CN114699555A - 一种抗溶胀的湿性粘合人工硬脊膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医用高分子技术领域，具体涉及一种抗溶胀的湿性粘合人工硬脊膜的制备方法，包括以下步骤：S1.制备带有双键的细菌纤维素膜；S2.将丙烯酸、明胶、丙烯酸‑N‑琥珀酰亚胺酯、甲基丙烯酸酯化明胶以及光引发剂，混合搅拌均匀，将混合液浇筑在步骤S1得到的带有双键的细菌纤维素膜上，在紫外光引发的条件下，反应。该硬脊膜上的丙烯酸的羧基与组织上的氨基通过氢键作用发挥瞬时粘附，丙烯酸‑N‑琥珀酰亚胺酯与组织表面上的氨基共价连接形成持久粘附。接枝了硅烷偶联剂的细菌纤维素可以发挥抗溶胀作用，同时起到防粘连和促愈合作用。该人工硬脊膜可以实现湿性条件下硬脊膜缺损的免缝合修补，同时促进硬脊膜的愈合。

Description

一种抗溶胀的湿性粘合人工硬脊膜的制备方法

技术领域

本发明涉及医用高分子技术领域，具体涉及一种抗溶胀的湿性粘合人工硬脊膜的制备方法。

技术背景

硬脊膜缺损是脊柱外科手术中常见的并发症，由硬脊膜缺损导致脑脊液漏，引起头晕、头痛等临床症状的发生率为10.8％。且硬脊膜缺损往往会导致手术时间延长、感染风险增大、住院时间增加等，给患者本人、家庭、社会带来了沉重的负担。因此，及时、有效的硬脊膜修复处理是非常重要的。硬脊膜损伤的生理修复为纤维瘢痕愈合，但是对于缺损范围较大，参照国内学者制定的硬膜缺损分度，在四度以上的，通常需要补片结合缝线等手段处理。传统通过针线缝合，具有费用少的优势，但学习曲线长、缝合难度高、缝合率低、脑脊液漏再发率高的缺点。自体筋膜、胶原制品等，具有生物相容性好，但存在损伤其它部位、需要缝合、在湿性环境下成胶困难、降解速率快等不足之处。目前报道的大部分组织密封剂存在湿性条件下受到界面水的干扰导致粘附力下降、粘附持久性不足和吸水膨胀过大导致压迫神经根的缺点。因此，开发一种在湿性环境下实现强粘附和抗溶胀性能的材料用于硬脊膜修复存在巨大的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的问题，提供一种抗溶胀的湿性粘合人工硬脊膜的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种抗溶胀的湿性粘合人工硬脊膜的制备方法，包括以下步骤：

S1.制备带有双键的细菌纤维素膜；

S2.将丙烯酸、明胶、丙烯酸-N-琥珀酰亚胺酯、甲基丙烯酸酯化明胶以及光引发剂，混合搅拌均匀，将混合液浇筑在步骤S1得到的带有双键的细菌纤维素膜上，在紫外光引发的条件下，反应10～20min，即得(记为：BC-g-PAA-NHS)。

上述制备方法通过硅烷偶联剂在细菌纤维素膜表面接枝丙烯酸和丙烯酸-N-琥珀酰亚胺酯，通过紫外光固化合成人工硬脊膜。该人工硬脊膜一面是粘附层，粘附层的丙烯酸上的羧基与组织上的氨基通过氢键作用起到瞬时粘附作用，丙烯酸-N-琥珀酰亚胺酯与组织表面上的氨基形成共价键，可以实现持久粘附；另一面是细菌纤维素层，其具有较强的力学性能，可以发挥抗溶胀作用；同时起到防粘连和促愈合作用。该人工硬脊膜通过粘附层和防粘连层可以实现湿性条件下硬脊膜缺损的免缝合修补，同时促进硬脊膜的愈合，有望作为组织密封剂实现临床上硬脊膜缺损的应用价值。

优选地，所述步骤S1中，带有双键的细菌纤维素膜的制备过程包括：将细菌纤维素在惰性气体保护下置于乙醇溶液中，加入乙酸和硅烷偶联剂，搅拌20～30min，再在60～80℃下，反应2～4h，即得。

优选地，所述步骤S1中，所述硅烷偶联剂包括但不限于KH-570、A-151和A-171。

优选地，所述步骤S1中，所述细菌纤维素包括但不限于细菌纤维膜片状商品和细菌纤维分散液。

具体地，所述步骤S1中，当细菌纤维素为细菌纤维分散液时，反应结束后需烘干成膜。

优选地，所述步骤S1中，乙酸和硅烷偶联剂的体积比为2：1。

优选地，所述步骤S2中，光引发剂包括α-酮戊二酸和/或光引发剂2959。

优选地，所述步骤S2中，按照质量百分比计，包括：丙烯酸25％～35％，明胶5％～15％，丙烯酸-N-琥珀酰亚胺酯0.5％～1.5％，甲基丙烯酸酯化明胶0.085～0.15％，光引发剂0.1％～0.3％，余量为水。

所述方法制备得到的抗溶胀的湿性粘合人工硬脊膜。

所述抗溶胀的湿性粘合人工硬脊膜在制备生物医用材料中的应用。

所述抗溶胀的湿性粘合人工硬脊膜在治疗硬脊膜损伤的材料中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

(1)本发明提供的一种抗膨胀的湿性粘合人工硬脊膜的制备方法，通过在细菌纤维素上连接硅烷偶联剂，在紫外光照下通过自由基聚合将丙烯酸、丙烯酸-N-琥珀酰亚胺酯接枝到细菌纤维素上形成粘附层，合成人工硬脊膜BC-g-PAA-NHS。

(2)本发明提供的湿性粘合人工硬脊膜，具有良好的抗膨胀性能，细菌纤维素可以限制粘附层的膨胀，在硬脊膜损伤修复中，避免水凝胶膨胀引起脊髓或神经根受压；

(3)本发明提供的湿性粘合人工硬脊膜，具有良好的湿性粘合性能，粘附层上的羧基与硬脊膜等组织上的氨基通过氢键作用发挥瞬时粘附作用，丙烯酸-N-琥珀酰亚胺酯与组织表面上的氨基形成共价键实现持久粘附，该人工硬脊膜具有抗膨胀、湿粘附性能，有望在硬脊膜损伤修复中发挥临床实用价值。

附图说明

图1：实施例1、实施例2与对比例1的外观示意图

图2：实施例1、实施例2与对比例1的力学性能测试图；

图3：实施例1、实施例2与对比例1的抗膨胀性能测试图；

图4:实施例1、实施例2与对比例1的硬脊膜爆破压测试图；

图5：实施例1、实施例2与对比例1的剪切粘附力性能测试图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例和对比例将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

除特殊说明，本实施例中所用的设备均为常规实验设备，所用的材料、试剂若无特殊说明均为市售得到，无特殊说明的实验方法也为常规实验方法。

实施例1

粘附层不通过硅烷偶联剂接枝到细菌纤维素的的人工硬脊膜(BC/PAA-NHS)的制备方法，具体包括以下步骤：用去离子水洗涤细菌纤维素，按照质量分数分别为30％丙烯酸，10％明胶，1％丙烯酸-N-琥珀酰亚胺酯，0.1％甲基丙烯酸酯化明胶，0.2％α-酮戊二酸，58.7％去离子水，配成预混液，避光，充分震荡混匀。将洗涤干燥后的细菌纤维素置于模具中，把配置的预混液平铺于细菌纤维的上表面，然后在紫外灯(365nm，10W)照射15-20min，得到具有双层结构的人工硬脊膜BC/PAA-NHS，如图1b所示。

实施例2

粘附层通过硅烷偶联剂接枝到细菌纤维素的的人工硬脊膜(BC-g-PAA-NHS)的制备方法，具体包括以下步骤：取10片边长为2cm的方形细菌纤维素，用去离子水洗涤、干燥后，置于100mL乙醇溶液中并通气30min，加入3mL乙酸和1.5mL硅烷偶联剂KH-570溶液，室温搅拌30min，然后在70℃条件下反应3h，用无水乙醇和去离子水洗涤后得到改性的细菌纤维素。按照质量分数分别为30％丙烯酸，10％明胶，1％丙烯酸-N-琥珀酰亚胺酯，0.1％甲基丙烯酸酯化明胶，0.2％α-酮戊二酸，58.7％去离子水，配成预混液，避光，充分震荡混匀。把配置的预混液浇筑于改性得到的细菌纤维素膜上，然后在紫外灯(365nm，10W)照射15-20min，得到湿性粘合人工硬脊膜BC-g-PAA-NHS，如图1c所示。

对比例1

不含细菌纤维素的丙烯酸、丙烯酸-N-琥珀酰亚胺酯水凝胶(PAA-NHS)的制备方法，具体包括以下步骤：按照质量分数分别为30％丙烯酸，10％明胶，1％丙烯酸-N-琥珀酰亚胺酯，0.1％甲基丙烯酸酯化明胶，0.2％α-酮戊二酸，58.7％去离子水，配成预混液，避光，充分震荡混匀。将预混液置于模具中，紫外灯(365nm，10W)照射15-20min，得到PAA-NHS水凝胶，如图1a所示。

实验例

(1)力学性能测试

将人工硬脊膜切成长条，测量膜的宽度和厚度以及两端夹闭后的初始长度并输入拉伸仪，拉伸速率设置为30mm/min。待膜拉伸至断裂时记录其弹性模量、拉伸强度以及断裂伸长率等信息，使用方差分析比较三组间是否具有统计学差异，*代表p<0.05，具有统计学差异。

结果如图2所示，对比例1、实施例1和实施例2的弹性模量(图2a)均值依次为-0.62、3.60和16.91MPa，拉伸强度(图2b)均值依次为0.15、0.19和0.75MPa，断裂伸长率(图2c)均值依次为732.28％、3.52％和16.36％。数据表明，由于引入细菌纤维素可以提升力学性能，使得实施例1和实施例2相比于对比例1的弹性模量和拉伸强度都得到增强，而实施例2通过共价键将粘附层接枝到细菌纤维素表面，其内聚力更强，表现出比实施例1更大的弹性模量和拉伸强度；由于细菌纤维存在较强的抗张力，使得实施例1和实施例2相比于对比例1的断裂伸长率急剧下降，而实施例2由于内聚力更强，表现出比实施例1更大的断裂伸长率。

(2)剪切试验

将人工硬脊膜制成面积为30mm×20mm的薄片，将人工硬脊膜的粘附层贴附于猪皮并轻压使二者充分接触，等待3-5min后，将人工硬脊膜和猪皮的另一端分别固定，拉伸速率为30mm/min，直至人工硬脊膜和猪皮粘附面脱落时记录最大的剪切力，使用方差分析比较三组间是否具有统计学差异，*代表p<0.05，具有统计学差异。

结果如图5所示，对比例1、实施例1和实施例2的剪切力均值依次为8.23、29.14和28.80kPa，表明由于细菌纤维可作为人工硬脊膜的耗散层，能限制粘合层的拉伸，促进剪切力的提升。

(3)爆破压测试

将一定长度的牛硬脊膜固定到爆破压仪器上，然后用打孔器在牛硬脊膜壁上制造直径为3mm的圆形开口模拟硬脊膜损伤。测试前，将人工硬脊膜裁剪成为直径为15mm的圆形补片，再将人工硬脊膜的粘附面贴附在造口的硬脊膜上。在测试过程中，蠕动泵以20mm/min的速度推动注射器往爆破压仪器内注水，爆破压仪器另一端连接到压力计上，直至牛硬脊膜与人工硬脊膜粘合发生渗漏或者脱离，并及时记录爆破压力值(mmHg)，即为该人工硬脊膜的最大可耐受爆破压力值，使用方差分析比较三组间是否具有统计学差异，*代表p<0.05，具有统计学差异。

结果如图4所示，对比例1、实施例1和实施例2的爆破压均值依次为21、22和37mmHg。与实施例1、对比例1相比，通过接枝细菌纤维素得到的人工硬脊膜为实施例2表现出更强大的抗爆破压能力，其抗爆破压值高于正常脑脊液压(5.9～13.2mmHg)，可以用于硬脊膜缺损修补手术。

(4)溶胀性能测试

将一定质量的人工硬脊膜置于PBS缓冲液中,每隔一段时间(0，10min，20min，0.5h，1h，2h，4h，8h，12h，24h，48h，96h，192h)将人工硬脊膜取出，用滤纸去除人工硬脊膜表面水分后称取质量。溶胀率的计算公式为：SD＝(W_t-W₀)/W₀×100％。其中，SD为溶胀率(％)，W₀为水凝胶浸泡前的质量(g)，W_t为人工硬脊膜在PBS溶液中浸泡后的质量(g)，使用方差分析比较三组间是否具有统计学差异，*代表p<0.05，具有统计学差异。

结果如图3所示，实施例2在PBS溶液中浸泡0.5h后达到溶胀平衡，溶胀率均值约为10％。而没有通过共价键将粘附层与细菌纤维素连接的实施例1，在PBS溶液中浸泡48h后才达到溶胀平衡，其溶胀率均值为50％。而对比例1，由于缺乏细菌纤维素的束缚，在PBS溶液中浸泡96h后才达到溶胀平衡，其溶胀率均值高达130％。以上数据充分证明了细菌纤维素可以限制人工硬脊膜的溶胀，并且当细菌纤维素通过硅烷偶联剂与粘附层共价结合时(实施例2)，能大大提升其抗膨胀性能。这对于临床硬脊膜的损伤修复具有重要意义，限制人工硬脊膜的膨胀，可以避免脊髓、神经受压，避免出现神经功能障碍。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种抗溶胀的湿性粘合人工硬脊膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.制备带有双键的细菌纤维素膜；

S2.将丙烯酸、明胶、丙烯酸-N-琥珀酰亚胺酯、甲基丙烯酸酯化明胶以及光引发剂，混合均匀，将混合液浇筑在步骤S1得到的带有双键的细菌纤维素膜的上表面，在紫外光引发的条件下，反应10～20min，即得。

2.根据权利要求1所述抗溶胀的湿性粘合人工硬脊膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中带有双键的细菌纤维素膜的制备过程包括：将细菌纤维素在惰性气体保护下置于乙醇溶液，加入乙酸和硅烷偶联剂，搅拌20～30min，再在60～80℃下，反应2～4h，即得。

3.根据权利要求2所述抗溶胀的湿性粘合人工硬脊膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中硅烷偶联剂包括但不限于KH-570、A-151和A-171。

4.根据权利要求2所述抗溶胀的湿性粘合人工硬脊膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的细菌纤维素包括但不限于细菌纤维膜片状商品和细菌纤维分散液。

5.根据权利要求1所述抗溶胀的湿性粘合人工硬脊膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的乙酸和硅烷偶联剂的体积比为2：1。

6.根据权利要求1所述抗溶胀的湿性粘合人工硬脊膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，光引发剂包括α-酮戊二酸和/或光引发剂2959。

7.根据权利要求1所述抗溶胀的湿性粘合人工硬脊膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，按照质量百分比计，包括：丙烯酸25％～35％，明胶5％～15％，丙烯酸-N-琥珀酰亚胺酯0.5％～1.5％，甲基丙烯酸酯化明胶0.085～0.15％，光引发剂0.1％～0.3％，余量为水。

8.权利要求1至7任一项所述方法制备得到的抗溶胀的湿性粘合人工硬脊膜。

9.权利要求8所述抗溶胀的湿性粘合人工硬脊膜在制备生物医用材料中的应用。

10.权利要求8所述抗溶胀的湿性粘合人工硬脊膜在制备治疗硬脊膜损伤的材料中的应用。

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