CN115068672A - 一种具有止血和促进组织修复的生物活性材料及制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

一种具有止血和促进组织修复的生物活性材料及制备方法与应用，以柠檬酸、1,8‑辛二醇、聚乙二醇为原料，通过热聚合的方法来得到PCG聚合物，通过将PCG和阿仑膦酸钠反应得到PCA聚合物；随后将海藻酸钠(SA)和PCA聚合物分别分散于PBS缓冲液，最后将一定量的Gd(NO3)3溶液加入SA和PCA的PBS溶液，主要通过Gd3+与SA和PCA的配位作用，得到具有止血和促进组织修复的生物活性材料，制备方法简单，且无有机溶剂残留，所使用的原料绿色环保、操作便捷、成本低廉，实验结果证明，该方法制备的具有止血和促进组织修复的生物活性材料在体内外均具有良好的生物相容性以及良好的生物学效应。

Description

一种具有止血和促进组织修复的生物活性材料及制备方法与 应用
技术领域
本发明涉及可降解生物医用材料技术领域，具体涉及一种具有止血和促进组织修复的生物活性材料及制备方法与应用。
背景技术
皮肤组织损伤严重危害人体健康，因此，有效的皮肤修复意义重大。皮肤伤口愈合通常包括四个阶段：止血、炎症、再生和重塑，每个阶段对伤口修复至关重要。许多研究已经设计和合成了许多用于加速伤口修复的生物材料，包括水凝胶、泡沫、海绵、薄膜、喷雾剂和其他支架。其中，水凝胶是具有三维交联的含水网络，类似于人体的细胞外基质，已广泛应用于组织工程、能源和生物传感器。然而，传统的基于生物聚合物的水凝胶通常表现出机械强度脆、可变形性差、组织附着力不足等缺点，不是理想的伤口修复生物材料。与传统水凝胶相比，动态水凝胶具有天然的可逆损伤和修复能力，可以恢复原有的结构和功能。此外，动态水凝胶还具有可调节性和自愈性能，无需预成型即可填充不规则形状的伤口缺损，非常适合作为伤口敷料。
柠檬酸是一种廉价且容易获得的无毒人体代谢产物。据报道，柠檬酸基生物材料可以抑制炎症，减少脂质过氧化，并具有抗菌活性。近年来，含柠檬酸的聚合物因其仿生弹性体机械性能、良好的生物相容性、可降解性和包括抗炎和血管生成在内的生物活性而被广泛研究用于组织再生。二磷酸盐(BP)具有两个磷酸基团，可以与金属离子配位，经常用于制备动态水凝胶。由于其独特的生物学性能，含BP的生物材料也被用于伤口愈合和组织修复领域。海藻酸钠(SA)是一种生物相容的、可生物降解的多糖。基于SA的伤口敷料具有出色的止血性能和伤口愈合能力，已广泛用于组织工程领域。钆(Gd)是一种稀土元素，由于其固有特性，已广泛应用于生物医学应用。
发明内容
为了解决现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供了一种具有止血和促进组织修复的生物活性材料及制备方法与应用。
本发明采用的技术解决方案是：一种具有止血和促进组织修复的生物活性材料，所述的生物活性材料由PCA聚合物与海藻酸钠(SA)以及Gd(NO3)3通过配位作用得到具有止血和促进组织修复的生物活性材料(SGPA)，所述的PCA聚合物的结构式为：
Figure BDA0003702482880000021
所述的PCA聚合物由PCG聚合物活化后加入阿仑膦酸钠(AL)进行反应得到，所述的PCG聚合物的结构式为：
Figure BDA0003702482880000022
一种具有止血和促进组织修复的生物活性材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备PCG聚合物：将柠檬酸熔融，加1,8-辛二醇和聚乙二醇进行热聚合反应制备得到PCG聚合物；
(2)制备PCA聚合物:将PCG聚合物溶于MES缓冲液中，用NHS和EDC进行活化，活化后加入阿仑膦酸钠(AL)进行反应，反应得到PCA聚合物；
(3)制备生物活性材料(SGPA)：将海藻酸钠和PCA聚合物分别溶于PBS缓冲液，加入Gd(NO3)3溶液，然后通过配位作用得到所述的生物活性材料。
所述的步骤(2)中MES缓冲液的pH为5-6，NHS和EDC活化后，加入阿仑膦酸钠(AL)之后，反应体系的pH调为8-9。
所述的步骤(2)中PCG聚合物与阿仑膦酸钠(AL)的摩尔比为1:(3～5)，反应时间为2-3天。
所述的步骤(3)中海藻酸钠溶入PBS溶液的质量浓度为5％，PCA的浓度为1-10％，Gd(NO3)3溶液的浓度为0.03mM。
所述的步骤(2)制备PCA聚合物中还包括后处理步骤：反应结束之后，用Mw＝3500的透析袋透析2-3天，将制备的聚合物冷冻干燥得到PCA聚合物。
所述的步骤(3)通过配位作用得到的生物活性材料还需要老化12-48小时。
所述的柠檬酸的熔融温度为155-165℃。
一种生物活性材料在制备皮肤急性损伤后的止血和修复材料上的应用。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种具有止血和促进组织修复的生物活性材料及制备方法与应用，以柠檬酸、1,8-辛二醇、聚乙二醇为原料，通过热聚合的方法来得到PCG聚合物，通过将PCG和阿仑膦酸钠反应得到PCA聚合物；随后将海藻酸钠(SA)和PCA聚合物分别分散于PBS缓冲液，最后将一定量的Gd(NO3)3溶液加入SA和PCA的PBS溶液，主要通过Gd3+与SA和PCA的配位作用，得到具有止血和促进组织修复的生物活性材料，制备方法简单，且无有机溶剂残留，所使用的原料绿色环保、操作便捷、成本低廉，实验结果证明，该方法制备的具有止血和促进组织修复的生物活性材料在体内外均具有良好的生物相容性以及良好的生物学效应。
附图说明
图1是本发明合成的具有止血和促进组织修复的生物活性材料中各单体以及聚合物的结构式。
图2是制得的PCA的1H NMR图谱。
图3为本发明制得的具有止血和促进组织修复的生物活性材料(SGPA)的细胞相容性。
图4为本发明制得的具有止血和促进组织修复的生物活性材料(SGPA)对于人脐静脉内皮细胞(HUVECs)迁移效果的测定。
图5为本发明制得的具有止血和促进组织修复的生物活性材料(SGPA)的体内止血结果。
图6为本发明制得的具有止血和促进组织修复的生物活性材料(SGPA)的体内对正常创面伤口愈合的结果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种具有止血和促进组织修复的生物活性材料的制备方法，包括以下步骤：
1)首先利用热聚合反应来制备得到PCG(聚柠檬酸-1,8-辛二醇-聚乙二醇)聚合物，在100毫升的三颈烧瓶中，氮气保护下，将柠檬酸在155-165℃下完全熔融，将温度降至130-150℃，然后加入1,8-辛二醇、聚乙二醇。总体系在真空条件下反应4-8小时。待反应结束后，加入50毫升去离子水溶解产物，然后用透析袋透析2-3天。最后，将制备的PCG聚合物冷冻干燥，并储存在4℃以备进一步使用。
2)将PCG聚合物溶于MES缓冲液中(pH＝5-6)搅拌溶解，用NHS和EDC进行活化，10-14小时后，加入阿仑膦酸钠继续搅拌反应2-3天，其中PCG与阿仑膦酸钠的摩尔比为1:(3-5)；待反应结束后用透析袋透析2-3天，随后冷冻干燥储存以供进一步使用；
3)将海藻酸钠和PCA聚合物溶于PBS缓冲液，海藻酸钠溶入PBS溶液的质量浓度为5％，PCA的浓度为1-10％，Gd(NO3)3溶液的浓度为0.03mM；
4)将海藻酸钠和PCA聚合物分别溶于PBS缓冲液，加入Gd(NO3)3溶液，然后通过配位作用得到具有止血和促进组织修复的生物活性材料。
其中，柠檬酸-1,8-辛二醇-聚乙二醇(PCG)聚合物的结构式为：
Figure BDA0003702482880000051
PCA聚合物的结构式为：
Figure BDA0003702482880000052
本发明致力于制备一种具有良好生物相容性，能够有效止血和促进伤口愈合并促进组织修复的生物活性材料。
本发明原理为：结合柠檬酸基聚合物和海藻酸钠及金属钆离子的优点，开发新型的具有止血功能的配位驱动的生物活性材料是制备能够同时止血和促进伤口愈合的生物活性材料的有效途径。柠檬酸、聚乙二醇、阿仑膦酸钠和海藻酸钠具有良好的生物相容性，环境友好且廉价易得。阿伦磷酸钠中的双磷酸基团可以与金属离子螯合。海藻酸钠也可以螯合金属离子，同时具有良好的止血性能。
进而用海藻酸钠、PCA聚合物和Gd(NO3)3溶液混合，通过海藻酸钠和PCA与Gd3+之间的配位作用制备具有止血和促进组织修复的生物活性材料
(SGPA)。该水凝胶支架具有良好的生物相容性，能够促进内皮细胞的迁移，同时，具有优异的止血能力，是一种用于有效止血和促进伤口愈合并促进组织修复的水凝胶支架。
实施例1
1)柠檬酸-1,8-辛二醇-聚乙二醇(PCG)聚合物的制备方法：首先利用热聚合反应来制备得到PCG聚合物，在100毫升的三颈烧瓶中，氮气保护下，将柠檬酸在160℃下完全熔融，将温度降至140℃，然后加入1,8-辛二醇、聚乙二醇。总体系在真空条件下反应6小时。待反应结束后，加入50毫升去离子水溶解产物，然后用透析袋透析3天。最后，将制备的PCG聚合物冷冻干燥，并储存在4℃以备进一步使用。
2)PCA聚合物的制备方法：将PCG聚合物溶于MES缓冲液中(pH＝5-6)搅拌溶解，用NHS和EDC进行活化，12小时后，加入阿仑膦酸钠继续搅拌3天，其中PCG与阿仑膦酸钠的摩尔比为1:3；待反应结束后用透析袋透析3天，随后冷冻干燥储存以供进一步使用；
3)具有止血和促进组织修复的生物活性材料(SGPA)的制备方法：将海藻酸钠(SA)和PCA聚合物分别加到PBS缓冲液中搅拌溶解，待SA和PCA聚合物完全溶解之后，加入0.03mMGd(NO3)3溶液，然后通过配位作用制备得到具有生物活性的SGPA水凝胶支架。
本发明所制备方法的具有止血和促进组织修复的生物活性材料表现出良好的生物相容性，也表现出了良好的止血性能，是一种用于在急性创面止血和促进组织修复的水凝胶支架，下面结合实验数据详细分析。
图1是本发明合成的一种具有止血和促进组织修复的生物活性材料中各单体以及聚合物的结构式，其中A为PCG聚合物的结构式，B为海藻酸钠的结构式，C为PCA聚合物的结构式。
图2是制得的PCA聚合物的1H NMR图谱，在2.7-3.1ppm的峰被认为是亚甲基上(-CONH-CH2-)产生的，表明成功制备了PCA聚合物。
图3为本发明制得的具有止血和促进组织修复的生物活性材料(SGPA)的细胞相容性，从A和B图中可以看出SGPA生物活性材料对L929和HUVECs细胞都没有明显的毒性，均表现出良好的细胞相容性。
图4为本发明制得的具有止血和促进组织修复的生物活性材料(SGPA)对HUVECs的迁移结果，从图中可以看出，SGPA水凝胶支架能有有效的促进内皮细胞的迁移，这非常有利于组织修复。
图5为本发明制得的具有止血和促进组织修复的生物活性材料(SGPA)的体内止血的结果，从图中可以看出，SGPA生物活性材料可以有效的止血，其效果与商用的止血海绵类似。
图6为本发明制得的具有止血和促进组织修复的生物活性材料(SGPA)的体内伤口愈合的结果，从图中可以看出，在手术后的第三天，每一组的伤口面积都比第0天减小了。治疗7天后，SGPA组展现出最小的伤口面积。在治疗14天后，SGPA处理之后，伤口完全愈合，并附有毛发的生长。这表明SGPA生物活性材料对伤口愈合有明显的促进作用。
实施例2
1)柠檬酸-1,8-辛二醇-聚乙二醇(PCG)聚合物的制备方法：首先利用热聚合反应来制备得到PCG聚合物，在100毫升的三颈烧瓶中，氮气保护下，将柠檬酸在160℃下完全熔融，将温度降至140℃，然后加入1,8-辛二醇、聚乙二醇。总体系在真空条件下反应6小时。待反应结束后，加入50毫升去离子水溶解产物，然后用透析袋透析3天。最后，将制备的PCG聚合物冷冻干燥，并储存在4℃以备进一步使用。
2)PCA聚合物的制备方法：将PCG聚合物溶于MES缓冲液中(pH＝5-6)搅拌溶解，用NHS和EDC进行活化，12小时后，加入阿仑膦酸钠继续搅拌3天，其中PCG与阿仑膦酸钠的摩尔比为1:4；待反应结束后用透析袋透析3天，随后冷冻干燥储存以供进一步使用；
3)具有止血和促进组织修复的生物活性材料(SGPA)的制备方法：将海藻酸钠(SA)和PCA聚合物分别加到PBS缓冲液中搅拌溶解，待SA和PCA聚合物完全溶解之后，加入0.03mMGd(NO3)3溶液，然后通过配位作用制备得到具有生物活性的SGPA水凝胶支架。
实施例3
1)柠檬酸-1,8-辛二醇-聚乙二醇(PCG)聚合物的制备方法：首先利用热聚合反应来制备得到PCG聚合物，在100毫升的三颈烧瓶中，氮气保护下，将柠檬酸在160℃下完全熔融，将温度降至140℃，然后加入1,8-辛二醇、聚乙二醇。总体系在真空条件下反应6小时。待反应结束后，加入50毫升去离子水溶解产物，然后用透析袋透析3天。最后，将制备的PCG聚合物冷冻干燥，并储存在4℃以备进一步使用。
2)PCA聚合物的制备方法：将PCG聚合物溶于MES缓冲液中(pH＝5-6)搅拌溶解，用NHS和EDC进行活化，12小时后，加入阿仑膦酸钠继续搅拌3天，其中PCG与阿仑膦酸钠的摩尔比为1:5；待反应结束后用透析袋透析3天，随后冷冻干燥储存以供进一步使用；
3)具有止血和促进组织修复的生物活性材料(SGPA)的制备方法：将海藻酸钠(SA)和PCA聚合物分别加到PBS缓冲液中搅拌溶解，待SA和PCA聚合物完全溶解之后，加入0.03mMGd(NO3)3溶液，然后通过配位作用制备得到具有生物活性的SGPA水凝胶支架。
实施例4
1)柠檬酸-1,8-辛二醇-聚乙二醇(PCG)聚合物的制备方法：首先利用热聚合反应来制备得到PCG聚合物，在100毫升的三颈烧瓶中，氮气保护下，将柠檬酸在160℃下完全熔融，将温度降至140℃，然后加入1,8-辛二醇、聚乙二醇。总体系在真空条件下反应6小时。待反应结束后，加入50毫升去离子水溶解产物，然后用透析袋透析3天。最后，将制备的PCG聚合物冷冻干燥，并储存在4℃以备进一步使用。
2)PCA聚合物的制备方法：将PCG聚合物溶于MES缓冲液中(pH＝5-6)搅拌溶解，用NHS和EDC进行活化，12小时后，加入阿仑膦酸钠继续搅拌3天，其中PCG与阿仑膦酸钠的摩尔比为1:3；待反应结束后用透析袋透析3天，随后冷冻干燥储存以供进一步使用；
3)具有止血和促进组织修复的生物活性材料(SGPA)的制备方法：将海藻酸钠(SA)和PCA聚合物分别加到PBS缓冲液中搅拌溶解，待SA(5％)和PCA(1％)聚合物完全溶解之后，加入0.03mM Gd(NO3)3溶液，然后通过配位作用制备得到具有生物活性的SGPA水凝胶支架。
实施例5
1)柠檬酸-1,8-辛二醇-聚乙二醇(PCG)聚合物的制备方法：首先利用热聚合反应来制备得到PCG聚合物，在100毫升的三颈烧瓶中，氮气保护下，将柠檬酸在160℃下完全熔融，将温度降至140℃，然后加入1,8-辛二醇、聚乙二醇。总体系在真空条件下反应6小时。待反应结束后，加入50毫升去离子水溶解产物，然后用透析袋透析3天。最后，将制备的PCG聚合物冷冻干燥，并储存在4℃以备进一步使用。
2)PCA聚合物的制备方法：将PCG聚合物溶于MES缓冲液中(pH＝5-6)搅拌溶解，用NHS和EDC进行活化，12小时后，加入阿仑膦酸钠继续搅拌3天，其中PCG与阿仑膦酸钠的摩尔比为1:3；待反应结束后用透析袋透析3天，随后冷冻干燥储存以供进一步使用；
3)具有止血和促进组织修复的生物活性材料(SGPA)的制备方法：将海藻酸钠(SA)和PCA聚合物分别加到PBS缓冲液中搅拌溶解，待SA(5％)和PCA(5％)聚合物完全溶解之后，加入0.03mM Gd(NO3)3溶液，然后通过配位作用制备得到具有生物活性的SGPA水凝胶支架。
实施例6
1)柠檬酸-1,8-辛二醇-聚乙二醇(PCG)聚合物的制备方法：首先利用热聚合反应来制备得到PCG聚合物，在100毫升的三颈烧瓶中，氮气保护下，将柠檬酸在160℃下完全熔融，将温度降至140℃，然后加入1,8-辛二醇、聚乙二醇。总体系在真空条件下反应6小时。待反应结束后，加入50毫升去离子水溶解产物，然后用透析袋透析3天。最后，将制备的PCG聚合物冷冻干燥，并储存在4℃以备进一步使用。
2)PCA聚合物的制备方法：将PCG聚合物溶于MES缓冲液中(pH＝5-6)搅拌溶解，用NHS和EDC进行活化，12小时后，加入阿仑膦酸钠继续搅拌3天，其中PCG与阿仑膦酸钠的摩尔比为1:3；待反应结束后用透析袋透析3天，随后冷冻干燥储存以供进一步使用；
3)具有止血和促进组织修复的生物活性材料(SGPA)的制备方法：将海藻酸钠(SA)和PCA聚合物分别加到PBS缓冲液中搅拌溶解，待SA(5％)和PCA(10％)聚合物完全溶解之后，加入0.03mM Gd(NO3)3溶液，然后通过配位作用制备得到具有生物活性的SGPA水凝胶支架。
各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有止血和促进组织修复的生物活性材料,其特征在于，所述的生物活性材料由PCA聚合物与海藻酸钠(SA)以及Gd(NO3)3通过配位作用得到具有止血和促进组织修复的生物活性材料(SGPA)，所述的PCA聚合物的结构式为：
Figure FDA0003702482870000011
2.根据权利要求1所述的一种具有止血和促进组织修复的生物活性材料，其特征在于，所述的PCA聚合物由PCG聚合物活化后加入阿仑膦酸钠(AL)进行反应得到，所述的PCG聚合物的结构式为：
Figure FDA0003702482870000012
3.一种权利要求1所述的具有止血和促进组织修复的生物活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备PCG聚合物：将柠檬酸熔融，加1,8-辛二醇和聚乙二醇进行热聚合反应制备得到PCG聚合物；
(2)制备PCA聚合物：将PCG聚合物溶于MES缓冲液中，用NHS和EDC进行活化，活化后加入阿仑膦酸钠(AL)进行反应，反应得到PCA聚合物；
(3)制备生物活性材料(SGPA)：将海藻酸钠和PCA聚合物分别溶于PBS缓冲液，加入Gd(NO3)3溶液，然后通过配位作用得到所述的生物活性材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中MES缓冲液的pH为5-6，NHS和EDC活化后，加入阿仑膦酸钠(AL)之后，反应体系的pH调为8-9。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中PCG聚合物与阿仑膦酸钠(AL)的摩尔比为1:(3～5)，反应时间为2-3天。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤(3)中海藻酸钠溶入PBS溶液的质量浓度为5％，PCA的浓度为1-10％，Gd(NO3)3溶液的浓度为0.03mM。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)制备PCA聚合物中还包括后处理步骤：反应结束之后，用Mw＝3500的透析袋透析2-3天，将制备的聚合物冷冻干燥得到PCA聚合物。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤(3)通过配位作用得到的生物活性材料还需要老化12-48小时。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的柠檬酸的熔融温度为155-165℃。
10.一种权利要求1所述的生物活性材料在制备皮肤急性损伤后的止血和修复材料上的应用。
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