CN1919364A

CN1919364A - 具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料及其制备和用途

Info

Publication number: CN1919364A
Application number: CN 200610124540
Authority: CN
Inventors: 陈红; 胡小洋; 王艺峰; 吴仲岿; 郑淑琴
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2026-09-15
Also published as: CN100546662C

Abstract

本发明是一种具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料，其由修饰层和基层组成，基层由普通商用聚氨酯材料或合成聚氨酯材料构成，修饰层是在该基层的表面通过化学修饰方法而形成，修饰层中含有与聚氨酯基底材料通过共价健链接的聚乙二醇柔性间隔基，以及进一步利用聚乙二醇分子上的活性基团通过共价健链接的生物活性物质赖氨酸。本材料的制备方法是：通过化学修饰方法，先在基层表面接枝带有活性基团的聚乙二醇柔性间隔基，使其具有抗凝血的功能，然后利用聚乙二醇上的活性基团链接生物活性物质赖氨酸，使其具有溶解血栓的功能，从而构成修饰层。本材料能够在生物医用材料的用途。本发明能够解决医用聚氨酯材料的血液相容性难题。

Description

具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料及其制备和用途

技术领域

本发明涉及生物医用功能高分子材料领域，特别是涉及一种具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料及其制备和用途。

背景技术

目前，医用高分子材料的研究和开发已成为推动现代医学进步和提高医疗水平的重要领域。医用高分子材料表面的血液相容性直接关系到与血液接触的装置与器件的成功应用，但大多数高分子材料在与血液接触时都会导致不同程度的凝血，严重时会危及患者的安全。因此，研制具有优良抗凝血性能的高分子材料成为生物医用高分子研究中的关键问题。通过对材料或装置的表面进行表面修饰和设计，从而控制材料表面吸附的蛋白层的组成和性质是提高材料血液相容性的重要途径。聚乙二醇(PEG)或聚氧乙烯醚(PEO)由于其特殊的亲水性和柔性，被认为是阻止非特异蛋白质吸附和细胞粘附的最为有效的亲水性高分子。Jom等人(Biomaterials，21，683-691，2000)以及Efremova等人(Langmuir，17，7628-7636，2001)利用不同的接枝方法及在材料的表面接枝不同形态的聚乙二醇，降低蛋白质和血小板在表面的吸附，从而可以大大提高材料的血液相容性。而McClung等人的有关研究表明∈-氨基端自由的赖氨酸对血纤维蛋白溶酶原(Plg)有特殊的高亲合力(J.BiomedMater Res.，66A，795-801，2003)，并且固定的Plg在t-PA的作用下迅速转变成纤溶酶具有溶解血块的能力(Biomaterials，22，1919-1924，2001)。Clapper等人发明了了一种“多双重功能”的反应物，该反应物由聚合物主链，主链上带有的具有最佳密度的一个或多个具有光反应活性基团部分，以及一个或多个具有生物活性基团部分所组成。该反应物能够通过主链上带有的一个或多个具有光反应活性基团，有效的将生物活性基团连接到生物材料表面。(美国专利，专利号6121027，6514734)。以上研究都是通过光化学反应将含有活性物质的表面修饰层与基材相连接，而本发明则是利用化学方法在聚氨酯基材上逐步进行化学修饰，从而得到具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料。

聚氨酯材料是研究和应用最为广泛的生物医用高分子材料之一，具有很好的耐磨性、弹性等良好的力学机械性能，但传统的聚氨酯材料不能完全满足与血液相接触的医用材料和装置所需的抗凝血性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料及其制备和用途，通过化学方法对普通商用聚氨酯材料或合成得到的聚氨酯材料进行表面化学修饰，使得材料的表面修饰层中含有以共价健方式链接的聚乙二醇间隔基和生物活性物质赖氨酸，所得的聚氨酯材料具有很好的抗凝血活性和溶解血栓能力，这样的双重功效的作用能够

在根本上抑制并完全消除血栓形成，彻底解决生物医用聚氨酯材料的血液相容性难题。并且该聚氨酯材料的制备方法简单易行、易于控制，成本较低廉。该材料在医疗领域具有十分广泛的用途。

本发明按下述技术方案解决其技术问题：

本发明提供的具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料由修饰层和基层组成，其中：基层由普通商用聚氨酯材料或合成聚氨酯材料构成，修饰层是在该基层的表面通过化学修饰方法而形成，修饰层中含有与聚氨酯基底材料通过共价健链接的聚乙二醇柔性间隔基，以及进一步利用聚乙二醇分子上的活性基团通过共价健链接的生物活性物质赖氨酸。

修饰层的制备是：先在基层表面接枝带有活性基团的聚乙二醇柔性间隔基，使其具有一定的抗凝血功能；然后利用聚乙二醇上的活性基团链接生物活性物质赖氨酸，使其具有溶解血栓的功能。

本发明提供的具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料的制备方法是：通过化学修饰方法，先在基层表面接枝带有活性基团的聚乙二醇柔性间隔基，使其具有抗凝血的功能，然后利用聚乙二醇上的活性基团链接生物活性物质赖氨酸，使其具有溶解血栓的功能，从而构成修饰层。基层采用普通商用聚氨酯材料或合成聚氨酯材料，其和修饰层构成本发明材料。

化学修饰方法的具体步骤包括：用MDI对PU材料进行官能化，PEG的表面接枝，醛基的去保护，赖氨酸的∈-NH₂的脱保护。

本发明提供的具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料，在生物医用材料的用途。

本发明为解决生物医用聚氨酯材料的血液相容性难题提供了一种全新的方法。本发明所得到的生物医用聚氨酯材料是一种表面经过化学修饰的全新生物医用材料。本发明运用生命体内抗凝血和溶血机理，通过化学方法对聚氨酯材料进行表面修饰，首先在材料表面接枝聚乙二醇，在最大限度上降低非特异性蛋白的吸附及细胞的粘附从而抑制凝血等不良反应(抗凝血)，其次在聚乙二醇的末端链接赖氨酸分子使其有效的选择性吸附血纤维蛋白溶酶原Plg，通过与Plg激活物的作用，激活血纤维蛋白溶解系统，溶解可能形成的血纤维(纤溶功能)。本发明将两种有效提高血液相容性的途径即抑制凝血和溶解初生的血纤维创造性的结合在一起，这样的双重功效的作用真正做到能够控制初始表面层蛋白质的组成，使生物医用聚氨酯材料形成具有抗凝血和纤溶功能的生物活性表面层，从而在根本上抑制并完全消除血栓形成，彻底解决医用聚氨酯材料的血液相容性难题。

附图说明

图1是表面修饰前后的聚氨酯材料的表面静态水接触角。

图2是表面修饰前后的聚氨酯材料在1mg/mL纤维蛋白原缓冲溶液中的吸附图谱。

图3是表面修饰前后的聚氨酯材料的溶解血栓性能测试图谱。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。

一.具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料

由修饰层和基层组成。基层由普通商用聚氨酯材料或合成聚氨酯材料构成，修饰层是在该基层的表面通过化学修饰方法而形成。修饰层中含有与聚氨酯基底材料通过共价健链接的聚乙二醇柔性间隔基，以及进一步利用聚乙二醇分子上的活性基团通过共价健链接的生物活性物质赖氨酸。

二.具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料的制备方法

1.制备：

通过化学修饰方法，先在基层表面接枝带有活性基团的聚乙二醇柔性间隔基，聚乙二醇能在最大限度上降低非特异性蛋白的吸附及细胞的粘附从而抑制凝血等不良反应，使其具有抗凝血的功能；然后利用聚乙二醇上的活性基团链接生物活性物质赖氨酸，使其能够有效的选择性吸附血纤维蛋白溶酶原并继而转变成酶的形式，溶解可能形成的血栓，使其具有溶解血栓的功能，从而构成修饰层。基层采用普通商用聚氨酯材料或合成聚氨酯材料。其和修饰层构成具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料。

具体步骤包括：用MDI对PU材料进行官能化，PEG的表面接枝，醛基的去保护及蛋白质的绑定，赖氨酸的∈-NH₂的脱保护。

(1)先将由商用聚氨酯材料或合成得到的聚氨酯材料制备的PU膜放入质量比为3～7.5％MDI的甲苯溶液中，搅拌并加热至40～50℃后，通入N₂保护，然后将三乙胺按照质量比M_TEA/M_Toluene＝1～2.5％加入反应体系，混合均匀后开始反应，60～120分钟后用甲苯洗涤数次；

(2)将上述官能化的PU膜放入质量比为5～20％的单-2，2-二乙氧基乙基聚乙二醇的甲苯溶液中，加入催化剂月桂酸二丁基辛锡1～2滴后，搅拌下加热到30～40℃反应，12～24小时后用甲苯洗涤多次，再用甲苯浸泡1～3天后(或者12～24小时后用水洗涤多次，再用水浸泡1～3天)，然后真空干燥12～24小时；

(3)取出干燥好的PU膜，放入0.01～1M的盐酸溶液中，通入N₂保护，搅拌下反应过夜，取出用蒸馏水迅速洗涤，放入1～10mg/mLH-Lys(t-BOC)-OH的PBS缓冲溶液中，该缓冲溶液pH＝7.4～9.4，反应过夜，然后加入腈基硼氢化钠，搅拌2～5小时，得PU-PEG-Lys(t-BOC)膜；

(4)将PU-PEG-Lys(t-BOC)膜浸入15～40％的三氟乙酸溶液中，然后搅拌反应15～60分钟，得具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料。

通过上述步骤，将两种有效提高血液相容性的途径结合在一起，使本材料从根本上起到了抑制凝血并彻底消除血栓的作用。

用本方法得到的聚氨酯材料，其表面静态水接触角由表面修饰前的78±5°降低至表面修饰后的25±3°，说明材料表面亲水性明显增强(见附图1)。表面修饰前后的聚氨酯材料在1mg/mL的纤维蛋白原缓冲溶液中的吸附图谱见附图2，在1mg/mL纤维蛋白原的缓冲溶液中，经过表面修饰后的材料对表面纤维蛋白原的吸附量为0.4450μg/cm²，与表面修饰前的吸附量0.9695μg/cm²相比，减少了近55％，可见表面修饰后的聚氨酯材料抗蛋白吸附能力显著提高，有利于抑制凝血及血栓形成。表面修饰前后的聚氨酯材料的溶解血栓性能测试图谱见附图2，显然未经过表面修饰的聚氨酯材料浸泡于血浆后，在血栓溶解试验的第6分钟后产生的血栓量达到最大，并一直居高不下，无任何溶解迹象；而经过表面修饰的聚氨酯材料则具有显著的血栓溶解能力，在测试条件下25分钟内即可将该材料浸泡于血浆后所形成的血栓全部溶解。因此，该聚氨酯材料可作为血管的接枝、血管支架的涂层以及与血液接触的装置与器件的生物医用材料，在医疗领域具有广泛的用途，具有极大的推广和应用前景。

2.具体实例：

实施例1

首先将纯化好的粒状商用聚氨酯材料(上海鹏博盛聚氨酯有限公司产品)溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，倒入平底模具内，待溶剂挥发后再进行真空干燥处理得到PU膜，将PU膜敲成一定面积(厚0.5mm)的小片，放入质量比为5％的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的甲苯溶液中，搅拌并加热至50℃后，通入N₂保护，将三乙胺(TEA)按照质量比M_TEA/M_Toluene＝2.5％加入反应体系，混合均匀后开始反应，60分钟后用干燥的甲苯洗涤数次。再将上述官能化的PU膜放入质量比为5％的单-2，2-二乙氧基乙基聚乙二醇的甲苯溶液中，加入催化剂月桂酸二丁基辛锡2滴后，搅拌下加热到40℃反应，24小时后用甲苯洗涤多次，再用甲苯浸泡3天后真空干燥24小时。取出干燥好的PU膜，放入1.0M的盐酸溶液中，通入N₂保护，搅拌下反应过夜，取出后用蒸馏水迅速洗涤，放入10mg/mL的H-Lys(t-BOC)-OH的PBS缓冲溶液中(pH＝8.8)，反应过夜，再加入腈基硼氢化钠(每毫升PBS溶液加入0.05g)并搅拌5小时，得PU-PEG-Lys(t-BOC)膜。最后将PU-PEG-Lys(t-BOC)膜浸入15％的三氟乙酸(TFA)溶液中，搅拌反应60分钟后，即可制备得到上述具有抗凝血和溶解血栓功能的生物医用聚氨酯。

实施例2

在三口瓶中加入磁子，称取5克聚四氢呋喃醚二醇(分子量为1000)，5克甲苯，以及量取25mL的DMF，然后用恒温磁力搅拌器加热到110℃保温1小时，将水份以甲苯共沸物的方式去除。然后，将其控温在60℃～65℃，用滴管滴加3滴(0.05wt％)催化剂二丁基二月桂酸锡到三口瓶中，然后将称量的4.0克MDI和量取的25mL的DMF混合溶液加入到反应的三口瓶中，在此温度段下控温1.5小时。然后用滴管缓缓加入0.9克的扩链剂1，4-丁二醇于三口烧瓶中，升温到80～85℃，控温反应3.5小时。再将三口瓶中的反应液沿玻棒倒入准备好的盛有蒸馏水的大烧杯中，边倒边快速搅拌，得到白色的粘稠产物为聚氨酯，将其取出后放入表面皿中，然后将其放入真空干燥箱中40℃下真空干燥一周。

将合成得到的聚氨酯材料纯化后溶于DMF中，倒入平底模具内，待溶剂挥发后再进行真空干燥处理得到PU膜，将PU膜敲成一定面积(厚0.5mm)的小片，放入质量比为7.5％的MDI的甲苯溶液中，搅拌并加热至50℃后，通入N₂保护，将TEA按照质量比M_TEA/M_Toluene＝2.5％加入反应体系，混合均匀后开始反应，80分钟后用干燥的甲苯洗涤数次。再将上述官能化的膜放入质量比为10％的单-2，2-二乙氧基乙基聚乙二醇的甲苯溶液中，加入催化剂月桂酸二丁基辛锡2滴后，搅拌下加热到40℃反应，24小时后用甲苯洗涤多次，再用甲苯浸泡3天后真空干燥24小时。取出干燥好的PU膜，放入0.5M的盐酸溶液中，通入N₂保护，搅拌下反应14小时，取出后用蒸馏水迅速洗涤，放入5mg/mL的H-Lys(t-BOC)-OH的PBS缓冲溶液中(pH＝8.8)，反应过夜，再加入腈基硼氢化钠(每毫升PBS溶液加入0.05g)并搅拌3小时，得PU-PEG-Lys(t-BOC)膜。最后将PU-PEG-Lys(t-BOC)膜浸入25％的TFA溶液中，搅拌反应30分钟后，即可制备得到上述具有抗凝血和溶解血栓功能的生物医用聚氨酯。

实施例3

首先将纯化好的粒状商用聚氨酯材料(上海鹏博盛聚氨酯有限公司产品)溶于DMF中，倒入平底模具内，待溶剂挥发后再进行真空干燥处理得到PU膜，将PU膜敲成敲成一定面积(厚0.5mm)的小片，放入质量比为7.5％的MDI的甲苯溶液中，搅拌并加热至40℃后，通入N₂保护，将TEA按照质量比M_TEA/M_Toluene＝2.5％加入反应体系，混合均匀后开始反应，100分钟后用干燥的甲苯洗涤数次。再将上述官能化的膜放入质量比为5％的单-2，2-二乙氧基乙基聚乙二醇的甲苯溶液中，加入催化剂月桂酸二丁基辛锡2滴后，搅拌下加热到35℃反应，24小时后用水洗涤多次，再用水浸泡3天后真空干燥。取出干燥好的PU膜，放入0.1M的盐酸溶液中，通入N₂保护，搅拌下反应15小时，取出后用蒸馏水迅速洗涤，放入1mg/mL的H-Lys(t-BOC)-OH的PBS缓冲溶液中(pH＝8.8)，反应过夜，再加入腈基硼氢化钠(每毫升PBS溶液加入0.05g)并搅拌2小时，得PU-PEG-Lys(t-BOC)膜。最后将PU-PEG-Lys(t-BOC)膜浸入20％的TFA溶液中，搅拌反应40分钟后，即可制备得到上述具有抗凝血和溶解血栓功能的生物医用聚氨酯。

三.具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料的用途

本材料可作为生物医用材料的用途，例如血管的接枝、血管支架的涂层以及与血液接触的装置与器件的生物医用材料。

本材料以其独特的功能，预计能够在医疗领域具有广泛的用途。

Claims

1.一种具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料，其特征是由修饰层和基层组成，基层由普通商用聚氨酯材料或合成聚氨酯材料构成，修饰层是在该基层的表面通过化学修饰方法而形成，修饰层中含有与聚氨酯基底材料通过共价健链接的聚乙二醇柔性间隔基，以及进一步利用聚乙二醇分子上的活性基团通过共价健链接的生物活性物质赖氨酸，

2.根据权利要求1所述的具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料，其特征在于所述的聚氨酯材料，其表面静态水接触角为25±3°，其在1mg/mL纤维蛋白原的缓冲溶液中的表面纤维蛋白原的吸附量为0.4450μg/cm²。

3.根据权利要求2所述的具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料，其特征在于所述的聚氨酯材料，其浸泡于血浆后，在测试条件下25分钟内材料表面所形成的血栓能够全部溶解消失。

4.一种制备如权利要求1或2或3所述的具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料的方法，其特征是通过化学修饰方法，先在基层表面接枝带有活性基团的聚乙二醇柔性间隔基，使其具有抗凝血的功能，然后利用聚乙二醇上的活性基团链接生物活性物质赖氨酸，使其具有溶解血栓的功能，从而构成修饰层；基层采用普通商用聚氨酯材料或合成聚氨酯材料，其和修饰层构成具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料，

上述化学修饰方法的具体步骤包括：

(1)用MDI对PU材料进行官能化：

首先将纯化好的粒状商用聚氨酯材料或合成聚氨酯材料溶于挥发性有机溶剂中，倒入平底模具内，待溶剂挥发后再进行真空干燥处理得到PU膜，将PU膜敲成一定面积(厚0.5mm)的小片，放入MDI的甲苯溶液中，加热搅拌并通入N₂保护，将TEA加入反应体系，混合均匀后进行反应，

MDI是4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，PU是聚氨酯，TEA是三乙胺，

(2)PEG的表面接枝：

将上述官能化的PU膜放入单-2，2-二乙氧基乙基聚乙二醇的甲苯溶液中，加入催化剂月桂酸二丁基辛锡，搅拌下加热反应进行PEG的接枝，PEG是聚乙二醇，

(3)醛基的去保护：

将表面接枝PEG的PU膜放入盐酸溶液中，搅拌下通入N₂保护进行反应，取出膜用蒸馏水洗涤，放入H-Lys(t-BOC)-OH的PBS缓冲溶液中反应，再加入腈基硼氢化钠搅拌反应，得PU-PEG-Lys(t-BOC)膜，Lys是赖氨酸，t-BOC是叔丁氧基羰基，

(4)赖氨酸的∈-NH₂的脱保护：

将PU-PEG-Lys(t-BOC)膜浸入三氟乙酸溶液中，搅拌反应，得到具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料。

5.根据权利要求4所述的具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，先将商用聚氨酯材料或合成聚氨酯材料制备的PU膜放入质量比为3～7.5％MDI的甲苯溶液中，搅拌并加热至40～50℃后，通入N₂保护，然后将三乙胺按照质量比M_TEA/M_Toluene＝1～2.5％加入反应体系，混合均匀后开始反应，60～120分钟后用甲苯洗涤数次。

6.根据权利要求4所述的具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，先将官能化的PU膜放入质量比为5～20％的单-2，2-二乙氧基乙基聚乙二醇的甲苯溶液中，加入催化剂月桂酸二丁基辛锡1～2滴后，搅拌下加热到30～40℃反应，12～24小时后用甲苯洗涤多次，再用甲苯浸泡1～3天，或者12～24小时后用水洗涤多次，再用水浸泡1～3天，然后真空干燥12～24小时。

7.根据权利要求4所述的具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，先取出干燥好的PU膜，放入0.01～1M的盐酸溶液中，通入N₂保护，搅拌下反应过夜，取出后用蒸馏水迅速洗涤，放入1～10mg/mL H-Lys(t-BOC)-OH的PBS缓冲溶液中，该缓冲溶液pH＝7.4～9.4，反应过夜，然后加入腈基硼氢化钠，搅拌2～5小时，得PU-PEG-Lys(t-BOC)膜。

8.根据权利要求4所述的具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，先将PU-PEG-Lys(t-BOC)膜浸入15～40％的三氟乙酸溶液中，然后搅拌反应15～60分钟。

9.一种将权利要求1或2或3所述的具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料，在生物医用材料的用途。

10.根据权利要求9所述的具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料，其特征在于：作为血管的接枝、血管支架的涂层以及与血液接触的装置与器件的生物医用材料。