CN109053928A

CN109053928A - 一种基于改性壳聚糖的生物大分子及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN109053928A
Application number: CN201810539270.8A
Authority: CN
Inventors: 周峰; 麻拴红; 高璐瑶
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2018-12-21

Abstract

本发明公开了一种基于改性壳聚糖的生物大分子，该生物大分子为多酚和多肽改性的壳聚糖，具体结构式如下：

Description

一种基于改性壳聚糖的生物大分子及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种基于改性壳聚糖的生物大分子及其制备方法和应用。该生物大分子制备方法简单，制备得到的材料兼备亲水、生物相容、抗菌、止血及湿粘附特征，有望用作新型止血材料应用于医用领域。

背景技术

出血后怎么止血一直困扰着我们，外科手术中三分之二的失败原因是未能及时止血，不能及时有效的止血是导致病人死亡的主要原因。随着社会的进步，科学技术的发展，临床上运用了许多非可吸收止血材料，虽然起到了一定的止血作用，但后期伤口感染等问题仍困扰着我们。因此研究开发一种有效的可吸收的止血材料成为我们关注的问题。

在生物医学工程领域，越来越多的人对壳聚糖产生青睐，由于壳聚糖具有促进血液凝固的作用，可用作止血剂。它还可用于伤口填料物质，具有灭菌、促进伤口愈合、吸收伤口渗出物、不易脱水收缩等作用。专利CN 104288827A 报道了一种壳聚糖止血敷料，该止血敷料具有很好的止血和抗菌效果。然而，由于壳聚糖分子内和分子间存在较强的氢键作用，使得其难溶于水，故单一壳聚糖适用范围较窄。在壳聚糖分子链中引入其他亲水性基团，可改变其物理化学性能，赋予壳聚糖更多的功能性。例如，专利CN 107344971A报道了聚-ε-赖氨酸改性壳聚糖，赖氨酸改性后壳聚糖具有良好水溶性，加之赖氨酸优异的抗菌特性以及为身体所需8种氨基酸之一，使得该材料呈现出优异的生物应用前景。改性壳聚糖虽具有良好的抗菌及止血作用，但是在湿润的组织环境中，分子链处于高度水化状态，其与创面的粘附力较弱，而该问题始终没有得到解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于改性壳聚糖的生物大分子及其制备方法和应用。

本发明选取具有生物相容性、血液相容性、生物降解性的壳聚糖作为合成材料的中心骨架，在其侧链上接枝多酚和多肽分子，制备得到一种新型的生物大分子止血材料。具体合成路线如下：在壳聚糖侧链引入多酚结构分子，使壳聚糖既具有天然贻贝的湿粘附性；再在其侧链接枝功能性氨基酸分子，使壳聚糖具有优异的水溶性和抑菌活性；而壳聚糖本身则具有良好的止血性能。故本发明制备的改性壳聚糖生物大分子止血材料同时兼备生物相容、抗菌、止血、湿粘附及溶解性较好特征，此外该材料还能被人体代谢吸收。基于这些显著性特征，该材料有望作为一种新型的止血材料用于医疗领域。

一种基于改性壳聚糖的生物大分子，其特征在于该生物大分子为多酚和多肽改性的壳聚糖，具体结构式如下：

其中，R为含多酚官能团的分子链，R’为氨基酸分子链，x >100, y >100。

如上所述基于改性壳聚糖的生物大分子的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）将壳聚糖和多酚类化合物溶于冰醋酸水溶液中，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（简称EDC）为缩水剂，N-羟基琥珀酰亚胺（简称NHS）为活化剂，0~40℃条件下反应10~48小时；过滤反应液，然后用去离子水透析，纯化后得到多酚改性的壳聚糖溶液，冷冻真空干燥，得到多酚改性的壳聚糖；

2）将多酚改性的壳聚糖和多肽化合物溶于去离子水，EDC为缩水剂，NHS为活化剂，与多肽分子在0~40 ℃条件下反应10~48小时，透析纯化，冷冻干燥后得到多酚和多肽改性的壳聚糖。

所述壳聚糖的分子量为1000~500000 g/mol，优选地壳聚糖分子量为10000~200000 g/mol，分子量太小粘弹性较差，分子量太大溶解性会变差。

所述壳聚糖为脱乙酰化的壳聚糖，脱乙酰度为60%-100%，优选地，所述壳聚糖脱乙酰度为80%以上。

所述冰醋酸水溶液的质量浓度为1%~10%。

所述多酚类化合物为巴胺酸、没食子酸、原儿茶酸和高原儿茶酸中的一种或者几种。

所述多肽化合物为赖氨酸、聚赖氨酸、谷氨酸、半胱氨酸和缬氨酸中的一种或者几种。

所述壳聚糖和多酚类化合物的摩尔比为1:1~100；EDC和NHS的摩尔比为1:1；多酚类化合物与EDC或NHS的摩尔比为1:0.5~10。优选的，多酚类化合物与EDC或NHS的摩尔比为1:2。

所述多酚改性的壳聚糖和多肽类化合物的摩尔比为1:1~100；EDC和NHS的摩尔比为1:1；多肽化合物与EDC或NHS的摩尔比为1:0.5~10。优选的，多肽化合物与EDC或NHS的摩尔比为1:2。

如上所述基于改性壳聚糖的生物大分子作为止血材料的应用。

改性壳聚糖的生物相容性评价：以成骨细胞为考察对象，选择0.1 mg/mL~10 mg/mL浓度的改性壳聚糖高分子与细胞液进行共培养，发现改性壳聚糖高分子具有较好的生物相容性。

改性壳聚糖止血性能评价：

（1）将本发明合成的改性壳聚糖材料溶于PBS缓冲液中，质量浓度为0.5mg/mL~20 mg/mL, 涂覆于医用纱布表面，冷冻干燥处理后，贴敷于Wistar大鼠的动脉伤口处。与空白纱布对比，改性壳聚糖高分涂覆的纱布止血效果明显。

（2）将本发明合成的改性壳聚糖材料溶于PBS缓冲液中，质量浓度为5 mg/mL~20mg/mL, 涂覆于医用注射针头表面，真空干燥处理后，注入 Wistar大鼠静脉血管处。与空白针头对比，经改性壳聚糖涂覆的针头具有明显的止血效果。

本发明的有益效果如下：

1. 由于改性壳聚糖生物大分子引入了天然氨基酸的修饰，提高了壳聚糖水溶性，制备得到的改性壳聚糖使用的pH范围较宽，在酸性条件至弱碱性条件下均可使用。

2.由于改性壳聚糖生物大分子引入了天然多肽链段，在保持壳聚糖原有止血特性的同时，又显著增加了其抗菌活性和生物安全性。

3.反应主要原料壳聚糖来源广泛，价格相对低廉且本身无毒，生物易降解，对环境友好。

4. 壳聚糖侧链引入多酚官能团，使壳聚糖具有天然贻贝的湿粘附性，增强与伤口的贴合度。

5.合成条件：条件温和，较少使用有毒溶剂和催化剂。

6.本发明制备的改性壳聚糖同时兼备生物相容、抗菌、止血、湿粘附及溶解性较好特征。

附图说明

图1为本发明制备的改性壳聚糖生物大分子材料细胞毒性测试图。

图2为空白纱布处理Wistar大鼠动脉损伤后，血液在纱布上的分布照片图。

图3为本发明制备的改性壳聚糖处理的纱布用于Wistar大鼠动脉损伤后，血液在纱布上的分布照片图。

图4为使用空白针头对Wistar大鼠静脉血管进行注射及出血照片图。

图5为使用本发明制备的改性壳聚糖处理的针头对Wistar大鼠静脉血管进行注射及出血照片图。

具体实施方式

实施例1 改性壳聚糖的制备

1、多酚改性壳聚糖的制备：称取壳聚糖0.5 g(分子量为10万）溶于1%的乙酸溶液50ml，称取多巴胺酸591 mg ，EDC 1244.9 mg ，溶于25 ml 水和乙醇的混合液，将以上溶液混合，室温下搅拌12 h ，旋蒸出去乙醇，利用透析除去小分子物质，冷冻干燥，得到多酚改性壳聚糖。

2、多酚及多肽改性壳聚糖的制备：称取多酚改性壳聚糖0.3 g，0.15 g赖氨酸，196mg EDC，118 mg NHS，溶于50 ml去离子水中，室温搅拌24 h，透析除去小分子物质，冷冻干燥，得到多酚及多肽改性壳聚糖。

实施例2 改性壳聚糖的生物相容性评价

改性壳聚糖高分子的生物相容性评价。以成骨细胞为考察对象，选择0.1 mg/mL~10mg/mL浓度的CHIC-Lys与细胞液进行共培养，发现改性壳聚糖具有较好的生物相容性（图1）。

实施例3 改性壳聚糖的止血性能评价

1、以成年雄性Wistar 大鼠作为实验动物，在Wistar大鼠大腿股动脉处割5毫米长的伤口，分别用空白纱布和经改性壳聚糖涂覆的纱布处理伤口，收集3 min 内伤口出血量，观察伤口的出血情况，评价材料的止血性能（图2、图3）。与空白纱布对比，改性壳聚糖涂覆的纱布具有明显的止血效果。

2、以成年雄性Wistar 大鼠作为实验动物，分别用空白针头和经本发明材料改性壳聚糖涂覆的针头对Wistar大鼠进行静脉注射，收集3 min内伤口出血量，观察出血情况，评价材料的止血性能（图4、图5）。与空白针头对比，改性壳聚糖涂覆的针头止血效果明显。

Claims

1.一种基于改性壳聚糖的生物大分子，其特征在于该生物大分子为多酚和多肽改性的壳聚糖，具体结构式如下：

2.如权利要求1所述基于改性壳聚糖的生物大分子的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）将壳聚糖和多酚类化合物溶于冰醋酸水溶液中，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐为缩水剂，N-羟基琥珀酰亚胺为活化剂，0~40℃条件下反应10~48小时；过滤反应液，然后用去离子水透析，纯化后得到多酚改性的壳聚糖溶液，冷冻真空干燥，得到多酚改性的壳聚糖；

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述壳聚糖为脱乙酰化的壳聚糖，脱乙酰度为60%-100%，分子量为1000~500000 g/mol。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述壳聚糖的脱乙酰度为80%以上，分子量为10000~200000 g/mol。

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述冰醋酸水溶液的质量浓度为1%~10%。

6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述多酚类化合物为巴胺酸、没食子酸、原儿茶酸和高原儿茶酸中的一种或者几种；所述多肽化合物为赖氨酸、聚赖氨酸、谷氨酸、半胱氨酸和缬氨酸中的一种或者几种。

7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤1）中所述壳聚糖和多酚类化合物的摩尔比为1:1~100；EDC和NHS的摩尔比为1:1；多酚类化合物与EDC或NHS的摩尔比为1:0.5~10。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于所述步骤1）中多酚类化合物与EDC或NHS的摩尔比为1:2。

9.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤2）中所述多酚改性的壳聚糖和多肽类化合物的摩尔比为1:1~100；EDC和NHS的摩尔比为1:1；多肽化合物与EDC或NHS的摩尔比为1:0.5~10。

10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于步骤2）中多肽化合物与EDC或NHS的摩尔比为1:2。

11.如权利要求1所述基于改性壳聚糖的生物大分子作为止血材料的应用。