一种具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物医用高分子材料技术和光固化技术领域，具体涉及到一种具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物及其制备方法。

背景技术

紫外光固化技术(UV技术)是指在特殊配方的体系(称为光固化体系)中加入光引发剂(或叫光敏剂)，经过吸收光固化设备中产生的高强度紫外光后，产生活性自由基或阳离子，从而引发聚合、交联和接枝反应，使其在一定时间内由液态转化为固态的技术。由于该技术具有快速固化，生产效率高，节能，环保，优质，经济，适用于多种基材等优点，现已广泛应用于航空航天、医疗卫生以及汽车电器等领域。其中，紫外光固化体系(UV体系)主要由光敏性低聚物、光敏性单体(又叫活性稀释剂)和光引发剂三部分组成。UV体系通常以液态的形式存在，其性能的好坏直接影响到成型制件的性能，而UV体系本身的性能主要受体系中各组分配比和性能的影响。

聚乳酸(PLA)作为一种具有良好生物相容性和力学性能的生物可吸收聚酯材料，已被广泛用于制备各类生物医学材料及器械，如医用缝合线，药物控释载体，骨钉，组织工程支架等。然而，在长时间的血液接触材料及产品的研制中，尽管以PLA为代表的生物可吸收血管支架和人工小血管等一直是学术界和产业界的研究热点，但研究者发现，这类生物可吸收材料及器械在植入后其表面容易存在平滑肌细胞等的过渡增殖并进一步在降解过程中产生炎症反应。因此，研究者们尝试通过对这类材料及器械的表面进行各种涂层改性，来缓解上述问题。但由于PLA以及涂层载体均为生物可吸收材料，随着植入时间的增加，会在人体内逐渐降解，存在涂层易剥落的现象导致涂层改性失败。鉴于此，提供一种具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物及其制备方法也就显得十分的有意义。

发明内容

针对上述的不足或缺陷，本发明的目的是提供一种具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物及其制备方法，可有效解决传统涂改性技术中存在的药物缓释抗细胞过渡增生的涂层易剥落以及药物突释的问题，且该制备方法具有制备过程安全、成本低、无需使用溶剂、固化速度快等优点。

为达上述目的，本发明采取如下的技术方案：

本发明提供一种具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物，包括以下原料：带有双键的多臂型乳酸低聚物、乙烯基吡咯烷酮和光引发剂。

进一步地，一种具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物，包括以下重量百分比的原料：带有双键的多臂型乳酸低聚物20％-90％、乙烯基吡咯烷酮(NVP)9％-70％和光引发剂1％-10％。

进一步地，一种具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物，包括以下重量百分比的原料：带有双键的多臂型乳酸低聚物45％-62％、乙烯基吡咯烷酮32％-50％和光引发剂4％-8％。

进一步地，一种具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物，包括以下重量百分比的原料：带有双键的多臂型乳酸低聚物55％、乙烯基吡咯烷酮44％和光引发剂6％。

进一步地，带有双键的多臂型乳酸低聚物中的臂数范围为2-20，聚合物为5-50。

进一步地，光引发剂为Irgacure 2959、Irgacure 819、Irgacure 1700和Darocure1173中的一种或多种。

进一步地，带有双键的多臂型乳酸低聚物中包括如下双键结构中的一种或多种：

其中，R为

进一步地，带有双键的多臂型乳酸低聚物通过以下方法制得：

(1)将乙酸乙酯和丙交酯加入圆底烧瓶中并搭建回流装置，加热到60-80℃，使丙交酯完全溶解，减压过滤，将滤液冰浴2-10h，析出针状晶体后再次减压过滤，真空干燥，得纯化物；

(2)向步骤(1)所得纯化物中加入引发剂、催化剂和有机溶剂，在氮气保护下，在60-100℃反应24h以上，然后依次经再沉淀、减压过滤和真空干燥，得乳酸低聚产物；其中，有机溶剂为苯、甲苯、二甲苯、氯仿、二氯甲烷和乙酸乙酯中的至少一种，引发剂为丙三醇、三羟甲基丙烷、己三醇、山梨醇、蔗糖、木糖醇和季戊四醇中的至少一种；

(3)将改性剂、除水剂、酰化剂和有机溶剂滴加到步骤(2)所得乳酸低聚产物中，在氮气保护下室温反应24h以上，然后依次经过滤、再沉淀、减压过滤和真空干燥，得可快速光固化成型的光敏性液态全降解型低聚物；其中，改性剂为富马酸单乙酯、丙烯酰氯和甲基丙烯酰氯中的至少一种，光固化的参数为光照强度为400-600mW/cm

本发明还提供上述具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤(1)：将各组分原料在常温条件下混合均匀，得到混合物；

步骤(2)：将步骤(1)所得的混合物置于成型模具中，浸润铺展均匀，然后再转移至紫外光固化设备中进行光固化反应，制得具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物。

进一步地，步骤(2)中光固化反应的条件为光强为10-100mW/cm

本发明具有以下优点：

1、本发明通过将具有抗细胞粘附功效的NVP原位添加到带有双键结构的多臂型乳酸低聚物液体当中，进一步通过紫外光固化技术对各组分进行交联固化成型，从而制备出一种具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物，且使得该类材料终身具有良好的抗细胞粘附功效；该方法由于是在光聚合反应过程中原位添加并交联固定的NVP抗粘附成分，因而不存在涂层剥落引起的功能失效的问题，即使主体材料为生物可吸收成分，也可在降解过程中有效释放NVP成分，从而持续性地发挥其抗粘附的功效。该方法具有制备过程安全、成本较低，无需使用溶剂、固化速度快等技术优点；为当前长时间血液接触式生物可吸收材料及器械如何实现持续性抗细胞粘附增生问题提供一种全新的材料合成及改性办法；

2、本发明提供的光敏性生物可吸收聚合物，不仅有效保持了主体材料良好的生物可吸收性，还可在材料的整个服役周期持续有效地释放抗粘附的NVP成分，有效减少这类血液接触材料及器械在植入后因细胞的过度增殖粘附所引起的植入失败，潜在地延长其使用寿命，有望广泛应用于各类血液接触式医疗器械产品的研制；

3、本发明所提供的这种光敏性生物可吸收聚合物不仅可有效借助分子结构中的双键活性并在紫外光照下固化成型，还将具有优异抗细胞粘附功效的NVP成分通过光交联网络的方式固定下来，从而使得固化后的聚合物具有优异的抗细胞粘附功能；与传统表面涂层抗粘附方式相比，这类材料由于是在光聚合反应过程中原位添加并交联固定NVP抗粘附成分，因而不存在涂层剥落引起的功能失效的问题，即使主体材料为生物可吸收成分，也可在降解过程中有效释放NVP成分，从而持续性发挥其抗粘附功效；可广泛应用于各种植介入医疗器械(如生物可吸收血管支架、气管支架或人工血管等)的研制中，并赋予这类医疗器械优异的抗细胞粘附功能，从而有效保持这类材料在植入体内后有效预防人体内各种细胞在表面的过度增殖所引起的植入失败，延长这类植介入式医疗器械的使用寿命。

附图说明

图1是具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物制备原理示意图(以FAME为例)；

图2是用本发明方法制备的原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物样品表面的接触角；

图3是传统挤出成型PLA材料样品表面的接触角；

图4是用本发明方法制备的原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物样品表面培养1天和3天的L929成纤维细胞进行染色后的荧光显微图；

图5是传统挤出成型PLA材料样品表面培养1天和3天的L929成纤维细胞进行染色后的荧光显微图。

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，以下结合附图和实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，该领域的技术人员根据本发明内容对此做出的一些非本质的改进和调整，均应视为本发明的保护范围。

实施例1

本实施例1提供一种具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物，具体的配方(100克)如下：

FAME改性的三臂型光敏性乳酸低聚物(FAME-3arms-LAO) 45克

NVP 55克

Irgacure 2959 5克

其中，FAME(富马酸单乙酯)改性的三臂型光敏性乳酸低聚物(带有双键的三臂乳酸低聚物)通过以下方法制得：

(1)在圆底烧瓶中依次加入100g乙酸乙酯，80g左旋丙交酯，75℃下持续回流搅拌至左旋丙交酯全部溶解；随后将得到的溶液进行减压过滤、收集滤液；将滤液冰浴5h以上至针状的左旋丙交酯晶体完全析出；再次减压过滤，真空干燥得到纯化左旋丙交酯晶体，并放入干燥箱中保存；

(2)以丙三醇为引发剂，辛酸亚锡为催化剂，甲苯作为溶剂，氮气作为保护气的状态下，80℃下反应24h,随后乙醚中再沉淀，减压过滤，真空干燥，使其开环聚合形成三臂乳酸低聚物，其中投料比按每摩尔羟基对应6mol左旋丙交酯计算；

(3)使用富马酸单乙酯作为带有双键活性的改性剂，并采用二环己基碳二亚胺作除水剂，4-二甲氨基吡啶作酰化剂，甲苯为溶剂，缓慢滴加到装有第二阶段所合成三臂乳酸低聚物的三颈烧瓶中，旨在低聚物分子链末端引入活性双键；其中，丙三醇：富马酸单乙酯：二环己基碳二亚胺的投料摩尔比为1：6：6；整个体系处于氮气的保护氛围，室温反应；反应完成后，过滤除去生成的二环己基脲(DCU)，最后在甲醇中再沉淀、减压过滤，真空干燥得到所需的光敏性三臂乳酸预聚物；

(4)将上述低聚物倒入一定形状的模具中，放入紫外光固化设备或者光固化3D打印设备中成型，其中光强为400mW/cm

上述具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物的制备方法，其制备原理示意图如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤(1)：将各原料在常温条件下混合均匀，得到混合物；

步骤(2)：将步骤(1)所得的混合物置于成型模具中，浸润铺展均匀，然后再转移至紫外光固化设备中进行光固化反应，制得具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物；其中，光固化反应条件为光强为100mW/cm

实施例2

本实施例2提供一种具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物，具体的配方(100克)如下：

MC改性的三臂型光敏性乳酸低聚物(MC-3arms-LAO) 60克

NVP 32克

Irgacure 2959 8克

其中，FAME(富马酸单乙酯)改性的三臂型光敏性乳酸低聚物(带有双键的三臂乳酸低聚物)通过以下方法制得：

其中，MC(甲基丙烯酰氯)改性的三臂型光敏性乳酸低聚物(带有双键的三臂乳酸低聚物)与实施例1中FAME改性的三臂型光敏性乳酸低聚物制备方法的不同之处仅在于：将步骤(3)中改性剂替换为甲基丙烯酰氯，其余步骤及参数均相同。

上述具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤(1)：将各组分原料在常温条件下混合均匀，得到混合物；

步骤(2)：将步骤(1)所得的混合物置于成型模具中，浸润铺展均匀，然后再转移至紫外光固化设备中进行光固化反应，制得具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物；其中，光固化反应条件为光强为60mW/cm

实施例3

本实施例3提供一种具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物，具体的配方(100克)如下：

AC改性的三臂型光敏性乳酸低聚物(AC-3arms-LAO) 55克

NVP 44克

Irgacure 2959 6克

其中，AC(丙烯酰氯)改性的三臂型光敏性乳酸低聚物(带有双键的三臂乳酸低聚物)与实施例1中FAME改性的三臂型光敏性乳酸低聚物制备方法的不同之处仅在于：将步骤(3)中改性剂替换为丙烯酰氯，其余步骤及参数均相同。

(1)在圆底烧瓶中依次加入150g乙酸乙酯，100g右旋丙交酯，75℃下持续回流搅拌至左旋丙交酯全部溶解；随后将得到的溶液进行减压过滤、收集滤液；将滤液冰浴8h以上至针状的左旋丙交酯晶体完全析出；再次减压过滤，真空干燥得到纯化左旋丙交酯晶体，并放入干燥箱中保存；

(2)以己三醇为引发剂，辛酸亚锡为催化剂，氯仿作为溶剂，氮气作为保护气的状态下，80℃下反应48h,随后乙醚中再沉淀，减压过滤，真空干燥，使其开环聚合形成三臂乳酸低聚物，其中投料比按每摩尔羟基对应7mol右旋丙交酯计算。

(3)使用丙烯酰氯作为带有双键活性的改性剂，并采用二环己基碳二亚胺作除水剂，4-二甲氨基吡啶作酰化剂，氯仿为溶剂，缓慢滴加到装有第二阶段所合成三臂乳酸低聚物的三颈烧瓶中，旨在低聚物分子链末端引入活性双键；其中，季戊四醇：丙烯酰氯：二环己基碳二亚胺的投料摩尔比为1：7：7；整个体系处于氮气的保护氛围，室温反应；反应完成后，过滤除去生成的二环己基脲(DCU)，最后在甲醇中再沉淀、减压过滤，真空干燥得到所需的光敏性四臂乳酸预聚物；

(4)将上述低聚物倒入模具中，放入紫外光固化设备或者光固化3D打印设备中成型，其中光强为600mW/cm

上述具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤(1)：将各组分原料在常温条件下混合均匀，得到混合物；

步骤(2)：将步骤(1)所得的混合物置于成型模具中，浸润铺展均匀，然后再转移至紫外光固化设备中进行光固化反应，制得具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物；其中，光固化反应条件为光强为50mW/cm

实施例4

本实施例4提供一种具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物，具体的配方(100克)如下：

FAME改性的六臂型光敏性乳酸低聚物(FAME-6arms-LAO) 66克

NVP 27克

Irgacure 2959 7克

其中，FAME改性的六臂型光敏性乳酸低聚物(带有双键的多臂乳酸低聚物)与实施例1中FAME改性的三臂型光敏性乳酸低聚物制备方法的不同之处仅在于：将步骤(2)中的引发剂己三醇替换为山梨醇，其余步骤及参数均相同。

上述具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤(1)：将各组分原料在常温条件下混合均匀，得到混合物；

步骤(2)：将步骤(1)所得的混合物置于成型模具中，浸润铺展均匀，然后再转移至紫外光固化设备中进行光固化反应，制得具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物；其中，光固化反应条件为光强为100mW/cm

实施例5

本实施例5提供一种具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物，具体的配方(100克)如下：

MC改性的八臂型光敏性乳酸低聚物(MC-6arms-LAO) 66克

NVP 31克

Irgacure 2959 9克

其中MC改性的八臂型光敏性乳酸低聚物与实施例1中FAME改性的三臂型光敏性乳酸低聚物制备方法的不同之处仅在于：将步骤(2)中的引发剂己三醇替换为蔗糖(8元醇)，将步骤(3)中改性剂替换为甲基丙烯酰氯，，其余步骤及参数均相同。

上述具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤(1)：将各组分原料在常温条件下混合均匀，得到混合物；

步骤(2)：将步骤(1)所得的混合物置于成型模具中，浸润铺展均匀，然后再转移至紫外光固化设备中进行光固化反应，制得具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物；其中，光固化反应条件为光强为80mW/cm

实施例6

本实施例6提供一种具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物，具体的配方(100克)如下：

AC改性的五臂型光敏性乳酸低聚物(AC-6arms-LAO) 55克

NVP 41克

Irgacure 2959 4克

其中，AC(丙烯酰氯)改性的五臂型光敏性乳酸低聚物(带有双键的三臂乳酸低聚物)与实施例1中FAME改性的三臂型光敏性乳酸低聚物制备方法的不同之处仅在于：将步骤(2)中的引发剂己三醇替换为木糖醇，将步骤(3)中改性剂替换为丙烯酰氯，其余步骤及参数均相同。

上述具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤(1)：将各组分原料在常温条件下混合均匀，得到混合物；

步骤(2)：将步骤(1)所得的混合物置于成型模具中，浸润铺展均匀，然后再转移至紫外光固化设备中进行光固化反应，制得具有原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物；其中，光固化反应条件为光强为70mW/cm

实验例

将上述实施例1中得到的光敏性生物可吸收聚合物，分别进行接触角测试和小鼠成纤维细胞(L929)培养一段时间并对应进行显微拍照，测试结果如图2-5所示。图2中本发明制得的原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物样品表面的接触角为75±5°，图3中传统挤出成型PLA材料样品表面的接触角为91±2°，通过图4-5荧光显微图对比，表明本发明制得的原位抗细胞粘附功能的光敏性生物可吸收聚合物具有优异的抗细胞粘附功能。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本领域的技术人员不经创造性劳动即对所描述的具体实施例做的修改或补充或采用类似的方式替代仍属本专利的保护范围。