CN114668888A - 一种光固化两性离子生物粘合剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光固化两性离子生物粘合剂及其制备方法；本方法利用2‑羟基‑4′‑(2‑羟乙氧基)‑2‑甲基苯丙酮为光引发剂，甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱与N‑异丙基丙烯酰胺为共聚单体，去离子水为溶剂，锂皂石为交联剂，通过传统自由基聚合制得水凝胶型生物粘合剂；由于两性离子的引入，使得该生物粘合剂具有优异的生物相容性与重复使用性并且具有良好的抗菌性能。
Description
技术领域
本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种光固化、生物相容性好且具有重复使用功能的水凝胶型生物粘合剂。
背景技术
近年来，生物粘附剂在临床上已被用于部分替代手术缝合，以连接组织，促进伤口愈合，减少伤口感染。与传统的侵入性伤口闭合方法（包括缝线、金属丝和缝合钉）相比，生物粘附剂损伤组织的可能性较小，并且可以通过不同的机制促进伤口愈合。然而现有的医用粘合剂具有毒性高，抗细菌感染效果差，无法二次粘连等缺点。
自从上世纪八十年代以来，光固化粘合剂逐渐被人们重视。紫外光固化粘合剂就是借助UV 辐射使粘接材料快速产生粘接性能的一类粘合剂。UV光固化粘合剂配方通常由丙烯酸酯低聚物、单体、光引发剂和各种添加剂组成，而最终性能主要由低聚物的种类决定。
相比传统医用粘合剂，水凝胶型粘合剂在潮湿环境下仍具有保证黏附性能不下降的优点，并能有效的吸收伤口多余的体液且具有一定的抗菌效果。两性离子聚合物得益于其优异的防污性能和生物相容性，在近十余年的研究中取得了长足的发展。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种光固化两性离子生物粘合剂及其制备方法，解决现有传统医用粘合剂毒性高、无法二次粘连、潮湿环境下黏附性能差等问题。本发明是以两性离子单体甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱为主要原料，通过紫外光交联搭配N-异丙基丙烯酰胺制备的一种生物相容性好的生物粘合剂。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明的一个目的是提供一种光固化两性离子生物粘合剂，以质量百分比计，由以下组分组成：
共聚单体 25%-35%；
锂皂石 0.5%-2%；
光引发剂 2%-4%；
余量为去离子水。
共聚单体为甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱和N-异丙基丙烯酰胺
优选地，所述的锂皂石为Laponite RD。
优选地，所述的甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱是由甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与1,3-丙基磺内酯开环反应制备。
进一步地，所述甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱和N-异丙基丙烯酰胺的摩尔比为10：1-1：1。
进一步地，所述光引发剂为2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。
本发明还有一个目的是提供一种光固化两性离子生物粘合剂的制备方法，按上述各组分及添加量，包括以下步骤：
步骤1、将交联剂锂皂石溶于去离子水中，超声使其完全分散于溶剂中，得到锂皂石溶液；
步骤2、在恒温环境下向步骤1得到的锂皂石溶液中依次加入甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱和N-异丙基丙烯酰胺磁力搅拌至完全溶解得到混合溶液；
步骤3、向步骤2中的混合溶液加入光引发剂，磁力搅拌至完全溶解转移至玻璃模具中；
步骤4、将步骤3得到的装有溶液的玻璃模具放置于紫外光下聚合，得到光固化两性离子生物粘合剂。
进一步地，步骤2中，所述的恒温条件为0℃-40℃。
进一步地，步骤3中，磁力搅拌的速率为300-900转/分。
进一步地，步骤4中，所述紫外光的波长为365nm，所述聚合的时间为1-60min。
本发明另外还有一个目的是提供上述光固化两性离子生物粘合剂在伤口愈合、吸收体液和防止感染方面的应用。
本发明的有益效果为：
相对于现有技术，本发明方法通过将两性离子搭配其他功能单体制备了一款具有抗菌、可重复使用、毒性低等特点的生物粘合剂。该粘合剂不仅合成方法简单，且原料价格相对便宜，解决现有传统医用粘合剂成本高、毒性高、无法二次粘连、潮湿环境下黏附性能差等问题。
附图说明
图1为本发明实施例1-7及对照例1-2所制备粘合剂的剥离强度检测结果图；
图2为本发明实施例3所制备粘合剂的重复粘合性能检测结果图；
图3为本发明实施例2所制备粘合剂的活死细胞染色荧光图（a）为钙黄绿素染色活细胞荧光图；（b）为碘化丙啶染色死细胞荧光图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径或通过现有技术简单制备获得。
实施例1
常温下，将交联剂锂皂石Laponite RD 0.5%溶于5g去离子水中，超声使其完全分散于溶剂中，得到锂皂石溶液，然后在0℃恒温条件下向溶液中依次加入甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱和N-异丙基丙烯酰胺35%，其摩尔比为9：1，在900转/分磁力搅拌至完全溶解得到混合溶液，接着加入光引发剂2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮3%，磁力搅拌至完全溶解转移至玻璃模具中进行365nm波长紫外光聚合10min得到水凝胶型两性离子生物粘合剂。
实施例2
常温下，将交联剂锂皂石Laponite RD 2%溶于5g去离子水中，超声使其完全分散于溶剂中，得到锂皂石溶液，然后在0℃恒温条件下向溶液中依次加入甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱和N-异丙基丙烯酰胺35%，其摩尔比为4：1，在600转/分磁力搅拌至完全溶解得到混合溶液，接着加入光引发剂2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮2%，磁力搅拌至完全溶解转移至玻璃模具中进行365nm波长紫外光聚合60min得到水凝胶型两性离子生物粘合剂。
实施例3
常温下，将交联剂锂皂石Laponite RD 1.5%溶于5g去离子水中，超声使其完全分散于溶剂中，得到锂皂石溶液，然后在0℃恒温条件下向溶液中依次加入甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱和N-异丙基丙烯酰胺35%，其摩尔比为7：3，在900转/分磁力搅拌至完全溶解得到混合溶液，接着加入光引发剂2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮4%，磁力搅拌至完全溶解转移至玻璃模具中进行365nm波长紫外光聚合60min得到水凝胶型两性离子生物粘合剂。
实施例4
常温下，将交联剂锂皂石Laponite RD 1%溶于5g去离子水中，超声使其完全分散于溶剂中，得到锂皂石溶液，然后在0℃恒温条件下向溶液中依次加入甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱和N-异丙基丙烯酰胺35%，其摩尔比为3：2，在300转/分磁力搅拌至完全溶解得到混合溶液，接着加入光引发剂2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮2%，磁力搅拌至完全溶解转移至玻璃模具中进行365nm波长紫外光聚合60min得到水凝胶型两性离子生物粘合剂。
实施例5
常温下，将交联剂锂皂石Laponite RD 1.5%溶于5g去离子水中，超声使其完全分散于溶剂中，得到锂皂石溶液，然后在0℃恒温条件下向溶液中依次加入甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱和N-异丙基丙烯酰胺35%，其摩尔比为1：1，在900转/分磁力搅拌至完全溶解得到混合溶液，接着加入光引发剂2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮3%，磁力搅拌至完全溶解转移至玻璃模具中进行365nm波长紫外光聚合30min得到水凝胶型两性离子生物粘合剂。
实施例6
常温下，将交联剂锂皂石Laponite RD 1.5%溶于5g去离子水中，超声使其完全分散于溶剂中，得到锂皂石溶液，然后在0℃恒温条件下向溶液中依次加入甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱和N-异丙基丙烯酰胺30%，其摩尔比为4：1，在600转/分磁力搅拌至完全溶解得到混合溶液，接着加入光引发剂2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮4%，磁力搅拌至完全溶解转移至玻璃模具中进行365nm波长紫外光聚合60min得到水凝胶型两性离子生物粘合剂。
实施例7
常温下，将交联剂锂皂石Laponite RD 1.5%溶于5g去离子水中，超声使其完全分散于溶剂中，得到锂皂石溶液，然后在0℃恒温条件下向溶液中依次加入甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱和N-异丙基丙烯酰胺25%，其摩尔比为1：1，在900转/分磁力搅拌至完全溶解得到混合溶液，接着加入光引发剂2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮3%，磁力搅拌至完全溶解转移至玻璃模具中进行365nm波长紫外光聚合60min得到水凝胶型两性离子生物粘合剂。
对实施例1-7制备的两性离子生物粘合剂进行了剥离强度、重复剥离、细胞毒性及抗菌性能进行了表征，结果如表1和图1所示。实施例2所制备粘合剂的重复剥离和实施例3所制备粘合剂的细胞毒性如图2和图3所示。
剥离强度表征方法：将粘合剂涂敷在处理过的新鲜猪皮上，通过搭接剪切实验，测试其剥离强度，即两性离子生物粘合剂的粘合强度。将质量为0.2g的水凝胶样品粘附在两片猪皮（猪皮长度50mm，宽度10mm）之间，按压1min，使水凝胶样品与猪皮表面充分接触。用电子万能试验机（WDW-5）测定其剥离强度。下端猪皮夹在固定于底部的夹具中，上端猪皮夹在向上牵引的夹具中，测试过程中向上牵引的速率为10mm/min。
重复剥离表征方法：将经初次剥离实验后的粘合剂重新粘附在两片猪皮（猪皮长度50mm，宽度10mm）之间，用500g的砝码进行按压1h，用电子万能试验机（WDW-5）测定其剥离强度。下端猪皮夹在固定于底部的夹具中，上端猪皮夹在向上牵引的夹具中，测试过程中向上牵引的速率为10mm/min。得到结果与其原本剥离强度相差15%内记录为有效数据。
细胞毒性表征方法：将L929(小鼠成纤维细胞)细胞加入含DMEM培养基的培养皿中作为实验专用细胞，采用活死细胞染色法测试粘合剂的细胞毒性，将细胞放入含有材料的孔板的各孔之中，将其置于细胞培养箱中37 ℃下培养24小时后，移除DMEM培养基，加入钙黄绿素（AM）和碘化丙啶（PI）进行活死细胞染色，黑暗中同条件培养30分钟。培养结束后用倒置荧光显微镜观察细胞的活死情况。
抗菌性能表征方法：称取4ｇ氯化钠，2.4ｇ牛肉膏，8g蛋白胨和11.4g琼脂粉加热至微沸搅拌溶解于800ml去离子水，调整pH值为7，放入高压灭菌器中高温灭菌20min后，室温自然冷却作为细菌培养基，分置于两个培养皿中。将大肠杆菌菌液与金黄色葡萄球菌菌液喷涂到培养皿中，将制备的水凝胶型两性离子生物粘合剂放置于上述培养皿中，在多振幅轨道摇床培养12h，取出观察粘合剂周边的抗菌效果。
表1为实施例1-7制得的两性离子生物粘合剂的各项性能表征
从表1中可以看出，通过改变水凝胶中各种组分的浓度，能够有效改变两性离子医用粘合剂的各项性能。在本发明实验条件下制得的两性离子生物粘合剂粘附性能好，重复粘合性能良好，抑菌率高并且无细胞毒性，能够满足实际应用。
对照例1
常温下，将交联剂锂皂石Laponite RD 1.5%溶于去离子水中，超声使其完全分散于溶剂中，得到锂皂石溶液，然后在0℃恒温条件下向溶液中依次加入甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱35%，在900转/分磁力搅拌至完全溶解得到混合溶液，接着加入光引发剂2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮3%，磁力搅拌至完全溶解转移至玻璃模具中进行365nm波长紫外光聚合30min得到水凝胶型生物粘合剂。
对照例2
常温下，将交联剂锂皂石Laponite RD 1.5%溶于去离子水中，超声使其完全分散于溶剂中，得到锂皂石溶液，然后在0℃恒温条件下向溶液中依次加入N-异丙基丙烯酰胺35%，在900转/分磁力搅拌至完全溶解得到混合溶液，接着加入光引发剂2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮3%，磁力搅拌至完全溶解转移至玻璃模具中进行365nm波长紫外光聚合30min得到水凝胶型生物粘合剂。
对对照例1-2制备的两性离子生物粘合剂进行了剥离强度、重复剥离、细胞毒性及抗菌性能进行了表征，结果如表2所示。
表2为对照例1-2制得的两性离子生物粘合剂的各项性能表征
从表2中可以看出，单独使用两性离子单体甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱聚合和单独使用N-异丙基丙烯酰胺聚合的得到的水凝胶粘合剂虽然无细胞毒性，但是整体性能较差，因此需要其他功能单体互相搭配来改善其性能。
需要说明的是，以上内容仅仅说明了本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光固化两性离子生物粘合剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将交联剂锂皂石溶于去离子水中，超声使其完全分散于溶剂中，得到锂皂石溶液；
步骤2、在恒温环境下向步骤1得到的锂皂石溶液中依次加入甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱和N-异丙基丙烯酰胺磁力搅拌至完全溶解得到混合溶液；
步骤3、向步骤2中的混合溶液加入光引发剂，磁力搅拌至完全溶解转移至玻璃模具中；
步骤4、将步骤3得到的装有溶液的玻璃模具放置于紫外光下聚合，得到光固化两性离子生物粘合剂。
2.根据权利要求1所述的一种光固化两性离子生物粘合剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，以质量百分比计，所述锂皂石为质量总和的0.5%-2%，所述质量总和为是光固化前的质量总和。
3.根据权利要求1所述的一种光固化两性离子生物粘合剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，以质量百分比计，所述甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱和N-异丙基丙烯酰胺的总质量为质量总和的25%-35%，所述质量总和为是光固化前的质量总和。
4.根据权利要求1所述的一种光固化两性离子生物粘合剂的制备方法，其特征在于，步骤3中，以质量百分比计，所述光引发剂为质量总和的2%-4%，所述质量总和为是光固化前的质量总和。
5.根据权利要求3所述的一种光固化两性离子生物粘合剂的制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱和N-异丙基丙烯酰胺的摩尔比为10：1-1：1。
6.根据权利要求4所述的一种光固化两性离子生物粘合剂的制备方法，其特征在于，所述光引发剂为2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。
7.根据权利要求1所述的一种光固化两性离子生物粘合剂的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述紫外光的波长为365nm，所述聚合的时间为1-60min。
8.根据权利要求1所述的一种光固化两性离子生物粘合剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，恒温的温度为0℃-40℃。
9.根据权利要求1所述的一种光固化两性离子生物粘合剂的制备方法，其特征在于，步骤3中，磁力搅拌的速率为300-900转/分。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的光固化两性离子生物粘合剂的制备方法制备的光固化两性离子生物粘合剂在伤口愈合、吸收体液和防止感染方面的应用。
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