CN116966337A - 一种可降解高分子修补材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可降解高分子修补材料及其制备方法，涉及医药生物材料技术领域。一种可降解高分子修补材料，按重量份数计，包括：1‑10份聚酸肝，0.5‑2.5份磷酸钙，1‑10份乳酸，0.1‑1份聚乙二醇，1‑10份羟基乙酸，1‑5份生物活性液和1‑5份抗菌剂。本发明的可降解高分子修补材料具有特殊的生物活性、良好的生物相容性和生物安全性，还具有优良的机械强度、化学稳定性，可生物降解。
Description
技术领域
本发明涉及医药生物材料技术领域，具体而言，涉及一种可降解高分子修补材料及其制备方法。
背景技术
人体组织损伤再生修复一直是临床面临的难题，近年来，随着细胞生物学和组织工程技术的发展，生物材料复合补片是天然可降解生物大分子复合可降解高分子编织材料形成具有支架可调节性的贴片，其作为生物材料支架可通过空间诱导和组织替代作用促进组织缺损的修复，由于其不含甚至极少含有宿主免疫排斥反应的成分，具有良好的组织相容性，可以广泛应用于临床各领域的缺损组织修复，并取得了良好的应用前景。
生物材料复合补片在胸外科手术的修复应用较为成熟，尤其对合并感染的情况治疗颇佳。而在胸壁切除手术中，当胸壁缺损过大时，需要一种替代品来重建胸壁，以恢复胸廓的支撑强度和唐星，否则术后将引起胸壁的反常呼吸，造成呼吸、循环的紊乱。
目前，临床采用的修补胸壁缺损的材料很多，包括自体组织、异体组织、人工材料等，自体组织被认为是最符合人体生理的修复材料，包括阔筋膜、肌瓣、大网膜等，但是其取材有限，会增加创伤，而且硬度不够；异体组织多为开胸后保存下来的肋骨，或异体胸骨、硬膜和心包等异种材料，其来源不足，使用不便；人工材料包括硬质材料和软质材料，但是不易被降解，导致组织反应较大。因此，研究开发一种可降解的修补材料尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可降解高分子修补材料，具有特殊的生物活性、良好的生物相容性和生物安全性，还具有优良的机械强度、化学稳定性，可生物降解。
本发明的另一目的在于提供一种可降解高分子修补材料的制备方法，用于制备上述可降解高分子修补材料，使其性能优异。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种可降解高分子修补材料，按重量份数计，包括以下原料：1-10份聚酸肝，0.5-2.5份磷酸钙，1-10份乳酸，0.1-1份聚乙二醇，1-10份羟基乙酸，1-5份生物活性液和1-5份抗菌剂。
本发明提出一种可降解高分子修补材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚乙二醇溶解于水中，再加入磷酸钙和聚酸肝，搅拌，陈化2-5d，冷冻干燥，得到第一聚合单体；将乳酸和羟基乙酸熔融共聚，得到第二聚合单体；将第一聚合单体和第二聚合单体混合熔融，加入抗菌剂，纺丝，冷却定型，得到预制料，将预制料浸泡在生物活性液中，烘干，得到成品。
本发明至少具有以下有益效果：
本发明中，聚酸肝具有良好的成纤性能和机械强度，与磷酸钙交联后可以形成具有一定机械强度的多孔性第一聚合单体，其具有细胞相容性，可以增强细胞增殖和粘附力，能够有效促进胸壁缺损组织修复。乳酸和羟基乙酸共聚后得到第二聚合单体，其能够增强骨骼再生的能力，还具有明显的抗菌、骨传导、骨诱导等性能，可以促进胸廓的恢复。同时其在人体内良好的相对长时间的机械性能，可以进一步提高修补材料的机械性能。聚乙二醇具有优良的凝胶性和可降解性，良好的生物相容性，无毒和免疫原性低等特点。第一聚合单体和第二聚合单体配合，可以让材料具有非常好的柔软性、结晶度和可降解性。再辅以抗菌剂，可以提高对伤口的保护作用，辅以生物活性液，可以补充营养物质，促进细胞繁殖，以进一步提升对胸壁缺损的修复作用，促进机体恢复。
本发明中，修补材料通过水解和酶解的作用，从高分子、大分子物质降解成对机体无损害的小分子物质，并且这些小分子降解产物通常是体内自身就存在的，如氨基酸、二氧化碳、水等，最后通过机体的新陈代谢完全吸收和排泄，对机体无毒副作用，可以避免体内异物长期存留带来相关并发症的问题。具体降解过程为：可降解高分子材料的表面被微生物黏附、在微生物分泌的酶的作用下，高分子断裂成相对小的分子碎片，微生物吸收或消耗碎片，经代谢最终形成水和二氧化碳等。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本发明。
一种可降解高分子修补材料，按重量份数计，包括以下原料：1-10份聚酸肝，0.5-2.5份磷酸钙，1-10份乳酸，0.1-1份聚乙二醇，1-10份羟基乙酸，1-5份生物活性液和1-5份抗菌剂。
聚酸肝具有良好的成纤性能和机械强度，与磷酸钙交联后可以形成具有一定机械强度的多孔性支架，同时该支架还具有细胞相容性，可以增强细胞增殖和粘附力，能够有效促进胸壁缺损组织修复。
乳酸和羟基乙酸共聚后得到高分子聚合物，其能够增强骨骼再生的能力，还具有明显的抗菌、骨传导、骨诱导等性能，可以促进胸廓的恢复。同时其在人体内良好的相对长时间的机械性能，可以进一步提高修补材料的机械性能。
聚乙二醇具有优良的凝胶性和可降解性，良好的生物相容性，无毒和免疫原性低等特点。
第一聚合单体和第二聚合单体配合，可以让材料具有非常好的柔软性、结晶度和可降解性。再辅以抗菌剂，可以提高对伤口的保护作用，辅以生物活性液，可以补充营养物质，促进细胞繁殖，以进一步提升对胸壁缺损的修复作用，促进机体恢复。
详细地，生物活性液包括胶原蛋白和表皮生长因子，且两者的质量比为1：2-4。
胶原蛋白本身是构成细胞外基质的骨架，其三股螺旋结构及交联所形成的纤维或网络对细胞起到锚定和支持作用，并为细胞的增值生长提供适当的微环境。其能够与细胞周围的基质有着良好的相互作用，表现出相互影响的协调性，并成为细胞与组织正常生理功能整体的一部分。胶原蛋白能被特定的蛋白酶降解，即生物降解性，具体是利用酶降解胶原蛋白，断裂胶原肽键，使其螺旋结构被破坏而彻底水解为小分子多肽或氨基酸，小分子物质可以进入血液循环系统，被机体重新利用或代谢排出。胶原蛋白具有止血性能，可以促进血小板凝集和血浆结块，与血小板通过粘合、聚集形成血栓起到止血作用。表皮生长因子能促进皮肤创面组织修复过程中DNA、RNA和羟脯氨酸的合成，诱导分化成熟的表皮细胞逆转化为表皮干细胞，加速创面肉芽组织的生成和上皮细胞的增殖，从而缩短创面的愈合时间，提高创面修复质量。胶原蛋白和表皮生长因子可以为损伤修复补充营养物质，促进细胞繁殖，进而加快创伤修复。
详细地，抗菌剂为黄连素和姜黄素的混合物，且两者的质量比为1：1.5-1.8。黄连素和姜黄素两者配合具有显著的抗菌作用，可以避免胸壁缺损处细菌感染，促进伤口愈合，同时还具有一定的止痛作用，可以降低机体的不适感，提升使用时的舒适度。
一种可降解高分子修补材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚乙二醇溶解于水中，再加入磷酸钙和聚酸肝，搅拌，陈化2-5d，冷冻干燥，得到第一聚合单体；将乳酸和羟基乙酸熔融共聚，得到第二聚合单体；将第一聚合单体和第二聚合单体混合熔融，加入抗菌剂，纺丝，冷却定型，得到预制料，将预制料浸泡在生物活性液中，浸泡时间为5-10h，烘干，得到成品。
详细地，熔融共聚过程为：将乳酸和羟基乙酸混合，加入催化剂，在150-200℃反应8-12h，真空干燥。
详细地，催化剂的质量为乳酸和羟基乙酸混合后质量的0.1-0.4％，催化剂为SnCl2。
修补材料通过水解和酶解的作用，从高分子、大分子物质降解成对机体无损害的小分子物质，并且这些小分子降解产物通常是体内自身就存在的，如氨基酸、二氧化碳、水等，最后通过机体的新陈代谢完全吸收和排泄，对机体无毒副作用，可以避免体内异物长期存留带来相关并发症的问题。具体降解过程为：可降解高分子材料的表面被微生物黏附、在微生物分泌的酶的作用下，高分子断裂成相对小的分子碎片，微生物吸收或消耗碎片，经代谢最终形成水和二氧化碳等。
本发明的可降解高分子修补材料具有特殊的生物活性、良好的生物相容性和生物安全性，还具有优良的机械强度、化学稳定性，可生物降解，可以作为缝合线使用，也可以通过编织以形成平面组织进行使用。平面组织具有高抗拉强度，且各个方面的弹性回复力和载荷分布均匀一致，不易变形，能提供足够的支撑力和抗弯曲粒，能够有效保护内脏不受损伤，防止反常呼吸；具有低延伸性，经向和纬向的结构弹性较小，结构稳定且均匀一致，不易变形；有一定的硬挺度，不易皱折，孔隙大小分布均匀，可以为组织细胞的生长、浸润和迁移提供三维空间，当其降解后，能够让胸壁生长愈合，以便于胸壁重新起到保护内脏的作用。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
一种可降解高分子修补材料的制备方法，包括以下步骤：
原料：5g聚酸肝，1g磷酸钙，10g乳酸，0.5g聚乙二醇，10g羟基乙酸，3g生物活性液和2g抗菌剂；
S1、将聚乙二醇溶解于水中，再加入磷酸钙和聚酸肝，搅拌，陈化3d，冷冻干燥，得到第一聚合单体；
S2、将乳酸和羟基乙酸混合，加入催化剂SnCl2，SnCl2的质量为乳酸和羟基乙酸混合后质量的0.2％，在180℃反应10h，真空干燥，得到第二聚合单体；
S3、将第一聚合单体和第二聚合单体混合熔融，加入抗菌剂，纺丝，冷却定型，得到预制料；
S4、将预制料浸泡在生物活性液中，浸泡时间为8h，烘干，得到成品。
本实施例中，生物活性液包括胶原蛋白和表皮生长因子，且两者的质量比为1：3，抗菌剂为黄连素和姜黄素的混合物，且两者的质量比为1：1.6。
实施例2
一种可降解高分子修补材料的制备方法，包括以下步骤：
原料：10g聚酸肝，0.5g磷酸钙，5g乳酸，0.8g聚乙二醇，8g羟基乙酸，4g生物活性液和1g抗菌剂；
S1、将聚乙二醇溶解于水中，再加入磷酸钙和聚酸肝，搅拌，陈化2d，冷冻干燥，得到第一聚合单体；
S2、将乳酸和羟基乙酸混合，加入催化剂SnCl2，SnCl2的质量为乳酸和羟基乙酸混合后质量的0.2％，在160℃反应8h，真空干燥，得到第二聚合单体；
S3、将第一聚合单体和第二聚合单体混合熔融，加入抗菌剂，纺丝，冷却定型，得到预制料；
S4、将预制料浸泡在生物活性液中，浸泡时间为6h，烘干，得到成品。
本实施例中，生物活性液包括胶原蛋白和表皮生长因子，且两者的质量比为1：2，抗菌剂为黄连素和姜黄素的混合物，且两者的质量比为1：1.5。
实施例3
一种可降解高分子修补材料的制备方法，包括以下步骤：
原料：8g聚酸肝，1g磷酸钙，8g乳酸，0.3g聚乙二醇，5g羟基乙酸，4g生物活性液和3g抗菌剂；
S1、将聚乙二醇溶解于水中，再加入磷酸钙和聚酸肝，搅拌，陈化4d，冷冻干燥，得到第一聚合单体；
S2、将乳酸和羟基乙酸混合，加入催化剂SnCl2，SnCl2的质量为乳酸和羟基乙酸混合后质量的0.2％，在200℃反应10h，真空干燥，得到第二聚合单体；
S3、将第一聚合单体和第二聚合单体混合熔融，加入抗菌剂，纺丝，冷却定型，得到预制料；
S4、将预制料浸泡在生物活性液中，浸泡时间为8h，烘干，得到成品。
本实施例中，生物活性液包括胶原蛋白和表皮生长因子，且两者的质量比为1：4，抗菌剂为黄连素和姜黄素的混合物，且两者的质量比为1：1.8。
实施例4
一种可降解高分子修补材料的制备方法，包括以下步骤：
原料：4g聚酸肝，0.8g磷酸钙，4g乳酸，0.3g聚乙二醇，6g羟基乙酸，2g生物活性液和1g抗菌剂；
S1、将聚乙二醇溶解于水中，再加入磷酸钙和聚酸肝，搅拌，陈化3d，冷冻干燥，得到第一聚合单体；
S2、将乳酸和羟基乙酸混合，加入催化剂SnCl2，SnCl2的质量为乳酸和羟基乙酸混合后质量的0.3％，在150℃反应8h，真空干燥，得到第二聚合单体；
S3、将第一聚合单体和第二聚合单体混合熔融，加入抗菌剂，纺丝，冷却定型，得到预制料；
S4、将预制料浸泡在生物活性液中，浸泡时间为5h，烘干，得到成品。
本实施例中，生物活性液包括胶原蛋白和表皮生长因子，且两者的质量比为1：2，抗菌剂为黄连素和姜黄素的混合物，且两者的质量比为1：1.5。
试验结果
将实施例1-4制备的修补材料进行力学性能检测，取相同长度的修补材料为样品，每份样品的粗细无显著差异，将每组的样品在不同温度下拉伸4倍后，检测样品的强度和伸长度，结果如下：
表1样品在不同温度下拉伸4倍后的强度和伸长度
根据表1可知，实施例1-4制备的修补材料在50℃具有较好的拉伸强度，在70℃具有较好的伸长度。表明，本发明的修补材料在低温下具有较好的拉伸强度，能够有足够的支撑力使胸廓稳定，促进恢复。
将实施例1-4制备的修补材料进行降解性能检测，结果如下：
表2降解时间
| 组别 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 降解时间(天) | 160 | 165 | 170 | 162 |
根据表2可知，本发明实施例1-4制备的修补材料降解时间大于三个月，表明其能够满足对胸壁缺损的修复。
综上所述，本发明实施例的可降解高分子修补材料，聚酸肝具有良好的成纤性能和机械强度，与磷酸钙交联后可以形成具有一定机械强度的多孔性第一聚合单体，其具有细胞相容性，可以增强细胞增殖和粘附力，能够有效促进胸壁缺损组织修复。乳酸和羟基乙酸共聚后得到第二聚合单体，其能够增强骨骼再生的能力，还具有明显的抗菌、骨传导、骨诱导等性能，可以促进胸廓的恢复。同时其在人体内良好的相对长时间的机械性能，可以进一步提高修补材料的机械性能。聚乙二醇具有优良的凝胶性和可降解性，良好的生物相容性，无毒和免疫原性低等特点。第一聚合单体和第二聚合单体配合，可以让材料具有非常好的柔软性、结晶度和可降解性。再辅以抗菌剂，可以提高对伤口的保护作用，辅以生物活性液，可以补充营养物质，促进细胞繁殖，以进一步提升对胸壁缺损的修复作用，促进机体恢复。修补材料通过水解和酶解的作用，从高分子、大分子物质降解成对机体无损害的小分子物质，并且这些小分子降解产物通常是体内自身就存在的，如氨基酸、二氧化碳、水等，最后通过机体的新陈代谢完全吸收和排泄，对机体无毒副作用，可以避免体内异物长期存留带来相关并发症的问题。具体降解过程为：可降解高分子材料的表面被微生物黏附、在微生物分泌的酶的作用下，高分子断裂成相对小的分子碎片，微生物吸收或消耗碎片，经代谢最终形成水和二氧化碳等。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (7)
1.一种可降解高分子修补材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下原料：1-10份聚酸肝，0.5-2.5份磷酸钙，1-10份乳酸，0.1-1份聚乙二醇，1-10份羟基乙酸，1-5份生物活性液和1-5份抗菌剂。
2.根据权利要求1所述的可降解高分子修补材料，其特征在于，所述生物活性液包括胶原蛋白和表皮生长因子，且两者的质量比为1：2-4。
3.根据权利要求2所述的可降解高分子修补材料，其特征在于，所述抗菌剂为黄连素和姜黄素的混合物，且两者的质量比为1：1.5-1.8。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的可降解高分子修补材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚乙二醇溶解于水中，再加入磷酸钙和聚酸肝，搅拌，陈化2-5d，冷冻干燥，得到第一聚合单体；将乳酸和羟基乙酸熔融共聚，得到第二聚合单体；将第一聚合单体和第二聚合单体混合熔融，加入抗菌剂，纺丝，冷却定型，得到预制料，将预制料浸泡在生物活性液中，烘干，得到成品。
5.根据权利要求4所述的可降解高分子修补材料的制备方法，其特征在于，熔融共聚过程为：将乳酸和羟基乙酸混合，加入催化剂，在150-200℃反应8-12h，真空干燥。
6.根据权利要求5所述的可降解高分子修补材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂的质量为乳酸和羟基乙酸混合后质量的0.1-0.4％，所述催化剂为SnCl2。
7.根据权利要求4所述的可降解高分子修补材料的制备方法，其特征在于，浸泡时，浸泡时间为5-10h。
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