一種以雙醛聚乙二醇為交聯(lián)劑的膠原基生物醫(yī)用材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種以雙醛聚乙二醇為交聯(lián)劑的膠原基生物醫(yī)用材料及其制備方法。本方法首先制備了具有一定醛化度的雙醛聚乙二醇。將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1～5%的雙醛聚乙二醇溶液與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3～3%的膠原溶液混合均勻，然后倒入模具中，于–30～0℃低溫條件下冷凍1～10天，取出后置于冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥1～2天制成雙醛聚乙二醇–膠原海綿；將海綿在水中重復(fù)浸泡2～4次，每次2～10h，也可制成雙醛聚乙二醇–膠原水凝膠。本發(fā)明將冷凍聚合和冷凍干燥技術(shù)相結(jié)合，制備的雙醛聚乙二醇–膠原海綿或凝膠改善了膠原的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性能和抗酶降解性能，且具有多孔性、親水性、保水性、無(wú)毒性、良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，可用于生物支架、細(xì)胞培養(yǎng)、藥物釋放、燒傷和創(chuàng)傷敷料等生物醫(yī)用領(lǐng)域，有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】—種以雙醛聚乙二醇為交聯(lián)劑的膠原基生物醫(yī)用材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)用材料制備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種具有多孔性、親水性、吸水保水性、無(wú)毒性、良好的生物相容性的雙醛聚乙二醇為交聯(lián)劑的膠原基生物醫(yī)用材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在天然蛋白材料中，膠原作為一種非常重要的動(dòng)物蛋白，由于其具有良好的生物相容性、生物可降解性及低免疫原性等優(yōu)點(diǎn)，因此膠原基材料被廣泛的應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)和生物【技術(shù)領(lǐng)域】。然而，單獨(dú)以膠原制備的生物醫(yī)用材料的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、抗酶降解能力等方面還常常不能滿足應(yīng)用的要求；特別是膠原的低力學(xué)性能，通常會(huì)使它用于制備的組織工程支架無(wú)法在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)維持較為固定的形態(tài)。因此，通過(guò)與其他高分子化合物共混改性、交聯(lián)改性或者在其側(cè)鏈上引入一些功能基團(tuán)等方法對(duì)膠原進(jìn)行改性，來(lái)改善其不足。
[0003]一般來(lái)說(shuō)，單純的物理交聯(lián)法可以保持膠原的生物相容性，但性能改善程度有限。化學(xué)交聯(lián)劑如戊二醛(CN13187923A)可以有效改善膠原的性能以達(dá)到組織功能支架材料的要求，但小分子醛與膠原反應(yīng)生產(chǎn)的SchifT堿結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，容易導(dǎo)致游離小分子醛的產(chǎn)生，從而限制了在生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用。CN101234216A報(bào)道膠原-殼聚糖共混改性雖然能夠提高膠原的力學(xué)強(qiáng)度和熱學(xué)性能，但由于是氫鍵等次價(jià)鍵相互作用的結(jié)果，改善程度有限。膠原與多糖衍生物(共混改性可避免小分子醛的產(chǎn)生，如雙醛羧甲基纖維素-膠原冷凍凝膠(ZL 201010148578.3)的存在可以提高膠原的力學(xué)性能的熱穩(wěn)定性，且制備的凝膠具有多孔性，利于細(xì)胞的吸附和生長(zhǎng)。但雙醛羧甲基纖維素用量稍大時(shí)會(huì)造成膠原的聚集甚至絮凝，這在一定程度上限制了改性效果的提高空間，導(dǎo)致作為組織工程材料時(shí)性能仍欠佳。
[0004]聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)是由環(huán)氧乙燒經(jīng)陰離子開(kāi)環(huán)聚合得到的分子量較低的水溶性聚醚，是一種兩親性聚合物，且分子鏈柔軟，無(wú)毒、對(duì)細(xì)胞具有特有的親和力，具有良好的組織相容性和血液相容性，且可通過(guò)腎排出體外不會(huì)積累在體內(nèi)，是FDA批準(zhǔn)的可藥用聚合物之一。因此，聚乙二醇及其衍生物被廣泛應(yīng)用在食品、醫(yī)學(xué)、化妝品等領(lǐng)域。雙醛聚乙二醇是聚乙二醇的改性產(chǎn)物，其分子結(jié)構(gòu)中含有較多的反應(yīng)活性基團(tuán)如醛基，在冷凍的條件下會(huì)與膠原發(fā)生希夫堿反應(yīng)，與常用交聯(lián)劑戊二醛、甲醛和雙氧化合物等相比，雙醛聚乙二醇無(wú)毒，不會(huì)產(chǎn)生小分子游離甲醛的生物毒性問(wèn)題，與膠原反應(yīng)后不會(huì)對(duì)膠原材料的表觀性狀和優(yōu)良特性造成不利影響。
[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，利用反應(yīng)活性可控的雙醛聚乙二醇作為膠原的交聯(lián)劑，與膠原在低溫下發(fā)生反應(yīng)，冷凍干燥得到雙醛聚乙二醇-膠原海綿；海綿溶脹后也可制成雙醛聚乙二醇-膠原水凝膠。將低溫冷凍聚合與冷凍干燥技術(shù)相結(jié)合，改善了膠原材料的機(jī)械性、熱穩(wěn)定性及抗酶解性能。所得的雙醛聚乙二醇-膠原生物醫(yī)用材料的力學(xué)性能顯著增強(qiáng)，且其力學(xué)性能可以通過(guò)改變雙醛聚乙二醇的醛化度、聚乙二醇分子量及反應(yīng)條件等來(lái)控制，以滿足不同應(yīng)用的需求。目前為止，尚未見(jiàn)關(guān)于雙醛聚乙二醇和膠原用于制備生物醫(yī)用材料的文獻(xiàn)和專利報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種以雙醛聚乙二醇為交聯(lián)劑的膠原基生物醫(yī)用材料及其制備方法。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，具體步驟如下:
一種以雙醛聚乙二醇為交聯(lián)劑的膠原基生物醫(yī)用材料及其制備方法，其制備特征如下:
(1)將聚乙二醇、乙酸酐和二甲亞砜在室溫條件下反應(yīng)2?6h，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)產(chǎn)物倒入冰乙醚中沉淀，得到的白色沉淀物用二氯甲烷重新溶解后，再次沉淀，重復(fù)操作2?3次，產(chǎn)物放入-0.08MPa、40°C的真空干燥箱中干燥8?12小時(shí)，得到雙醛聚乙二醇產(chǎn)品；
(2)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1?5%的雙醛聚乙二醇溶液以滴加的方式加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
0.3?3%的膠原溶液中，混合均勻后注入模具于-30?0°C低溫條件下冷凍I?10天，取出后置于冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥I?2天制成雙醛聚乙二醇-膠原海綿；水中重復(fù)浸泡2?4次，每次2?10h，也可制成雙醛聚乙二醇-膠原水凝膠。
[0007]所述的一種以雙醛聚乙二醇為交聯(lián)劑的膠原基生物醫(yī)用材料及其制備方法，其特征在于聚乙二醇、乙酸酐和二甲亞砜的摩爾比為1: (10?30): 140。
[0008]所述的一種以雙醛聚乙二醇為交聯(lián)劑的膠原基生物醫(yī)用材料及其制備方法，其特征在于所述的聚乙二醇的分子量為2000?6000。
[0009]所述的一種以雙醛聚乙二醇為交聯(lián)劑的膠原基生物醫(yī)用材料及其制備方法，其特征在于所述的雙醛聚乙二醇與膠原的比例按干重比計(jì)為1: (I?100)。
[0010]所述的一種以雙醛聚乙二醇為交聯(lián)劑的膠原基生物醫(yī)用材料及其制備方法，其特征在于雙醛聚乙二醇-膠原混合溶液的冷凍反應(yīng)條件為-30?0°C冷凍I?10天。
[0011]所述的一種以雙醛聚乙二醇為交聯(lián)劑的膠原基生物醫(yī)用材料及其制備方法，其特征在于冷凍后的雙醛聚乙二醇-膠原冷凍干燥條件為I?2天。
[0012]所述的一種以雙醛聚乙二醇為交聯(lián)劑的膠原基生物醫(yī)用材料及其制備方法，其特征在于可用于生物支架、細(xì)胞培養(yǎng)、藥物釋放、燒傷和創(chuàng)傷敷料。
[0013]本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn):
(1)本發(fā)明中所使用的交聯(lián)劑是雙醛聚乙二醇。聚乙二醇自身具有無(wú)毒、無(wú)刺激性，在化妝品、制藥、食品加工等行業(yè)中均有著極為廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)小分子醛類交聯(lián)劑相比采用雙醛聚乙二醇制備的雙醛聚乙二醇-膠原生物醫(yī)用材料可避免游離小分子醛造成的代謝毒性現(xiàn)象，使制備的膠原基材料具有更高的生物安全性；
(2)本發(fā)明中所制得的以雙醛聚乙二醇為交聯(lián)劑的膠原基生物醫(yī)用材料具有機(jī)械性能可控性，其機(jī)械性能可以通過(guò)改變聚乙二醇的分子量、聚乙二醇醛化度及雙醛聚乙二醇與膠原的質(zhì)量比等來(lái)控制；
(3)本發(fā)明采用雙醛聚乙二醇作為交聯(lián)劑，在低溫條件下制備膠原生物醫(yī)用材料的技術(shù)，改善了膠原材料的機(jī)械性、熱穩(wěn)定性及抗酶解性能，使其具有更高的利用價(jià)值及更廣的應(yīng)用領(lǐng)域； (4)本發(fā)明相比冷凍凝膠技術(shù)，采用冷凍數(shù)天后冷凍干燥技術(shù)制備的生物醫(yī)用材料的機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性等都有較大提高；
(5)本發(fā)明采用冷凍數(shù)天后冷凍干燥再溶脹技術(shù)制備的雙醛聚乙二醇-膠原生物醫(yī)用材料具有多孔結(jié)構(gòu)，使其具有良好的吸收和保持水分的能力；
(6)本發(fā)明還有一些其它方面的優(yōu)點(diǎn)。
[0014]具體實(shí)施方案:
下面給出本發(fā)明的三個(gè)實(shí)施例，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。有必要在此指出的是，實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，除特別說(shuō)明外，所涉及的份數(shù)均為重量份數(shù)，百分比均為重量百分?jǐn)?shù)。
[0015]實(shí)施例1
分別取5mL 二甲亞砜和0.475mL的乙酸酐置于稱量瓶中，通入氮?dú)馀叛鹾竺芊猓覝叵轮糜诖帕蛩贁嚢?0min，然后向其中加入l.0g聚乙二醇后密封，室溫下反應(yīng)4h，將反應(yīng)溶液倒入冰乙醚中沉淀，得到的白色沉淀物用二氯甲烷重新溶解后，再次倒入冰乙醚中沉淀，重復(fù)操作3次，將得到的白色沉淀物置于-0.08MPa、40°C的真空干燥箱中干燥8h，得到雙醛聚乙二醇產(chǎn)品。將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的雙醛聚乙二醇溶液與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的膠原溶液混勻，其中雙醛聚乙二醇與膠原的干重比為1:30，將混合溶液倒入模具中，于-20°C下冷凍3天，然后置于冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥I天，即得雙醛聚乙二醇-膠原海綿，將海綿溶脹后得到雙醛聚乙二醇-膠原水凝膠。
[0016]實(shí)施例2
分別取5mL 二甲亞砜和0.95mL的乙酸酐置于稱量瓶中，通入氮?dú)馀叛鹾竺芊?，室溫下置于磁力勻速攪?0min，然后向其中加入1.0g聚乙二醇后密封，室溫下反應(yīng)6h，將反應(yīng)溶液倒入冰乙醚中沉淀，得到的白色沉淀物用二氯甲烷重新溶解后，再次倒入冰乙醚中沉淀，重復(fù)操作3次,將得到的白色沉淀物置于-0.08MPa、40°C真空干燥箱中干燥10h，得到雙醛聚乙二醇產(chǎn)品。將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的雙醛聚乙二醇溶液與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%的膠原溶液混勻，其中雙醛聚乙二醇與膠原的干重比為1:50，將混合溶液倒入模具中，于-20°C下冷凍5天，然后置于冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥I天，即得雙醛聚乙二醇-膠原海綿。
[0017]實(shí)施例3
分別取5mL 二甲亞砜和1.425mL的乙酸酐置于稱量瓶中，通入氮?dú)馀叛鹾竺芊?，室溫下置于磁力勻速攪?0min，然后向其中加入l.0g聚乙二醇后密封，室溫下反應(yīng)2h，將反應(yīng)溶液倒入冰乙醚中沉淀，得到的白色沉淀物用二氯甲烷重新溶解后，再次倒入冰乙醚中沉淀，重復(fù)操作3次，將得到的白色沉淀物放入-0.08MPa、40°C真空干燥箱中干燥10h，得到雙醛聚乙二醇產(chǎn)品。將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的雙醛聚乙二醇水溶液滴加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的膠原水溶液中，其中雙醛聚乙二醇與膠原的干重比為1:70，將混合溶液倒入模具中，于-15°C下冷凍3天，然后置于冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥I天，得到雙醛聚乙二醇-膠原海綿，將海綿溶脹后得到雙醛聚乙二醇-膠原水凝膠。
【權(quán)利要求】
1.一種以雙醛聚乙二醇為交聯(lián)劑的膠原基生物醫(yī)用材料及其制備方法，其制備特征如下: (1)將聚乙二醇、乙酸酐和二甲亞砜在室溫條件下反應(yīng)2?6h，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)產(chǎn)物倒入冰乙醚中沉淀，得到的白色沉淀物用二氯甲烷重新溶解后，再次沉淀，重復(fù)操作2?3次，產(chǎn)物放入-0.08MPa、40°C的真空干燥箱中干燥8?12小時(shí)，得到雙醛聚乙二醇產(chǎn)品； (2)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1?5%的雙醛聚乙二醇溶液以滴加的方式加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3?3%的膠原溶液中，混合均勻后注入模具于-30?0°C低溫條件下冷凍I?10天，取出后置于冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥I?2天制成雙醛聚乙二醇-膠原海綿；水中重復(fù)浸泡2?4次，每次2?10h，也可制成雙醛聚乙二醇-膠原水凝膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以雙醛聚乙二醇為交聯(lián)劑的膠原基生物醫(yī)用材料及其制備方法，其特征在于聚乙二醇、乙酸酐和二甲亞砜的摩爾比為1: (10?30): 140。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以雙醛聚乙二醇為交聯(lián)劑的膠原基生物醫(yī)用材料及其制備方法，其特征在于所述的聚乙二醇的分子量為2000?6000。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以雙醛聚乙二醇為交聯(lián)劑的膠原基生物醫(yī)用材料及其制備方法，其特征在于所述的雙醛聚乙二醇與膠原的比例按干重比計(jì)為1: (I?100)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以雙醛聚乙二醇為交聯(lián)劑的膠原基生物醫(yī)用材料及其制備方法，其特征在于雙醛聚乙二醇-膠原混合溶液的冷凍反應(yīng)條件為-30?0°C冷凍I?10天。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以雙醛聚乙二醇為交聯(lián)劑的膠原基生物醫(yī)用材料及其制備方法，其特征在于冷凍后的雙醛聚乙二醇-膠原冷凍干燥條件為I?2天。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以雙醛聚乙二醇為交聯(lián)劑的膠原基生物醫(yī)用材料及其制備方法，其特征在于可用于生物支架、細(xì)胞培養(yǎng)、藥物釋放、燒傷和創(chuàng)傷敷料。
【文檔編號(hào)】C08J9/28GK104262648SQ201410477036
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】林煒, 周曉媛, 王春華, 穆暢道 申請(qǐng)人:四川大學(xué)