CN108314790A - 一种用于组织粘合剂的光交联巯基壳聚糖-聚乙二醇甲基丙烯酸酯水凝胶及其制备方法 - Google Patents

一种用于组织粘合剂的光交联巯基壳聚糖-聚乙二醇甲基丙烯酸酯水凝胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于组织粘合剂的光交联巯基壳聚糖‑聚乙二醇甲基丙烯酸酯水凝胶及其制备方法，水凝胶是由巯基壳聚糖溶液和聚乙二醇甲基丙烯酸酯溶液通过光交联得到；制备方法包括：巯基壳聚糖的制备，聚乙二醇甲基丙烯酸酯的制备，光交联巯基壳聚糖‑聚乙二醇甲基丙烯酸酯水凝胶的制备。本发明分别制备了巯基壳聚糖和聚乙二醇甲基丙烯酸酯两组分，通过调节组分的配比，从而可以很好的控制水凝胶的交联速度、机械强度以及粘结强度；制备得到的水凝胶具有很好的生物相容性和生物可降解性，对组织具有很好的粘结性，是一种可用于组织粘合剂的水凝胶。

Description

一种用于组织粘合剂的光交联巯基壳聚糖-聚乙二醇甲基丙 烯酸酯水凝胶及其制备方法
技术领域
本发明属于水凝胶及其制备领域，特别涉及一种用于组织粘合剂的光交联巯基壳聚糖-聚乙二醇甲基丙烯酸酯水凝胶及其制备方法。
背景技术
临床手术中采用传统的机械式伤口闭合设备，诸如回形钉、铆钉以及手术缝合线等，往往会对伤口周围组织造成伤害，要二次手术将其取出，对内聚力小的肝、脾和肾等器官不适用。而组织粘合剂却能有效的解决或避免这些问题，此外，组织粘合剂在恢复受损部位的功能时，还能很好的恢复其损伤之前的外观，因此组织粘合剂在近年来受到了世界各国科学家和研究者的青睐。当前广为人知的组织粘合剂是α-丙烯酸酯类粘合剂以及纤维蛋白原类粘合剂，但是这两种粘合剂因其自身存在的缺点限制了它们的应用。例如，α-丙烯酸酯类粘合剂用于局部组织创伤的闭合时，它释放的毒性降解产物引起的生物不相容性极大地限制了在体内的应用。而纤维蛋白原类粘合剂的固化速度较慢、机械强度差、粘结强度小以及可能造成病毒感染等。
水凝胶是一种具有优越的生物相容性的材料，它具有与人体体内细胞外基质类似的三维交联结构，能够制成各种形状，因此，水凝胶粘合剂得到了大力的开发，并开发出多种类型的水凝胶粘合剂。然而这些水凝胶往往很快溶胀或者溶解掉，或者粘结强度或机械强度低，因此降低了作为临床外科手术的效力。因此，要扩大水凝胶组织粘合剂的应用，就应当增加水凝胶的机械强度和粘结强度，提高其生物相容性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于组织粘合剂的光交联巯基壳聚糖-聚乙二醇甲基丙烯酸酯水凝胶及其制备方法，该方法交联速度快，制备得到的水凝胶具有很好的粘结性、生物相容性、生物可降解性和机械强度，是一种可用于组织粘合剂的水凝胶。
本发明的一种用于组织粘合剂的光交联巯基壳聚糖-聚乙二醇甲基丙烯酸酯水凝胶，其特征在于，所述水凝胶是由巯基壳聚糖溶液和聚乙二醇甲基丙烯酸酯溶液通过光交联得到。
所述巯基壳聚糖是通过在壳聚糖上接枝N-乙酰半胱胺酸制备得到。
所述聚乙二醇甲基丙烯酸酯是通过聚乙二醇与甲基丙烯酰氯反应制备得到。
所述聚乙二醇是相对分子量为2000的线性聚合物。
本发明的一种用于组织粘合剂的光交联巯基壳聚糖-聚乙二醇甲基丙烯酸酯水凝胶的制备方法，具体步骤为：
(1)将壳聚糖悬浮在溶剂中，加入1-羟基苯并三唑HOBT，搅拌，分别加入N-乙酰半胱氨酸和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐EDC.HCl，反应，透析，冷冻干燥，得到巯基壳聚糖，其中，HOBT、N-乙酰半胱氨酸和EDC.HCl的摩尔比为1:1～3:3～6，壳聚糖与N-乙酰半胱氨酸的摩尔比为1:5000～3000，壳聚糖与溶剂的比例为0.5～1.0g:50～100mL；
(2)将聚乙二醇除水，在氮气保护下加入三乙胺，然后加入甲基丙烯酰氯溶液反应，过滤，重结晶，真空干燥，得到聚乙二醇甲基丙烯酸酯，其中，聚乙二醇、三乙胺和甲基丙烯酰氯的摩尔比为1:2～4:2～4；
(3)将步骤(1)中巯基壳聚糖溶于溶剂中，得到巯基壳聚糖溶液，将步骤(2)中聚乙二醇甲基丙烯酸酯溶于溶剂中，得到聚乙二醇甲基丙烯酸酯溶液，与巯基壳聚糖溶液混合，加入光引发剂，得到预聚物溶液，光交联，得到光交联巯基壳聚糖-聚乙二醇甲基丙烯酸酯水凝胶，其中，巯基壳聚糖与聚乙二醇甲基丙烯酸酯的质量比为1:10～1:20，巯基壳聚糖溶液的浓度为20～40mg/mL，聚乙二醇甲基丙烯酸酯溶液的浓度为200～500mg/mL，预聚物溶液中光引发剂的质量浓度为0.1～1.0％。
所述步骤(1)中溶剂为去离子水；反应的温度为室温，反应的时间为10～14h。
所述步骤(1)中反应时用浓盐酸调节pH为4～5；透析是在纯水中透析3天。
所述步骤(1)中壳聚糖是采购自Sigma-Aldrich公司，脱乙酰度大约为85％，分子量标识为Medium molecular weight。
所述步骤(1)中巯基壳聚糖中巯基的含量根据Ellman测试法得到，根据Ellman试剂的使用说明测定。
所述步骤(2)中将聚乙二醇除水的具体步骤为：将聚乙二醇溶解在甲苯中，共沸蒸发除去聚乙二醇吸附的水；甲基丙烯酰氯溶液的溶剂为二氯甲烷；反应时间为22～26h，反应温度为室温。
所述步骤(3)中溶剂均为去离子水或pH7.2的磷酸盐缓冲溶液；光引发剂为Irgacure 2959。
所述步骤(3)中光交联使用的是波长约为365nm的紫外光。
有益效果
本发明分别制备了巯基壳聚糖和聚乙二醇甲基丙烯酸酯两组分，通过调节组分的配比，从而可以很好的控制水凝胶的交联速度、机械强度以及粘结强度。制备得到的水凝胶具有很好的机械强度、生物相容性和生物可降解性，对组织具有很好的粘结性，是一种可用于组织粘合剂的水凝胶。
附图说明
图1是本发明制备巯基壳聚糖的反应过程图；
图2是本发明制备聚乙二醇甲基丙烯酸酯的反应过程图；
图3是本发明制备水凝胶的反应过程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)称取0.5克的壳聚糖悬浮在50毫升的去离子水中，加入2.58毫摩尔的1-羟基苯并三唑，室温下搅拌直至形成无色或淡黄色透明溶液，然后分别加入5.16毫摩尔N-乙酰半胱氨酸以及10.32毫摩尔1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，用浓盐酸调节pH为4～5，室温反应12小时，在超纯水中透析3天，冷冻干燥得到巯基壳聚糖。
(2)取4克聚乙二醇溶解在50毫升甲苯中，共沸蒸发除去聚乙二醇吸附的水，通入氮气并在氮气保护下，按比例加入三乙胺作为缚酸剂和催化剂，然后缓慢滴入溶解在二氯甲烷中的甲基丙烯酰氯(甲基丙烯酰氯在二氯甲烷中的浓度为1ml/10ml)，反应液在室温下进行24小时，旋转浓缩，过滤出去反应生成的三乙胺盐酸盐，滤液在二氯甲烷-无水乙醚的溶液体系中反复溶解沉淀三次，纯化得到聚乙二醇甲基丙烯酸酯的沉淀，真空干燥得到产品聚乙二醇甲基丙烯酸酯，其中聚乙二醇、Et3N和甲基丙烯酰氯的摩尔比为1:2:2。
(3)称取步骤(1)中巯基壳聚糖60毫克溶解在3毫升去离子水中，得到浓度为20mg/mL的巯基壳聚糖溶液，然后取0.6克步骤(2)中聚乙二醇甲基丙烯酸酯溶解在1.5毫升去离子水中，得到浓度为0.4g/mL的聚乙二醇甲基丙烯酸酯溶液，混合两种溶液并加入引发剂Irgacure2959，得到预聚物溶液，预聚物溶液中Irgacure 2959的质量浓度为1％，将预聚物溶液在紫外灯下光照交联形成水凝胶粘合剂。
实施例2
(1)称取1.0克的壳聚糖悬浮在100毫升的去离子水中，加入5.16毫摩尔的1-羟基苯并三唑，室温下搅拌直至形成无色或淡黄色透明溶液，然后分别加入10.32毫摩尔N-乙酰半胱氨酸以及20.64毫摩尔1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，用浓盐酸调节pH为4～5，室温反应12小时，在超纯水中透析3天，冷冻干燥得到巯基壳聚糖。
(2)取4克聚乙二醇溶解在50毫升甲苯中，共沸蒸发除去聚乙二醇吸附的水，通入氮气并在氮气保护下，按比例加入三乙胺作为缚酸剂和催化剂，然后缓慢滴入溶解在二氯甲烷中的甲基丙烯酰氯(甲基丙烯酰氯在二氯甲烷中的浓度为1ml/10ml)，反应液在室温下进行24小时，旋转浓缩，过滤出去反应生成的三乙胺盐酸盐，滤液在二氯甲烷-无水乙醚的溶液体系中反复溶解沉淀三次，纯化得到聚乙二醇甲基丙烯酸酯的沉淀，真空干燥得到产品聚乙二醇甲基丙烯酸酯，其中聚乙二醇、Et3N和甲基丙烯酰氯的摩尔比为1:2:2。
(3)称取步骤(1)中巯基壳聚糖80毫克溶解在2毫升的去离子水中，得到浓度为40mg/mL的巯基壳聚糖溶液，然后取1.0克步骤(2)中聚乙二醇甲基丙烯酸酯溶解在2毫升去离子水中，得到浓度为0.5g/mL的聚乙二醇甲基丙烯酸酯溶液，混合两种溶液并加入引发剂Irgacure2959，得到预聚物溶液，预聚物溶液中Irgacure 2959的质量浓度为0.1％，将预聚物溶液在紫外灯下光照交联形成水凝胶粘合剂。

Claims (10)

1.一种用于组织粘合剂的光交联巯基壳聚糖-聚乙二醇甲基丙烯酸酯水凝胶，其特征在于，所述水凝胶是由巯基壳聚糖溶液和聚乙二醇甲基丙烯酸酯溶液通过光交联得到。
2.按照权利要求1所述的一种用于组织粘合剂的光交联巯基壳聚糖-聚乙二醇甲基丙烯酸酯水凝胶，其特征在于，所述巯基壳聚糖是通过在壳聚糖上接枝N-乙酰半胱胺酸制备得到。
3.按照权利要求1所述的一种用于组织粘合剂的光交联巯基壳聚糖-聚乙二醇甲基丙烯酸酯水凝胶，其特征在于，所述聚乙二醇甲基丙烯酸酯是通过聚乙二醇与甲基丙烯酰氯反应制备得到。
4.按照权利要求3所述的一种用于组织粘合剂的光交联巯基壳聚糖-聚乙二醇甲基丙烯酸酯水凝胶，其特征在于，所述聚乙二醇是相对分子量为2000的线性聚合物。
5.一种用于组织粘合剂的光交联巯基壳聚糖-聚乙二醇甲基丙烯酸酯水凝胶的制备方法，具体步骤为：
(1)将壳聚糖悬浮在溶剂中，加入1-羟基苯并三唑HOBT，搅拌，分别加入N-乙酰半胱氨酸和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐EDC.HCl，反应，透析，冷冻干燥，得到巯基壳聚糖，其中，HOBT、N-乙酰半胱氨酸和EDC.HCl的摩尔比为1:1～3:3～6，壳聚糖与N-乙酰半胱氨酸的摩尔比为1:5000～3000，壳聚糖与溶剂的比例为0.5～1.0g:50～100mL；
(2)将聚乙二醇除水，在氮气保护下加入三乙胺，然后加入甲基丙烯酰氯溶液反应，过滤，重结晶，真空干燥，得到聚乙二醇甲基丙烯酸酯，其中，聚乙二醇、三乙胺和甲基丙烯酰氯的摩尔比为1:2～4:2～4；
(3)将步骤(1)中巯基壳聚糖溶于溶剂中，得到巯基壳聚糖溶液，将步骤(2)中聚乙二醇甲基丙烯酸酯溶于溶剂中，得到聚乙二醇甲基丙烯酸酯溶液，与巯基壳聚糖溶液混合，加入光引发剂，得到预聚物溶液，光交联，得到光交联巯基壳聚糖-聚乙二醇甲基丙烯酸酯水凝胶，其中，巯基壳聚糖与聚乙二醇甲基丙烯酸酯的质量比为1:10～1:20，巯基壳聚糖溶液的浓度为20～40mg/mL，聚乙二醇甲基丙烯酸酯溶液的浓度为200～500mg/mL，预聚物溶液中光引发剂的质量浓度为0.1～1.0％。
6.按照权利要求5所述的一种用于组织粘合剂的光交联巯基壳聚糖-聚乙二醇甲基丙烯酸酯水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中溶剂为去离子水；反应的温度为室温，反应的时间为10～14h。
7.按照权利要求5所述的一种用于组织粘合剂的光交联巯基壳聚糖-聚乙二醇甲基丙烯酸酯水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中反应时用浓盐酸调节pH为4～5；透析是在纯水中透析3天。
8.按照权利要求5所述的一种用于组织粘合剂的光交联巯基壳聚糖-聚乙二醇甲基丙烯酸酯水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中将聚乙二醇除水的具体步骤为：将聚乙二醇溶解在甲苯中，共沸蒸发除去聚乙二醇吸附的水；甲基丙烯酰氯溶液的溶剂为二氯甲烷；反应时间为22～26h，反应温度为室温。
9.按照权利要求5所述的一种用于组织粘合剂的光交联巯基壳聚糖-聚乙二醇甲基丙烯酸酯水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中溶剂均为去离子水或pH＝7.2的磷酸盐缓冲溶液。
10.按照权利要求5所述的一种用于组织粘合剂的光交联巯基壳聚糖-聚乙二醇甲基丙烯酸酯水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中光引发剂为Irgacure 2959。
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