双改性化合物及其制备方法、生物胶水及其制备方法

技术领域

本发明属于化合物合成技术领域，尤其涉及一种双改性化合物及其制备方法、一种生物胶水及其制备方法。

背景技术

在外科手术中，把断裂、破裂的血管接起来一直是针线活，但缝合术不适合特别细小的血管。生物胶水粘合手段是用生物胶水将把细小血管粘接起来，并且能避免缝合术的一些副作用。

现有的临床上出于粘合组织、止血、保护伤口的目的，会有限使用生物胶水来粘合创口。但此类生物胶水种类较少，多为复合有机物组成，通过系列化学反应完成组织粘合，并且，现有生物胶水一般采用单一化学交联模式来粘合组织，同时，所采用的一种或多种有机物成份，不能保持良好的生物安全性或生物毒性。

由此可见，现有的生物胶水存在粘合不牢固以及生物安全性的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种双改性化合物，旨在解决现有的生物胶水存在粘合不牢固以及生物安全性的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种双改性化合物，所述双改性化合物是以明胶分子为基本骨架，在所述明胶分子上修饰醛基以及接技甲基丙烯酸分子而得。

本发明实施例的另一目的在于一种双改性化合物的制备方法，包括：

在反应容器中加入明胶粉末以及水进行加热溶解，得明胶溶液；

在所述明胶溶液中加入高碘酸钠并在室温及避光条件下反应8-15h，加入乙二醇中止反应，经透析处理至溶液无异味且无色透明，冷冻干燥得醛基化明胶；

在所述醛基化明胶中加入水进行加热溶解，得醛基化明胶溶液；

于碱性条件下，在所述醛基化明胶溶液中加入甲基丙烯酸酐进行加热避光反应充分后，经透析处理至溶液无异味且无色透明，冷冻干燥即得。

本发明实施例的另一目的在于一种生物胶水，所述生物胶水包括所述的双改性化合物。

本发明实施例的另一目的在于一种生物胶水的制备方法，包括：

将所述的双改性化合物与光引发剂按10：(0.01-1.5)的质量比溶解于水中，得生物胶水。

本发明实施例提供的一种双改性化合物，通过以明胶分子为基本骨架，在所述明胶分子上修饰醛基以及接技甲基丙烯酸分子而得；一方面，本发明所采用的基本骨架为明胶，是一种具有良好生物相容性的生物大分子，安全无毒、可以生物降解，生物安全性高；另一方面，通过由该双改性化合物制备得到的生物胶水含有醛基和甲基丙烯酸基团，其中，醛基可以与生物组织中的氨基发生化学反应生成稳定的席夫碱结构，形成第一级交联网络，随后甲基丙烯酸基团在紫外光或蓝紫光的照射下发生化学反应形成凝胶，为第二级交联网络，通过两级交联网络显著增加生物胶水的粘附性，从而起到粘合组织、止血、保护伤口的目的。

附图说明

图1是本发明实施例提供的醛基化明胶的合成示意图；

图2是本发明实施例提供的醛基化及甲基丙烯酸酯化明胶的合成示意图；

图3是本发明实施例提供的明胶、醛基化明胶、醛基化及甲基丙烯酸酯化明胶的核磁共振波谱图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例为了解决现有的生物胶水存在粘合不牢固以及生物安全性的问题，提供了一种双改性化合物，通过以明胶分子为基本骨架，在所述明胶分子上修饰醛基以及接技甲基丙烯酸分子而得；一方面，本发明所采用的基本骨架为明胶，是一种具有良好生物相容性的生物大分子，安全无毒、可以生物降解，生物安全性高；另一方面，通过由该双改性化合物制备得到的生物胶水含有醛基和甲基丙烯酸基团，其中，醛基可以与生物组织中的氨基发生化学反应生成稳定的席夫碱结构，形成第一级交联网络，随后甲基丙烯酸基团在紫外光或蓝紫光的照射下发生化学反应形成凝胶，为第二级交联网络，通过两级交联网络显著增加生物胶水的粘附性，从而起到粘合组织、止血、保护伤口的目的。

在本发明实施例中，所述双改性化合物是以明胶分子为基本骨架，在所述明胶分子上修饰醛基以及接技甲基丙烯酸分子而得到的醛基化及甲基丙酸酯化明胶。当前现有技术并未报道过醛基化及甲基丙酸酯化明胶及其合成相关的方案，最接近的相关报道也只有甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA)的合成方法，即采用甲基丙烯酸分子修饰在明胶分子上，具有光固化交联特性，加入光引发剂后，可用于光敏水凝胶结构的制备，可以用于基于光固化技术的3D打印墨水；但GelMA只能依靠光引发剂形成光交联的凝胶结构，不能粘附生物组织，也不能充当生物胶水功能。

在本发明实施例中，所述双改性化合物的结构式如下所示：

本发明实施例还提供了一种所述双改性化合物的制备方法，包括：

步骤S1，在反应容器中加入明胶粉末以及水进行加热溶解，得明胶溶液。

在本发明实施例中，所述步骤S1，可以为：

在反应容器中加入5-15g明胶粉末以及100-300g水，在加热条件下经磁力搅拌溶解至澄清透明，得明胶溶液。

在本发明实施例中，所述明胶为A型，300克果冻强度(BLOOM值)。

步骤S2，在所述明胶溶液中加入高碘酸钠并在室温及避光条件下反应8-15h，加入乙二醇中止反应，经透析处理至溶液无异味且无色透明，冷冻干燥得醛基化明胶。

在本发明实施例中，所述步骤S2，可以为：

在所述明胶溶液中加入0.03-0.1mol高碘酸钠在室温下避光磁力搅拌反应8-15h，再加入10-30mL乙二醇中止反应后，将反应物装入透析袋在30-60℃的水中进行透析处理至反应物无异味无色透明为止，期间多次更换蒸馏水以提高透析效率，最后收集透析袋中溶液冷冻干燥，得醛基化明胶。

在本发明实施例中，步骤S2的反应过程对应化学方程式如图1所示。

在本发明实施例中，所述透析袋为8-14千道尔顿截留分子量。

步骤S3，在所述醛基化明胶中加入水进行加热溶解，得醛基化明胶溶液。

在本发明实施例中，所述步骤S3，可以为：

在5-15g所述醛基化明胶中加入100g水，在温度为30-80℃的条件下经磁力搅拌溶解至澄清透明，得醛基化明胶溶液。

步骤S4，于碱性条件下，在所述醛基化明胶溶液中加入甲基丙烯酸酐进行加热避光反应充分后，经透析处理至溶液无异味且无色透明，冷冻干燥即得。

在本发明实施例中，所述步骤S4，可以为：

调节所述醛基化明胶溶液的pH值至7.5-8.5后，加入3-6mL甲基丙烯酸酐，并维持溶液pH值至7.5-8.5，在温度为30-50℃的条件下继续避光磁力搅拌反应2-5h后，将反应物装入透析袋在40-60℃的水中进行透析处理至反应物无异味无色透明为止，期间多次更换蒸馏水以提高透析效率，最后收集透析袋中溶液冷冻干燥，即得。

在本发明实施例中，步骤S4的反应过程对应化学方程式如图2所示。

本发明实施例还提供了一种生物胶水，所述生物胶水包括所述的双改性化合物。

本发明实施例还提供了一种生物胶水的制备方法，包括：

将所述的双改性化合物与光引发剂按10：(0.01-1.5)的质量比溶解于水中，最终浓度控制为5％-30％即可，得生物胶水。

在本发明实施例中，所述光引发剂为2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(2-Hydroxy-4′-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone)或者苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂(Lithiumphenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate)的水溶液。当光引发剂为2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮的水溶液时，将所述的双改性化合物与光引发剂按10：(0.5-1.5)的质量比溶解于水中，得生物胶水；当光引发剂为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂的水溶液时，将所述的双改性化合物与光引发剂按10：(0.01-0.1)的质量比溶解于水中，得生物胶水。

以下给出本发明某些实施方式的实施例，其目的不在于对本发明的范围进行限定。

另外，需要说明的是，以下实施例中所给出的数值是尽可能精确，但是本领域技术人员理解由于不可能避免的测量误差和实验操作问题，每一个数字都应该被理解为约数，而不是绝对准确的数值。例如，由于称量器具的误差，关于各实施例中各原料的重量值，应该理解为其可能具有±2％或±1％的误差。

实施例1：醛基化明胶(Gel-Aldehyde)的合成

10克明胶(A型，300克果冻强度(BLOOM值))粉末中加入200克蒸馏水，磁力搅拌加热至60度溶解至澄清透明；加入0.06mol高碘酸钠避光磁力搅拌在室温下反应12小时；再加入20毫升乙二醇中止反应；然后装入透析袋(8-14千道尔顿截留分子量)在50度的蒸馏水中透析3天，每12小时更换一次蒸馏水；最后收集透析袋中溶液冷冻干燥，即得醛基化明胶。该醛基化明胶(Gel-Aldehyde)的合成方程式如图1所示。

实施例2：醛基化及甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA-Aldehyde)的合成

10克实施例1所合成的醛基化明胶中加入100克蒸馏水，磁力搅拌加热至60度溶解至澄清透明；随后用1摩尔每升(mol/L)氢氧化钠溶液调节pH值为8；后加入4毫升甲基丙烯酸酐，并维持溶液pH值为8；继续避光磁力搅拌在40度反应5小时；然后装入透析袋(8-14千道尔顿截留分子量)在50度的蒸馏水中避光透析5天，每12小时更换一次蒸馏水；最后收集透析袋中溶液冷冻干燥，即得GelMA-Aldehyde。该醛基化及甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA-Aldehyde)的合成方程式如图2所示。

实施例3：醛基化及甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA-Aldehyde)的合成

5克明胶(A型，300克果冻强度(BLOOM值))粉末中加入100克蒸馏水，磁力搅拌加热至60度溶解至澄清透明；加入0.03mol高碘酸钠避光磁力搅拌在室温下反应8小时；再加入10毫升乙二醇中止反应；然后装入透析袋(8-14千道尔顿截留分子量)在30度的蒸馏水中透析3天，每12小时更换一次蒸馏水；最后收集透析袋中溶液冷冻干燥，即得醛基化明胶。

10克醛基化明胶加入100克蒸馏水，磁力搅拌加热至60度溶解至澄清透明。随后用1摩尔每升(mol/L)氢氧化钠溶液调节pH值为8；后加入4毫升甲基丙烯酸酐，并维持溶液pH值为8；继续避光磁力搅拌在40度反应3小时；然后装入透析袋(8-14千道尔顿截留分子量)在40度的蒸馏水中避光透析5天，每12小时更换一次蒸馏水，最后收集透析袋中溶液冷冻干燥，即得GelMA-Aldehyde。

实施例4：醛基化及甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA-Aldehyde)的合成

15克明胶(A型，300克果冻强度(BLOOM值))粉末中加入300克蒸馏水，磁力搅拌加热至60度溶解至澄清透明；加入0.1mol高碘酸钠避光磁力搅拌在室温下反应15小时；再加入30毫升乙二醇中止反应；然后装入透析袋(8-14千道尔顿截留分子量)在30-60度的蒸馏水中透析3天，每12小时更换一次蒸馏水；最后收集透析袋中溶液冷冻干燥，即得醛基化明胶。

10克醛基化明胶加入100克蒸馏水，磁力搅拌加热至60度溶解至澄清透明；随后用1摩尔每升(mol/L)氢氧化钠溶液调节pH值为8；后加入4毫升甲基丙烯酸酐，并维持溶液pH值为8。继续避光磁力搅拌在40度反应3小时；然后装入透析袋(8-14千道尔顿截留分子量)在40度的蒸馏水中避光透析5天，每12小时更换一次蒸馏水，最后收集透析袋中溶液冷冻干燥，即得GelMA-Aldehyde。

实施例5：可光固化GelMA-Aldehyde水溶液配置

I2959溶液：1克2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶于100毫升纯净水。

将10克实施例2所合成的GelMA-Aldehyde化合物溶于100毫升I2959溶液，即得生物胶水。

实施例6：可光固化GelMA-Aldehyde水溶液配置

LAP溶液：0.1克苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂溶于100毫升纯净水。

将10克实施例2所合成的GelMA-Aldehyde化合物溶于100毫升LAP溶液，即得生物胶水。

综上，本发明实施例1-4通过明胶合成得到醛基化明胶，然后再合成得到醛基化及甲基丙烯酸酯化明胶。图3示出了本发明实施例1-2中明胶(Gelatin)以及所合成得到的醛基化明胶(Gel-Aldehyde)、醛基化及甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA-Aldehyde)1H核磁共振波谱(NMR)图，其中，A为明胶(Gelatin)；B为醛基化明胶(Gel-Aldehyde)；C为醛基化及甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA-Aldehyde)；4.1ppm是醛基团特征吸收峰；5.4-5.6ppm是甲基丙烯酸酯(MA)特征吸收峰。值得注意的是，目前现有技术只做到了GelMA的合成。而本发明实现了将醛基修饰在GelMA上形成一个新的化合物GelMA-Aldehyde。本发明首先采用高碘酸钠将明胶上的邻位两个羟基(-OH)氧化成醛基(＝O)。随后加入的甲基丙烯酸酐可以与明胶上的氨基发生缩合反应，接技到氨基上，形成甲基丙烯酸酯，最终形成双改性化合物醛基化及甲基丙烯酸酯化明胶。

本发明实施例5所制备得到的GelMA-Aldehyde水溶液可以用于光固化反应，在紫外350-370nm波长范围内15-20秒就可以触发光固化反应；本发明实施例6所制备得到的GelMA-Aldehyde水溶液可以用于光固化反应，在蓝光390-410nm波长范围内1-5秒就可以触发光固化反应。

本发明实施例成功合成出一种新的双改性化合物-醛基化及甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA-Aldehyde)。该新化合物以明胶分子为基本骨架，修饰上醛基，接技上甲基丙烯酸分子；其中醛基易与氨基发生反应形成席夫碱稳定结构，甲基丙烯酸基团为光敏感性。醛基化及甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA-Aldehyde)可以粘附于富含氨基的生物组织表面，还具有光固化交联特性，形成水凝胶。因此，GelMA-Aldehyde水溶液具有生物胶水功能，通过两种化学交联方式形成牢固水凝胶结构，可以用于快速的伤口粘合。

综上，与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.交联强度大。化合物GelMA-Aldehyde被醛基化和甲基丙烯酸酯化。其水溶液加入光引发剂后，醛基可以与生物组织中的氨基反应生成化学键从而粘附在组织上；甲基丙烯酸基团在紫外光或蓝紫光的照射下发生交联反应形成水凝胶结构；两级交联反应会增加生物胶水的作用；起到粘合组织、止血、保护伤口目的。

2.生物胶水成分简单。只需要在GelMA-Aldehyde的水溶液中加入少量的(少于0.5％)光引发剂就可以实现两级交联，使用方便高效。

3.GelMA-Aldehyde主要骨架为明胶。具有良好生物相容性，安全无毒、可以生物降解，生物安全性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。