一種基於γ-聚穀氨酸與ε-聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠及其製備方法

2023-12-03 09:43:11

一種基於γ-聚穀氨酸與ε-聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於γ-聚穀氨酸與ε-聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠，其由γ-聚穀氨酸與ε-聚賴氨酸交聯製備得到，且具有如下結構單元的聚合物，其中，m取值15～45中的自然數，n取值3900～17000中的自然數，x取值5～40中的自然數。本發明還公開了上述水凝膠的製備方法及其在製備醫用創傷敷料中的應用。本發明方法製備得到的水凝膠因其良好的生物相容性，可廣泛應用於創傷敷料等醫療衛生用品等。
【專利說明】一種基於gamma-聚穀氨酸與ε-聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠及其製備方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種生物相容性水凝膠的製備方法，具體來說是通過化學交聯的方法得到生物相容性的gamma聚穀氨酸與ε-聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠的製備方法。
【背景技術】
[0002]皮膚是人體的重要器官，由於創傷、燒傷等原因，可能會導致皮膚的大範圍傷害，並有可能導致併發症，危及人類生命，如何有效促進傷口快速癒合就一直是醫學界不懈探索的課題。傳統的觀點認為，應該儘可能為傷口創造一個乾燥的環境，減少感染機會，有利於傷口癒合。但是隨著研究的深入，人們發現溼潤的無感染的環境對連續的組織修復過程是最有利的[Wound repair and regeneration, 2009 (17):505-510]。在這種「溼潤傷口癒合」理論指導下，醫用高分子水凝膠創傷敷料的研究應用逐漸興起，逐步取代傳統敷料用於各類潰爛和創傷傷口。
[0003]水凝膠是能夠吸收以及保持大量水分而又不溶於水的三維交聯網絡結構材料，其網絡由大分子主鏈和親水性官能團構成，是一類集吸水、保水於一體的功能高分子材料，具有高力學強度，生物可降解性,高溶脹率,生物相容性以及刺激響應性等獨特性質。高分子水凝膠創傷敷料是水凝膠在醫學材料上的一大應用，是近些年發展起來的一種新型敷料產品。傳統上醫生一般用無菌紗布及外用抗生素處理傷口，紗布容易與皮膚傷口組織粘連，換藥時容易破壞新生的上皮和牙肉組織，引起出血，這不但延遲傷口癒合，而且使病人疼痛難忍。水凝膠敷料可有效克服上述缺點，其具有良好的水蒸氣和氣體透過率，不會和傷口粘連，易於更換。水凝膠敷料可以摻入藥物成分和生長因子，促進傷口癒合，並且水凝膠材料本身的熱容量大，對傷口有溫和的冷卻作用，可減輕傷口疼痛。因此，國內外學者對水凝膠敷料開展了廣泛研究並取得了相當的成果。
[0004]在組成人體蛋白質的20中胺基酸中，gammg-聚穀氨酸和ε -聚賴氨酸是目前僅有的兩種自然存在的胺基酸均聚物，二者都是通過微生物發酵法製得的。聚穀氨酸的分子量從十萬到兩百萬道爾頓不等，在生物體內能降解為穀氨酸單體，被機體吸收，無毒副作用。其分子鏈上存在大量游離羧基，便於修飾改性。ε -聚賴氨酸的分子量在三千到五千道爾頓之間，與天然細胞外基質(ECM)中的蛋白成分和功能類似，分子鏈上擁有眾多氨基，可有效促進細胞粘附生長，此外，ε-聚賴氨酸本身是聚陽離子，易與聚陰離子發生強靜電作用，對生物膜有良好穿透力。gamma-聚穀氨酸和ε-聚賴氨酸相較於傳統凝膠材料優勢明顯，二者在體內的降解性和生物相容性都屬優良，不會引起機體的排斥反應。
[0005]美國專利U.S Patent2003/0211129A1報導了以聚穀氨酸和聚賴氨酸為原料製備薄膜，利用靜電吸附原理使聚穀氨酸和聚賴氨酸自組裝，同時添加Zr02、A1203和Ti02納米顆粒使原料自組裝成為薄膜，該薄膜可以用於藥物載體。美國專利U.SPatent2012/0122219A1報導了以聚穀氨酸和軟骨素為原料製備多空支架，聚穀氨酸和軟骨素生物相容性極好，製備的多孔支架可以為細胞生長提供了三維的微環境，細胞在支架上的附著和生長能力很強，顯示了該支架在組織工程方面的應用潛力。W02007/075016A1報導了以聚穀氨酸和維他命C為原料製備水凝膠的報導，兩種原料在EDC和NHS活化下反應成膠，冷凍乾燥後得到固體。研究發現該產品可以顯著抑制膠原酶的活力，並且具有抗氧化、防止皮膚褶皺的功能，在化妝品、醫療領域有廣闊的應用前景。W02009/157595A1報導了以Bacillus subtilis發酵製得的聚穀氨酸(分子量13000kDa為原料,在Y射線的作用下交聯製備水凝膠，由於使用Y射線交聯，沒有任何化學殘留，該水凝膠的安全性得到保障，且吸水保溼能力極強，在高檔化妝品領域有廣泛應用前景。
[0006]中國發明專利CN1629220A和CN101891954A中公開了以聚穀氨酸為主要原料製備水凝膠的方法，均採用了縮水甘油醚類交聯劑，雖然所得凝膠吸水率較高，但由於其交聯劑非生物源，使其生物相容性較差，一般應用於農田保水機環保絮凝等方面，醫療領域的應用大大受限。中國專利CN102585303A中公開了一種以聚賴氨酸為原料製備水凝膠的方法，該發明製備的殼聚糖/聚賴氨酸水凝膠仿生天然細胞外基質的多糖/多肽的組成成分和結構，有望作為可注射材料用作組織粘合劑，但是在製備過程中，需要分別對殼聚糖和聚賴氨酸進行化學修飾，合成的步驟較為繁瑣。
[0007]綜上，以聚穀氨酸和聚賴氨酸為原料分別製備水凝膠均有報導，存在著交聯劑生物相容性差以及製備步驟繁瑣等缺點。

【發明內容】

[0008]本發明所要解決的技術問題是提供一種吸水率高、溶脹速率快且生物相容性好的基於Y-聚穀氨酸與ε-聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠。
[0009]本發明還要解決的技術問題是提供上述水凝膠的製備方法，該方法反應條件溫和、步驟簡易且不需要對原料做進一步化學修飾。
[0010]本發明最後要解決的技術問題是提供上述水凝膠的醫藥用途。
[0011]為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案如下:
[0012]一種基於Y-聚穀氨酸與ε-聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠，其由Y-聚穀氨酸與ε -聚賴氨酸交聯製備得到，且具有如下結構單元的聚合物:
[0013]
【權利要求】
1.一種基於聚穀氨酸與ε-聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠，其特徵在於，其由聚穀氨酸與ε -聚賴氨酸交聯製備得到，且具有如下結構單元的聚合物:
2.根據權利要求1所述的基於Υ-聚穀氨酸與ε-聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠，其特徵在於，所述的聚穀氨酸與ε-聚賴氨酸都是分別由微生物發酵法製備得到。
3.根據權利要求1或2所述的基於Υ-聚穀氨酸與ε -聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠，其特徵在於，Υ _聚穀氨酸的分子量為50萬~220萬道爾頓，ε-聚賴氨酸的分子量為2000~5500道爾頓。
4.一種基於聚穀氨酸與ε-聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠的製備方法，其特徵在於，它包括如下步驟:(1)將含ε-聚賴氨酸的2-(Ν-嗎啡啉)乙磺酸緩衝液滴加至含聚穀氨酸的2- (Ν-嗎啡啉)乙磺酸緩衝液中，攪拌混合均勻；(2)將交聯劑加入到步驟(1)得到的反應體系中，冰浴反應10~120min，再室溫反應2~24h形成水凝膠；(3)將步驟(2)形成的水凝膠放在透析袋中，置於去離子水中透析至溶脹平衡，之後採用冷凍乾燥或者真空乾燥，得到海綿狀敷料。
5.根據權利要求4所述的基於聚穀氨酸與ε-聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠的製備方法，其特徵在於，步驟(1)中，所述的聚穀氨酸與ε-聚賴氨酸都是分別由微生物發酵法製備得到。
6.根據權利要求4所述的基於聚穀氨酸與ε-聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠的製備方法，其特徵在於，步驟(1)中，聚穀氨酸的分子量為50萬~220萬道爾頓，ε-聚賴氨酸的分子量為2000~5500道爾頓。
7.根據權利要求4所述的基於聚穀氨酸與ε-聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠的製備方法，其特徵在於，步驟(1)中，所述的MES緩衝液為0.lmol/L pH5.0的MES緩衝液。
8.根據權利要求4所述的基於聚穀氨酸與ε-聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠的製備方法，其特徵在於，步驟(1)中，含ε -聚賴氨酸的MES緩衝液為均相溶液，其中ε-聚賴氨酸的濃度為20g/L~160g/L ;含聚穀氨酸的MES緩衝液為均相溶液，其中y _聚穀氨酸的質量百分含量為40g/L~200g/L。
9.根據權利要求4所述的基於Y-聚穀氨酸與ε_聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠的製備方法，其特徵在於，步驟(2)中，所述交聯劑為1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺和N-羥基琥珀醯亞胺的組合，或者為1- (3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺和N-羥基硫代琥珀醯亞胺的組合，或者為1-環己基-2-嗎啉乙基碳二亞胺對甲苯磺酸鹽，或者為伍德沃德氏試劑K。
10.根據權利要求9所述的基於Y-聚穀氨酸與ε-聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠的製備方法，其特徵在於，步驟(2)中，所述交聯劑為1- (3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺和N-羥基琥珀醯亞胺的組合，則Y -聚穀氨酸所含羧基:ε -聚賴氨酸所含氨基:1- (3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺:N-羥基琥珀醯亞胺的投料摩爾比例範圍為1:0.25 ~0.5:0.25 ~1:0.25 ~I。
11.根據權利要求9所述的基於Y-聚穀氨酸與ε-聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠的製備方法，其特徵在於，步驟(2)中，所述交聯劑為1- (3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺和N-羥基硫代琥珀醯亞胺的組合，則Y -聚穀氨酸所含羧基:ε -聚賴氨酸所含氨基:1- (3- 二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺:Ν-羥基硫代琥珀醯亞胺的投料摩爾比例範圍為 1:0.25 ~0.5:0.25 ~1:0.25 ~I。
12.根據權利要求9所述的基於Y-聚穀氨酸與聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠的製備方法，其特徵在於，步驟(2)中，所述交聯劑為1-環己基-2-嗎啉乙基碳二亞胺對甲苯磺酸鹽，則Y-聚穀氨酸所含羧基:ε -聚賴氨酸所含氨基:1_環己基-2-嗎啉乙基碳二亞胺對甲苯磺酸鹽的投料摩爾比例範圍為1:0.25~0.5:0.25~I。
13.根據權利要求9所述的基於Y-聚穀氨酸與聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠的製備方法，其特徵在於，步驟(2)中，所述交聯劑為伍德沃德氏試劑K，在Y-聚穀氨酸所含羧基:ε -聚賴氨酸所含氨基:伍 德沃德氏試劑K的投料摩爾比例範圍為1:0.25~0.5:0.25 ~I。
14.根據權利要求4所述的基於Y-聚穀氨酸與聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠的製備方法，其特徵在於，將所述海綿狀敷料研磨粉碎，用鋁複合膜分裝，製得幹凝膠粉劑。
15.根據權利要求4所述的基於Y-聚穀氨酸與聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠的製備方法，其特徵在於，將所述海綿狀敷料加I~10倍重量的水製成軟材，分裝於聚乙烯管中，密封包裝，製得水凝膠劑。
16.根據權利要求4所述的基於Y-聚穀氨酸與聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠的製備方法，其特徵在於，將所述海綿狀敷料加I~5倍重量的水製成軟材，壓成薄膜片置於聚乙烯膜上，70~90°C氣流烘乾，使其含水量為20~60wt%，再複合上聚乙烯透氣膜，剪切後用鋁複合膜密封，製得凝膠膜劑。
17.權利要求4~16中任意一項方法製備得到的水凝膠。
18.權利要求1~3中任意一項或權利要求17所述的水凝膠在製備醫用創傷敷料中的應用。
【文檔編號】A61L15/42GK103656729SQ201310676374
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月11日 優先權日:2013年12月11日
【發明者】徐虹, 遲波, 夏軍, 李莎, 馮小海 申請人:南京工業大學