CN111269427B

CN111269427B - 一种医用粘合剂的制备方法

Info

Publication number: CN111269427B
Application number: CN202010268527.8A
Authority: CN
Inventors: 李小杰; 张一帆; 魏玮; 刘晓亚
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2020-04-08
Filing date: 2020-04-08
Publication date: 2021-09-07
Anticipated expiration: 2040-04-08
Also published as: CN111269427A

Abstract

本发明提供了一种医用粘合剂的制备方法，属于生物医用材料领域。利用末端为硫醇基团的超支化聚合物和少量含有不饱和双键的聚乙二醇混合，制备了一种无溶剂、室温下为液态的UV激发型医用粘合剂。由于超支化聚合物其疏水性、末端多重的硫醇基团和无需溶剂的可流动性，使得该粘合剂展示出较高的粘合强度。本发明提供的粘合剂在低剂量的紫外光下便能快速固化，降低大剂量紫外光对于周围健康组织的损害。另外，粘合剂具有和人体软组织相接近的弹性模量，增加病人的舒适度；同时，粘合剂展示出低溶胀性，且低细胞毒性，作为医用粘合剂具有很大的应用前景。

Description

一种医用粘合剂的制备方法

技术领域

本申请属于生物医用材料领域，具体涉及一种无溶剂型医用粘合剂的制备方法。

背景技术

生物医用粘合剂，是一种应用于人体的液态的医用粘合剂材料。它可以简单地涂敷在伤口部位，通过粘结的方式从而使组织与组织或非组织之间粘结在一起，从而达到闭合伤口、止血和密封等作用。医用粘合剂操作简便迅速，对受损部位周围不造成伤害，减少疼痛，无需二次手术移除缝合线，能够有效防止体液和空气泄露。医用粘合剂用途广、功能多样，不仅可以用来闭合皮肤伤口，还可以用于骨头、神经、肌肉等组织的修复。此外，医用的粘合剂还可具有优越的美容效果，伤口愈合后不留疤，特别是对于整形美容行业具有价值。因此，医用粘合剂被认为是手术缝合线等的良好的替代品，具有很高的应用价值。目前国内外市场上流通的医用粘合剂有主要有纤维蛋白胶、氰基丙烯酸酯类及聚乙二醇基粘合剂三种。纤维蛋白胶和聚乙二醇类粘合剂具有良好的生物相容性，但是粘结强度低，力学强度弱。氰基丙烯酸酯粘合剂具有强粘结性、低成本、快速固化、固有的杀菌性能等优点，但又硬又脆、降解产物(氰乙酸盐和甲醛)有毒。因此研究开发具有优异性能的医用粘合剂一直是研究人员的热点。

紫外光激发医用粘合剂是指粘合剂在光照条件下发生固化，进而起到粘结组织、密封伤口的作用。紫外光激发固化粘合剂可以控制固化的时间、部位以及固化的程度，从而更好地控制施药部位，粘合性能和机械性能。目前制备光响应粘合剂的方法之一是对亲水性的聚合物进行光敏改性，然后将其溶于水后形成粘合剂。但是，亲水性粘合剂在人体水环境中会吸收水分，不仅会干扰聚合物链与基体组织的相互作用从而降低粘合强度，而且会导致粘合剂亲水性粘合剂体系在内会吸水膨胀，降低粘合剂的力学强度低并压迫周围神经组织产生痛楚。相反，疏水性的粘合剂能够防止水汽的入侵，排除粘合界面的水分，因此在水环境下具有突出的优势。但绝大部分聚合物在常温下是固态的，需要有机溶剂溶解形成溶液或者乳液才能使用，而有机溶剂往往有害人体健康。直接采用液态的(甲基)丙烯酸酯等小分子单体进行原位光聚合作为粘合剂，其聚合过程产生的热量以及未反应单体会对某些敏感的组织造成损伤。因此，如何解决以上问题，并兼顾粘合性质以及生物相容性开发光激发医用粘合剂具有重大的需求。

发明内容

基于上述问题，本发明利用疏水的、末端为硫醇基团的超支化聚合物和少量聚乙二醇二甲基丙烯酸酯，反应制备了一种无溶剂的、室温下为液态的UV激发型医用粘合剂。

具体制备方法如下：

步骤1，将三官能度硫醇类单体溶解在有机溶剂中，N₂鼓泡30min排除溶液中的空气，再加入二官能度(甲基)丙烯酸酯类单体相混合，混合液在N₂保护下40℃下反应24h，反应结束后纯化反应液得到超支化聚合物，分子量为5～50kDa；

步骤2，将步骤1所得超支化聚合物、含有不饱和双键的聚乙二醇单体、光引发剂充分混合，得到无色透明粘稠液体，即医用粘合剂。

进一步的，其特征在于，步骤1中所述三官能度硫醇类单体包括三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)，所述二官能度(甲基)丙烯酸酯类单体包括2-(丙烯酰氧基)-甲基丙烯酸乙酯、3-(丙烯酰氧基)-甲基丙烯酸丙酯、4-(丙烯酰氧基)-甲基丙烯酸丁酯、3-(丙烯酰氧基)-甲基丙烯酸-2-羟丙酯。

进一步的，其特征在于，所述三官能度硫醇类单体的浓度为0.1～0.5g/mL，所述二官能度(甲基)丙烯酸酯类单体的浓度为0.05～0.4g/mL，三官能度硫醇类单体和二官能度(甲基)丙烯酸酯类单体的摩尔比为1：0.5～1.2。

进一步的，其特征在于，步骤1中所述的有机溶剂包括为N’N-二甲基甲酰胺溶液、二氧六环、乙腈、四氢呋喃。

进一步的，其特征在于，步骤1中所述纯化方法为将反应液浓缩，然后在无水乙醚中沉淀，再用二氯甲烷重新溶解后在无水乙醚中沉淀，重复溶解-沉淀操作3次，沉淀物真空干燥后得到超支化聚合物。

进一步的，其特征在于，步骤2中所述含不饱和双键聚乙二醇单体包括聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙烯基醚聚乙二醇、二烯丙基聚乙二醇、二降冰片烯基聚乙二醇；所述含不饱和双键聚乙二醇单体的分子量为200～1000Da。

进一步的，其特征在于，步骤2中所述超支化聚合物与含有不饱和双键的聚乙二醇的摩尔比以硫醇官能团、甲基丙烯酸酯官能团计为1:0.2～1，所述光引发剂的添加量为粘合剂总质量的0.1～1wt％。

进一步的，其特征在于，步骤2中所述光引发包括Irgacure 2959、Darocur 2959。

本发明的另一个目的是提供一种医用粘合剂，其特征在于，按上述任一一项所述一种医用粘合剂的制备方法所得。

进一步的，其特征在于，所述粘合剂使用时通过紫外光照射固化，所述紫外光剂量为0.8～3J·cm²。

本发明有益效果

1.本发明使用三官能度硫醇类单体和二官能度(甲基)丙烯酸酯类单体聚合，得到不溶于水的、室温可流动且含有大量硫醇基团的超支化聚合物，将其与含有不饱和双键的聚乙二醇单体以及光引发剂相混合得到粘合剂，具有疏水性以及无溶剂的致密结构，使粘合剂具有较高的粘合强度。

2.本发明提供的粘合剂具有致密的树脂结构以及高效的硫醇-烯光点击化学，在低计量的紫外光下便能快速固化，这种优异的固化性质可以有效降低大剂量紫外光对于受损部位周围健康组织的损害。

3.本发明提供的粘合剂采用的超支化聚合物组分具有拓扑结构、低玻璃化转变温度以及大量柔性的醚键和硫醚键，使粘合剂与人体软组织的剪切模量相吻合，能够适应人体组织的生理扩张、收缩以及变形，提高粘合效果以及缓解病人的不适。

4.本发明提供的粘合剂不含有毒的有机溶剂以及小分子单体，具有低细胞毒性，且低溶胀性，作为医用粘合剂具有很大的应用前景。

附图说明

图1为实施例1-10粘合剂在365nm 0.2W/cm^-2紫外光照射下的固化时间；

图2为实施例1-10粘合剂在365nm 0.2W/cm^-2的紫外光照射下的5min后的弹性模量；

图3为实施例1-10粘合剂对于猪皮组织的粘结强度；

图4为实施例1-10粘合剂的溶胀速率曲线；

图5为实施例1-10粘合剂对于小鼠层纤维细胞的细胞毒性。

具体实施方式

实施例1

步骤1，将三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)(39.86g，10mmol)溶解在240mLN’N-二甲基甲酰胺中，N₂鼓泡30min排除溶液中的空气，随后加入2-(丙烯酰氧基)甲基丙烯酸乙酯(18.58g，10mmol),N₂保护下40℃下反应24h。反应结束后，将反应液通过旋转蒸发仪器进行浓缩，然后在无水乙醚中沉淀，得到无色透明粘稠液体。然后用40mL二氯甲烷重新溶解产物，然后在加入到400mL乙醚中沉淀。重复上述溶解-沉淀操作3次，真空干燥得到一种无色粘稠的超支化聚合物，记录为HBP1，分子量为12kDa。

步骤2，将上述超支化聚合物HBP1(以硫醇官能团计为1mol)与聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA,分子量为700Da，以甲基丙烯酸酯官能团计为0.2mol，购买与西格玛-奥德里奇上海贸易有限公司)直接混合，再添加混合物的总体质量0.2％的光引发剂Irgacure2959，充分混合均匀得到无色透明粘稠液体，即医用粘合剂，记为1-0.2。

实施例2

同实施例1，但是改变步骤2)中聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA,以甲基丙烯酸酯官能团计为0.4mol)的添加量，其余操作相同，得到粘合剂，命名为1-0.4。

实施例3

同实施例1，但是改变步骤2)中聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA,以甲基丙烯酸酯官能团计为0.6mol)的添加量，其余操作相同，得到粘合剂，命名为1-0.6。

实施例4

同实施例1，但是改变步骤2)中聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA,以甲基丙烯酸酯官能团计为0.8mol)的添加量，其余操作相同，得到粘合剂，命名为1-0.8。

实施例5

同实施例1，但是改变步骤2)中聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA,以甲基丙烯酸酯官能团计为1mol)的添加量，其余操作相同，得到粘合剂，命名为1-1。

实施例6

步骤1，将三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)(39.86g，10mmol)溶解在240mLN’N-二甲基甲酰胺中，N₂鼓泡30min排除溶液中的空气，随后加入3-(丙烯酰氧基)-甲基丙烯酸-2-羟丙酯(19.28g，10mmol)，N₂保护下40℃下反应24h。反应结束后，将反应液通过旋转蒸发仪器进行浓缩，然后在无水乙醚中沉淀，得到无色透明粘稠液体。然后用40mL二氯甲烷重新溶解产物，然后在加入到400mL乙醚中沉淀。重复上述溶解-沉淀操作3次，真空干燥得到一种无色粘稠的超支化聚合物，记录为HBP2，分子量为14kDa。

其余操作同实施例1，得到粘合剂，命名为2-0.2。

实施例7

同实施例6，但是改变步骤2)中聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA,以甲基丙烯酸酯官能团计为0.4mol)的添加量，其余操作相同，得到粘合剂，命名为2-0.4。

实施例8

同实施例6，但是改变步骤2)中聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA,以甲基丙烯酸酯官能团计为0.6mol)的添加量，其余操作相同，得到粘合剂，命名为2-0.6。

实施例9

同实施例6，但是改变步骤2)中聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA,以甲基丙烯酸酯官能团计为0.8mol)的添加量，其余操作相同，得到粘合剂，命名为2-0.8。

实施例10

同实施例1，但是改变步骤2)中聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA,以甲基丙烯酸酯官能团计为1mol)的添加量，其余操作相同，得到粘合剂，命名为2-1。

实施例11测试方法

1.医用粘合剂固化性能测试：

将实施例1-10制备的粘合剂吸移到流变仪上的石英板上，以0.2W/cm^-2的365nm紫外光从石英板下面照射样品。一边照射，一边用安装在流变仪上的10mm平行板探针评估储能(G')和损耗模量(G”)的变化。实验参数设置为1％应变，1Hz的频率，在25℃下的间隙厚度为100μm。取储存模量大余损耗模量的时间即为固化时间，将固化时间乘以光照强度得到固化需要的光照剂量。

图1为实施例1-10粘合剂在365nm 0.2W/cm^-2紫外光照射下的固化时间。如图1所示，粘合剂的固化时间随着PEGDMA含量的增加而降低。在0.2W/cm^-2的光照强度下的固化时间为4～15s，固化所需要的光照计量为0.8～3J/cm^-2。这种快速的固化性质要得益于自由基引发硫醇-烯点击化学的高效性、氧气耐受性以及粘合剂本身具有较大的初始模量。众所周知，大剂量的UV辐射有害生物健康，本发明提供的粘合剂在低剂量的UV光下即可固化可以降低紫外光对于伤口周围健康组织的损害。

2.医用粘合剂的机械性能测试：

将实施例1-10的粘合剂加入到相应的四氟乙烯模具中，抽真空脱除粘合剂中的气泡，经过5min的紫外光固化后形成直径为1cm，厚度为1mm的圆片。采用旋转流变仪，取1％的应变率，在0.1Hz到100Hz的频率范围下，测试相应粘合剂在室温下的弹性模量。

光响应的生物粘合剂的机械性能与交联密度有关。将不同配方的粘合剂紫外固化5min使超支化聚合物与PEGDMA之间发生充分的交联。如图2所示，粘合剂的弹性模量随着PEGDMA的含量的增加而增加，最高可达1MPa左右。传统水性粘合剂的模量往往小于100kPa，这是粘合剂中所含有的水分稀释了交联网络，降低了交联密度导致的。相比于市场氰基丙烯酸酯粘合剂的高模量(≈40MPa)，本发明制备的粘合剂具有较低的弹性模量(10kPa～1MPa)。这是由于所采用的超支化聚合物组分特殊的拓扑结构以及交联网络中大量柔性的醚键和硫醚键导致的。另外，通过控制粘合剂中含有不饱和双键的聚乙二醇的比例可以调节粘合剂的交联密度，进而控制其弹性模量，从而使其与人体软组织的剪切模量相吻合(皮肤约为100kPa、胃8–45kPa、心室壁60–148kPa、肝脏37–340kPa)。这种相符的机械性质使粘合剂能够适应人体组织的生理扩张、收缩以及变形，提高粘合效果以及缓解病人的不适。

3.医用粘合剂的粘合性能测试：

以无毛猪皮为生物基材，研究粘合剂的黏附性。从当地超市购买新鲜的猪皮，并根据ASTMF2255-2015国际标准处理猪皮，并剪裁成2.5cm×5cm的皮条。依次用异丙醇和水擦拭猪皮表面去除猪皮上残存的油脂，擦干得到测试用的猪皮皮条，并通过搭接-剪切测试法考察粘合剂的粘结性。考虑到猪皮皮条的透光性，将猪皮皮条用市售502粘合剂黏贴在铁片一段，然后将粘合剂涂覆在猪皮一端，并在猪皮上面施加一面载玻片，然后经紫外光曝光固化相应的时间。将固化好的试样再用502固定在铁片上，通过万能拉力机拉伸测试测定粘合强度。

通过拉伸测试测定最大粘附力F，拉伸速率为5mm/min，通过以上公式计算粘合剂的粘合强度，上述每组实验中各个样品至少设置5个样品，实验数据用平均值±标准偏差表示。

实施例1-10的粘合剂对于猪皮的粘合强度如图3所示，粘合剂具有很好的组织粘合性(粘结强度35～80kPa)，约是目前水性商用纤维蛋白胶水的2-4倍(10-20kPa)。而实施例6-10的粘合强度要高于实施例1-5的粘合强度，这是因为HBP2上含有的羟基能与组织发生氢键相互作用，从而提高了粘合剂的粘结强度。

4.医用粘合剂的溶胀性能测试：

通过对比粘合剂在水中浸泡胀前后的质量变化来评估其水溶胀性及体外降解性：将实施例1-10中的粘合剂加入到四氟乙烯模具中，固化形成直径为1cm、厚度为0.1mm片材，并称取其质量(初始重量)。然后将其在37℃下浸渍在0.01M磷酸盐缓冲盐水(PBS)中48h。浸泡到预定的时间后，将样品用去离子水冲洗，并用滤纸吸取样品表面的水分，然后再次称重(样品溶胀后的重量)，每组数据重复三次。使用以下等式计算胶黏剂的溶胀比：

实施例1-10的粘合剂的溶胀性测试结果如图4所示，在16天的浸泡培养后，溶胀率最高不到其原始重量的10％，粘合剂展示出很低溶胀性。相比于目前市场上水性纤维蛋白胶、聚乙二醇的粘合剂所具有的严重的溶胀性(50％～400％)问题，这种低溶胀率要归因于超支化组分疏水性以及致密交联的聚合物网络阻止了水汽的进入。医用粘合剂的低溶胀性可以避免对于周围组织造成神经压迫，降低患者的痛苦。

5.医用粘合剂的细胞毒性测试：

以小鼠成纤维细胞(L929细胞)为研究对象测试粘合剂的细胞毒性以及降解毒性。在RPMI-1640培养液中加入FBS和双抗配置成10％FBS和1％双抗的完全培养基。将(L929细胞系接种于培养瓶中，置于温度为37℃，相对湿度为95％，含5％CO2的细胞培养箱进行培养。在细胞进入对数生长期时用胰蛋白酶-EDTA溶液消化处理，并稀释成5×104个/mL的胞悬浮液。

将实施例1-10的粘合剂固化成直径为1cm、1mm厚的圆片，经紫外光照射进行无菌处理后分别加入到48孔培养板中，每孔加入500μL细胞悬浮液分别培养24h和48h以此测量粘合剂的细胞毒性。作为对比，对照组则不加入粘合剂样品。培养24h或48h后，每孔加100μL5mg/mL的MTT溶液，进行细胞活性测试。继续培养4h后吸除混合培养基，然后加入500μL的DMSO并振荡溶解10min。然后用酶标仪测定溶液在570nm处的吸光度值(即OD值)，通过以下公式计算得到实验组细胞的相对活性：

实验中每个样品至少六个独立培养孔，实验数据用平均值±标准偏差表示，数据统计采用单因素偏差分析，p值小于0.05为显著性差异。

图5为实施例1-10粘合剂对于小鼠层纤维细胞的细胞毒性。由于粘合剂本身不含有毒的有机溶剂以及小分子单体，经过24h和48h的培养，实施例1-10粘合剂的细胞存活率均在于85％以上，并没有显示出明显的细胞毒性，表明其具有良好的生物相容性，可以作为生物粘合剂使用。

Claims

1.一种医用粘合剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，将三官能度硫醇类单体溶解在有机溶剂中，N₂鼓泡30min排除溶液中的空气，再加入二官能度(甲基)丙烯酸酯类单体相混合，混合液在N₂保护下40℃下反应24h，反应结束后反应液纯化得到超支化聚合物，分子量5～50kDa；

步骤2，将步骤1所得超支化聚合物、含有不饱和双键的聚乙二醇单体、光引发剂充分混合，得到无色透明粘稠液体，即医用粘合剂；

其中，所述三官能度硫醇类单体包括三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)，所述二官能度(甲基)丙烯酸酯类单体包括2-(丙烯酰氧基)-甲基丙烯酸乙酯、3-(丙烯酰氧基)-甲基丙烯酸丙酯、4-(丙烯酰氧基)-甲基丙烯酸丁酯、3-(丙烯酰氧基)-甲基丙烯酸-2-羟丙酯；

所述含不饱和双键聚乙二醇单体包括聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二乙烯基醚、二烯丙基聚乙二醇、聚乙二醇二降冰片烯；所述含不饱和双键聚乙二醇单体的分子量为200～1000Da。

2.根据权利要求1所述的一种医用粘合剂的制备方法，其特征在于，步骤1中所述三官能度硫醇类单体的浓度为0.1～0.5g/mL，所述二官能度(甲基)丙烯酸酯类单体的浓度为0.05～0.4g/mL，三官能度硫醇类单体和二官能度(甲基)丙烯酸酯类单体的摩尔比为1：0.5～1.2 。

3.根据权利要求1所述的一种医用粘合剂的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的有机溶剂包括为N’N-二甲基甲酰胺、乙腈、四氢呋喃。

4.根据权利要求1所述的一种医用粘合剂的制备方法，其特征在于，步骤1中所述纯化方法为将反应液旋蒸浓缩，然后在无水乙醚中沉淀，再用二氯甲烷重新溶解后在无水乙醚中沉淀，重复溶解-沉淀操作3次，沉淀物真空干燥后得到超支化聚合物。

5.根据权利要求1所述的一种医用粘合剂的制备方法，其特征在于，步骤2中所述超支化聚合物与含有不饱和双键的聚乙二醇的摩尔比以硫醇官能团、不饱和双键官能团计为1:0.2～1，所述光引发剂的添加量为超支化聚合物、含有不饱和双键的聚乙二醇单体粘合剂总质量0.1～1wt％。

6.根据权利要求1所述的一种医用粘合剂的制备方法，其特征在于，步骤2中所述光引发包括Irgacure 2959、Darocur 2959。

7.一种医用粘合剂，其特征在于，按权利要求1～6任一一项所述一种医用粘合剂的制备方法制得。

8.根据权利要求7所述的一种医用粘合剂，其特征在于，所述粘合剂使用时通过紫外光照射固化，所述紫外光剂量为0.8～3J·cm²。