subunit)的复合物。因此，核醣体、细胞胞器甚至完整的病毒都可以被认为是一种大生物分子。

如本文中所使用，大分子生物分子具有高于1000道尔顿(Da)的分子量，并且可以高于3000Da、高于5000Da、高于10kDa并且甚至高于50KDa。

可以有利地并入本文所述的生物粘着剂中的大分子生物分子的代表性实例包括但不限于肽、多肽、蛋白质、酶、抗体、寡核苷酸和标记的寡核苷酸、核酸构建体、DNA、RNA、反义多醣、病毒及其任何组合，以及细胞，其包括完整细胞或其他亚细胞组分(sub-cellularcomponents)和细胞碎片(cell fragments)。

如本文所用，短语“小的有机分子”或“小的有机化合物”是指小的化合物，主要由碳和氢所组成，并以较低发生率伴随有氮、氧、磷和硫及其他元素。在本发明的上下文中，关于化合物、试剂或分子的术语，“小”是指分子量低于约1000克/摩尔。因此小的有机分子具有低于1000Da、低于500Da、低于300Da或低于100Da的分子量。

小的有机分子的代表性实例，可有利地并入本文所述的生物粘着剂中，包括(但不限于)血管生成促进剂(angiogenesis-promoters)、细胞因子(cytokines)、趋化因子(chemokines)、化学诱导剂(chemo-attractants)、化学驱避剂(chemo-repellants)、药物(drugs)、激动剂(agonists)、氨基酸(amino acids)、拮抗剂(antagonists)、抗组胺(antihistamines)、抗生素(antibiotics)、抗原(antigens)、抗抑郁药(antidepressants)、抗高血压药(anti-hypertensive agents)、止痛药和麻醉药(analgesic and anestheticagents)、抗炎剂(anti-inflammatory agents)、抗氧化剂(antioxidants)、抗增殖剂(anti-proliferative agents)、免疫抑制剂(immunosuppressive agents)、凝血因子(clotting factors)、骨整合剂(osseointegration agents)、抗病毒剂(anti-viralagents)、化学治疗剂(chemotherapeutic agents)、辅因子(co-factors)、脂肪酸(fattyacids)、生长因子(growth factors)、半抗原(haptens)、激素(hormones)、抑制剂(inhibitors)、配体(ligands)、醣类(saccharides)、放射性同位素(radiopharmaceuticals)、放射性药物(radioisotopes)、类固醇(steroids)、毒素(toxins)、维生素(vitamins)、矿物质(minerals)及其任何组合。

适用于本发明实施例的生物活性剂的代表性实例包括(但不限于)镇痛剂(analgesic)、麻醉剂(anesthetic agents)、抗生素(antibiotics)、抗肿瘤剂和化疗剂(antitumor and chemotherapy agents)、激动剂和拮抗剂(agonists and antagonistsagents)、氨基酸(amino acids)、血管生成促进剂(angiogenesis-promoters)、食欲抑制剂(anorexics)、抗过敏药(antiallergics)、抗关节炎剂(antiarthritics)、抗哮喘药(antiasthmatic agents)、抗体(antibodies)、抗胆碱能药(anticholinergics)、抗惊厥药(anticonvulsants)、抗抑郁药(antidepressants)、抗糖尿病药(antidiabetic agents)、止泻药(antidiarrheals)、抗真菌药(antifungals)、抗原(antigens)、抗组胺药(antihistamines)、抗高血压药(antihypertensive agents)、抗炎药(antiinflammatoryagents)、抗偏头痛药(antimigraine agents)、止恶心药(antinauseants)、抗肿瘤药(antineoplastics)、抗氧化剂(antioxidants)、抗帕金森病药(antiparkinsonismdrugs)、抗增殖药(antiproliferative agents)、抗原生动物药(antiprotozoans)、止痒药(antipruritics)、抗精神病药(antipsychotics)、退热剂(antipyretics)、反义核酸构建体(antisenses nucleic acid constructs)、解痉药(antispasmodics)、抗病毒剂(antiviral agents)、胆汁酸(bile acids)、钙通道阻滞剂(calcium channel blockers)、心血管制剂(cardiovascular preparations)、细胞(cells)、中枢神经系统兴奋剂(central nervous system stimulants)、化学引诱剂(chemo-attractants)、趋化因子(chemokines)、化学驱避剂(chemo-repellants)、化学治疗剂(chemotherapeuticagents)、胆固醇(cholesterol)、辅因子(co-factors)、避孕药(contraceptives)、细胞因子(cytokines)、减充血剂(decongestants)、利尿剂(diuretics)、DNA、药物和治疗剂(drugs and therapeutic agents)、酶抑制剂(enzyme inhibitors)、酶(enzymes)、脂肪酸(fatty acids)、醣脂(glycolipids)、生长因子(growth factors)、生长激素(growthhormones)、止血和抗出血性剂(haemostatic and antihemorrhagic agents)、半抗原(haptens)、激素抑制剂(hormone inhibitors)、激素(hormones)、催眠药(hypnotics)、免疫活性药(immunoactive agents)、免疫抑制剂(immunosuppressive agents)、抑制剂和配体(inhibitors and ligands)、标记的寡核苷酸(labeled oligonucleotides)、杀微生物剂(microbicides)、肌肉松弛剂(muscle relaxants)、核酸构建体(nucleic acidconstructs)、寡核苷酸(oligonucleotides)、副交感神经药(parasympatholytics)、肽(peptides)、外周和脑血管扩张剂(peripheral and cerebral vasodilators)、磷脂(phospholipids)、多醣(polysaccharides)、蛋白质(proteins)、精神兴奋剂(psychostimulants)、放射性同位素(radioisotopes)、放射性药物(radiopharmaceuticals)、受体激动剂(receptor agonists)、RNA、糖(saccharides)、皂苷(saponins)、镇静剂(sedatives)、有机小分子(small organic molecules)、杀精子剂(spermicides)、类固醇(steroids)、拟交感神经药(sympathomimetics)、毒素(toxins)、镇静剂(tranquilizers)、疫苗(vaccines)、血管舒张剂(vasodilating agents)、病毒组分(viral components)、病毒载体(viral vectors)、病毒(viruses)、维生素(vitamins)及其任何组合。

可以选择生物活性剂以实现局部(local)或系统反应。生物活性剂可以是任何预防剂或治疗剂，适用于各种局部(topical)、肠内(enteral)和肠胃外(parenteral)类型的施用途径，包括(但不限于)皮下或经皮(sub-or trans-cutaneou)、皮内透皮(intradermaltransdermal)、经粘膜(transmucosal)、肌内(intramuscular)施用和粘膜(mucosal)施用。

根据本发明的一些实施例中，一类的生物活性剂可以包封在生物粘着剂中，是减轻疼痛的一类镇痛剂，例如NSAIDs、COX-2抑制剂、鸦片类药物和吗啡类似物。

根据本发明的一些实施例，可掺入生物粘着剂中的另一类生物活性剂是麻醉剂类。根据本发明的一些实施例，可掺入生物粘着剂中的另一类生物活性剂是促进血管生成的一类治疗剂。非限制性实例包括生长因子、细胞因子、趋化因子、类固醇细胞存活和增殖剂。

根据本发明的一些实施例中，特别是在需要组织再生的某些实施例中，以及涉及可植入装置和组织愈合的应用中，可掺入生物粘着剂中的另一类生物活性剂，是细胞因子、趋化因子和相关因子。

通常在本文中称为免疫抑制剂的免疫抑制药物或药剂的非限制性实例包括糖皮质激素(glucocorticoids)、细胞抑制剂(cytostatics)、抗体(antibodies)、作用于亲免蛋白(immunophilins)和其他免疫抑制剂的药物。

止血剂的非限制性例子包括高岭土(kaolin)、蒙脱石和氨甲环酸(tranexamicacid)。

在本文中应该注意，高岭土是示例性的生物活性剂，其在生物粘着剂的制剂中具有有限的溶解度，因此以干粉的形式加入，并且因此至少在一定程度上作为生物粘着剂的制剂中的填料。这种双重功能(生物活性剂和填充剂)可以是任何添加剂或生物活性剂的特征，所述添加剂或生物活性剂是本发明的实施例中所涵盖并且预期的。

根据本发明的一些实施例中，可以有利地掺入生物粘着剂中的额外的生物活性剂包括细胞毒性因子或细胞周期抑制剂以及用于干扰细胞增殖的其他药剂。

根据本发明的一些实施例中，可以有利地掺入生物粘着剂中的其它生物活性剂包括遗传治疗剂和蛋白质，例如核酶(ribozymes)、反义多核苷酸(anti-sensepolynucelotides)、和编码特定产物的多核苷酸(包括重组核酸)，如基因体DNA、cDNA或RNA。多核苷酸可以以“赤裸的(naked)”形式提供或与增强多核苷酸摄入和表达的载体系统联合提供。这些可以包括DNA压缩剂(例如组蛋白(histone))、非感染性载体(例如质粒(plasmids)、脂质(lipids)、脂质体(liposomes)、阳离子聚合物(cationic polymers)和阳离子脂质(cationic lipids))和病毒载体，如病毒和病毒样颗粒(virus-like particles，即如同病毒一般的合成颗粒)。所述载体可以进一步具有连接的肽靶向序列、反义核酸(DNA和RNA)和DNA嵌合体，其包括编码轮转蛋白(ferry protein)的基因序列，如膜转位序列(membrane translocating sequences，MTS)、tRNA或rRNA以置换缺陷的(defective)或缺乏的(deficient)内源性分子和单纯疱疹病毒-1(herpes simplex virus-1，“VP22”)。

根据本发明的一些实施例中，可以有利地掺入生物粘着剂中的其他生物活性剂包括基因递送剂，其可以由内源性的或外源性控制。

根据本发明的一些实施例中，可以有利地掺入生物粘着剂中的其他生物活性剂包括骨头形态发生蛋白家族(family of bone morphogenic proteins，BMP's)，单独地或与其他分子作为二聚体(dimers)、同二聚体(homodimers)、异二聚体(heterodimers)或其组合。或者，额外地，可以提供能够诱导BMP的上游或下游效应的分子。这种分子包括任何“刺猬蛋白(hedgehog protein)”蛋白质，或编码它们的DNA。

根据本发明的一些实施例中，可有利地掺入生物粘着剂中的其它生物活性剂包括多种化学治疗剂。根据本发明的一些实施例中，可有利地掺入生物粘着剂中的其它生物活性剂包括抗生素剂。

抗病毒剂可以包括核苷膦酸盐(nucleoside phosphonates)和其他核苷类似物、AICAR(5-amino-4-imidazolecarboxamide ribonucleotide，5-氨基-4-咪唑羧酰胺核糖核苷酸)类似物、糖酵解途径抑制剂(glycolytic pathway inhibitors)、甘油酯(glycerides)、阴离子聚合物等。

根据本发明的一些实施例，可以有利地掺入生物粘着剂中的其他生物活性剂包括病毒和非病毒载体。

根据本发明的一些实施例，可以有利地掺入生物粘着剂中的其他生物活性剂包括甾族(steroidal)抗炎药。根据本发明的一些实施例，可有利地掺入生物粘着剂中的其它生物活性剂，包括抗氧化剂。

根据本发明的一些实施例，可以有利地掺入生物粘着剂中的其他生物活性剂包括维生素。

根据本发明的一些实施例，可以有利地掺入生物粘着剂中的其它生物活性剂包括激素。

根据本发明的一些实施例，可以有利地掺入生物粘着剂中的其他生物活性剂包括源自于人类的细胞(自体(autologous)或同种异体(allogeneic))，包括干细胞或来自动物来源(异种(xenogeneic))的细胞，如果需要传递期望的蛋白质，其可以是基因工程修改过的。

生物粘着剂制剂的制剂和基质形成：

至少在能够固化的制剂的意义上，通过将所有成分一起混合成单一调合物(concoction)来制备本文所呈现的生物粘着剂，其包含或不包含生物活性剂。单一的调合物可以离体(ex vivo)、体外(in vitro)或原位(in situ)形成，即制剂可以是分开保存的两种或更多种亚制剂的形式，或者作为分开保存的一组干粉和有预先测量的溶剂(水)，如下所讨论，通过以下方式之一将它们组合以形成单一调合物。

在一些实施例中，生物粘着剂通过接触第一制剂和第二制剂而形成。在一些实施例中，生物粘着剂的制剂还包括混合第一制剂和第二制剂。

“体外(in vitro)”意指作为单一调合物的生物粘着剂是通过在将制剂施用到将被粘合的物体上之前，将制剂的所有组分(例如在小瓶中)混合(如本文中描述和例示中所定义的)。

原位(in situ)意指通过将第一制剂或第二制剂中的一者施用于一物体上，而另一制剂施用于另一物体上；或者通过将第一制剂或第二制剂之一者施用于一物体上，然后将另一制剂应用于同一物体上，并将这些物质连接在一起，在粘着位点形成单一的混合物，以形成生物粘着剂作为单一的混合物。

当施用于活体对象时，体外(in vitro)对应于离体(ex vivo)，原位(in situ)对应于体内(in vivo)。

无论如何，制剂应保存在本质上无法固化的条件下。

根据本发明的一些实施例的一方面，提供了形成生物粘着剂的基质的方法，其通过固化如本文所述的生物粘着剂的制剂来实现。

如本文所用，术语“固化(curing)”包括一主动程序，例如使制剂经受某些条件(例如，加热和/或混合、剪切力等)以及被动程序，其涉及允许固化时间过去。

在一些实施例中，所述方法还包括在固化之前混合制剂的组分，即混合本文所述的亚制剂或将本文所述的粉末与适当的溶剂混合。

如上所述，混合可以离体、体内、体外或原位进行。

使用生物粘着剂：

一般而言，本文提出的生物粘着剂可以用于制造一产品，旨在粘着和/或粘合物体，其中至少一者是生物物体。

根据本发明的一些实施例中，生物粘着剂包含或不包含一生物活性剂以及/或者包含所述生物活性剂的多种试剂套件，被识别以用于粘附生物物体。在一些实施例中，生物粘着剂或试剂套件(kit)被识别用于密封生物物体中的破裂。在一些实施例中，生物粘着剂或试剂套件被识别用于将至少两个物体彼此粘合，其中至少一者物体是生物物体。

根据本发明的一些实施例，生物粘着剂的局部使用，即生物粘着剂用于将物体粘着到皮肤上、粘合一病变的边缘、固定一皮肤移植物或在皮肤中密封破裂。

或者，生物粘着剂在内部用于粘着到内部器官并用于将物体粘着到内部器官，将内部器官中病变的边缘粘合，将移植物固定到内部器官，或者在一内部机关密封破裂。

对于口腔应用，根据本发明的一些实施例的生物粘着剂在数秒内粘附于口腔粘膜并保持粘着直至完全侵蚀(生物降解)，而不需要背衬层。本文呈现的生物粘着剂的基质将高生物相容性与应用灵活性结合起来。

对于眼部应用，根据本发明的一些实施例的生物粘着剂可快速粘着到眼粘膜并保持在适当位置直到完全被侵蚀。

对于鼻内应用，根据本发明的一些实施例的生物粘着剂立即粘着到鼻粘膜并保持在适当位置直到完全侵蚀。根据本发明的一些实施例，药物释放生物粘着剂的基质提供高度的药物乘载能力以及鼻腔驻留和释放时间，以最大化药效。

对于阴道应用，根据本发明的一些实施例的生物粘着剂在数秒内粘着于阴道粘膜并可保持粘着数日直至完全侵蚀。根据本发明的一些实施例中，药物释放生物粘着剂的基质提供安全有效的施用和期望的全身作用。

因此如本文所使用术语“生物物体(biological object)”是指动物或植物的任何活体(viable/live)的部分，包括单一活体动物样本。一活体生物物体或组织定义为植物或动物的任何主要或次要部分，其仍然存活或本质上保持在生理环境中以保持其存活。生物对象的非限制性实例包括任何植物或动物的活体组织样品、皮肤组织、骨头组织、结缔组织、肌肉组织、神经组织和上皮组织。还包括在器官中形成的切口的边缘，诸如生物物体的任何身体部位中的皮肤、肌肉、内部器官。

无生命的物体是不能复活(revive)、移植、增殖或以其他方式显示任何医学界定的生命体征的物体，并且包括合成和/或生物起源的物体。这些例如包括贴片、骨头替换部件、起搏器(mace makers)、端口(ports)和通气口(vents)以及任何其他医疗装置，这些医疗装置需要粘贴和固定到本文所定义的活体生物物体上。

根据本发明的一些实施例中，无生命的生物物体可以部分地或全部地由动物或植物材料和产品制成，或部分地或全部地由合成物质制成。尽管生物粘着剂的制剂设计用于生物体内或生物体上，但在此应注意可有效地用于粘合生物的或合成的无生命物体，如任何粘合剂或胶水。

这里应注意，术语“物体(object)”是指包含同一物体的一或多个部分(parts orportions)，因此通过使用本文所述的制剂，在组织或器官中粘合切口的两侧来闭合切口可被视为粘合一物体(组织或器官)或两个物体(切口的两侧)。

根据一些实施例中，由掺入生物活性剂的生物粘着剂的制剂所产生的药物洗脱基质仅用于其药物洗脱和药物递送能力，而无视其生物粘着剂能力。这样的基质例如可以作为药物贮存库，并且可以粘着到对药物释放有利的器官或组织(不与其他物体结合)。

如本文所用的术语“约”是指±10％，并且符号“≈”表示具有至多10％的公差的相等性。

术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”、“包含(including)”、“具有(having)”及其词形变化是指“包括但不限于”。

术语“由...组成(consisting of)”意指“包括并且限于”。

术语“本质上由......组成(consisting essentially of)”指的是组成或方法可包括额外的成分和/或步骤，但仅当额外的成分和/或步骤不实质上改变所要求保护的组成或方法的基本和新颖特性。

本文所使用的单数形式“一”、“一个”及“所述”包括复数引用，除非上下文另有明确规定。例如，术语“一化合物”或“至少一种化合物”可以包括多个化合物，包括其混合物。在整个本申请中，本发明的各种实施例可以以一个范围的形式存在。应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本发明范围的硬性限制。因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及所述范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所数范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。

每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。术语，第一指示数字及第二指示数字"之间的范围”及第一指示数字"到”第二指示数字"的范围"在本文中可互换，并指包括第一及第二指示数字，及其间的所有分数及整数。

如本文所用的术语“方法(method)”指的是用于完成一特定任务的方式(manner)，手段(means)，技术(technique)和程序(procedures)，包括但不限于，那些方式，手段，技术和程序，其是已知的，或是从已知的方式，手段，技术或程序很容易地被化学，药理，生物，生化及医学领域从业者所开发。

可以理解，本发明中的特定特征，为清楚起见，在分开的实施例的内文中描述，也可以在单一实施例的组合中提供。相反地，本发明中，为简洁起见，在单一实施例的内文中所描述的各种特征，也可以分开地、或者以任何合适的子组合、或者在适用于本发明的任何其他描述的实施例中提供。在各种实施例的内文中所描述的特定特征，并不被认为是那些实施方案的必要特征，除非所述实施例没有那些元素就不起作用。

上文所述的及以权利要求项部分所请求的本发明各种实施例和方面，可在以下的实施例中找到实验支持。

示例：

现在参考以下示例，其连同以上描述以非限制性方式说明了本发明的一些实施方式。

示例1：

材料和方法

材料：

根据本发明的一些实施例，示例性的基本生物粘着剂的基质由包含以下一些成分的示例性生物粘着剂的制剂来制备：

明胶：在本文呈现的实施例中，来自猪皮(90-110布鲁姆，bloom)的“A型”明胶购自Sigma-Aldrich公司的产品目录号：G6144。

藻酸盐：在本文呈现的实施例中，藻酸钠盐(粘度约250cps，2％、25℃)购自Sigma-Aldrich公司的产品目录号：A1112。

EDC：N-(3-二甲基氨基丙基)-N'-乙基碳化二亚胺盐酸盐(N-(3-Dimethylaminopropyl)-N-ethylcarbodiimide hydrochloride)购自Sigma-Aldrich公司的产品目录号：E7750。

高岭石(Kaolinite,Kaolin)-Al₂Si₂O₅(OH)₄是一种众所周知且广泛使用的止血剂，购自Sigma-Aldrich公司的产品目录号：K1512。

蒙脱土钠(montmorillonite sodium，Na⁺-MMT)-购自Byk公司的产品CLOISITE-Na⁺。

通用施用的装置包括：

双针桶注射器(Mixpac，SULZER)；

双注射器，2.5毫升，4：1，PP-R natural 110865；

具有唇状件的活塞，2.5毫升，4：1，PE-HD natural 107714；

静态注射器混合器(Static syringe mixer)DN 2.5x8,4：1/10：1，blue 112313；

BioGlue手术粘着剂，Cryolife.Lot：14MGW062。

方法：

根据本发明的一些实施例的生物粘着剂(密封剂)的实例如下制备。通过将物质溶解于双蒸水(doubly-distilled water,DDW)中同时加热至60℃来制备包含400毫克/毫升的明胶和10毫克/毫升的藻酸盐的制剂A。在含有粘土矿物(例如高岭土或MMT)的制剂中，在溶解于藻酸盐之前，将粘土矿物加入到制剂A中。使用双蒸水作为载体，制备包含10、15或20毫克/毫升的EDC制剂B。根据本发明的一些实施例中，在所有测试中通过使用双针筒注射器施用器，组合制剂A和制剂B而实施生物粘着剂的应用。

根据本发明的一些实施利，通过固化各种生物粘着剂(密封剂)的制剂形成的各种生物粘着剂的基质的体外爆裂强度是使用定制(custom-built)机械爆裂测验机进行测量，依照外科密封剂的爆裂强度的标准测试方法ASTM F2392-04(2015)。所述测试的原理是测量固化后的生物粘着剂在组织泄漏点处的可以维持的最大破裂压力，以毫米汞柱单位表示。简言之，一经洗涤的胶原片被打洞，在其中制造3.0毫米均匀直径的孔洞，所述胶原片从市售可得的厚度为约0.04毫米至约0.1毫米的胶原蛋白肠衣(Fibran S1，西班牙)切割获得，以模仿组织基材。根据本发明的一些实施例，将大约0.5毫升的测试用的生物粘着剂施加到胶原蛋白肠衣的基板上，用1毫米测量厚度的生物粘着剂的约涂层来密封孔洞。在施用生物粘着剂并施加压力之后3至6分钟将样品放置在测试单元上。使用数字压力计(KobmanSD1S6B70)记录固化生物粘着剂发生破裂时的压力作为最大爆破压力。对各种被测试的生物粘着剂进行至少10次重复。

根据本发明的一些实施例，通过使用双注射器施用器将未固化的样品浇注到7.0×7.0×3.5mm³的硅模具中来测试各种生物粘着剂(密封剂)的膨胀比(swelling ratio)和重量损失。固化后，小心取出生物粘着剂样品并干燥24小时。然后称量固化的生物粘着剂的基质(W1)并浸入3毫升的PBS(pH7.0)中，置于37℃和100％相对湿度的静态培养箱中2、6和24小时。然后通过除去PBS并使用Kimwipes进行吸干以对固化的生物粘着剂样品进行称重(W2)，干燥24小时并再次称重(W3)。根据每个样品在每个时间点的3-4次重复，根据以下等式计算膨胀比和重量损失：

膨胀率：(W2-W3)/W3×100％ (式1)；

重量损失：(W1-W3)/W3×100％ (式2)。

示例2：

爆裂强度的测试结果：

根据本发明的一些实施例，根据本文上述的程序测试明胶和藻酸盐浓度对生物粘着剂(密封剂)的一些实施例的爆裂强度的影响，以毫米汞柱表示，所述生物粘着剂以20毫克/毫升EDC进行交联，并且所述结果列于表1中。

表1

根据本发明的一些实施例，根据本文上述的程序测试EDC浓度对包含明胶和藻酸盐的生物粘着剂的一些实施例的爆裂强度的影响，以毫米汞柱表示，并且所述结果列于表2中。

表2

根据本文上述的程序，测试高岭土浓度对生物粘着剂(密封剂)的一示例的爆裂强度的影响，以毫米汞柱表示，所述生物粘着剂包含400毫克/毫升的明胶、10毫克/毫升的藻酸盐以15毫克/毫升的EDC进行交联，并且所述结果列于表3中。

表3

根据本文上述的程序，测试蒙脱土(Na⁺-MMT)浓度对生物粘着剂的一示例的爆裂强度的影响，以毫米汞柱表示，生物粘着剂包含400毫克/毫升的明胶、10毫克/毫升的藻酸盐以15毫克/毫升的EDC进行交联，并且所述结果列于表4中。

表4

根据本发明的一些实施例，生物粘着剂包含400毫克/毫升的明胶、10毫克/毫升的藻酸盐，以15毫克/毫升的EDC进行交联，并且还包含粘土矿物(高岭土或蒙脱土)，根据其爆裂强度进行比较，所述结果列于表5。

表5

如表1至表5所示，当用20CEDC进行交联时，增加明胶的浓度导致固化的生物粘着剂的基质具有更高的爆裂强度，而当明胶浓度高于400毫克/毫升的时未观察到这种效果。另外，增加明胶的浓度限制了藻酸盐加入至生物粘着剂中在其变得太过粘稠之前的量。因此，含有600毫克/毫升(或更多)明胶的制剂的粘度太高，无法用双注射器施用器正确操作。

如表1至表5中进一步可见，根据本发明的一些实施例，海藻酸盐浓度显示对大多数被测试的生物粘着剂的爆裂强度的些微影响，并且实际上以15毫克/毫升EDC对明胶-藻酸盐生物粘着剂的进行交联所导致的爆裂强度值与用20毫克/毫升EDC所获得的爆裂强度值相似。

根据本发明的一些实施例，由表1至表5中呈现的结果得出的更有意义的观察之一涉及添加粘土矿物至生物粘着剂。将5％高岭土掺入400-10-15生物粘着剂，并与不含粘土的生物粘着剂相比，其固化后的样品的爆裂强度增加约35％。然而，当仅添加0.5％蒙脱土时，400-10-15生物粘着剂的爆裂强度增加约40％。根据本发明的一些实施例，当将2％蒙脱土加入到生物粘着剂中时获得大约105％的增加。

表6总结了上面所提供的比较性的爆裂强度研究。

表6

从表6中可以看出，根据本发明的一些实施例，与已知的且更广泛使用的粘土矿物高岭土相比，意外地发现蒙脱土是用于生物粘着剂的优质粘土矿物添加剂，比高岭土赋予生物粘着剂的制剂更高的爆裂强度。

示例3：

膨胀和重量损失的测试结果：

根据本发明的一些实施例，根据本文上述程序测试蒙脱土浓度对物粘着剂(密封剂)的膨胀比的影响，所述生物粘着剂包含400毫克/毫升的明胶、10毫克/毫升的藻酸盐以15毫克/毫升的EDC进行交联，结果列于表7中。

表7

根据本发明的一些实施例，根据本文上述程序测试蒙脱土浓度对物粘着剂的重量损失的影响，所述生物粘着剂包含400毫克/毫升的明胶、10毫克/毫升的藻酸盐以15毫克/毫升的EDC进行交联，结果列于表8中。

表8

根据本发明的一些实施例，根据本文上述程序测试高岭土浓度对物粘着剂的膨胀比的影响，所述生物粘着剂包含400毫克/毫升的明胶、10毫克/毫升的藻酸盐以15毫克/毫升的EDC进行交联，结果列于表9中。

表9

根据本发明的一些实施例，根据本文上述程序测试高岭土浓度对物粘着剂的重量损失的影响，所述生物粘着剂包含400毫克/毫升的明胶、10毫克/毫升的藻酸盐以15毫克/毫升的EDC进行交联，结果列于表10中。

表10

如表7至表10所示，生物粘着剂中蒙脱土浓度的增加导致较低的膨胀比，在孵育6小时后发现更显著的差异。生物粘着剂中粘土矿物蒙脱土的浓度对所得密封剂的基质的重量损失影响很小。

在400-10-15生物粘着剂中掺入50毫克/毫升的高岭土使得固化的生物粘着剂样品在小于6小时的温育后溶解。

一般来说，可以看出，将粘土矿物掺入生物粘着剂中的效果对所得生物粘着剂的基质的吸水(膨胀)和重量损失具有相对小的影响。

根据本发明的一些实施例，源自表7至表10中呈现的数据的有趣观察是，当在暴露于其工作环境中时就膨胀和重量损失而言，与高岭土相比，蒙脱土作为用为生物粘着剂的一优质粘土矿物的出人意料的结果是赋予更加稳定和一致的生物粘着剂的结构完整性。

示例4：

固化(胶凝化)时间：

用作为密封剂时，本文所述的生物粘着剂在一些应用中需要尽可能快地密封被剥离的组织，例如在危及生命的出血情况下。对于这种应用，生物粘着剂需要表现出短的固化(胶凝化)时间。在最终凝胶化之前生物粘着剂的制剂的粘度也是在某些应用中需要监测的性质。

由于凝胶画时间和粘度与主要成分的相对浓度相关，因此进行实验以确定浓度和胶凝化/粘度之间的关系。

表11显示被测试的生物粘着剂的主要成分浓度对固化(胶凝化)时间的影响的研究结果。

表11

如表11所示，蒙脱土具有类似于参与藻酸盐和EDC的交联反应的固化加速效果，而高岭土并未显示相同的效果。

表12显示多个研究结果，其测试在没有偶联剂的情况下，主要成分的浓度对生物粘着剂的制剂在固化之前的粘度(帕斯卡秒)的影响。

表12

示例5：

冷水鱼皮明胶(Coldwater Fish Skin Gelatin)

根据本发明的一些实施例，另一种示例性生物粘着剂的基质是使用冷水鱼皮明胶制备。

材料和方法：

材料：

冷水鱼皮“A型”明胶(G7041)、猪皮“A型”明胶(G6144)、藻酸钠盐(A1112)、N-(3-二甲氨基丙基)-N-乙基碳化二亚胺盐酸盐(N-(3-dimethylaminopropyl)-N-ethylcarbodiimide hydrochloride，EDC)和高岭土(K1512)购自以色列Rehovot的Sigma-Aldrich公司。蒙脱土钠(Cloisite Na⁺)购自BYK(USA)公司。

装载止血剂的手术生物粘着剂的制备：

生物粘着剂的制备是根据将不同量的明胶和藻酸盐(Gel-Al)和止血剂粉末(高岭土或蒙脱土)在蒸馏水中加热至60℃。在使用生物粘着剂之前，将交联剂(EDC)加入到含有止血剂的凝胶-Al溶液中。明胶和藻酸钠的特征浓度分别为200至600毫克/毫升和0至40毫克/毫升。研究高岭土和蒙脱土的作用浓度分别为5、10、15、20、50和2.5、5、10、15、20毫克/毫升。制剂以明胶-藻酸盐-EDC的形式呈现，其中Gel是明胶的浓度，Al是藻酸盐的浓度，EDC是碳化二亚胺交联剂的浓度(全部以毫克/毫升计量)。

在所有实验中，使用具有静态混合器的双注射器以4:1的体积比(Mixpac L-System，Sulzer，Switzerland)施用生物粘着剂，以提供聚合物和交联剂溶液的一致混合。

将含有鱼明胶的聚合物溶液置于室温25±2℃下约10分钟，从而使其在施用前达到室温。含有猪明胶的聚合物溶液在从水浴中取出后立即使用，但仍维持温热。EDC浓度是20毫克/毫升。发现所述浓度对于聚合物而言具有足够的比例并且具有低的细胞毒性。

生物粘着剂的力学性能评估：

根据相关标准来选择三种类型的机械测试以评估新型生物粘着剂的机械性能。这三种方法的结合使得能够产生生物粘着剂功能的全面理解。

爆裂强度测量：

根据外科密封剂的爆裂强度的标准测试方法ASTM F2392-04，使用定制(custom-built)机械爆裂装置，测试爆裂强度。所述测试的原理是测量在组织泄漏点处生物粘着剂可以维持的最大压力。使用具有均匀3.0毫米直径孔的胶原蛋白肠衣(Sl Fibran，西班牙)作为组织基板。将大约0.5毫生生物粘着剂施加到胶原蛋白肠衣基板上，以约1毫米的测量厚度密封缺口。将样品放入测试装置并施加压力。记录生物粘着剂失效时的压力作为最大爆破压力。每种制剂至少进行10次重复。

搭接剪切粘合强度(Lap shear bonding strength)：

根据ASTM F2255-05，使用5500 Instron万能试验机(5500 Instron UniversalTesting Machine，Instron Engineering Corp.)评估在搭接剪切(lap shear)下的粘着剂粘合强度(bonding strength)，以便研究剪切力下的机械特性，所述剪切力是在组织粘着剂应用中常规地施加到皮肤上。简而言之，将胶原肠衣片切成2.5厘米宽的条带。每个条带的末端一厘米的区域被标记为重迭区域，另一端被折迭以形成易于抓取的厚区域。由于不同溶液的粘度随着添加更多组分而增加，生物粘着剂的施用以两种不同的方式进行：

以手动混合仅包含明胶和EDC的制剂。将25微升(μL)聚合物溶液涂布在两个条带的各个标记区域上，并将12.5微升(μL)交联溶液添加到一条带中并且尽可能均匀地涂布。在施加粘着剂后立即将两条带重迭。

双注射器用于含有藻酸盐的较粘稠的制剂。将约60微升(μL)生物粘着剂施加到一条带上，并将第二条带立即放置在所述区域上。

重迭后立即将1.2N的作用力施加到粘合区域，持续15分钟，使粘着剂固化(cured)并固定(set)。整个过程在室温25±2℃下进行。将测试样品放置在测试机器的夹具(grips)中，使得施加的载荷与样品的长轴重合。以恒定的5毫米/分钟的十字头部速度将样品加载至破坏(faliure)。对每种制剂测试10个样品；对于每个样品，记录破坏和破坏模式下的最大作用力：是凝聚性(cohesive)、粘着性(adhesive)、还是胶原基板的破坏。只考虑粘着性的破坏。

压缩模量(compressive modulus)-生物粘着剂弹性：

为了测量压缩模量，在硅铸模中制备圆柱形样品(7.8毫米直径、3.4毫米高度)并在铸造后24小时进行分析。使用上述Instron机器测量压缩弹性模量(Ec)。依照以0.2毫米/分钟的速率和35％的最大应变(strain)的斜坡压缩位移(ramped compressivedisplacement)，通过3个加载/卸载循环对圆柱形材料样品进行预处理。对每种制剂测试五个样品。压缩模量(Ec)计算为介于15至25％应变(strain)数据的线性回归线的斜率。

X射线衍射(X-ray diffraction，XRD)：

基于复合硅带技术(compound silicon strip technology)，在配备有1DLynxEye检测器的Bruker D8 Discover(Germany)Θ:ΘX射线衍射仪上，以CuKα辐射于对称布拉格-布伦塔诺几何形式(symmetric Bragg-Brentano geometry)，收集XRD数据，由于蒙脱土被掺入到生物粘着剂中，以测量蒙脱土的夹层区距离(gallery distance)的变化。

粘度测量：

在固化之前，聚合物(明胶-藻酸盐)生物粘着剂于施用和混合在组织上时的初始粘度主要受明胶-藻酸盐水溶液的粘度影响。为了研究止血剂对生物粘着剂的初始粘度的影响，聚合物溶液的粘度测量是使用装配有锥板几何形状(1°锥角，40毫米直径)的受控应力流变仪执行(controlled stress rheometer，型号DHR3，TA Instruments Ltd.)，分别在25℃或37℃(分别用于鱼或猪明胶)的恒定温度下，以10赫兹的恒定剪切速率。

凝胶化/固化时间：

交联时间，即凝胶化和固化时间，表示生物粘着剂在施用于伤口时达到所需状态所需的时间。凝胶化时间被决定为在聚合物溶液与交联剂溶液混合之后磁棒停止移动所需的时间。将约1毫升生物粘着剂(未装载止血剂或装载止血剂)倒入1.6毫米直径的平板中，在室温下用一1.4毫米磁棒以300rpm混合。

统计分析：

所有数据都使用Excel软件进行处理。使用方差分析(ANOVA,Tukey Kramer事后比较检定)方法通过XLSTAT软件进行两组以上的统计学比较。p<0.05的值被认为是统计学上显著的。图中的误差线表示标准误差。

结果与讨论

在本研究中，基于鱼明胶并装载有止血剂高岭土和蒙脱土，研究了复合水凝胶生物粘着剂的力学和物理性能。使用三种类型的力学测试来研究所有组分的影响：XRD、粘度和胶凝化时间。下面介绍描述所有参数对凝聚强度(cohesive strength)和粘着强度(adhesive strength)影响的定性模型。

生物粘着剂的机械性能：

通过根据相关标准选择的三种机械测量评估生物粘着剂的制剂的机械性能。

明胶浓度的影响：

爆破压力定义为在液体泄漏破裂之前水凝胶粘着剂可承受的最大压力。当水凝胶用作粘着剂、止血剂或密封剂时，它们经常受到来自下面的组织或生物体液的显著压力。

图1A至图1C呈现对比长条图，显示明胶浓度对爆裂强度(图1A)的影响、搭接剪切下的粘合强度(其显示生物粘着剂的手动施用(图1B中的深色柱)并通过双注射器的手动施用(图1B中的浅色柱)、和压缩下弹性模量(图1C)，其中EDC浓度保持恒定在20毫克/毫升。

从图1A中可以看出，示例性制剂表现出抵抗至少160毫米汞柱压力的能力。被设计为动脉血管密封剂的生物粘着剂必须承受约200毫米汞柱的收缩压，而用作角膜切口的密封剂的水凝胶所需的破裂压力极限为67毫米汞柱。明胶浓度从200毫克/毫升增加到400毫克/毫升，导致爆裂强度急剧增加120％。然而再进一步增加明胶浓度仅略微提高爆裂强度。另一方面，当明胶浓度从200毫克/毫升增加到400毫克/毫升时(图1B)，达成较为适中的增加剪切强度(51％)。在更高的明胶浓度下，搭接剪切强度降低，导致200和600毫克/毫升的明胶的强度相同。图1B还显示了生物粘着剂的手动涂抹和混合以及使用双注射器的施用之间的比较。通过施用双注射器所获得的搭接剪切强度比手动混合显示出约高45％的强度。因此此注射器被选择用于整个研究。

从图1C中可以看出，当明胶浓度从300毫克/毫升增加到400毫克/毫升时，生物粘着剂的压缩弹性模量显著增加。在明胶浓度低于30毫克/毫升时，生物粘着剂表现出低弹性模量，表明为一弹性水凝胶。尽管通常通过拉伸试验进行弹性评估，但为了最小化模制样品中缺陷的影响，选择压缩试验。

结果表明交联反应在明胶浓度为约400毫克/毫升时达到饱和，即EDC的反应性被明胶-藻酸盐官能团完全占据。有趣的是，在相对较低浓度的明胶(200和300毫克/毫升)中，尽管EDC：明胶的比例高，这意味着高交联剂和官能基(胺和羧基)的比例，但所有机械特性相对较低。因此可以认为，水溶液中官能基的浓度对交联反应的影响比交联剂与官能基之间的比例更大。

搭接剪切强度受几个因素的影响，最终决定粘着强度(adhesive strenth)和凝聚强度(cohesive strenth)。相反地，生物粘着剂的弹性模量主要与生物粘着剂的凝聚强度(cohesive strength)有关。生物粘着剂的爆裂强度也受粘着强度和凝聚强度的影响；不过，后者的影响更大。明胶浓度对最大值的搭接剪切强度的温和影响可以用粘着强度和凝聚强度的综合作用来解释。从爆裂强度和弹性模量可以看出，高达400毫克/毫升时，内聚强度显著增加。在200和400毫克/毫升之间的明胶浓度，内聚强度变化对搭接剪切强度的影响比爆裂强度或弹性模量低，这是由于在较低浓度下较导致低的粘度，具有更好的机械互锁。由于较低的机械互锁能力以及在这些浓度下内聚强度的增加是相对适度，导致明胶高于400毫克/毫升时搭接剪切强度的降低。

藻酸盐浓度的影响：

图2A至图2C呈现对比长条图，显示藻酸盐浓度对生物粘着剂的爆裂强度(图2A)，搭接剪切下的粘合强度(图2B)和压缩弹性模量(图2C)的影响，基于400毫克/毫升的明胶和20毫克/毫升的EDC。

在含有400毫克/毫升的明胶的水凝胶溶液上，进行藻酸盐对生物粘着剂力学性能影响的评估，发现所述明胶浓度是一合适的浓度。从图中可以看出，如图2A所示，当以40毫克/毫升的最大浓度装载时，藻酸盐浓度将爆裂强度降低约30％。在10和20毫克/毫升的浓度下观察到微不足道的变化。当藻酸盐浓度增加时，交联的水凝胶表现出较低的模量(图2C)。由此可见，生物粘着剂的内聚强度由于掺入藻酸盐而降低。

已知在两种聚合物之间具有良好相互作用的聚合物共混物水凝胶(polymerblend hydrogels)导致更高程度的链缠结(chain entanglements)。理论上，更多的纠缠导致更密集的网络，并因此引起更高度凝聚强度(cohesive strenth)。对于相反结果的一合理解释可能如下：在恒定浓度的明胶和EDC下，由于粘着剂的基质中EDC的相对部分减少并且羧酸基团部分增加，所以增加藻酸盐浓度降低了交联密度。因此交联效力随着藻酸盐浓度的增加而降低。

另一方面，尽管20毫克/毫升的藻酸盐使搭接剪切强度降低了40％，但发现较高的浓度可以提高搭接剪切强度。发现最高浓度为40毫克/毫升的搭接剪切强度比不含藻酸盐的明胶溶液高40％。如上所述，搭接剪切强度反映了生物粘着剂的粘着强度和凝聚强度。当假设爆裂强度的变化和弹性模量导致凝聚强度的降低时，在较高的藻酸盐浓度下的搭接剪切强度的增加表明粘着强度的强烈增加。这可能是由于羧基和粘着物(adherent)之间改善的相互作用。一般而言，在生物粘着剂的体外(in vitro)评估中发现的粘着强度的改进应该慎重考虑。虽然这些方法是标准的台架试验(bench tests)，但粘着物和精确条件无法严密模拟体内条件。选择400-10-20毫克/毫升的明胶-藻酸盐-EDC的组合物用于以下评估止血剂效果。

止血剂浓度的影响：

将止血剂、蒙脱土和高岭土以相对高的浓度装入生物粘着剂中，导致溶液的粘度显著增加。将高岭土装载至50毫克/毫升的最大浓度，而将蒙脱土装载至20毫克/毫升。

图3A至图3C呈现对比长条图，显示蒙脱土浓度对生物粘着剂的爆裂强度(图3A)、搭接剪切下的粘合强度(图3B)和压缩弹性模量(图3C)的影响，基于400:10:20明胶-藻酸盐-EDC的比例。

图4A至图4C呈现对比长条图，显示高岭土浓度对对生物粘着剂的爆裂强度(图3A)、搭接剪切下的粘合强度(图3B)和压缩弹性模量(图3C)的影响，基于400:10:20明胶-藻酸盐-EDC的比例。

从图3A中可以看出，蒙脱土强烈影响爆裂强度。当使用20毫克/毫升的蒙脱土浓度时，获得约53％的增加。从图3C中可以看出，蒙脱土的更显著的效果是弹性模量。当使用20毫克/毫升的最高浓度时，弹性模量与未装载的制剂相比增加至2倍。当掺入蒙脱土时，搭接剪切强度没有显著提高，并且所有蒙脱土浓度下搭接剪切强度相似。

从图4A至图4C可以看出，当装载高岭土时观察到类似的趋势。

图5A至图5B显示了蒙脱土的XRD研究结果，图5A显示原始蒙脱土(1号线)和未装载的生物粘着剂(2号线)的XRD图形，图5B显示了根据本发明的一些实施例，装载有20毫克/毫升的蒙脱土(3号线)、10毫克/毫升的蒙脱土(4号线)和5毫克/毫升的蒙脱土(5号线)的生物粘着剂的复合制剂的表准化XRD图形。

图4A至图4C和图5A至图5B的的比较显示蒙脱土掺入所导致的改善比高岭土导致的改善更大。高岭土对搭接剪切强度没有影响，而在高岭土的最高浓度下观察到爆裂强度提高了25％。因此，与未装载的生物粘着剂相比，凝聚强度(cohesive strength)的适度改进表现增加了弹性模量50％。

机械性能的显著增强归因于明胶和蒙脱土之间的强烈的相互作用，特别是来自明胶的羧酸盐和来自蒙脱土的羟基之间的氢相互作用。另外，明胶中的带正电的氨基酸(NH₃)与蒙脱土夹层区(gallery)中的阴性位点之间存在强烈的相互作用。一方面，这种相互作用降低了游离胺基，因此导致碳化二亚胺(carbodiimide)化学交联效率的降低。此外，用为一物理交联剂的蒙脱土增强了整个聚合物的基质的稳定性。

图6A至图6C显示高岭土(图6A)和蒙脱土钠(MMT；图6B)以及不同类型的聚合物/层状硅酸盐复合物(silicate composites)的化学结构的示意图，其中建议微米复合物(microcomposite)的表征为高岭土硅酸盐复合物，建议插层状纳米复合物(intercalatednanocomposite)和剥离纳米复合物(exfoliated nanocomposite)的表征为蒙脱土的硅酸盐复合物。

从图6A至图6C中可以看出，尽管两种止血剂都具有相似的晶体结构，但当生物粘着剂装载止血剂时产生的复合结构在机械性能，尤其是其凝聚强度方面差别很大。高岭土和聚合物基质之间的相互作用可能是由氢键和静电力引起的。然而高岭土是非膨胀层状硅酸盐，因此相互作用只发生在初始表面积上。相比之下，蒙脱土是一种膨胀型层状硅酸盐，可以大大增加硅酸盐的表面积，从而可以大大增加相互作用的量。这些强烈的相互作用导致蒙脱土在聚合物基质中稳定的纳米分散，产生纳米复合结构，如插层和剥离复合物。

总之，明胶-藻酸盐-EDC生物粘着剂的制剂具有优异的机械性能。发现明胶浓度与生物粘着剂的机械强度直接相关，而藻酸盐的整合可以稍微降低其强度，特别是凝聚强度(cohesive strength)。两种止血剂在一定程度上改善了生物粘着剂的机械强度；然而与高岭土相比，需要更少量的蒙脱土，这表明前者更为有效。此外，生物粘着剂的机械能力的额外增加可在动物研究中显示为由于止血剂的存在而改善出血性环境中的功能性。

结构特征：

原始蒙脱土和未加载的明胶-藻酸盐-EDC生物粘着剂的XRD图形显示于图5A中。根据布拉格方程(the Bragg equation)，蒙脱土在2θ＝7.3°处显示单一峰，对应于硅酸盐层中1.2纳米的d间距(001)。图5B为归一化XRD图，显示原始蒙脱土和生物粘着剂的制剂装载各种蒙脱土，并且与未装载的生物粘着剂相比较，以阐明由于纳米复合物形成而引起的变化。从图5A至图5B可以看出，蒙脱土加载的生物粘着剂包含新的宽峰，其移动到比蒙脱土(001)的波峰更低的角度。这种转变可能是由于将聚合物链限制在蒙托妥夹层区中并指示形成一纳米复合结构。蒙脱土(001)反射的缺乏可能暗示一更为剥离(exfoliated)的结构，较不为插层的结构(intercalated)。

在聚合物基质中掺入层状硅酸盐可能导致在硅酸盐和聚合物基质之间具有相分离(phase separation)的典型微米复合物。这种结构通常以1：1的层状硅酸盐形成，如高岭土。另一方面，由于层的膨胀，可以形成纳米复合结构。2：1层状硅酸盐(如蒙脱土)，因为它们在层间具有较弱的键，因此在特定条件下具有膨胀的能力。局部膨胀允许在硅酸盐层之间聚合物链的插层(intercalation)结构，即图6C所示的插层结构。更广泛的扩张被表示为完全分层为单层，即剥离结构(exfoliated)。

粘度：

生物粘着剂的粘度是一关键特性，其决定了使用的便利性，并通过机械联锁机制影响机械性能。进行流变测试(Rheological tests)是为了阐明生物粘着剂组分对初始粘度的影响，即在交联反应之前。测量在25℃下于明胶-早酸盐溶液进行。

根据本发明的一些实施例，图7A至图7C呈现了进行流变学测试以评估示例性生物粘着剂的制剂粘度的结果，其显示400毫克/毫升的明胶浓度的影响(图7A)；基于400毫克/毫升明胶浓度，藻酸盐浓度的影响(图7B)；以及在400:10凝胶-藻酸盐的生物粘着剂的制剂中，蒙脱土(在图7C中用正方形标记)和高岭土(在图7C中用三角形标记)的浓度的影响。

从图7A至图7C可以看出，粘度随着明胶浓度而增加，每增加100毫克/毫升的明胶，粘度增加约2.7倍。显示在图7B中的结果证明，藻酸盐也强烈增加粘度，即便当浓度增量低一数量级(order of magnituder)，即为10毫克/毫升时。

从图7C中可以看出，止血剂对溶液的粘度有不同的影响。当装载最高量的蒙脱土时，水凝胶的粘度增加高达7倍，而高岭土的载量对粘度没有影响，即使其以高于蒙脱土2.5倍的浓度装载(50毫克/毫升与20毫克/毫升)。

凝胶-藻酸盐溶液的粘度随着蒙脱土浓度的增加而增加，可能是由于蒙脱土层状硅酸盐的膨胀性质，导致聚合物基质的大量增加，层状硅酸盐界面作为物理交联剂，稳定了聚合物溶液。虽然高岭土和蒙脱土与基质产生相同的相互作用，但高岭土是未膨胀的层状硅酸盐，而所述高岭土的相互作用对于增强水凝胶而言是微不足道的。

当水凝胶的粘度低时，机械互锁能力通常是好的，即由于水凝胶更容易渗透到组织中的微孔中，粘合强度增加。高粘度生物粘着剂通常具有较高的链缠结(chainentanglements)和较高的聚合物网络，这有助于提高凝聚强度(cohesive strength)。

胶凝化时间：

最佳的凝胶时间取决于临床程序，通常在5至60秒的范围内。

图8显示400：10：20明胶-藻酸盐-EDC的生物粘着剂的凝胶化时间对蒙脱土浓度(用正方形标记)和高岭土浓度(用三角形标记)影响下，如基于400:10:20凝胶-藻酸盐-EDC的示例性生物粘着剂的制剂。

从图8中可以看出，所有研究的制剂均显示在所需范围内的胶凝化时间。最大的蒙脱土浓度加速了胶凝化时间约30％，而高岭土即使以50毫克/毫升的高浓度装载时，也对凝胶化时间没有影响。这些结果与机械强度结果一致，如图4和图5所示，并且粘度结果显示在图7中，其中证实高岭土几乎没有效果，可能是由于与聚合物基质的相互作用比蒙脱土少。此外，水凝胶的粘度和凝胶化时间是相互依赖的。应该注意的是，所研究的生物粘着剂的胶凝化时间可以通过几种方式进一步调节，例如聚合物或交联剂浓度、pH值、双注射器几何形状等等。

明胶来源对生物粘着剂性能的影响：

图9A至图9B显示根据本发明的一些实施例，于示例性生物粘着剂的制剂，测量的冷水鱼明胶(深色柱)对猪明胶(浅色柱)对初始粘度(图9A)和爆裂强度(图9B)的影响，具有明胶-藻酸盐-EDC比例为400-10-20毫克/毫升。

从图9A至图9B中可以看出，未装载和装载止血剂的生物粘着剂的制剂的初始粘度不受明胶来源影响。爆裂强度也相同，几乎不受明胶来源影响。尽管猪明胶比冷水鱼明胶更常用于生物医学应用，但结果表明碳化二亚胺(carbodiimide)交联反应对两种来源的明胶同样有效。使用冷水鱼明胶而不是猪明胶的附加价值是省去了在施用之前加热聚合物水凝胶的需求。这对于某些医疗应用很有用。

制剂强度模型：

基于上述发现，通过相关的生物粘着剂特性，建议建立一定性模型，描述生物粘着剂的制剂参数对凝聚强度和粘着强度的影响。

图10表示一定性模型的示意图，描述生物粘着剂的组分对凝聚强度和粘着强度的影响的，其中深色/浅色箭头分别表示某一参数增加/减少的情况下增加下一参数，而虚线代表更温和的反应。

根据所述模型，蒙脱土的掺入通过其增强作用(reinforcing effect)和增加的粘度，强烈影响生物粘着剂的凝聚强度(cohesive strength)。更高的藻酸盐含量也会通过增强粘度和缠结(entanglement)来影响凝聚强度。增加生物粘着剂的明胶含量，分别通过增强缠结和交联密度(crosslining density)增强了凝聚强度和粘着强度(adhesivestrength)。正如预期的那样，由于较高的交联密度，增加交联剂含量也有助于提高粘着强度。

生物粘着剂的机械强度是粘着强度和凝聚强度的组合。当生物粘着剂用于胶粘应用时，必须将它们设计成对组织具有高粘着性。正如我们建议的模型所述，为了增强粘着机制并使其能够穿透组织的微孔，优选使用低粘度水凝胶。此外，交联密度需要尽可能高。这可以通过选择合适的聚合物、交联剂和反应介质来实现。交联密度的增加可以反映在聚合物链之间更高量的分子间键结或作为与组织的一额外的化学相互作用。

由于施加在密封剂上的机械力较低，外科密封剂应用对粘合强度的要求较低；然而内部强度(即聚合物水凝胶的凝聚强度)对于使密封剂塞(sealant plugs)能够抵抗流体流(fluid flux)而不被撕开是至关重要的。水凝胶的内聚强度可以通过调节聚合物基体的性质来调整，如聚合物的浓度和类型，以及分子量和改性。这些会导致粘度和潜在缠结的变化。而且，增强基质的凝聚性可以通过复合物增强(composite reinforecement)来实现，以作为稳定聚合物基质的物理交联。两种具有层状硅酸盐结构的止血剂均可增强聚合物基质。蒙脱土生物粘着剂以纳米复合物水平排列(如图5所示的XRD)，显著地提高了机械性能。

结论：

根据本发明的一些实施例，基于与EDC交联的明胶和藻酸盐的生物粘着剂的制剂被设计用于潜在的粘着剂和密封剂应用。加入止血剂高岭土和蒙脱土分别产生具有增强的机械和物理性质的微米复合物和纳米复合水凝胶。与装载高岭土的微米复合物水凝胶相比，装载蒙脱土的纳米复合物水凝胶表现出优异的性能。

生物粘着剂的明胶含量影响爆裂强度、粘合强度(bonding strength)和压缩模量。后两种性质也受海藻酸盐含量的影响。粘度(viscosity)主要受明胶和蒙脱土含量的影响。后者也强烈影响凝胶化时间。

根据建议的模型，蒙脱土的掺入通过其增强作用(reinforcing effect)和增加的粘度，强烈影响生物粘着剂的凝聚强度(cohesive strength)。更高的藻酸盐含量也会通过增强粘度和缠结(entanglement)来影响凝聚强度。增加生物粘着剂的明胶含量，分别通过增强缠结和交联密度(crosslining density)增强了凝聚强度和粘着强度(adhesivestrength)。与猪明胶相比，发现冷水鱼明胶是有利的，因为它能够在室温下(而不是在升高的温度下)处理生物粘着剂，而实际上不改变生物粘着剂的性质。

了解生物粘着剂各组分对其机械和物理性能(特别是凝聚强度和粘着强度)的影响，以及了解这些新型复合物粘着剂的结构效应，而可以调整各种应用的相关参数。

虽然本发明结合其具体实施例而被描述，显而易见的是，许多替代、修改及变化对于那些本领域的技术人员将是显而易见的。因此，其意在包括落入所附权利要求书的范围内的所有替代、修改及变化。

在本说明书中提及的所有出版物、专利及专利申请以其整体在此通过引用并入本说明书中。其程度如同各单独的出版物、专利或专利申请被具体及单独地指明而通过引用并入本文中。此外，所引用的或指出的任何参考文献不应被解释为承认这些参考文献可作为本发明的现有技术。本申请中标题部分在本文中用于使本说明书容易理解，而不应被解释为必要的限制。

Claims (26)

1.一种用于形成一生物粘着剂的试剂套件，其特征在于：所述试剂套件包括：一第一容器，容纳一第一制剂；及一第二容器，容纳一第二制剂；其中所述第一制剂包括明胶及藻酸盐；并且所述第二制剂包括一偶联剂，用于偶联所述明胶，及/或用于偶联所述藻酸盐，及/或用于将所述明胶偶联至所述藻酸盐；其中所述第一制剂及所述第二制剂中的至少一者包括蒙脱土。

2.如权利要求1所述的试剂套件，其特征在于：通过以1：9至25：1的体积比将所述第一制剂及所述第二制剂相结合所获得的所述明胶在一生物粘着剂中的一浓度范围为50毫克/毫升至500毫克/毫升。

3.如权利要求1所述的试剂套件，其特征在于：通过以1：9至25：1的体积比将所述第一制剂及所述第二制剂相结合所获得的所述藻酸盐在一生物粘着剂中的一浓度范围为5毫克/毫升至100毫克/毫升。

4.如权利要求1所述的试剂套件，其特征在于：通过以1：9至25：1的体积比将所述第一制剂及所述第二制剂相结合所获得的所述蒙脱土在一生物粘着剂中的一浓度范围为1毫克/毫升至50毫克/毫升。

5.如权利要求1所述的试剂套件，其特征在于：通过以1：9至25：1的体积比将所述第一制剂及所述第二制剂相结合所获得的所述偶联剂在一生物粘着剂中的一浓度范围为1毫克/毫升至40毫克/毫升。

6.如权利要求1所述的试剂套件，其特征在于：在一生物粘着剂中，通过以1：9至25：1的体积比将所述第一制剂及所述第二制剂相结合所获得的：所述明胶的一浓度范围为200毫克/毫升至400毫克/毫升，所述藻酸盐的一浓度范围为20毫克/毫升至40毫克/毫升，所述蒙脱土的一浓度范围为5毫克/毫升至30毫克/毫升，及所述偶联剂的一浓度范围为10毫克/毫升至30毫克/毫升。

7.如权利要求1至6中任一项所述的试剂套件，其特征在于：所述第一制剂及所述第二制剂包括水。

8.如权利要求7所述的试剂套件，其特征在于：通过以1：9至25：1的体积比将所述第一制剂及所述第二制剂相结合所获得的水在一生物粘着剂中的一用量为所述生物粘着剂的40％至95％。

9.如权利要求1至8中任一项所述的试剂套件，其特征在于：通过以1：9至25：1的体积比将所述第一制剂及所述第二制剂相结合所获得的所述明胶在一生物粘着剂中的一浓度小于500毫克/毫升，并且所述生物粘着剂的特征为在所述结合时的一室温粘度范围为1帕斯卡-秒至50帕斯卡-秒，并且由所述结合起进行达到30分钟。

10.如权利要求1至9中任一项所述的试剂套件，其特征在于：所述第一制剂及/或所述第二制剂还包括一交联促进剂。

11.如权利要求1至10中任一项所述的试剂套件，其特征在于：所述第一制剂及/或所述第二制剂还包括一生物活性剂。

12.如权利要求11所述的试剂套件，其特征在于：通过将所述第一制剂及所述第二制剂相结合所获得的所述生物活性剂在一生物粘着剂中的一浓度范围为所述生物粘着剂的总体积的0.1重量百分比/体积至10重量百分比/体积。

13.如权利要求1至12中任一项所述的试剂套件，其特征在于：所述试剂套件用于在固化时形成一生物粘着剂的基质，其中用于形成所述基质的一固化时间范围为5秒至30分钟。

14.如权利要求13所述的试剂套件，其特征在于：根据手术密封剂的爆裂强度的标准测试方法ASTM F2392-04，所述基质的特征为以破裂一层所述基质所需一最大压力来表示一爆裂强度，一层所述基质具有约1毫米的厚度并且是通过将约0.5毫升的所述生物粘着剂施用在约3.0毫米均匀直径的孔洞上及所述孔洞的周围来提供的，所述孔洞是在一胶原片材中打洞形成的，所述最大压力的范围为350毫米汞柱至650毫米汞柱。

15.如权利要求1至14中任一项所述的试剂套件，其特征在于：所述试剂套件是一施用器装置，用于从所述第一容器分配所述第一制剂以及从所述第二容器分配所述第二制剂，从而形成所述生物粘着剂。

16.如权利要求15所述的试剂套件，其特征在于：所述施用器包括：

所述第一容器，为一第一注射器的形式，所述第一注射器具有：

一第一针筒，限定一第一腔室，用于容纳所述第一制剂，以及

一第一活塞，具有容纳在所述腔室中的一端，用于从所述第一腔室挤出所述第一制剂；

所述第二容器，为一第二注射器的形式，所述第二注射器具有：

一第二针筒，限定一第二腔室，用于容纳所述第二制剂，以及

一第二活塞，具有容纳在所述第二腔室中的一端，用于从所述第二腔室挤出所述第二制剂；

一喷嘴，具有一远端、一近端及一延伸穿过所述喷嘴的内腔；以及

一装置，用于将所述喷嘴的所述近端连接到所述第一腔室及所述第二腔室，使得所述第一制剂及所述第二制剂在所述内腔中接触，从而在驱动所述第一活塞及所述第二活塞时形成所述生物粘着剂，所述生物粘着剂可通过所述喷嘴射出。

17.如权利要求1至16中任一项所述的试剂套件，其特征在于：所述试剂套件被识别用于粘着一生物物体。

18.如权利要求1至16中任一项所述的试剂套件，其特征在于：所述试剂套件被识别用于密封一生物物体中的一破裂。

19.如权利要求1至16中任一项所述的试剂套件，其特征在于：所述试剂套件被识别用于将至少两个物体彼此粘合，所述物体中的至少一者是一生物物体。

20.一种如权利要求1至16中任一项所述的试剂套件的用途，其特征在于：所述试剂套件用于形成一生物粘着剂的基质。

21.如权利要求20所述的用途，其特征在于：所述生物粘着剂的基质用于粘着一生物物体。

22.如权利要求20所述的用途，其特征在于：所述生物粘着剂的基质用于密封一生物物体中的一破裂。

23.如权利要求20所述的用途，其特征在于：所述生物粘着剂的基质用于将至少两个物体彼此粘合，所述物体中的至少一者是一生物物体。

24.一种生物粘着剂的基质，其特征在于：

所述生物粘着剂的基质是通过将一第一制剂与一第二制剂接触而被形成，其中所述第一制剂包括一明胶及一藻酸盐；所述第二制剂包括一偶联剂，用于偶联所述明胶，及/或用于偶联所述藻酸盐，及/或用于将所述明胶偶联至所述藻酸盐；其中所述第一制剂及所述第二制剂中的至少一者包括蒙脱土。

25.如权利要求24所述的生物粘着剂的基质，其特征在于：所述生物粘着剂的基质还包括螯合在其中的一生物活性剂，所述生物粘着剂的基质是一药物洗脱用生物粘着剂的基质。

26.一种生物粘着剂，其包括：

a)明胶；

b)藻酸盐；

c)蒙脱土；

d)一偶联剂，用于偶联所述明胶，及/或用于偶联所述藻酸盐，及/或用于将所述明胶偶联至所述藻酸盐；及

e)水。