CN115671369B - 一种按需可拆的水凝胶组织粘合剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种按需可拆的水凝胶组织粘合剂及其制备方法，包括如下步骤：制备具有疏水基团的聚丙烯酸；将制备的具有疏水基团的聚丙烯酸和α‑淀粉酶在磷酸盐缓冲溶液中混合，室温下静置，得到水凝胶组织粘合剂；将环糊精加入水凝胶组织粘合剂中，环糊精触发瞬态凝胶‑溶胶‑凝胶的转变，实现水凝胶组织粘合剂的按需拆卸。本发明制备方法操作简单，体系生物相容性好，用于组织粘合剂可以按需要随时拆除或更换，避免了对患者造成伤害和疼痛，在生物医学领域，如伤口粘合等领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及生物组织粘合剂技术领域，尤其涉及一种按需可拆的水凝胶组织粘合剂及其制备方法。
背景技术
皮肤是身体的第一道保护屏障，每年都有数以百万计的擦伤和皮肤切口需要治疗。在过去的几年里，各种生物粘合剂被开发出来。由于生物粘附剂对周围组织无二次损伤，具有良好的生物相容性，且易于使用，因此它已成为传统缝合线和缝合器的潜在替代品。然而，伤口闭合和完全愈合之间的时间相当长，通常是几天到几周，在伤口闭合后的时间内，闭合的伤口仍然需要护理，以促进更好的伤口愈合。例如，伤口闭合后，可能需要根据愈合状态进行进一步处理，例如更换或添加药物，这需要无痛地更换或移除应用的生物粘附剂。
水凝胶是一种具有高含水量的3D交联亲水聚合物网络，由于其可控的交联结构和多样的功能成分而被广泛应用于生物医学领域。通过将各种功能组合理地整合到网络中，可以定制这些网络以执行多种功能。但是，其在使用过程中发现，生物粘合剂可能会意外地错误涂抹在组织表面的情况，由于其粘性较好，在拆除或更换时，容易对下面的组织造成损害，最终造成患者伤害或疼痛。
本发明制备了一种按需可拆的水凝胶组织粘合剂及其制备方法，在具备优异的生物相容性的同时可通过环糊精的加入实现按需拆卸、重复粘附等功能，具有极大的生物医学领域应用前景，显然具有积极的现实意义。
发明内容
本发明的发明目的是一种按需可拆的水凝胶组织粘合剂及其制备方法，具有优良的生物相容性和粘附性，该生物粘合剂的良性可触发分离可以迅速修正错误应用，而不会对下面的组织造成损害。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种按需可拆的水凝胶组织粘合剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备具有疏水基团的聚丙烯酸；
(2)将步骤(1)制备的具有疏水基团的聚丙烯酸和α-淀粉酶在磷酸盐缓冲溶液中混合，室温下静置，得到水凝胶组织粘合剂；
(3)将环糊精加入步骤(2)得到的水凝胶组织粘合剂中，环糊精触发瞬态凝胶-溶胶-凝胶的转变，实现水凝胶组织粘合剂的按需拆卸。
上文中，所述的带有疏水基团的聚丙烯酸通过疏水相互作用交联成水凝胶，环糊精的加入破坏了疏水基团之间的疏水缔合，并与单个疏水基团形成主客体络合物，从而将水凝胶分解成溶胶。其中体系中的α-淀粉酶可以将溶胶中的环糊精降解，疏水基团脱离环糊精的疏水腔，使得体系重新组装成水凝胶。
优选地，所述磷酸盐缓冲溶液的pH值为7～8；更优选地为7.4～7.6。
优选地，步骤(2)中在室温下静置的时间为至少1h，更优选为2～4h。
优选地，步骤(3)中，先将环糊精溶解在磷酸盐缓冲溶液中，再将其加入步骤(2)得到的水凝胶组织粘合剂中。
优选地，所述带有疏水基团的聚丙烯酸中的疏水基团包括十二烷、十四烷、十八烷、二十烷中的一种或几种。
优选地，所述带有疏水基团的聚丙烯酸中聚丙烯酸的分子量为250000，疏水基团的接枝率为1％-5％。
优选地，所述水凝胶组织粘合剂中带有疏水基团的聚丙烯酸的浓度为40mg/m L-60mg/m L。
优选地，所述步骤(1)中，所述制备具有疏水基团的聚丙烯酸的方法包括：
将所述聚丙烯酸添加到N-甲基吡咯烷酮中，搅拌，直至聚丙烯酸完全溶解，得到PAA溶液；在剧烈搅拌下将十八胺和二环己基碳二亚胺引入PAA溶液中，反应至少1h，冷却，沉淀聚合物，洗涤，过滤；得到粗产物；
将粗产物溶解于去离子水中，并用去离子水透析，直到管外水的电导率保持恒定；将溶液浓缩，然后冷冻干燥，得到最终干燥产物PAAC18。
优选地，所述十八胺和二环己基碳二亚胺引入PAA溶液前，需分别先在N-甲基吡咯烷酮中溶解。
优选地，所述沉淀聚合物，洗涤，过滤的具体方法包括：向溶液中添加20～60wt％氢氧化钠水溶液以沉淀聚合物，最优选地为40wt％；沉淀用N-甲基吡咯烷酮洗涤两次，然后在室温下用甲醇洗涤；真空过滤后，将固体产物溶解在去离子水中，并在甲醇中沉淀。
优选地，所述步骤(2)中，所述水凝胶组织粘合剂中的α-淀粉酶浓度为1mg/mL-50mg/m L。
优选地，所述水凝胶组织粘合剂中环糊精包括α-环糊精，β-环糊精，γ-环糊精中的一种或几种。
优选地，所述水凝胶组织粘合剂中的环糊精浓度为7mM-35mM。
本申请还要求保护一种按需可拆的水凝胶组织粘合剂，采用如上文所述的制备方法制得，应用于组织按需拆卸粘附。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1.本发明所述的带有疏水基团的聚丙烯酸通过疏水相互作用交联成水凝胶，环糊精的加入破坏了疏水基团之间的疏水缔合，并与单个疏水基团形成主客体络合物，从而将水凝胶分解成溶胶。其中体系中的α-淀粉酶可以将溶胶中的环糊精降解，疏水基团脱离环糊精的疏水腔，使得体系重新组装成水凝胶；
2.本发明制备方法操作简单，体系生物相容性好，用于组织粘合剂可以按需要随时拆除或更换，避免了对患者造成伤害和疼痛，在生物医学领域，如伤口粘合等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的一些附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例2的倒置小瓶试验结果图；
图2是实施例3由不同γ-CD浓度驱动的水凝胶的降解和恢复的流变测量结果图；
图3是水凝胶组织粘合剂细胞相容性实验结果图；
图4是可拆卸水凝胶组织粘合剂演示图；
图5是排除磷酸盐缓冲液的影响演示图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明提供的按需可拆的水凝胶组织粘合剂中，以3％十八烷取代的聚丙烯(PAAC18)为凝胶主体。它通过C18基团的疏水相互作用交联成水凝胶。γ-CD被选为触发溶液，γ-CD的加入使其与单个C18基团形成主客体复合物，从而破坏了C18基团之间的疏水缔合，将水凝胶分解成溶胶。与此同时，体系中的α-淀粉酶可以将溶胶中的环糊精降解，C18基团脱离环糊精的疏水腔，重新组装成水凝胶。由于这些特性，使得该水凝胶组织粘合剂可以无痛拆卸纱布敷料，增加了一定的容错性。本发明提供的组织粘合剂，具有良好的生物相容性和粘附性，在生物医学领域，如伤口粘合等领域具有广泛的应用前景。
为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
将1.8g聚丙烯酸(PAA)添加到60mLN-甲基吡咯烷酮中，在60℃下搅拌24小时。PAA完全溶解后，在剧烈搅拌下将0.20g十八胺(溶解在10gN-甲基吡咯烷酮中)和0.20g二环己基碳二亚胺(溶解在4.0gN-甲基吡咯烷酮中)引入PAA溶液。在60℃下反应48小时后，将系统冷却至室温，然后向溶液中添加100mL 40wt％氢氧化钠水溶液以沉淀聚合物。沉淀用30mLN-甲基吡咯烷酮洗涤两次，然后在室温下用50mL甲醇洗涤。真空过滤后，将固体产物溶解在25m L去离子水中，并在200mL甲醇中沉淀。将粗产物溶解于30mL去离子水中，并用去离子水透析，直到管外水的电导率保持恒定。将溶液浓缩，然后冷冻干燥，得到最终干燥产物PAAC18。
实施例2
PAAC18和α-淀粉酶溶于pH为7.4的磷酸盐缓冲溶液中，浓度分别为50mg/mL和10mg/mL，室温下静置3h成胶。将γ-环糊精(γ-CD)溶于pH为7.4的磷酸盐缓冲溶液中，浓度分别为230mg/mL，室温下搅拌溶解。
往得到PAAC18/α-淀粉酶凝胶中加入7.13m M，13.7m M，25.4m M，35.49m M的γ-CD溶液，使得体系发生凝胶-溶胶-凝胶转变过程。
实施例3
往实施例2得到PAAC18/α-淀粉酶凝胶中加入7.13m M，13.7m M，25.4m M，35.49m M的γ-CD溶液，使用倒置小瓶试验来展示过程，试验结果如图1所示。
通过图1可以看出，当加入超过13.7m M的γ-CD溶液后凝胶开始解体成溶胶，溶胶显示出有限的寿命，并在一定的内完全转化为原始凝胶，溶胶的寿命随着γ-CD溶液的浓度而增加。
实施例4
往实施例2得到PAAC18/α-淀粉酶凝胶中加入7.13m M，13.7m M，25.4m M，35.49m M的γ-CD溶液，使用振荡流变学监测加入不同含量γ-CD体系的凝胶-溶胶-凝胶转变过程。
测试结果如图2所示。图2的结果显示，本发明提供的PAAC18/α-淀粉酶凝胶的凝胶-溶胶-凝胶转变寿命可通过γ-CD的浓度来灵活调整。
实施例5
将实施例2得到的凝胶用于细胞相容性实验，将小鼠纤维细胞L 929以8000细胞每孔的密度种植于96孔板中，细胞附着后，用提取的不同浓度的水凝胶培养基替换培养基，置于培养箱中孵育1、2和3天。1、2和3天后，取出培养板，吸走水凝胶培养基，用PBS洗2～3遍，避光加入10％的CCK 8溶液，置于培养箱中孵育1h，用酶标仪测试其450n m处的吸光度。
不同浓度的凝胶对L 929细胞的细胞毒性结果如图3所示，图中，纵坐标为细胞活率，其计算公式为：细胞存活率(％)＝(样本OD/对照OD)×100％，其中O D值代表490n m处的吸光度。通过图3可以看出，细胞存活率均大于80％，说明水凝胶组织粘合剂无细胞毒性，细胞相容性较好。
实施例6
往实施例2得到PAAC18/α-淀粉酶凝胶中加入13.7m M的γ-CD溶液，待凝胶解体后用于纱布和猪皮的粘附。纱布和猪皮完全粘附后，将其置于室温潮湿环境中约90分钟，纱布牢固粘附在猪皮上。然后在纱布表面滴加25.4m M的γ-CD溶液，约100s后，通过图4可以看出，纱布很容易从猪皮上脱落。然后在室温下放置在潮湿环境中约90分钟，纱布再次粘附在猪皮上。
本发明制备一种按需可拆卸水凝胶组织粘合剂，通过滴加γ-CD溶液可实现凝胶-溶胶-凝胶的转变。该水凝胶组织粘合剂具有优异的生物相容性，并且可以通过滴加γ-CD溶液轻松剥离，从而提供一种无损伤的换药方式。该功能可以帮助医生和患者通过巧妙地避免第二次受伤，将纱布等材料从皮肤上轻松取下。
对比例1
为了排除磷酸盐缓冲液的影响，往实例2得到PAAC18/α-淀粉酶凝胶中加入13.7mM的γ-CD溶液，待凝胶解体后用于纱布和猪皮的粘附。纱布和猪皮完全粘附后，将其置于室温潮湿环境中约90分钟，纱布牢固粘附在猪皮上。然后在纱布表面滴加实施例6等量的磷酸盐缓冲液，通过图5可以看出，纱布仍牢固粘附在猪皮上。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种按需可拆的水凝胶组织粘合剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）制备具有疏水基团的聚丙烯酸；
（2）将步骤（1）制备的具有疏水基团的聚丙烯酸和α-淀粉酶在磷酸盐缓冲溶液中混合，室温下静置，得到水凝胶组织粘合剂；
（3）将环糊精加入步骤（2）得到的水凝胶组织粘合剂中，环糊精触发瞬态凝胶-溶胶-凝胶的转变，实现水凝胶组织粘合剂的按需拆卸。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述带有疏水基团的聚丙烯酸中的疏水基团包括十二烷、十四烷、十八烷、二十烷中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述带有疏水基团的聚丙烯酸中聚丙烯酸的分子量为250000，疏水基团的接枝率为1%-5%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述水凝胶组织粘合剂中带有疏水基团的聚丙烯酸的浓度为40mg/mL-60 mg/mL。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，所述制备具有疏水基团的聚丙烯酸的方法包括：
将所述聚丙烯酸添加到N-甲基吡咯烷酮中，搅拌，直至聚丙烯酸完全溶解，得到PAA溶液；在剧烈搅拌下将十八胺和二环己基碳二亚胺引入PAA溶液中，反应至少1h，冷却，沉淀聚合物，洗涤，过滤；得到粗产物；
将粗产物溶解于去离子水中，并用去离子水透析，直到管外水的电导率保持恒定；将溶液浓缩，然后冷冻干燥，得到最终干燥产物PAAC18。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述沉淀聚合物，洗涤，过滤的具体方法包括：向溶液中添加20~60wt%氢氧化钠水溶液以沉淀聚合物；沉淀用N-甲基吡咯烷酮洗涤两次，然后在室温下用甲醇洗涤；真空过滤后，将固体产物溶解在去离子水中，并在甲醇中沉淀。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述水凝胶组织粘合剂中的α-淀粉酶浓度为1mg/mL-50 mg/mL。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述水凝胶组织粘合剂中环糊精包括α-环糊精，β-环糊精，γ-环糊精中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述水凝胶组织粘合剂中的环糊精浓度为7mM-35 mM。
10.一种按需可拆的水凝胶组织粘合剂，其特征在于：采用如权利要求1-9任一项所述的制备方法制得。
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