CN114344556A - 一种多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂、制备方法及应用 - Google Patents
一种多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂、制备方法及应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种多酚‑丝素蛋白‑聚乙二醇医用组织胶黏剂、制备方法及应用，在聚乙二醇和多酚化合物的共同作用下，丝素蛋白迅速从溶液中析出，与多酚类化合物在疏水‑氢键作用下形成第一层网络结构，同时聚乙二醇与多酚类化合物通过强氢键作用形成第二层网络结构，与此同时丝素蛋白在羧基活化剂的作用下发生自交联，增加了胶黏剂的内聚力，从而获得了具有黏附性能的多酚‑丝素蛋白‑聚乙二醇医用组织胶黏剂。本发明的医用组织胶黏剂所用原料及制备过程无毒无害，产品对人体无刺激，具有优异的生物相容性，且制备方法简单，工艺参数易于控制。
Description
技术领域
本发明属于生物医用材料制备和生物医学应用领域，具体涉及一种具有高粘结强度和优异生物功能性的多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂、制备方法及其应用。
背景技术
每年有数百万例由创伤或外科手术造成的创口必须在第一时间迅速闭合，目前的创口闭合技术主要使用侵入性技术，如缝线、钉子或夹子，这通常会导致继发性组织损伤、微生物感染以及愈合后留下不美观的疤痕。因此，近年来，医生越来越倾向于采用非侵入性的创口闭合方法，如使用医用组织胶黏剂。这种胶黏剂易于涂抹，能迅速粘合周围组织，防止液体通过吻合部位渗漏，并避免对伤口愈合造成额外的创伤。然而，目前已有的医用组织胶黏剂如氰基丙烯酸酯胶和纤维蛋白密封胶存在对湿表面黏附强度低、抗菌性能差、价格昂贵等缺点，阻碍了其在临床上的广泛应用。综上所述，发展一种在生理条件下粘结强度高、生物相容性好同时具有良好生物功能性的胶黏剂，在组织和伤口愈合、创伤敷料、骨组织修复和再生等生物医学应用领域具有迫切需求。
多酚类化合物由于其分子结构中含有丰富的邻苯二酚/邻苯三酚基团，可用于设计水下胶黏剂，在生物医学领域有着广阔的应用前景。酚羟基的存在使多酚类化合物具有许多功能，如通过与生物大分子发生非共价相互作用，构建黏附水凝胶，使材料具有抗菌、抗氧化、止血和黏附能力，因此其在组织胶黏剂开发方面极具潜力。聚乙二醇(PEG)具有良好的生物相容性，是一种通用的生物材料，已广泛用于各种再生生物医学领域。丝素蛋白(SF)是一种天然纤维蛋白，由于其良好的生物相容性、非免疫原性、止血性和降解可控，已成为生物医学应用的热门候选蛋白。丝素蛋白含有许多亲核基团，这些基团在水中通过与酚羟基之间的非共价相互作用，使丝素蛋白与多酚类化合物紧密结合。同时有研究表明丝素蛋白与血液混合可使血液快速凝固，因此丝素蛋白的引入为整个体系带来了更加优异的止血性能。
发明内容
本发明旨在提供一种在生理条件下粘结强度高、生物相容性好同时具有优异生物活性的组织胶黏剂、制备方法及应用。该组织胶黏剂不仅在生理条件下具有较高的粘结强度，并创新性的利用多酚-丝素蛋白之间的自组装与多酚-聚乙二醇之间的氢键作用构建双层网络凝胶，赋予该组织胶黏剂优异的生物活性，此多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂的构建及制备方法均未见报道。
为了实现上述方案，具体的技术方案如下：
一种多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：
A.制备丝素蛋白溶液:在水浴加热条件下，用弱碱液对蚕丝进行脱胶处理；烘干后，用溴化锂溶液或氯化钙/无水乙醇/水三元溶液溶解，然后用去离子水透析；透析后的溶液经离心过滤处理得到丝素蛋白溶液；
B.在丝素蛋白溶液中加入羧基活化剂：NHS/EDC，在保持20～40℃条件下，搅拌15～30min，随后加入聚乙二醇溶液，继续搅拌15～30min，得到混合溶液；
C.将所述的步骤B的混合溶液加入到多酚化合物溶液中，在保持20～60℃条件下，搅拌15～30min，得到湿态粘附力强的多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂。
进一步的，所述步骤A中，所述的弱碱液包括碳酸氢钠、醋酸钠、碳酸钠、氨水在内的一种或一种以上按比例均匀混合的混合物。
进一步的，所述步骤B中，所述的丝素蛋白:NHS:EDC的质量比为5:4:3。
进一步的，所述步骤C中，所述的多酚类化合物包括儿茶素、花青素、表儿茶素、槲皮素、单宁酸、没食子酸、鞣酸等多酚类化合物在内的一种或一种以上按比例均匀混合的混合物。
进一步的，所述的丝素蛋白溶液浓度为10mg/ml～40mg/ml；所述的多酚类化合物溶液浓度为0.1～0.3g/ml；所述步骤A中，所述的透析袋截留分子量为1000-14000。
进一步的，所述的聚乙二醇溶液浓度为0.1～0.3g/ml，所述的聚乙二醇分子量为1000-70000。
进一步的，所述步骤B中，丝素蛋白与聚乙二醇的质量比为1:10～10:1，所述步骤C中，多酚类化合物与丝素蛋白的质量比为20:1～1:1。
进一步的，所述步骤C中，水浴加热搅拌反应温度为20～60℃，反应温度根据多酚类化合物种类的不同做相应调整，所述的水浴加热搅拌反应时间为15～30min。
一种多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂，由以上任意一种方法制备而成。
一种多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂的应用，包括皮肤、血管、脏器、肌肉、骨等组织的粘结和修复，也可用于医用敷料等方面。
与现有技术相比，本发明有益效果：
(1)本发明的医用组织胶黏剂创新性的利用多酚-丝素蛋白之间的自组装与多酚-聚乙二醇之间的氢键作用构建双层网络凝胶，与此同时丝素蛋白在羧基活化剂的作用下发生自交联，增加了胶黏剂的内聚力，使得本发明的医用组织胶黏剂具有很高的粘结强度，远高于商品化纤维蛋白胶，可以实现湿态环境下(包括水、PBS缓冲液、血液环境)的快速粘合；
(2)多酚类化合物赋予该组织胶黏剂优异的抗菌性、止血性和抗氧化性，丝素蛋白本身可直接与凝血因子作用，促进凝血联级反应，两者的正协同作用进一步提高了胶黏剂的止血性能，对预防感染和促进组织愈合有重要作用，可作为皮肤、血管、脏器、肌肉、骨等组织的止血抗菌抗氧化粘合材料；
(3)本发明的医用组织胶黏剂所用原料及制备过程无毒无害，产品对人体无刺激，具有优异的生物相容性，且制备方法简单，工艺参数易于控制。
附图说明
图1：常规剪切强度测试图；
图2：猪皮粘结强度测试图；
图3：不同组成胶黏剂的凝血指数。
具体实施方式
下面通过实际例子对本发明的具体实施过程进行说明
实施例1
A.称取2g剪碎的蚕茧，放入质量分数为2％的碳酸钠溶液中，浴比1:50，温度100℃，时间30min，脱胶3次。将脱胶后的丝素用去离子水反复冲洗，放60℃烘箱中烘干。称取适量丝素溶解于LiBr溶液中,在60℃水浴箱中放置6h，每隔一小时就轻微摇晃,使其溶解均匀。将溶解的丝素溶液倒入透析袋中(截留分子量7000),用去离子水透析3天,每隔8h更换一次去离子水,得到浓度为40mg/ml丝素蛋白溶液。
B.在5ml丝素蛋白溶液中加入羧基活化剂(0.16g NHS,0.12g EDC)，在保持40℃水浴条件下，搅拌30min，随后加入2ml浓度为0.1g/ml的聚乙二醇(20000Da)溶液继续搅拌30min，得到混合溶液。
C.称取10g单宁酸，加入去离子水搅拌7h，得到浓度为0.3g/ml的单宁酸溶液，将所述的步骤B的混合溶液加入到单宁酸溶液中，在保持20℃水浴条件下，搅拌30min，得到湿态粘附力强的多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂，经测试，常规剪切强度为212.9KPa，猪皮粘结强度为29.1KPa，凝血指数为15.31％。
实施例2
A.称取2g剪碎的蚕茧，放入质量分数为4％的碳酸氢钠中，浴比1:50，温度100℃，时间30min，脱胶3次。将脱胶后的丝素用去离子水反复冲洗，放60℃烘箱中烘干。将适量烘干后的丝素置于CaCl2/C2H5OH/H2O摩尔比为1∶2∶8的三元体系溶液中,在60℃的水浴中放置3h,每隔一小时就轻微摇晃,使其溶解均匀。将溶解的丝素溶液倒入透析袋中(截留分子量70000),用去离子水透析3天,每隔8h更换一次去离子水,得到浓度为40mg/ml的丝素蛋白溶液。
B.在5ml丝素蛋白溶液中加入羧基活化剂(0.16g NHS,0.12g EDC)，在保持40℃水浴条件下，搅拌30min，随后加入1.2ml浓度为0.1g/ml的聚乙二醇(20000Da)溶液继续搅拌30min，得到混合溶液。
C.称取10g单宁酸，加入去离子水搅拌8h，得到浓度为0.3g/ml的单宁酸溶液，将所述的步骤B的混合溶液加入到多酚化合物溶液中，在保持20℃水浴条件下，搅拌30min，得到湿态粘附力强的多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂，经测试，常规剪切强度为334.1KPa，猪皮粘结强度为30.8KPa，凝血指数为9.12％。
实施例3：
(1)在聚乙二醇和多酚化合物的共同作用下，丝素蛋白迅速从溶液中析出，与多酚类化合物在疏水-氢键作用下形成第一层网络结构，同时聚乙二醇与多酚类化合物通过强氢键作用形成第二层网络结构，与此同时丝素蛋白在羧基活化剂的作用下发生自交联，增加了胶黏剂的内聚力，从而获得了具有黏附性能的多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂。
(2)一种多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂的具体制备步骤如下：
A.制备丝素蛋白溶液:在100℃水浴加热条件下，用弱碱液对蚕丝进行脱胶处理；烘干后，用溴化锂溶液或氯化钙/无水乙醇/水三元溶液溶解，然后用去离子水透析，截留分子量为1000-14000；透析后的溶液经离心过滤处理得到丝素蛋白溶液，其浓度为10mg/ml～40mg/ml。
B.在丝素蛋白溶液中加入羧基活化剂(NHS/EDC)，在保持20～40℃条件下，搅拌15～30min，随后加入聚乙二醇溶液(丝素蛋白与聚乙二醇的质量比为1:10～10:1)，继续搅拌15～30min，得到混合溶液。所用的聚乙二醇溶液浓度为0.1～0.3g/ml，聚乙二醇分子量为1000-70000。
C.将多酚类化合物溶于水或Tris-Hcl缓冲液，得到浓度为0.1～0.3g/ml的多酚类化合物溶液，将所述的步骤B的混合溶液加入到多酚化合物溶液中(多酚类化合物与丝素蛋白的质量比为20:1～1:1)，在保持20～60℃条件下，搅拌15～30min，得到湿态粘附力强的多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂。
本发明公开了一种多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂、制备方法及其应用，属于生物医用材料制备和生物医学应用领域。该胶黏剂的主要原料为多酚化合物、丝素蛋白及聚乙二醇，在聚乙二醇和多酚化合物的共同作用下，丝素蛋白迅速从溶液中析出，与多酚化合物在疏水-氢键作用下形成第一层网络结构，同时聚乙二醇与多酚化合物通过强氢键作用形成第二层网络结构，从而获得了具有黏附性能的多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂。本发明制备的胶黏剂具有粘结强度高、止血性与抗菌性优异、抗氧化性好、安全无毒、生物相容性好、价格低廉等特点，且使用操作简单易行，能适应不同形状的创口，可代替缝合线、纱布等传统组织修复材料，可作为皮肤、血管、脏器、肌肉、骨等组织的止血抗菌抗氧化粘合材料，具有广泛的临床应用前景。
Claims (10)
1.一种多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.制备丝素蛋白溶液:在水浴加热条件下，用弱碱液对蚕丝进行脱胶处理；烘干后，用溴化锂溶液或氯化钙/无水乙醇/水三元溶液溶解，然后用去离子水透析；透析后的溶液经离心过滤处理得到丝素蛋白溶液；
B.在丝素蛋白溶液中加入羧基活化剂：NHS/EDC，在保持20～40℃条件下，搅拌15～30min，随后加入聚乙二醇溶液，继续搅拌15～30min，得到混合溶液；
C.将所述的步骤B的混合溶液加入到多酚化合物溶液中，在保持20～60℃条件下，搅拌15～30min，得到湿态粘附力强的多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂。
2.根据权利要求1所述的多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂的制备方法，其特征在于：所述步骤A中，所述的弱碱液包括碳酸氢钠、醋酸钠、碳酸钠、氨水在内的一种或一种以上按比例均匀混合的混合物。
3.根据权利要求1所述多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂的制备方法，其特征在于：所述步骤B中，所述的丝素蛋白:NHS:EDC的质量比为5:4:3。
4.根据权利要求1所述多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂的制备方法，其特征在于：所述步骤C中，所述的多酚类化合物包括儿茶素、花青素、表儿茶素、槲皮素、单宁酸、没食子酸、鞣酸等多酚类化合物在内的一种或一种以上按比例均匀混合的混合物。
5.根据权利要求1所述的多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂的制备方法，其特征在于：所述的丝素蛋白溶液浓度为10mg/ml～40mg/ml；所述的多酚类化合物溶液浓度为0.1～0.3g/ml；所述步骤A中，所述的透析袋截留分子量为1000-14000。
6.根据权利要求1所述的多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂的制备方法，其特征在于：所述的聚乙二醇溶液浓度为0.1～0.3g/ml，所述的聚乙二醇分子量为1000-70000。
7.根据权利要求1所述的多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂的制备方法，其特征在于：根据权利要求1所述的多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂的制备方法，其特征在于：所述步骤B中，丝素蛋白与聚乙二醇的质量比为1:10～10:1，所述步骤C中，多酚类化合物与丝素蛋白的质量比为20:1～1:1。
8.根据权利要求1所述多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂的制备方法，其特征在于：所述步骤C中，水浴加热搅拌反应温度为20～60℃，反应温度根据多酚类化合物种类的不同做相应调整，所述的水浴加热搅拌反应时间为15～30min。
9.一种多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂，其特征在于：由权利要求1-8任意一项所述的方法制备而成。
10.一种多酚-丝素蛋白-聚乙二醇医用组织胶黏剂的应用，其特征在于：包括皮肤、血管、脏器、肌肉、骨等组织的粘结和修复，也可用于医用敷料等方面。
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