CN109381738A

CN109381738A - 一种壳聚糖基水凝胶及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN109381738A
Application number: CN201810804991.7A
Authority: CN
Inventors: 彭燕飞; 彭晓婷; 韩宝芹; 刘万顺
Original assignee: Ocean University of China
Current assignee: Ocean University of China
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2019-02-26

Abstract

本发明公开了一种壳聚糖基水凝胶及其制备方法和应用。所述的壳聚糖基水凝胶以壳聚糖或其衍生物为原料，主链接枝邻苯二羟基基团化合物，通过交联剂交联制备而成。所述水凝胶的制备方法：首先在壳聚糖或其衍生物上接枝邻苯二羟基基团，使产物具有湿态粘合性；进一步的，通过交联反应，形成具有足够机械强度及粘弹性的水凝胶材料。该水凝胶材料具有湿态粘合性、止血和促伤口愈合功能，在组织工程和皮肤修复方面具有广泛的应用前景。

Description

一种壳聚糖基水凝胶及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于医用材料技术领域，具体涉及一种具有湿态环境下粘合组织、止血和促愈合的壳聚糖基水凝胶及其制备方法和作为组织粘合剂的应用。

背景技术

组织粘合剂是指在可粘附在局部组织表面而使组织表面间发生粘合的生物医用材料，主要用于器官或组织的局部粘合与修补、传统缝合术的辅助止血、牙齿的修补、骨骼或关节的结合与定位等技术领域。其使用可替代传统复杂耗时的外科手术缝合或钉合，起到快速封闭创面、避免创面感染、有效减轻瘫痕的效果，极大地提高患者的就医舒适度，近年来越来越受到医生和患者的青睐。

理想的组织粘合剂一般具有生物相容性好、粘合速度快、粘合强度高、粘合时放热少，以及在组织内可降解吸收等特点。目前临床上应用的组织粘合剂包括两类：（1）化学粘合剂，其中a-氰基丙烯酸酯类粘合剂是发现最早、应用最广的组织粘合剂。该种粘合剂粘接速度快、粘接强度高且毒性相对较小，然而其不足包括存在对活体组织的异物反应而妨碍组织愈合，使用时聚合放热易使组织粘接面受损，粘接部位弹性差柔软性不够，储存期短易发生凝固等。（2）生物粘合剂，如纤维蛋白粘合剂（又称生物胶）。该种粘合剂具有良好的生物相容性及生物降解性，不易引起炎症和异物反应，可促进血管生长和形成以及局部组织的生长和修复，其不足在于粘合强度低。除了以上局限性外，上述组织粘合剂大都在干燥环境下使用效果佳，而潮湿环境下易发生溶胀脱落影响粘合效果，因此研制出一种无毒、潮湿环境下使用仍具有高强度组织粘合性的新型组织粘合剂是该领域内的发展趋势。

壳聚糖作为一种天然阳离子聚合物，由于其生物可降解性、抑菌性、低毒性和非免疫原性而受到了广泛关注，通过接枝改性，可以获得具有良好水溶性、良好生物相容性以及抗菌、保湿、促伤口愈合的壳聚糖衍生物。贻贝足丝蛋白在湿态环境下具有超强粘附性能，通过将贻贝黏附蛋白的功能单元-邻苯二酚基团接枝到高分子上，是当前仿贻贝生物粘合剂的研究热点之一。但目前所报道的贻贝足丝蛋白粘合剂大多需要在一定温度下固化较长时间后才能达到较高的粘合强度，限制了其临床上的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种壳聚糖基水凝胶及其制备方法和作为组织粘合剂的应用，该水凝胶具有一定的湿态组织黏附性、止血、促愈合功能，生物相容性好，可生物降解，可用于组织工程和皮肤修复方面。

本发明研制了一种基于壳聚糖及其衍生物的仿贻贝足丝蛋白水凝胶，该水凝胶利用壳聚糖及其衍生物良好的生物相容性及生物功能性，结合天然贻贝粘附蛋白的结构特点，在壳聚糖及其衍生物主链上引入邻苯二羟基基团，进而通过交联，获得成胶时间短、粘合强度高、生物相容性优的组织粘合材料。

本发明的壳聚糖基水凝胶以壳聚糖或其衍生物为原料，主链接枝邻苯二羟基基团化合物，通过交联剂交联制备而成。

所述壳聚糖的脱乙酰度为85~95%，表观分子量为200 ~ 500 kDa。

所述壳聚糖衍生物为羟乙基壳聚糖、羟丙基壳聚糖或羟丁基壳聚糖，单位糖单元上的基团接枝率为1.5 ~ 3.5。

所述含邻苯二羟基基团化合物为3，4-二羟基苯甲酸、3，4-二羟基苯乙酸或3，4-二羟基苯丙酸。

所述交联剂为高碘酸钠。

本发明壳聚糖基水凝胶的制备方法包括以下步骤：

（1）将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC）和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）溶于酸性缓冲液中，并与含邻苯二羟基基团化合物混合，再将混合物加入到壳聚糖或其衍生物溶液中，搅拌反应一定时间后，将反应液透析、冷冻干燥得到接枝邻苯二羟基基团的壳聚糖或其衍生物；

（2）将上述接枝邻苯二羟基基团的壳聚糖或其衍生物灭菌后溶解于无菌水溶液，与无菌交联剂混合、交联，即获得接枝邻苯二羟基基团的壳聚糖基水凝胶。

所述酸性缓冲液为磷酸缓冲液。

所述壳聚糖或其衍生物糖单元与含邻苯二羟基基团化合物的摩尔比为1:1~10:1，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为1:1~10:1，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与含邻苯二羟基基团化合物的摩尔比为1:1~8:1。

所述步骤（1）中壳聚糖或其衍生物与含邻苯二羟基基团化合物的反应时间为10~80 h。

所述步骤（2）中的接枝邻苯二羟基基团壳聚糖或其衍生物的重量百分浓度为5%~20%，接枝的邻苯二羟基基团与所用交联剂的摩尔比为1:1~1:0.1。

所述接枝邻苯二羟基基团壳聚糖或其衍生物中邻苯二羟基基团的接枝率为2% ~30%。

本发明的优点是具有一定的湿态组织黏附性、止血和促愈合功能，生物相容性好，可生物降解，在组织工程和皮肤修复方面可能具有广泛的应用前景。在实验性大鼠背部皮肤的切口中作为组织粘合剂应用的实验结果表明，本发明的水凝胶可以替代手术缝线粘合切口，操作简单，同时具有迅速止血、促进切口愈合等功效，是一种理想的组织粘合材料，市场前景广阔。

附图说明

图1为接枝邻苯二羟基基团羟乙基壳聚糖的红外谱图。

图2为接枝邻苯二羟基基团羟乙基壳聚糖的核磁共振氢谱谱图。

图3为接枝邻苯二羟基基团羟乙基壳聚糖水凝胶对大鼠皮肤的粘合试验结果图。

图4为接枝邻苯二羟基基团羟乙基壳聚糖水凝胶对大鼠背部皮肤切口的促愈合效果图。

图4中，A：手术后15min；B：手术后两天；s：缝合线缝合；i：高碘酸交联水凝胶。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步的描述，需要说明的是本发明并不局限于下列实施例。

实施例1：水凝胶1

称取0.5 g脱乙酰度为90%，表观分子量为400 kDa的壳聚糖置于圆底烧瓶中，加入50mL pH为6.5的磷酸缓冲液，充分搅拌使其完全溶解。称取0.43 g EDC和0.17 g NHS置于烧杯中，与25 mL含有0.13g 3,4-二羟基苯丙酸的乙醇溶液混合，将此混合液加入到壳聚糖溶液中，快速搅拌反应24 h，反应结束后，将混合液先在pH为5.0的HCl溶液中透析2天。最后将产物进行冷冻干燥，得白色海绵状接枝邻苯二羟基壳聚糖。辐照灭菌后，将接枝邻苯二羟基壳聚糖搅拌溶解于pH为6.5的无菌磷酸缓冲液中，使其重量百分浓度为13%，加入浓度为3.25 mg/mL的高碘酸钠无菌水溶液，使接枝的邻苯二羟基基团与高碘酸钠的摩尔比为1:0.25，制得本发明所述的水凝胶1。

实施例2：水凝胶2

称取0.5 g羟乙基壳聚糖置于圆底烧瓶中，加入50 mL pH为6.5的磷酸缓冲液，充分搅拌使其完全溶解。称取0.55 g EDC和0.21 g NHS置于烧杯中，与25 mL含有0.17g 3,4-二羟基苯丙酸的乙醇溶液混合，将此混合液加入到羟乙基壳聚糖溶液中，快速搅拌反应24 h，反应结束后，将混合液先在pH为5.0的HCl溶液中透析2天。最后将产物进行冷冻干燥，得白色海绵状接枝邻苯二羟基羟乙基壳聚糖，其中邻苯二羟基基团的接枝率为14%。将辐照灭菌后的接枝邻苯二羟基羟乙基壳聚糖搅拌溶解于pH为6.5的无菌磷酸缓冲液中，使其重量百分浓度为13%，搅拌条件下加入浓度为3.25 mg/mL的高碘酸钠无菌水溶液，使接枝的邻苯二羟基基团与高碘酸钠的摩尔比为1:0.25，构成本发明所述的水凝胶2。由图1的红外谱图可以看出，在1712cm-1和1600cm-1均出现了对应于的由于C=O的伸缩振动新吸收峰，证明邻苯二羟基基团接枝到了壳聚糖上。同时从图2中出现在δ6.6-6.8 ppm、源自邻苯二酚中苯环上质子的信号，再次证明接枝成功。同时通过对比δ6.6-6.8 ppm和δ1.9 ppm（归属于N-乙酰氨基中的-CH₃的信号）的积分面积，并考虑HECTS的脱乙酰度可以计算出该HCA-g-HECTS的HCA接枝率为14.8%。

实施例3：水凝胶3

称取0.5 g羟丙基壳聚糖置于圆底烧瓶中，加入50 mL pH为6.5的磷酸缓冲液，充分搅拌使其完全溶解。称取0.59 g EDC和0.22 g NHS与25 mL 含0.16 g的 3,4-二羟基苯乙酸乙醇溶液混合，将此混合液加入到羟丙基壳聚糖溶液中，快速搅拌反应24 h，反应结束后，将混合液透析，再冷冻干燥，得白色海绵状接枝邻苯二羟基羟丙基壳聚糖固体。辐照灭菌后，将接枝邻苯二羟基羟丙基壳聚糖搅拌溶解于pH为6.5的无菌磷酸缓冲液中，使其重量百分浓度为13%，加入浓度为3.25 mg/mL的高碘酸钠无菌水溶液，使接枝的邻苯二羟基基团与高碘酸钠的摩尔比为1:0.25，混匀，构成本发明所述的水凝胶3。

实施例4：水凝胶4

称取0.5 g羟丁基壳聚糖置于圆底烧瓶中，加入50 mL pH为6.5的磷酸缓冲液，充分搅拌使其完全溶解。称取0.63 g EDC和0.24 g NHS与25 mL 含0.17g的 3,4-二羟基苯乙酸乙醇溶液混合，将此混合液加入到羟丁基壳聚糖溶液中，快速搅拌反应24 h，反应结束后，将混合液透析，再冷冻干燥，得白色海绵状接枝邻苯二羟基羟丁基壳聚糖固体。辐照灭菌后，将接枝邻苯二羟基羟丁基壳聚糖搅拌溶解于pH为6.5的无菌磷酸缓冲液中，使其重量百分浓度为13%，搅拌条件下加入浓度为3.25 mg/mL的高碘酸钠无菌水溶液，使接枝的邻苯二羟基基团与高碘酸钠的摩尔比为1:0.25，混匀，即构成本发明所述的水凝胶4。

实施例5：水凝胶作为组织粘合剂的应用及效果1

取新鲜的大鼠皮肤剪裁成1.5cm×4cm的矩形，除去多余的脂肪组织后，取100μL上述水凝胶2涂抹在大鼠皮肤1.5cm×1.5cm的区域内，将另一块大鼠皮肤覆盖其上形成1.5cm×1.5cm的重叠区域，室温放置24h，拉力机下测其粘合强度，每个样品测5次，结果如图3所示。从图中可以看出，当HCA与IO4^-的摩尔比为1:0.25时，其粘合强度可达81.7 KPa。

实施例6：水凝胶作为组织粘合剂的应用及效果2

首先对大鼠背部手术区域用碘伏以及75%的乙醇消毒，然后切开两个2.0 cm×0.5 cm（长×深）的伤口，左边的伤口用3-0手术缝合线进行缝合作为对照，右边的伤口涂抹100mL上述水凝胶1或者上述水凝胶2。伤口粘附15 min 和48h后，对手术部位拍照。结果如图4所示。从图中可以看出，涂抹上述水凝胶1或者上述水凝胶2的伤口均未见出血现象。手术48小时后的照片显示涂抹上述水凝胶1或者上述水凝胶2的伤口均愈合良好。

Claims

1.一种壳聚糖基水凝胶，其特征在于，以壳聚糖或其衍生物为原料，主链接枝邻苯二羟基基团化合物，通过交联剂交联制备而成。

2.如权利要求1所述的壳聚糖基水凝胶，其特征在于所述的壳聚糖的脱乙酰度为85~95%，表观分子量为200 ~ 500 kDa。

3.如权利要求1所述的壳聚糖基水凝胶，其特征在于所述的壳聚糖衍生物为羟乙基壳聚糖、羟丙基壳聚糖或羟丁基壳聚糖，单位糖单元上的基团接枝率为1.5 ~ 3.5。

4.如权利要求1所述的壳聚糖基水凝胶，其特征在于所述的含邻苯二羟基基团化合物为3，4-二羟基苯甲酸、3，4-二羟基苯乙酸或3，4-二羟基苯丙酸。

5.如权利要求1所述的壳聚糖基水凝胶，其特征在于所述的交联剂为高碘酸钠。

6.如权利要求1所述壳聚糖基水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺溶于酸性缓冲液中，并与含邻苯二羟基基团化合物混合，再将混合物加入到壳聚糖或其衍生物溶液中，搅拌反应一定时间后，将反应液透析、冷冻干燥得到接枝邻苯二羟基基团的壳聚糖或其衍生物；

（2）将上述接枝邻苯二羟基基团的壳聚糖或其衍生物灭菌后溶解于无菌酸性水溶液中，加无菌交联剂交联即获得接枝邻苯二羟基基团的壳聚糖基水凝胶。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述酸性缓冲液为磷酸缓冲液。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述壳聚糖或其衍生物糖单元与含邻苯二羟基基团化合物的摩尔比为1:1~10:1，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为1:1~10:1，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与含邻苯二羟基基团化合物的摩尔比为1:1~8:1。

9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中壳聚糖或其衍生物与含邻苯二羟基化合物的反应时间为10~80 h。

10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的接枝邻苯二羟基基团壳聚糖或其衍生物的重量百分浓度为5%~20%，接枝的邻苯二羟基基团与所用交联剂的摩尔比为1:1~1:0.1。