CN116688226A - 一种牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜修复材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医学材料领域，具体涉及一种牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜修复材料及其制备方法。包括以下步骤：将甲基丙烯酸酐逐滴加入到胶原蛋白溶液体系中反应过夜，得到胶原‑甲基丙烯酸酐溶液体系；再添加光引发剂LAP反应，然后在波长为365nm的紫外光照射下聚合，获得胶原‑甲基丙烯酸酐水凝胶体系，自然风干后得到甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜材料；通过牛磺酸溶液对获得的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜材料进行表面化学修饰，最终形成牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜修复材料。本发明获得的新型材料制备简单且无毒，具有良好的理化性能和生物相容性，在未来的角膜修复领域有很大的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于医学材料领域，特别涉及一种牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜修复材料及其制备方法。
背景技术
据报道，全球每年有10万人因角膜炎、角膜溃疡和圆锥角膜等各种角膜疾病而失明，角膜疾病已经成为世界上第二大常见的眼病。在治疗角膜疾病的诸多方法中，同种异体角膜移植是黄金疗法，但是由于供体角膜组织严重不足，无法满足角膜移植的巨大需求，所以迫切需要高质量的角膜组织替代品。
胶原蛋白作为天然人角膜细胞外基质的主要成分，因其具有一系列优良的理化性能和生物相容性，成为应用于角膜修复的首选材料。然而，胶原基角膜修复材料在移植术中常常会因为其力学性能不足而导致植片撕裂或者在细胞活性作用下发生收缩，这限制了它的应用；在角膜移植术后也经常会发现，有很大一部分患者存在神经无法正常恢复的现象，这也是导致临床角膜移植失败的原因之一。因此，在不影响材料优良理化性能的前提下，开发提升力学性能的同时拥有促神经修复能力的胶原基角膜修复材料仍然是角膜修复领域的技术难题。
众所周知，角膜神经在指导角膜生长和修复以及在泪液产生和上皮再生中发挥重要作用。如果角膜神经支配异常就会减少泪液的产生，损害上皮功能，甚至会导致角膜感觉减退。鉴于此，对于胶原基角膜修复材料来说，促进角膜神经纤维的再生对于角膜功能的恢复具有重要意义。据报道，牛磺酸是视觉系统中重要的神经化学因子，可以维持视网膜和中枢神经系统的正常功能，若牛磺酸缺乏会导致人们的视力障碍，严重时会导致视网膜病变。此外，牛磺酸分子具有独特的化学功能基团和结构，这为其可以与胶原蛋白进行化学交联提供了更多的可能。而甲基丙烯酸酸酐可以改善许多生物材料的力学性能，包括明胶、壳聚糖、羧甲基几丁质等等。
发明内容
为了解决上述胶原基角膜材料的两大难题，本发明使用甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜材料，并在甲基丙烯酸酐-胶原蛋白复合膜表面化学接枝牛磺酸，从而获得一种可以促进角膜神经再生的胶原基角膜修复材料。本专利获得的这种牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜修复材料具有巨大的应用潜力。
本发明提供了一种牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜修复材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将胶原蛋白海绵溶于乙酸中得到胶原蛋白溶液，后将甲基丙烯酸酐逐滴加入到胶原蛋白溶液体系中反应过夜，使得甲基丙烯酸酐与胶原蛋白分子反应形成新的酰胺键，得到胶原-甲基丙烯酸酐溶液体系；
(2)向步骤(1)得到的胶原-甲基丙烯酸酐溶液体系中添加光引发剂苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐(LAP)进行反应，之后在波长为365nm的紫外光照射下聚合，获得胶原-甲基丙烯酸酐水凝胶体系，再置于模具中自然风干成膜，形成甲基丙烯酸酐增强的胶原基角膜材料；
(3)将步骤(2)得到的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜材料浸泡于牛磺酸溶液中化学交联4h，反应完成后将膜置于洁净的培养皿中自然风干，得到牛磺酸分子表面接枝的甲基丙烯酸酐-胶原复合膜；
(4)将步骤(3)得到的牛磺酸分子表面接枝的甲基丙烯酸酐-胶原复合膜使用去离子水洗涤3-5次，然后置于培养皿中自然风干，最终获得牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜修复材料。
进一步的，步骤(1)中所述乙酸的浓度为5M，所述的胶原蛋白溶液浓度为6-8mg/mL。
进一步的，步骤(1)中甲基丙烯酸酐与胶原蛋白的质量比为0.1035：1。
进一步的，步骤(2)中添加光引发剂LAP的体积分数为15-25％(v/v)，反应时间为10-20min；紫外光聚合时间为3-5min。
进一步的，步骤(2)中所述模具是与角膜形状相同的半球形凹槽模具，在自然风干过程中处于无菌环境。
进一步的，步骤(3)中所述牛磺酸溶液由牛磺酸、EDC和NHS混合制成，其中，牛磺酸、EDC和NHS的质量比为4.5-6.5：1：1；所述牛磺酸溶液浓度为10-20mg/mL。
本发明还提供了按照上述方法制备的牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜修复材料。
与现有技术相比，本发明通过使用甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜材料，并在甲基丙烯酸酐-胶原复合膜表面化学接枝牛磺酸，解决了胶原基角膜修复材料在植入时力学性能不足以及植入后神经功能无法正常恢复的问题，获得一种具有良好理化性能和生物学性能的胶原基角膜修复材料。本发明获得的牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜修复材料具有巨大的应用潜力。
附图说明：
图1为实施例1制备的牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜材料的表面形貌照片；
图2为实施例1制备的牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜材料(ColMA-Tr)与纯胶原蛋白薄膜(Col)的应力应变曲线图；
图3为模拟牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜材料的体外耐缝合性能照片。
具体实施方式
为了更好地理解本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益效果，以下结合实例对本发明进行了更详细的说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜修复材料的制备方法：
(1)将375mg胶原蛋白海绵溶于浓度为0.5M的乙酸中得到浓度为7.5mg/mL的胶原蛋白溶液，将38.8mg甲基丙烯酸酐逐滴加入到50mL胶原蛋白溶液体系中反应过夜，使得甲基丙烯酸酐与胶原蛋白分子反应形成新的酰胺键，得到胶原-甲基丙烯酸酐溶液体系；
(2)将步骤(1)得到的胶原-甲基丙烯酸酐溶液体系中添加体积分数为20％(v/v)的光引发剂LAP搅拌反应20min，反应完成后将其在波长为365nm的紫外光下聚合3min，获得胶原-甲基丙烯酸酐水凝胶体系；
(3)将步骤(2)得到的胶原-甲基丙烯酸酐水凝胶体系置于无菌环境下的半球形凹槽模具中自然风干成膜，形成甲基丙烯酸酐增强的胶原基角膜材料；
(4)配制浓度为20mg/mL的牛磺酸溶液50mL，其中牛磺酸、EDC和NHS的质量比为6：1：1，将步骤(3)得到的甲基丙烯酸酐增强胶原基膜浸泡于牛磺酸溶液中化学交联4h，反应完成后将膜置于洁净且无菌的培养皿中自然风干，得到牛磺酸分子表面接枝的甲基丙烯酸酐-胶原复合膜；
(5)将步骤(4)得到的牛磺酸分子表面接枝的甲基丙烯酸酐-胶原复合膜使用去离子水洗涤3次，后将其置于培养皿中自然风干，最终获得牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜修复材料。
为验证采用本发明方法制成的牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜材料的力学性能，采用湿态机械拉伸实验对其进行评价。
具体方法为：将样品薄膜裁剪为长12mm，宽5mm的矩形样品条，浸入PBS缓冲液(pH＝7.4)中至溶胀平衡，采用Bose ELF3200生物材料力学测试系统对薄膜进行单轴拉伸试验，测定样品薄膜在湿态下的拉伸强度。由图2可知，与纯胶原蛋白薄膜相比，经甲基丙烯酸酐增强的胶原基薄膜的力学性能得到了显著提升。
实施例2
牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜修复材料的制备方法：
(1)将800mg胶原蛋白海绵溶于浓度为0.5M的乙酸中得到浓度为8mg/mL的胶原蛋白溶液，将82.8mg甲基丙烯酸酐逐滴加入到100mL胶原蛋白溶液体系中反应过夜，使得甲基丙烯酸酐与胶原蛋白分子反应形成新的酰胺键，得到胶原-甲基丙烯酸酐溶液体系；
(2)将步骤(1)得到的胶原-甲基丙烯酸酐溶液体系中添加体积分数为15％(v/v)的光引发剂LAP搅拌反应15min，反应完成后将其在波长为365nm的紫外光下聚合5min，获得胶原-甲基丙烯酸酐水凝胶体系；
(3)将步骤(2)得到的胶原-甲基丙烯酸酐水凝胶体系置于无菌环境下的半球形凹槽模具中自然风干成膜，形成甲基丙烯酸酐增强的胶原基角膜材料；
(4)配制浓度为15mg/mL的牛磺酸溶液50mL，其中牛磺酸、EDC和NHS的质量比为5：1：1，将步骤(3)得到的甲基丙烯酸酐增强胶原基膜浸泡于牛磺酸溶液中化学交联4h，反应完成后将膜置于洁净且无菌的培养皿中自然风干，得到牛磺酸分子表面接枝的甲基丙烯酸酐-胶原复合膜；
(5)将步骤(4)得到的牛磺酸分子表面接枝的甲基丙烯酸酐-胶原复合膜使用去离子水洗涤5次，后将其置于培养皿中自然风干，最终获得牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜修复材料。
为评价采用本发明方法制成的牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜材料的耐缝合性能，进行了体外耐缝合模拟实验。结果如图3所示，牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜材料可耐受10-0号眼科缝线，具有良好的耐缝合性能。
Claims (6)
1.一种牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜修复材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将胶原蛋白海绵溶于乙酸中得到胶原蛋白溶液，后将甲基丙烯酸酐逐滴加入到胶原蛋白溶液体系中反应过夜，得到胶原-甲基丙烯酸酐溶液体系；
(2)向步骤(1)得到的胶原-甲基丙烯酸酐溶液体系中添加光引发剂苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐进行反应，之后在波长为365nm的紫外光照射下聚合，获得胶原-甲基丙烯酸酐水凝胶体系，再置于模具中自然风干成膜，形成甲基丙烯酸酐增强的胶原基角膜材料；
(3)将步骤(2)得到的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜材料浸泡于牛磺酸溶液中化学交联4h，反应完成后将膜置于洁净的培养皿中自然风干，得到牛磺酸分子表面接枝的甲基丙烯酸酐-胶原复合膜；
(4)将步骤(3)得到的牛磺酸分子表面接枝的甲基丙烯酸酐-胶原复合膜使用去离子水洗涤3-5次，然后置于培养皿中自然风干，最终获得牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜修复材料。
2.根据权利要求1所述的牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜修复材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述乙酸的浓度为5M，所述的胶原蛋白溶液的浓度为6-8mg/mL；
和/或，甲基丙烯酸酐与胶原蛋白的质量比为0.1035：1。
3.根据权利要求1所述的牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜修复材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中添加光引发剂苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐的体积分数为15-25％(v/v)，反应时间为10-20min；紫外光聚合时间为3-5min。
4.根据权利要求1所述的牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜修复材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述模具是与角膜形状相同的半球形凹槽模具，在自然风干过程中处于无菌环境。
5.根据权利要求1所述的牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜修复材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述牛磺酸溶液由牛磺酸、EDC和NHS混合制成，其中，牛磺酸、EDC和NHS的质量比为4.5-6.5：1：1；所述牛磺酸溶液浓度为10-20mg/mL。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的方法制备的牛磺酸表面修饰的甲基丙烯酸酐增强胶原基角膜修复材料。
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