一種抗感染醫用粘合劑及其制備方法與流程

本發明屬于生物材料技術領域，具體涉及一種抗感染醫用粘合劑及其制備方法。

背景技術：

α-氰基丙烯酸類衍生物粘合劑是一類瞬間粘合劑，單組分、無溶劑、粘接時無需壓力，可常溫下迅速固化，粘結后無需特殊處理。由于其鋪展性好，固化后無色透明，用量小，粘結強度高，在外科手術中得到了廣泛的應用，主要用于各種創傷傷口、外科整容、計劃生育等外科各類手術，具有閉合傷口、皮膚移植、官腔器官連接以及腎、肝、脾等臟器損傷的止血等作用，同時，其在骨科、眼科、耳鼻喉科、消化內科等多學科均表現出巨大的發展前景。

α-氰基丙烯酸衍生物粘合劑由于α-碳原子上—CN，—COOR等極性基團的誘導效應，β-位的碳原子有很強的吸電性，在微量陰離子存在的條件下就能產生瞬間聚合反應，使液態的粘合劑瞬間變成固態的粘合媒介物，從而起到粘合作用。生物體組織含有豐富的蛋白質，而蛋白質是由氨基酸組成的大分子線性化合物，大分子兩端還有—NH2和—COOH基團，因此有利于α-氰基丙烯酸衍生物在生物體組織上的快速聚合。

α-氰基丙烯酸衍生物具有室溫下快速固化、無需固化劑、粘結力強、化學性能穩定、不降解出有害物質的特點，并具有良好的生物相容性，與理想醫用粘合劑大部分的要求相符，在醫療界受到越來越多的重視，在骨和軟骨粘合、皮膚切口閉合、組織肌肉粘合、神經血管粘合、栓塞、止血等領域有重要應用前景。但目前的粘合劑抗感染功能欠佳，傷口在粘合過程中很容易產生細菌感染，引起炎癥，從而影響傷口的治愈。因此，如何賦予醫用粘合劑抗感染的性能是新一代醫用粘合劑面臨挑戰的科學問題。

中國專利申請CN 105536037 A公開了一種抗菌醫用粘合劑及其制備方法，該抗菌醫用粘合劑通過將甲基丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸異丙酯、丙烯酸異丁酯、明膠、甘油、脫脂蟬蛹粉、纖維蛋白膠、海藻酸鈉、L-谷氨酸和去離子水加熱，攪拌溶解后經超聲、消毒處理制得，具有較高粘結強度和抗壓強度，但其成分復雜，抗菌效果有待提高。

中國專利申請CN 105879108 A公開了一種醫用廣譜抗菌粘合劑的制備方法，該方法為將醫用粘合劑α-氰基丙烯酸酯與醫用三氯生按1％-10％比例混合即得，制備得到的粘合劑穩定性好、抗菌性能明確，但存在組織刺激性較大，粘合強度不足，固話速度不理想等一些問題。

因此，現有技術中仍缺少一種具有抗細菌感染、可室溫下快速固化、粘結力強、生物相容性好的醫用粘合劑。

技術實現要素：

為了克服現有技術中的不足，本發明提供一種抗感染醫用粘合劑，該抗感染醫用粘合劑具有負載藥物和緩慢釋放藥物的功能，在骨和軟骨粘合、皮膚切口閉合、組織肌肉粘合、神經血管粘合、栓塞、止血等應用過程中可以快速粘合并能長時間防止細菌感染，促進傷口愈合；同時，其還具有粘結力強、化學性能穩定和生物相容性好等特點。

本發明還提供上述抗感染醫用粘合劑的制備方法，該制備方法重復性好，操作性強。

一種抗感染醫用粘合劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)β-環糊精的氨基化修飾：

往β-環糊精懸浮液中滴加NaOH溶液，待懸浮液變澄清后，將對甲苯磺酰氯的乙腈溶液逐滴加入到澄清液中，攪拌反應1.5-3h；反應結束后，減壓抽濾，濾液在溫度為0-8℃的條件下靜置36-60h，沉淀析出，收集沉淀物并干燥，得到磺酰化β-環糊精；其中，所述β-環糊精懸浮液的濃度為1×10^-5-5×10^-5mol/L；NaOH溶液的濃度為0.1-0.5mol/L；對甲苯磺酰氯的乙腈溶液的濃度為1×10^-5-5×10^-5mol/L；

將磺酰化β-環糊精和己二胺溶于二甲基甲酰胺中進行氨基化取代反應，反應結束后，加入丙酮，沉淀析出；收集沉淀物，用體積分數為40-60％的甲醇的水溶液將沉淀物溶解，加入丙酮，沉淀析出；收集沉淀物，重復以上重結晶操作2-4次，去除沒有參加反應的己二胺，最后收集沉淀物并干燥，得到氨基化β-環糊精；

(2)β-環糊精化氰基乙酰胺單體的合成：

將氰乙酸溶解于pH為6.8-7.4的磷酸鹽緩沖液，制得氰乙酸的磷酸鹽緩沖液溶液，往氰乙酸的磷酸鹽緩沖液溶液中加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺進行羧基活化反應，加入步驟(1)制得的氨基化β-環糊精，攪拌條件下進行酰胺化反應，反應結束后將溶液用去離子水透析，最后干燥，得到β-環糊精化氰基乙酰胺單體；

(3)β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體的合成：

將固體甲醛溶解于甲醇制備甲醛的甲醇溶液，加熱攪拌至固體甲醛全部溶解后停止加熱，加入哌啶和步驟(2)制得的β-環糊精化氰基乙酰胺單體，加熱回流，進行縮聚反應；反應結束后，在反應混合物中加入石油醚，攪拌，用分水器除去水層，然后蒸餾除去石油醚；加入五氧化二磷，加熱攪拌使縮聚物發生裂解反應，反應2.5-3.5h后在通入二氧化硫氣態阻聚劑的條件下進行蒸餾，收集β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體；

(4)載藥預聚合產物的制備：

將步驟(3)制得的β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體和藥物溶解于甲醇中，攪拌下進行預聚合反應和藥物負載，反應1-2h后，真空干燥，得到載藥預聚合產物；

(5)抗感染醫用粘合劑的制備：

取步驟(4)制得的載藥預聚合產物與步驟(3)制得的β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體攪拌混合，成為完全溶解的透明液體，通入二氧化硫氣體，制得具有抗感染性能的醫用粘合劑。

優選的，所述步驟(1)中，β-環糊精和對甲苯磺酰氯的摩爾比為1:1。

優選的，所述步驟(1)中，磺酰化β-環糊精和己二胺的摩爾比為1:10-1:20；磺酰化β-環糊精溶于二甲基甲酰胺后的濃度為0.1-0.5mol/mL；氨基化取代反應的反應溫度為60-80℃，反應時間為2-24h。

優選的，所述步驟(2)中，氰乙酸的磷酸鹽緩沖液溶液的濃度為0.1-0.5mol/L；氰乙酸和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽的摩爾比為(1:3)-(1:30)；1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺的摩爾比為(1:1)-(10:1)；羧基活化反應的時間為0.5-6h。

優選的，所述步驟(2)中，氰乙酸和氨基化β-環糊精的摩爾比為1:1；酰胺化反應的時間為4-24h。

優選的，所述步驟(3)中，甲醛的甲醇溶液的濃度為0.03-0.12mol/L；哌啶和甲醇的體積比為(0.001:1)-(0.005:1)；固體甲醛和β-環糊精化氰基乙酰胺單體的摩爾比為1:1；石油醚和甲醇的體積比為1:1；五氧化二磷和β-環糊精化氰基乙酰胺單體的質量比為(1:1)-(3:1)。

優選的，所述步驟(4)中，藥物選自紅霉素、青霉素G和頭孢吡肟中的一種。

優選的，所述步驟(4)中，藥物在甲醇中的濃度為0.05-0.5mg/mL；β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體在甲醇中的濃度為0.1-0.5g/mL。

優選的，所述步驟(5)中，載藥預聚合產物和β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體的質量比為(1:2)-(1:9)；以載藥預聚合產物的重量計，二氧化硫氣體的濃度為10-100ppm。

一種抗感染醫用粘合劑，通過上述制備方法制備得到。

β-環糊精具有“內疏水，外親水”的特殊分子結構，可以和許多藥物通過可逆的非共價相互作用形成復合物，藥物與β-環糊精結合得越牢固，藥物釋放就越緩慢；但是，當藥物/β-環糊精復合物溶液在生理體液中被稀釋時，會馬上發生復合物的分解，而無法實現藥物的緩慢釋放。

本發明通過把β-環糊精鍵合到醫用粘合劑分子中，降低了生理體液對復合物的稀釋作用，從而實現了對藥物的緩慢釋放，同時，通過負載具有抗感染性能的藥物，可賦予醫用粘合劑抗感染的性能，β-環糊精對藥物的緩釋作用可使醫用粘合劑能長時間防止細菌感染，促進傷口愈合。

本發明通過β-環糊精修飾氰乙酸并進一步與甲醛反應制備出具有載藥功能的β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體，然后β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體在甲醇的作用下預聚合并進行藥物負載，最后將載藥預聚合產物和β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體混合，得到具有抗感染性能的醫用粘合劑。β-環糊精具有“內腔疏水，外腔親水”的特殊分子結構，通過疏水作用力、氫鍵和范德華力等作用對藥物有強的吸附能力，可以對抗感染藥物進行負載與緩慢釋放，從而使粘合劑具有抗細菌感染性能。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

(1)本發明提供的抗感染醫用粘合劑具有負載藥物和緩慢釋放藥物的功能，在骨和軟骨粘合、皮膚切口閉合、組織肌肉粘合、神經血管粘合、栓塞、止血等應用過程中可以快速粘合并能長時間防止細菌感染；

(2)本發明提供的抗感染醫用粘合劑具有室溫下快速固化、粘結力強、化學性能穩定和生物相容性好等特點。

(3)本發明提供的抗感染醫用粘合劑的制備方法成本低，重復性好，操作性強，易于工業化生產。

附圖說明

圖1本發明抗感染醫用粘合劑的合成示意圖。

圖2本發明實施例1制得的β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體的核磁共振氫譜圖。

圖3本發明實施例1制得的抗感染醫用粘合劑的藥物釋放曲線圖。

圖4本發明實施例1制得的抗感染醫用粘合劑的3T3細胞存活率圖。

圖5本發明實施例1制得的抗感染醫用粘合劑的抗乙型鏈球菌粘附圖，其中，(a)表示載藥前的醫用粘合劑的抗乙型鏈球菌粘附效果，(b)表示載藥后的醫用粘合劑的抗乙型鏈球菌粘附效果。

具體實施方式

以下通過具體實施例對本發明作進一步詳細的說明，但本發明的實施方式不限于此。

實施例1 抗感染醫用粘合劑的制備

(1)β-環糊精的氨基化修飾：

往500mL濃度為2.5×10^-5mol/L的β-環糊精懸浮液中緩慢滴加20mL濃度為0.25mol/L的NaOH溶液，懸浮液變澄清，將50mL濃度為2.5×10^-4mol/L的對甲苯磺酰氯的乙腈溶液逐滴加入到澄清液中，逐漸有白色沉淀生成，攪拌反應2h；反應結束后，減壓抽濾，分離出未反應的對甲苯磺酰氯，濾液在溫度為4℃的條件下靜置48h，有大量白色沉淀析出，減壓抽濾收集沉淀物，真空干燥48h，得到磺酰化β-環糊精；

將3mmol磺酰化β-環糊精和50mmol己二胺溶于10mL二甲基甲酰胺中，在溫度為70℃的條件下攪拌反應12h，進行氨基化取代反應，反應結束后，加入丙酮，有白色沉淀物析出；減壓抽濾分離出白色沉淀物，收集沉淀物，用體積分數為50％的甲醇的水溶液將沉淀物溶解，加入丙酮，白色沉淀物析出；減壓抽濾分離出白色沉淀物，收集沉淀物，重復以上重結晶操作3次，去除沒有參加反應的己二胺，最后收集沉淀物并真空干燥48h，得到氨基化β-環糊精；

(2)β-環糊精化氰基乙酰胺單體的合成：

將氰乙酸溶解于pH為7.0的磷酸鹽緩沖液，制得100mL濃度為0.25mol/L的氰乙酸的磷酸鹽緩沖液溶液，往氰乙酸的磷酸鹽緩沖液溶液中加入0.375mol 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和0.075mol N-羥基琥珀酰亞胺進行羧基活化反應3h，加入0.025mol步驟(1)制得的氨基化β-環糊精，攪拌條件下進行酰胺化反應12h，反應結束后將溶液用去離子水透析7d，最后真空干燥48h，得到β-環糊精化氰基乙酰胺單體；

(3)β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體的合成：

將固體甲醛溶解于甲醇制備100mL濃度為0.06mol/L的甲醛的甲醇溶液，加熱攪拌至固體甲醛全部溶解后停止加熱，加入0.25mL哌啶和0.006mol步驟(2)制得的β-環糊精化氰基乙酰胺單體，加熱回流，進行縮聚反應；反應結束后，在反應混合物中加入100mL石油醚，攪拌，用分水器除去水層，然后蒸餾除去石油醚；加入15.6g五氧化二磷，加熱攪拌使縮聚物發生裂解反應，反應3h后在通入二氧化硫氣態阻聚劑的條件下進行蒸餾，收集β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體；

附圖2的核磁氫譜結果顯示，制備得到的產物即為β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體。

(4)載藥預聚合產物的制備：

將12.5g步驟(3)制得的β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體和15mg青霉素G溶解于50mL甲醇中，攪拌下進行預聚合反應和藥物負載，反應1h后，真空干燥48h，得到載藥預聚合產物；

(5)抗感染醫用粘合劑的制備：

取10g步驟(4)制得的載藥預聚合產物與40g步驟(3)制得的β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體攪拌混合，成為完全溶解的透明液體，以載藥預聚合產物的重量計，通入50ppm二氧化硫氣體，制得具有抗感染性能的醫用粘合劑。

實施例1制得的抗感染醫用粘合劑的粘度(25±1℃)為0.156Pa·S；水面固化時間為7s；粘接強度為35.3MPa；儲存穩定性(70±2℃)≥120h；小鼠經口LD₅₀為12.8g/kg；藥物持續釋放時間≥24h，其藥物釋放曲線圖如附圖3所示；附圖4的3T3細胞培養結果顯示抗感染醫用粘合劑組3T3細胞細胞存活率與空白對照組相比，無顯著差異，說明實施例1制備的抗感染醫用粘合劑安全、無毒性；附圖5結果說明實施例1制備的抗感染醫用粘合劑對乙型鏈球菌具有良好的抑菌效果。

實施例2 抗感染醫用粘合劑的制備

(1)β-環糊精的氨基化修飾：

往500mL濃度為1×10^-5mol/L的β-環糊精懸浮液中緩慢滴加20mL濃度為0.1mol/L的NaOH溶液，懸浮液變澄清，將50mL濃度為1×10^-4mol/L的對甲苯磺酰氯的乙腈溶液逐滴加入到澄清液中，逐漸有白色沉淀生成，攪拌反應2h；反應結束后，減壓抽濾，分離出未反應的對甲苯磺酰氯，濾液在溫度為4℃的條件下靜置48h，有大量白色沉淀析出，減壓抽濾收集沉淀物，真空干燥48h，得到磺酰化β-環糊精；

將5mmol磺酰化β-環糊精和100mmol己二胺溶于10mL二甲基甲酰胺中，在溫度為60℃的條件下攪拌反應24h，進行氨基化取代反應，反應結束后，加入丙酮，有白色沉淀物析出；減壓抽濾分離出白色沉淀物，收集沉淀物，用體積分數為50％的甲醇的水溶液將沉淀物溶解，加入丙酮，白色沉淀物析出；減壓抽濾分離出白色沉淀物，收集沉淀物，重復以上重結晶操作3次，去除沒有參加反應的己二胺，最后收集沉淀物并真空干燥48h，得到氨基化β-環糊精；

(2)β-環糊精化氰基乙酰胺單體的合成：

將氰乙酸溶解于pH為7.4的磷酸鹽緩沖液，制得100mL濃度為0.1mol/L的氰乙酸的磷酸鹽緩沖液溶液，往氰乙酸的磷酸鹽緩沖液溶液中加入0.03mol 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和0.03mol N-羥基琥珀酰亞胺進行羧基活化反應6h，加入0.01mol步驟(1)制得的氨基化β-環糊精，攪拌條件下進行酰胺化反應4h，反應結束后將溶液用去離子水透析7d，最后真空干燥48h，得到β-環糊精化氰基乙酰胺單體；

(3)β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體的合成：

將固體甲醛溶解于甲醇制備100mL濃度為0.03mol/L的甲醛的甲醇溶液，加熱攪拌至固體甲醛全部溶解后停止加熱，加入0.1mL哌啶和0.003mol步驟(2)制得的β-環糊精化氰基乙酰胺單體，加熱回流，進行縮聚反應；反應結束后，在反應混合物中加入100mL石油醚，攪拌，用分水器除去水層，然后蒸餾除去石油醚；加入3.9g五氧化二磷，加熱攪拌使縮聚物發生裂解反應，反應3h后在通入二氧化硫氣態阻聚劑的條件下進行蒸餾，收集β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體；

(4)載藥預聚合產物的制備：

將5g步驟(3)制得的β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體和2.5mg紅霉素溶解于50mL甲醇中，攪拌下進行預聚合反應和藥物負載，反應1h后，真空干燥48h，得到載藥預聚合產物；

(5)抗感染醫用粘合劑的制備：

取5g步驟(4)制得的載藥預聚合產物與45g步驟(3)制得的β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體攪拌混合，成為完全溶解的透明液體，以載藥預聚合產物的重量計，通入10ppm二氧化硫氣體，制得具有抗感染性能的醫用粘合劑。

實施例2制得的抗感染醫用粘合劑的粘度(25±1℃)為0.1Pa·S；水面固化時間為5s；粘接強度為30MPa；儲存穩定性(70±2℃)≥120h；小鼠經口LD₅₀為12.7g/kg；藥物持續釋放時間≥24h；3T3細胞培養結果顯示抗感染醫用粘合劑組3T3細胞細胞存活率與空白對照組相比，無顯著差異，說明實施例2制備的抗感染醫用粘合劑安全、無毒性；乙型鏈球菌培養實驗結果實施例2制備的抗感染醫用粘合劑對乙型鏈球菌具有良好的抑菌效果。

實施例3 抗感染醫用粘合劑的制備

(1)β-環糊精的氨基化修飾：

往500mL濃度為5×10^-5mol/L的β-環糊精懸浮液中緩慢滴加20mL濃度為0.5mol/L的NaOH溶液，懸浮液變澄清，將50mL濃度為5×10^-4mol/L的對甲苯磺酰氯的乙腈溶液逐滴加入到澄清液中，逐漸有白色沉淀生成，攪拌反應2h；反應結束后，減壓抽濾，分離出未反應的對甲苯磺酰氯，濾液在溫度為4℃的條件下靜置48h，有大量白色沉淀析出，減壓抽濾收集沉淀物，真空干燥48h，得到磺酰化β-環糊精；

將1mmol磺酰化β-環糊精和10mmol己二胺溶于10mL二甲基甲酰胺中，在溫度為80℃的條件下攪拌反應2h，進行氨基化取代反應，反應結束后，加入丙酮，有白色沉淀物析出；減壓抽濾分離出白色沉淀物，收集沉淀物，用體積分數為50％的甲醇的水溶液將沉淀物溶解，加入丙酮，白色沉淀物析出；減壓抽濾分離出白色沉淀物，收集沉淀物，重復以上重結晶操作3次，去除沒有參加反應的己二胺，最后收集沉淀物并真空干燥48h，得到氨基化β-環糊精；

(2)β-環糊精化氰基乙酰胺單體的合成：

將氰乙酸溶解于pH為6.8的磷酸鹽緩沖液，制得100mL濃度為0.5mol/L的氰乙酸的磷酸鹽緩沖液溶液，往氰乙酸的磷酸鹽緩沖液溶液中加入1.5mol 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和0.15mol N-羥基琥珀酰亞胺進行羧基活化反應0.5h，加入0.05mol步驟(1)制得的氨基化β-環糊精，攪拌條件下進行酰胺化反應24h，反應結束后將溶液用去離子水透析7d，最后真空干燥48h，得到β-環糊精化氰基乙酰胺單體；

(3)β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體的合成：

將固體甲醛溶解于甲醇制備100mL濃度為0.12mol/L的甲醛的甲醇溶液，加熱攪拌至固體甲醛全部溶解后停止加熱，加入0.5mL哌啶和0.012mol步驟(2)制得的β-環糊精化氰基乙酰胺單體，加熱回流，進行縮聚反應；反應結束后，在反應混合物中加入100mL石油醚，攪拌，用分水器除去水層，然后蒸餾除去石油醚；加入46.8g五氧化二磷，加熱攪拌使縮聚物發生裂解反應，反應3h后在通入二氧化硫氣態阻聚劑的條件下進行蒸餾，收集β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體；

(4)載藥預聚合產物的制備：

將25g步驟(3)制得的β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體和25mg頭孢吡肟溶解于50mL甲醇中，攪拌下進行預聚合反應和藥物負載，反應1h后，真空干燥48h，得到載藥預聚合產物；

(5)抗感染醫用粘合劑的制備：

取15g步驟(4)制得的載藥預聚合產物與35g步驟(3)制得的β-環糊精化氰基丙烯酰胺單體攪拌混合，成為完全溶解的透明液體，以載藥預聚合產物的重量計，通入100ppm二氧化硫氣體，制得具有抗感染性能的醫用粘合劑。

實施例3制得的抗感染醫用粘合劑的粘度(25±1℃)為0.2Pa·S；水面固化時間為10s；粘接強度為40MPa；儲存穩定性(70±2℃)≥120h；小鼠經口LD₅₀為12.9g/kg；藥物持續釋放時間≥24h；3T3細胞培養結果顯示抗感染醫用粘合劑組3T3細胞細胞存活率與空白對照組相比，無顯著差異，說明實施例3制備的抗感染醫用粘合劑安全、無毒性；乙型鏈球菌培養實驗結果實施例3制備的抗感染醫用粘合劑對乙型鏈球菌具有良好的抑菌效果。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。