CN110898250B - 一种用于皮肤移植的自降解水凝胶粘合剂材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于β‑氨基酯键交联的自发降解的水凝胶粘合剂材料及其制备方法。该水凝胶材料基于聚烯丙基胺盐酸盐和聚乙二醇二丙烯酸酯制备获得，是利用碱性环境下氨基和碳‑碳双键之间的迈克尔加成反应，将两种大分子交联成水凝胶。可通过调节聚烯丙基胺盐酸盐溶液的pH值，控制水凝胶形成的速度及交联度，进而得到不同降解速度的水凝胶。基于其在皮肤和纱布之间的粘合作用，该材料可以用于皮肤移植手术中待移植皮肤的转移，其自降解的性能可以在一段时间后取下纱布同时对皮肤不造成影响。经抑菌圈实验证明，该材料具有良好的抑菌性。该水凝胶制备方式可以推广至其他含有碳‑碳双键和氨基的大分子，制备一系列具有类似自降解行为的水凝胶材料。
Description
技术领域
本发明涉及水凝胶及其制备方法，特别涉及一种可用于皮肤移植的自降解水凝胶粘合剂材料及其制备方法
背景技术
粘合剂作为一种连接不同物体的手段，相较于铆接或者缝合，其优点在于不对被粘物本体造成损害，同时粘合剂可以均匀铺展到被粘物体的界面处，防止了应力集中的产生，也有利于受力在被粘结物体之间的转递。当前，新型粘合剂广泛用于各行各业，尤其是医学行业，粘合可以在较好地降低连接生物组织时对组织的损害，其中植皮手术是医用粘合剂应用的一个重要领域。作为一种相对成熟的器官移植手段，植皮手术通过将自体或异体的正常皮肤转移至病患的皮肤缺损处以达到治疗目的。在治疗大面积深度深度烧伤病人时，由于自体皮肤有限，而异体皮肤常伴随排异反应，因此临床上常采用一种称之为MEEK微型皮片移植技术。该植皮方法基于皮片移植后其边缘可以爬行生长的原理,将一张较大面积的皮片切割成许多微型皮片后再进行移植。该方法大大增加移植皮肤的总边长,从而延长了创面的上皮化基线,植皮手术后新皮肤爬行生长的速度也因此得到提高。微型皮片的面积越小,其全部周长的总和越大,移植后的再生潜能越高。在MEEK法皮肤移植的过程中，取下切割后的待移植皮肤需要通过一种粘合剂与纱布载体相连，进而再负载到待移植部位。当新移植的皮肤与创面融合后，在移除纱布的过程中需谨慎小心，否则会对皮肤产生二次损害，因此一种可以及时降解的医用粘合剂可有效改良该手术过程的不足。
本发明基于氨基和碳-碳双键之间的迈克尔加成反应，构建了一种含有大量β-氨基酯键的水凝胶材料。水凝胶是一种由亲水聚合物组成的三维交联网络，其交联形式可以是物理交联或化学交联，截止目前已经有大量的天然或人工合成的聚合物被用于研制不同性能的水凝胶材料。通过共价、氢键和/或离子键或其他非共价相互作用，水凝胶可以对不同类型的底物表现出较强的粘附性。在生物医学应用中，水凝胶具有高含水量，物理化学性能可调控、湿创面附着能力强等优点，与其他类型的胶黏剂相比，具有更好的生物相容性、更小的刺激性和致敏性，因此水凝胶粘合剂在临床应用领域具有巨大的潜力。
本发明首次以聚烯丙基胺盐酸盐和聚乙二醇二丙烯酸酯两种商业聚合物为原料，以一锅法的形式合成了一种含有大量β-氨基酯键的水凝胶材料。该水凝胶具有快速成胶以及快速降解的性质。将该水凝胶预聚物涂在纱布和皮肤之间，预聚物成胶后可以在纱布和皮肤之间形成较强的粘结力。当水凝胶降解后，能在对皮肤不造成影响的情况下直接去除。通过调节成胶时聚烯丙基胺盐酸盐的pH值以及各组分溶液的浓度，可以对该水凝胶的成胶时间、凝胶力学性能和降解时间进行调节。
发明内容
本发明的目的是提供一种可用于皮肤移植的自降解水凝胶粘合剂材料及其制备方法，该水凝胶对皮肤和纱布具有较好的粘合性，其中含有的大量β-氨基酯结构具有快速水解的特性，能在常温或人体温环境下，无需附加条件自发快速降解。
本发明的可用于皮肤移植的自降解水凝胶粘合剂材料，该水凝胶粘合剂材料是由聚烯丙基胺盐酸盐和聚乙二醇二丙烯酸酯基于氨基、碳-碳双键经迈克尔加成反应形成β-氨基酯键交联而成，该过程中需控制聚烯丙基胺盐酸盐的溶液pH值为6以上。
本发明的一种可用于皮肤移植的自降解水凝胶粘合剂材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步：将聚烯丙基胺盐酸盐溶于超纯水中配成一定浓度的溶液，加入微量浓氢氧化钠溶液调节pH值至一定范围；
第二步：向调节好pH值的聚烯丙基胺盐酸盐溶液中加入等体积一定浓度的聚乙二醇二丙烯酸酯溶液，在一定温度下混合均匀，静置即可成胶。
进一步的，所述第一步中聚烯丙基胺盐酸盐在超纯水的浓度为0.2-0.3g/mL。
进一步的，所述第一步中聚烯丙基胺盐酸盐的数均分子量大于17000g/mol。
进一步的，所述第一步中聚烯丙基胺盐酸盐溶液pH值应为6-8为之间。若聚烯丙基胺盐酸盐溶液pH值小于6，则无法成胶；若聚烯丙基胺盐酸盐溶液pH高于8，一方面对粘合组织的刺激性增加，另一方面导致成胶速度加快，缩短了粘合时的操作时间，增加了操作难度，同时成胶速度过快会导致成胶前两种溶液混合不均匀，进而影响凝胶的整体力学性能。
进一步的，所述第二步中聚乙二醇二丙烯酸酯溶液浓度为0.2-0.3g/mL。
进一步的，所述第二步中聚乙二醇二丙烯酸酯数均分子量大于700g/mol。
进一步的，所述第二步中所述的温度为25-37℃。
上述技术方案中，第一步形成的聚烯丙基胺盐酸盐溶液和第二步中聚乙二醇二丙烯酸酯溶液的浓度均较为关键，两种溶液的浓度若低于0.2g/mL，则形成的水凝胶力学性能和粘合性能不足甚至无法成胶；若浓度高于0.3g/mL，一方面成胶溶液对被粘合组织的刺激性增加，另一方面成胶速度加快导致粘合时操作时间缩短，增加操作难度，且成胶速度过快会导致成胶前两种溶液混合不均匀，进而会影响凝胶的整体力学性能和粘合性能。
本发明的可用于皮肤移植的自降解水凝胶粘合剂材料具有快速成胶、制备简单以及快速降解的特性。该水凝胶的预聚物在皮肤上成胶后具有良好的附着粘结性，同时经过一段时间后能完全降解成溶液形式，且对皮肤无影响，适合用于皮肤移植时用作转移皮肤时的粘合剂，以及其他最终需要移除粘合剂的领域。该水凝胶的成胶时间、强度、降解时间可以通过改变聚烯丙基胺盐酸盐溶液的pH值和两种组分的浓度来调控。
附图说明
图1为实施例1中该水凝胶材料的表观图；
图2为该水凝胶材料的降解机理示意图；
图3为实施例1中不同组水凝胶的降解曲线；
图4为实施例2中该水凝胶粘合剂材料在水中粘附力及随时间变化；
图5为实施例2中该水凝胶粘合剂材料在潮湿空气中粘附力及随时间变化；
图6为实施例3中该水凝胶的抑菌圈表观图。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明的技术方案，但这些实施例并不用于限制本发明。
实施例1：
第一步：称取1.5g聚烯丙基胺盐酸盐溶于5mL超纯水中，共配制三组。往其中滴加10mol/L浓氢氧化钠溶液，分别调节溶液pH至6.0、7.0、8.0。
第二步：称取1g聚乙二醇二丙烯酸酯溶于5mL超纯水中。
第三步：将不同pH值的等体积的聚烯丙基胺盐酸盐溶液和聚乙二醇二丙烯酸酯溶液混合均匀，静置成胶。
本实施例制得的水凝胶如图1所示。该水凝胶降解的机理如图2所示。不同组份水凝胶的降解曲线如图3所示。结果表明，该水凝胶的具有快速降解的性能，同时其降解时间可通过混合前聚烯丙基胺盐酸盐的pH值进行调节。
实施例2：
第一步：称取1.5g聚烯丙基胺盐酸盐溶于5mL超纯水中，共配制三组。往其中滴加10mol/L浓氢氧化钠溶液，分别调节溶液pH至6.0、7.0、8.0。
第二步：称取1g聚乙二醇二丙烯酸酯溶于5mL超纯水中。
第三步：分别将不同pH值的聚烯丙基胺盐酸盐溶液和聚乙二醇二丙烯酸酯溶液装入双管胶枪中，以50mm*25mm载玻片为模拟基底，挤出足量溶液均匀铺展在表面，盖上另一块相同的载玻片，粘附面积为25mm*25mm。制备相同若干样品。以商用医用氰基丙烯酸酯类粘合剂产品为对照，制备若干平行样品。
第四步：将粘附后的样品置于37℃水溶液中或37℃潮湿空气中，测定不同情况下粘附力的变化。
本实施例制得的不同组水凝胶在载玻片基底上的粘附力及粘附力随凝胶降解变化趋势如图4和图5所示，证明该水凝胶的粘附力确实随水凝胶的降解而下降，且粘附力可以通过混合前聚烯丙基胺盐酸盐的pH值进行调节。
实施例3：
第一步：称取1.5g聚烯丙基胺盐酸盐溶于5mL超纯水中，往其中滴加10mol/L浓氢氧化钠溶液，调节溶液pH至8.0。
第二步：称取1g聚乙二醇二丙烯酸酯溶于5mL超纯水中。
第三步：将等体积的聚烯丙基胺盐酸盐溶液和聚乙二醇二丙烯酸酯溶液混合均匀，静置成胶。同时取等体积的第二步中聚乙二醇二丙烯酸酯溶液，按0.5‰加入光引发剂I2959，在紫外光照下引发聚合成纯聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶作为对照。
第四步：将0.8mL金黄色葡萄球菌溶液均匀地倒在接种在LB培养基上，菌液浓度为2.7*108cfu/mL。然后将第三步中制备的两种水凝胶置于各自培养基中心，在37℃下共培养12h。
本实施例制得的水凝胶的抗菌效果如图6所示，与纯聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶相比，该水凝胶具有一定的抗菌能力。
实施例4：
第一步：称取1.5g聚烯丙基胺盐酸盐溶于5mL超纯水中，往其中滴加5mol/L浓氢氧化钠溶液调节溶液pH到8.0。
第二步：称取1g聚乙二醇二丙烯酸酯溶于5mL超纯水中。
第三步：将前两步所制备的溶液装入双管胶枪中，以猪皮为模拟基底，挤出足量溶液均匀铺展在表面，覆盖上医用纱布，静置成胶。
第四步：37℃下潮湿环境中放置24小时后，揭去医用纱布。
通过将本发明水凝胶预聚物涂在纱布和皮肤之间，预聚物成胶后可以在纱布和猪皮之间形成较强的粘结力。在37℃下潮湿环境中放置24小时后水凝胶降解，医用纱布能在对皮肤不造成影响的情况下被直接去除。
Claims (8)
1.一种可用于皮肤移植的自降解水凝胶粘合剂材料，其特征在于，该水凝胶粘合剂材料是由聚烯丙基胺盐酸盐和聚乙二醇二丙烯酸酯基于氨基、碳-碳双键经迈克尔加成反应形成β-氨基酯键交联而成，该过程中需控制聚烯丙基胺盐酸盐的溶液pH值为6以上。
2.制备如权利要求1所述的一种可用于皮肤移植的自降解水凝胶粘合剂材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1) 将聚烯丙基胺盐酸盐溶于超纯水中配成溶液，加入氢氧化钠溶液调节pH值至6以上；
2) 向调节好pH值的聚烯丙基胺盐酸盐溶液中加入等体积的聚乙二醇二丙烯酸酯溶液，在一定温度下混合均匀，静置即可成胶。
3.根据权利要求2所述的一种可用于皮肤移植的自降解水凝胶粘合剂材料的制备方法，其特征在于，步骤1）所述的聚烯丙基胺盐酸盐在超纯水中的浓度为0.2-0.3 g/mL。
4.根据权利要求2所述的一种可用于皮肤移植的自降解水凝胶粘合剂材料的制备方法，其特征在于，步骤1）所述的聚烯丙基胺盐酸盐的数均分子量大于17000 g/mol。
5.根据权利要求2所述的一种可用于皮肤移植的自降解水凝胶粘合剂材料的制备方法，其特征在于，步骤1）中调节pH值应为6-8之间。
6.根据权利要求2所述的一种可用于皮肤移植的自降解水凝胶粘合剂材料的制备方法，其特征在于，步骤2）所述的聚乙二醇二丙烯酸酯溶液浓度为0.2-0.3 g/mL。
7.根据权利要求2所述的一种可用于皮肤移植的自降解水凝胶粘合剂材料的制备方法，其特征在于，步骤2）所述的聚乙二醇二丙烯酸酯数均分子量大于700 g/mol。
8.根据权利要求2所述的一种可用于皮肤移植的自降解水凝胶粘合剂材料的制备方法，其特征在于，步骤2）所述的温度为25-37℃。
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