一種採用真菌多糖光化學接枝表面修飾的聚氨酯材料及其製備方法
2023-04-23 05:01:46 1
專利名稱：一種採用真菌多糖光化學接枝表面修飾的聚氨酯材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬於生物醫用材料、高分子化學和光化學反應領域，特別是涉及一種採用真菌多糖光化學接枝表面修飾的聚氨酯材料及其製備和用途。
背景技術：
目前，聚氨酯材料在生物醫用材料領域得到廣泛的應用，然而當其作為內置醫療器件長期植入體內時往往會引起機體的炎症反應。因此，進一步提高聚氨酯生物醫用材料的表面性能，對其表面進行修飾具有十分重要的意義。光化學接枝法是用紫外或可見區域 (300 SOOnm)光線，利用帶有熱活性基團和光活性基團的化學連接組分將具有特定性質的組分或生物分子偶聯到材料表面的方法。該方法的主要優點是既能獲得理想的表面性能，又不影響材料的本體性能；不需要複雜的儀器設備，反應迅速，易於控制，成本較低，通用性很強，適用範圍廣泛，可適用於大多數的生物醫用高分子材料。利用光化學方法進行殼聚糖衍生物在聚合物表面的修飾研究已經有文獻報導[Process Biochem, 2004, 39 (9) 1151]。值得一提的是，光化學接枝法能大大地降低目的表面修飾試劑在材料表面產生的無序交聯結構，同時可以有效避免生物材料的表面生物活性和其它表面性能的損失。芳香疊氮化物具有光活性基團，經輻照發生不可逆光解，產生氮氣和活性十分高的氮烯中間物。這種中間物具有加入到碳-碳雙鍵的能力，能形成氮雜環丙烷系物質，而且可以直接插入到碳-氫鍵形成仲胺。同時，在疊氮基的間位引入硝基可以延長光化學反應的波長，避免能量過高造成對生物分子的破壞[高分子材料科學與工程，2001，17(5) :20 24]。有研究者利用芳香疊氮化物光化學接枝葡聚糖在聚合物表面，獲得了良好親水性和生物相容性的表面[Biomaterials，2005，26, 2401-2406]。生物多糖類物質是來源於生物體的天然高分子，具有良好的生物相容性，因此利用多糖類生物大分子進行表面修飾是改善生物材料表面性能，提高材料表面生物相容性的有效途徑之一。值得注意的是，眾多生物多糖中的香菇多糖表現出十分顯著的抗腫瘤、免疫調節、抗病毒等多方面的生物活性[中國新藥雜誌，2001，1(K2) :88 92]。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種採用真菌多糖光化學接枝表面修飾的聚氨酯材料及其製備方法，該材料的表面具有良好的抗菌活性，以及良好的血液相容性；同時該材料製備工藝較簡單，反應迅速，易於控制，成本較低廉。本發明解決其技術問題採用以下的技術方案一種採用真菌多糖光化學接枝表面修飾的聚氨酯材料，其特徵在於它由基材和修飾層組成，基材由普通商用聚氨酯材料構成， 修飾層是在基材的表面利用一種真菌多糖——香菇多糖通過光化學接枝表面修飾而形成， 修飾層中含有在聚氨酯基材表面光化學接枝的香菇多糖。—種採用真菌多糖光化學接枝表面修飾的聚氨酯材料的製備方法，其特徵是先通過重氮化反應、縮合反應合成出具有光反應活性的酯N-(4_疊氮苯甲酸基)琥珀醯亞胺，進而製備出具有光反應活性的香菇多糖，然後通過紫外光的輻照引發表面修飾層的光化學反應，利用光化學接枝反應使香菇多糖通過共價鍵固定在聚氨酯基材表面，從而構成修飾層。上述一種採用真菌多糖光化學接枝表面修飾的聚氨酯材料的製備方法，其特徵在於它包括如下具體步驟1)芳香疊氮化物——4-疊氮苯甲酸的製備按4-氨基苯甲酸蒸餾水37wt%的濃鹽酸0. 19g/mL亞硝酸鈉的水溶液0. 2g/mL疊氮化鈉的水溶液乙酸乙酯無水硫酸鎂=1.72 3.44g 50 IOOmL 5 IOmL 5 IOmL 5 IOmL 80 160mL 2 4g，選取 4-氨基苯甲酸、蒸餾水、37wt%的濃鹽酸、0. 19g/mL亞硝酸鈉的水溶液、0. 2g/mL疊氮化鈉的水溶液、乙酸乙酯和無水硫酸鎂，備用；在裝有溫度計、攪拌器和滴液漏鬥的容器中，依次加入4-氨基苯甲酸、蒸餾水和 37wt%的濃鹽酸，在室溫下攪拌5 10分鐘，待反應物溶解後，再置於冰水浴中攪拌1小時；然後用滴液漏鬥以0. 5 ImL/分鐘的速度逐滴加入0. 19g/mL亞硝酸鈉的水溶液，當 85% 90%的亞硝酸鈉的水溶液滴加入以後，用滴管取一兩滴反應液在澱粉-碘化鉀試紙上檢驗，若立即出現深藍色，則表明亞硝酸鈉的水溶液已適量不必再滴加；滴加完亞硝酸鈉的水溶液以後繼續攪拌15 20分鐘，然後用滴液漏鬥以0. 3 0. 6mL/分鐘的速度逐滴加入0. 2g/mL疊氮化鈉的水溶液，滴加完疊氮化鈉的水溶液後避光條件下繼續攪拌1 1. 5 小時；撤去冰水浴，將反應產生的泡沫狀白色沉澱混合物在分液漏鬥O50 500mL)中用乙酸乙酯萃取，收集有機相溶液，然後在有機相溶液中加入無水硫酸鎂乾燥12 18小時；再過濾除去硫酸鎂，真空乾燥M 48小時得到淡黃色固體4-疊氮苯甲酸；2)光反應活性酯——N-(4-疊氮苯甲酸基)琥珀醯亞胺的製備按4-疊氮基苯甲酸N-羥基琥珀醯亞胺四氫呋喃0. 09g/mL 二環己基碳二亞胺的四氫呋喃溶液=0. 96 1. 92g 0. 74 1.48g 20 40mL 15 30mL，選取 4-疊氮基苯甲酸、N-羥基琥珀醯亞胺、四氫呋喃和0. 09g/mL 二環己基碳二亞胺的四氫呋喃溶液，備用；在裝有溫度計，攪拌器和滴液漏鬥的容器中，依次加入4-疊氮基苯甲酸、N-羥基琥珀醯亞胺和四氫呋喃，置於冰水浴中攪拌1小時；然後用滴液漏鬥以2 4mL/分鐘的速度逐滴加入0. 09g/mL 二環己基碳二亞胺的四氫呋喃溶液，滴加完以後繼續攪拌3 4小時，出現白色沉澱；然後撤去冰水浴，在室溫下繼續攪拌12 18小時，再過濾除去不溶物， 真空乾燥M 48小時，得到黃色固體N-(4-疊氮苯甲酸基)琥珀醯亞胺；3)具有光反應活性的香菇多糖的製備按香菇多糖N44-疊氮苯甲酸基)琥珀醯亞胺二甲基亞碸=62.5 125mg 100 200mg 8 16mL，選取香菇多糖、N-(4-疊氮苯甲酸基)琥珀醯亞胺和二甲基亞碸，備用；在容器中依次加入香菇多糖、N-(4_疊氮苯甲酸基)琥珀醯亞胺和二甲基亞碸， 在35 45°C水浴中攪拌36 48小時，將所得反應液注入再生纖維素透析袋(36mm，Mw 8000-14000)中，在自來水中透析M 48小時，蒸餾水中透析M 48小時，然後冷凍乾燥，得到具有光反應活性的香菇多糖；
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4)香菇多糖在聚氨酯表面的光化學接枝按純化後的聚氨酯材料N，N- 二甲基甲醯胺=3 6g 40 80mL，選取純化後的聚氨酯材料和N，N-二甲基甲醯胺，備用；首先將18 21g聚氨酯顆粒裝入索氏提取器中先後用200 400mL甲苯以及 200 400mL甲醇分別進行索氏提取36 48小時，得到純化後的聚氨酯材料；將具有光反應活性的香菇多糖溶於水中配成0. 8 1. 2mg/mL的光反應活性的香菇多糖水溶液；將純化後的聚氨酯材料溶於提純後的N，N- 二甲基甲醯胺中，待攪拌完全溶解後將溶液倒入平底成膜盤內，在60 65°C下乾燥M 48小時，再真空乾燥M 48小時，得到聚氨酯薄膜狀基材；再將基材切成膜片，放入0. 8 1. ang/mL的光反應活性的香菇多糖水溶液中，避光浸泡4 8小時，在室溫下乾燥12 18小時；在365nm紫外燈下，距離10cm，輻照2 15分鐘，反應結束後用無水乙醇在超聲波清洗器中清洗5 10分鐘，然後用氮氣吹乾，得到採用真菌多糖光化學接枝表面修飾的聚氨酯材料。本發明通過光化學接枝法將香菇多糖固定在聚氨酯基材表面，提高材料的生物相容性和改善材料的表面生物性能。首先，本發明利用的是芳香疊氮化物的光化學活性，即其經紫外光輻照以後產生的氮烯，具有插入碳碳雙鍵，碳氫鍵，羥基等的能力，該方法通用性很強，適用範圍廣泛。其次，所用到的香菇多糖是一種天然的真菌多糖，具有良好的生物相容性以及抗病毒、抗腫瘤、調節免疫功能等多方面的生物活性，因此，採用香菇多糖光化學接枝進行聚氨酯材料的表面修飾，能夠改善被修飾聚氨酯材料的表面生物性能和生物相容性，同時賦予被修飾的聚氨酯材料的生物活性。本發明的有益效果是所述表面修飾後的聚氨酯材料其表面具有良好的抗菌活性，以及良好的血液相容性。值得一提的是，本發明所使用的光化學接枝方法，其方法的主要優點是既能獲得理想的表面性能，又不影響材料的本體性能；不需要複雜的儀器設備，製備條件溫和，工藝較簡單、易於實施，反應迅速，易於控制，成本較低廉，通用性很強，可適用於大多數的生物醫用高分子材料，適用範圍廣泛，能夠有效保持表面修飾物的生物功能和生物活性。其次，本發明所用到的表面修飾物質是一種具有生物活性的天然真菌多糖—— 香菇多糖，它具有良好的生物相容性以及抗腫瘤、調節免疫功能等多方面的生物活性。所得到的採用真菌多糖光化學接枝表面修飾的聚氨酯材料，能夠用於生物醫用材料領域，特別是作為植入人體的人工移植材料、人造器官與器件、人工裝置的生物醫用材料領域具有十分廣泛的用途。
圖1是聚氨酯材料和實施例1得到的採用真菌多糖光化學接枝表面修飾的聚氨酯材料的表面對大腸桿菌的抑菌效果圖，其中Control代表未加入樣品的空白培養基經過過夜培養後大腸桿菌的濃度，PU代表未經修飾的聚氨酯材料經過過夜培養後的大腸桿菌的濃度，PU/LNT代表光化學接枝香菇多糖後聚氨酯材料經過過夜培養後的大腸桿菌濃度。圖2是聚氨酯材料和實施例1得到的採用真菌多糖光化學接枝表面修飾的聚氨酯材料的表面形成的血栓重量隨時間變化情況圖，其中PU代表未經光化學接枝的聚氨酯材料表面形成的血栓重量，PU/LNT代表光化學接枝香菇多糖後的聚氨酯材料表面形成的血栓重量。
具體實施例方式一種採用真菌多糖光化學接枝表面修飾的聚氨酯材料，它由基材和修飾層組成， 基材由普通商用聚氨酯材料構成，修飾層是在基材的表面利用一種真菌多糖——香菇多糖通過光化學接枝表面修飾而形成，修飾層中含有在聚氨酯基材表面光化學接枝的香菇多糖。下面結合具體實施例對本發明製備方法作進一步說明，但不限定本發明。實施例1 一種採用真菌多糖光化學接枝表面修飾的聚氨酯材料的製備方法，它包括如下具體步驟1)芳香疊氮化物——4-疊氮苯甲酸的製備在裝有溫度計，攪拌器和滴液漏鬥的250mL三頸燒瓶中，依次加入4_氨基苯甲酸 1. 72g，蒸餾水50mL和37wt%的濃鹽酸5mL，在室溫下攪拌5分鐘，待其反應物溶解後再置於冰水浴中攪拌1小時。然後用滴液漏鬥以0. 5mL/分鐘的速度逐滴加入0. 19g/mL亞硝酸鈉的水溶液5mL，當85% 90%的亞硝酸鈉的水溶液滴加入以後，用滴管取一兩滴反應液在澱粉-碘化鉀試紙上檢驗，若立即出現深藍色，則表明亞硝酸鈉的水溶液已適量不必再滴加。滴加完亞硝酸鈉的水溶液以後，繼續攪拌15分鐘。然後，用滴液漏鬥以0.3mL/分鐘的速度逐滴加入0. 2g/mL疊氮化鈉的水溶液5mL，滴加完疊氮化鈉的水溶液以後避光繼續攪拌1小時。撤去冰水浴，將反應產生的泡沫狀白色沉澱混合物在250mL分液漏鬥中用 SOmL乙酸乙酯萃取，取有機相(收集有機相溶液)，然後在有機相中加入2g無水硫酸鎂乾燥16小時。再過濾除去硫酸鎂，真空乾燥M小時得到淡黃色固體4-疊氮苯甲酸。2)光反應活性酯——N-(4-疊氮苯甲酸基)琥珀醯亞胺的製備在裝有溫度計，攪拌器和滴液漏鬥的IOOmL三頸燒瓶中，依次加入4_疊氮基苯甲酸0. 96g，N-羥基琥珀醯亞胺0. 74g，四氫呋喃20mL，置於冰水浴中攪拌1小時。然後用滴液漏鬥以2mL/分鐘的速度逐滴加入0. 09g/mL 二環己基碳二亞胺的四氫呋喃溶液15mL，滴加完以後繼續攪拌3小時，出現白色沉澱。然後撤去冰水浴，在室溫下攪拌12小時，再過濾除去不溶物，真空乾燥M小時得到黃色固體N-(4-疊氮苯甲酸基)琥珀醯亞胺。3)具有光反應活性的香菇多糖的製備在25mL燒杯中依次加入香菇多糖62. 5mg，N_(4_疊氮苯甲酸基)琥珀醯亞胺 lOOmg，二甲基亞碸8mL，在40°C水浴中攪拌40小時，將所得反應液注入再生纖維素透析袋 (36mm, Mw =8000-14000)中，在自來水中透析M小時，蒸餾水中透析36小時，然後冷凍乾燥得到具有光反應活性的香菇多糖。4)香菇多糖在聚氨酯表面的光化學接枝將18g商用聚氨酯顆粒(上海鵬博盛聚氨酯有限公司產品)裝入索氏提取器中先後用200mL甲苯以及200mL甲醇進行索氏提取36小時。再將純化後的聚氨酯材料6g溶於 SOmL提純後的N，N- 二甲基甲醯胺中，待攪拌完全溶解後將溶液倒入直徑為12cm的平底成膜盤內，在60°C下乾燥M小時，再真空乾燥M小時得到聚氨酯薄膜狀基材，再將基材切成直徑為7. Omm厚為0. 5mm的圓形膜片，放入lmg/mL的光反應活性的香菇多糖水溶液中(將具有光反應活性的香菇多糖溶於水中配成lmg/mL的光反應活性的香菇多糖水溶液)，避光浸泡4小時，在室溫下乾燥12小時。在365nm紫外燈(GYZ125，上海明華工貿有限公司亞明特種燈泡廠)下，距離10cm，輻照4分鐘，反應結束後用無水乙醇在超聲波清洗器中清洗5 分鐘，然後用氮氣吹乾，得到採用真菌多糖光化學接枝表面修飾的聚氨酯材料。表1是光化學接枝香菇多糖前後聚氨酯材料溶血率的變化。其中陽性對照代表蒸餾水的溶血率，陰性對照代表生理鹽水的溶血率，PU代表未經修飾的聚氨酯材料的溶血率， PU/LNT代表光化學接枝香菇多糖後聚氨酯材料的溶血率。測試過程為將樣品用生理鹽水 (質量分數為0.9%的NaCl溶液)清洗後，在37°C下浸泡在含IOmL生理鹽水的試管中。取新鮮抗凝全血4mL，加入5mL生理鹽水製成新鮮抗凝稀釋血。在含有5片膜的樣品試管中加入0. 2mL稀釋血，緩慢混合，在37°C下維持60分鐘，然後在離心機上750g條件下離心5分鐘。小心抽取上清夜，用紫外分光光度計(UV-7504，上海欣茂儀器有限公司)測定波長為 M5nm處的吸光度，每組設三個平行樣本。陽性對照為蒸餾水，陰性對照為生理鹽水。溶血率按下列公式計算溶血率(％ )=(樣品吸光度-陰性吸光度)/(陽性吸光度-陰性吸光度)X 100%。溶血試驗是測定紅細胞溶解和血紅蛋白游離的程度，對醫用材料和製品的體外溶血性進行評價的體外實驗，其中溶血率為血液與材料接觸時紅細胞的破壞程度。當溶血率小於5%時，才符合醫用材料使用的國家標準。當溶血率大於5%時，表示材料有溶血作用。從表1中可以看出，未經修飾的聚氨酯材料PU的溶血率為0.95%，而經過光化學接枝香菇多糖後的聚氨酯材料溶血率為0. 32%，以上結果表明經過光化學接枝香菇多糖後的聚氨酯材料的血液相容性得到了明顯提高。表 權利要求
1.一種採用真菌多糖光化學接枝表面修飾的聚氨酯材料，其特徵在於它由基材和修飾層組成，基材由普通商用聚氨酯材料構成，修飾層是在基材的表面利用一種真菌多糖—— 香菇多糖通過光化學接枝表面修飾而形成。
2.如權利要求1所述的一種採用真菌多糖光化學接枝表面修飾的聚氨酯材料的製備方法，其特徵在於它包括如下具體步驟1)芳香疊氮化物——4-疊氮苯甲酸的製備按4-氨基苯甲酸蒸餾水37wt%的濃鹽酸0. 19g/mL亞硝酸鈉的水溶液0. 2g/ mL疊氮化鈉的水溶液乙酸乙酯無水硫酸鎂=1. 72 3. 44g 50 IOOmL 5 IOmL 5 IOmL 5 IOmL 80 160mL 2 4g，選取4-氨基苯甲酸、蒸溜水、37wt % 的濃鹽酸、0. 19g/mL亞硝酸鈉的水溶液、0. 2g/mL疊氮化鈉的水溶液、乙酸乙酯和無水硫酸鎂，備用；在裝有溫度計、攪拌器和滴液漏鬥的容器中，依次加入4-氨基苯甲酸、蒸餾水和 37wt%的濃鹽酸，在室溫下攪拌5 10分鐘，待反應物溶解後，再置於冰水浴中攪拌1小時；然後用滴液漏鬥以0. 5 ImL/分鐘的速度逐滴加入0. 19g/mL亞硝酸鈉的水溶液，當 85 % 90 %的亞硝酸鈉的水溶液滴加入以後，用滴管取一兩滴反應液在澱粉-碘化鉀試紙上檢驗，若立即出現深藍色，則表明亞硝酸鈉的水溶液已適量不必再滴加；滴加完亞硝酸鈉的水溶液以後繼續攪拌15 20分鐘，然後用滴液漏鬥以0. 3 0. 6mL/分鐘的速度逐滴加入0. 2g/mL疊氮化鈉的水溶液，滴加完疊氮化鈉的水溶液後避光條件下繼續攪拌1 1. 5 小時；撤去冰水浴，將反應產生的泡沫狀白色沉澱混合物在分液漏鬥中用乙酸乙酯萃取，收集有機相溶液，然後在有機相溶液中加入無水硫酸鎂乾燥12 18小時；再過濾除去硫酸鎂，真空乾燥M 48小時得到4-疊氮苯甲酸；2)光反應活性酯——N-G-疊氮苯甲酸基)琥珀醯亞胺的製備按4-疊氮基苯甲酸N-羥基琥珀醯亞胺四氫呋喃0.09g/mL 二環己基碳二亞胺的四氫呋喃溶液=0. 96 1. 92g 0. 74 1. 48g 20 40mL 15 30mL，選取4-疊氮基苯甲酸、N-羥基琥珀醯亞胺、四氫呋喃和0. 09g/mL 二環己基碳二亞胺的四氫呋喃溶液，備用；在裝有溫度計，攪拌器和滴液漏鬥的容器中，依次加入4-疊氮基苯甲酸、N-羥基琥珀醯亞胺和四氫呋喃，置於冰水浴中攪拌1小時；然後用滴液漏鬥以2 4mL/分鐘的速度逐滴加入0. 09g/mL 二環己基碳二亞胺的四氫呋喃溶液，滴加完以後繼續攪拌3 4小時，出現白色沉澱；然後撤去冰水浴，在室溫下繼續攪拌12 18小時，再過濾除去不溶物，真空乾燥M 48小時，得到N-(4-疊氮苯甲酸基)琥珀醯亞胺；3)具有光反應活性的香菇多糖的製備按香菇多糖N44-疊氮苯甲酸基)琥珀醯亞胺二甲基亞碸=62. 5 125mg 100 200mg 8 16mL，選取香菇多糖、N-(4-疊氮苯甲酸基)琥珀醯亞胺和二甲基亞碸，備用；在容器中依次加入香菇多糖、N-(4-疊氮苯甲酸基)琥珀醯亞胺和二甲基亞碸，在 35 45°C水浴中攪拌36 48小時，將所得反應液注入再生纖維素透析袋(36mm，Mw 8000-14000)中，在自來水中透析M 48小時，蒸餾水中透析M 48小時，然後冷凍乾燥，得到具有光反應活性的香菇多糖；4)香菇多糖在聚氨酯表面的光化學接枝按純化後的聚氨酯材料N，N- 二甲基甲醯胺=3 6g 40 80mL，選取純化後的聚氨酯材料和N，N-二甲基甲醯胺，備用；將具有光反應活性的香菇多糖溶於水中配成0. 8 1. 2mg/mL的光反應活性的香菇多糖水溶液；將純化後的聚氨酯材料溶於N，N- 二甲基甲醯胺中，待攪拌完全溶解後將溶液倒入平底成膜盤內，在60 65°C下乾燥M 48小時，再真空乾燥M 48小時，得到聚氨酯薄膜狀基材；再將基材切成膜片，放入0. 8 1. 2mg/mL的光反應活性的香菇多糖水溶液中，避光浸泡4 8小時，在室溫下乾燥12 18小時；在365nm紫外燈下，距離10cm，輻照 2 15分鐘，反應結束後用無水乙醇在超聲波清洗器中清洗5 10分鐘，然後用氮氣吹乾， 得到採用真菌多糖光化學接枝表面修飾的聚氨酯材料。
全文摘要
本發明涉及一種採用真菌多糖光化學接枝表面修飾的聚氨酯材料及其製備方法。一種採用真菌多糖光化學接枝表面修飾的聚氨酯材料，其特徵在於它由基材和修飾層組成，基材由普通商用聚氨酯材料構成，修飾層是在基材的表面利用一種真菌多糖——香菇多糖通過光化學接枝表面修飾而形成。本發明的採用真菌多糖光化學接枝表面修飾的聚氨酯材料的表面具有良好的抗菌活性，以及良好的血液相容性，因此具有作為植入人體的人工移植材料、人造器官與器件、人工裝置的生物相容性醫用材料方面具有十分廣泛的用途，同時該材料製備工藝較簡單，反應迅速，易於控制，成本較低廉。
文檔編號C08J5/18GK102181068SQ20111008073
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月31日 優先權日2011年3月31日
發明者姚祥雨, 熊燕飛, 王藝峰, 陳筠, 陳豔軍 申請人:武漢理工大學