一种抗感染医用粘合剂及其制备方法与流程

本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种抗感染医用粘合剂及其制备方法。

背景技术：

α-氰基丙烯酸类衍生物粘合剂是一类瞬间粘合剂，单组分、无溶剂、粘接时无需压力，可常温下迅速固化，粘结后无需特殊处理。由于其铺展性好，固化后无色透明，用量小，粘结强度高，在外科手术中得到了广泛的应用，主要用于各种创伤伤口、外科整容、计划生育等外科各类手术，具有闭合伤口、皮肤移植、官腔器官连接以及肾、肝、脾等脏器损伤的止血等作用，同时，其在骨科、眼科、耳鼻喉科、消化内科等多学科均表现出巨大的发展前景。

α-氰基丙烯酸衍生物粘合剂由于α-碳原子上—CN，—COOR等极性基团的诱导效应，β-位的碳原子有很强的吸电性，在微量阴离子存在的条件下就能产生瞬间聚合反应，使液态的粘合剂瞬间变成固态的粘合媒介物，从而起到粘合作用。生物体组织含有丰富的蛋白质，而蛋白质是由氨基酸组成的大分子线性化合物，大分子两端还有—NH2和—COOH基团，因此有利于α-氰基丙烯酸衍生物在生物体组织上的快速聚合。

α-氰基丙烯酸衍生物具有室温下快速固化、无需固化剂、粘结力强、化学性能稳定、不降解出有害物质的特点，并具有良好的生物相容性，与理想医用粘合剂大部分的要求相符，在医疗界受到越来越多的重视，在骨和软骨粘合、皮肤切口闭合、组织肌肉粘合、神经血管粘合、栓塞、止血等领域有重要应用前景。但目前的粘合剂抗感染功能欠佳，伤口在粘合过程中很容易产生细菌感染，引起炎症，从而影响伤口的治愈。因此，如何赋予医用粘合剂抗感染的性能是新一代医用粘合剂面临挑战的科学问题。

中国专利申请CN 105536037 A公开了一种抗菌医用粘合剂及其制备方法，该抗菌医用粘合剂通过将甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸异丁酯、明胶、甘油、脱脂蝉蛹粉、纤维蛋白胶、海藻酸钠、L-谷氨酸和去离子水加热，搅拌溶解后经超声、消毒处理制得，具有较高粘结强度和抗压强度，但其成分复杂，抗菌效果有待提高。

中国专利申请CN 105879108 A公开了一种医用广谱抗菌粘合剂的制备方法，该方法为将医用粘合剂α-氰基丙烯酸酯与医用三氯生按1％-10％比例混合即得，制备得到的粘合剂稳定性好、抗菌性能明确，但存在组织刺激性较大，粘合强度不足，固话速度不理想等一些问题。

因此，现有技术中仍缺少一种具有抗细菌感染、可室温下快速固化、粘结力强、生物相容性好的医用粘合剂。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种抗感染医用粘合剂，该抗感染医用粘合剂具有负载药物和缓慢释放药物的功能，在骨和软骨粘合、皮肤切口闭合、组织肌肉粘合、神经血管粘合、栓塞、止血等应用过程中可以快速粘合并能长时间防止细菌感染，促进伤口愈合；同时，其还具有粘结力强、化学性能稳定和生物相容性好等特点。

本发明还提供上述抗感染医用粘合剂的制备方法，该制备方法重复性好，操作性强。

一种抗感染医用粘合剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)β-环糊精的氨基化修饰：

往β-环糊精悬浮液中滴加NaOH溶液，待悬浮液变澄清后，将对甲苯磺酰氯的乙腈溶液逐滴加入到澄清液中，搅拌反应1.5-3h；反应结束后，减压抽滤，滤液在温度为0-8℃的条件下静置36-60h，沉淀析出，收集沉淀物并干燥，得到磺酰化β-环糊精；其中，所述β-环糊精悬浮液的浓度为1×10^-5-5×10^-5mol/L；NaOH溶液的浓度为0.1-0.5mol/L；对甲苯磺酰氯的乙腈溶液的浓度为1×10^-5-5×10^-5mol/L；

将磺酰化β-环糊精和己二胺溶于二甲基甲酰胺中进行氨基化取代反应，反应结束后，加入丙酮，沉淀析出；收集沉淀物，用体积分数为40-60％的甲醇的水溶液将沉淀物溶解，加入丙酮，沉淀析出；收集沉淀物，重复以上重结晶操作2-4次，去除没有参加反应的己二胺，最后收集沉淀物并干燥，得到氨基化β-环糊精；

(2)β-环糊精化氰基乙酰胺单体的合成：

将氰乙酸溶解于pH为6.8-7.4的磷酸盐缓冲液，制得氰乙酸的磷酸盐缓冲液溶液，往氰乙酸的磷酸盐缓冲液溶液中加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺进行羧基活化反应，加入步骤(1)制得的氨基化β-环糊精，搅拌条件下进行酰胺化反应，反应结束后将溶液用去离子水透析，最后干燥，得到β-环糊精化氰基乙酰胺单体；

(3)β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体的合成：

将固体甲醛溶解于甲醇制备甲醛的甲醇溶液，加热搅拌至固体甲醛全部溶解后停止加热，加入哌啶和步骤(2)制得的β-环糊精化氰基乙酰胺单体，加热回流，进行缩聚反应；反应结束后，在反应混合物中加入石油醚，搅拌，用分水器除去水层，然后蒸馏除去石油醚；加入五氧化二磷，加热搅拌使缩聚物发生裂解反应，反应2.5-3.5h后在通入二氧化硫气态阻聚剂的条件下进行蒸馏，收集β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体；

(4)载药预聚合产物的制备：

将步骤(3)制得的β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体和药物溶解于甲醇中，搅拌下进行预聚合反应和药物负载，反应1-2h后，真空干燥，得到载药预聚合产物；

(5)抗感染医用粘合剂的制备：

取步骤(4)制得的载药预聚合产物与步骤(3)制得的β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体搅拌混合，成为完全溶解的透明液体，通入二氧化硫气体，制得具有抗感染性能的医用粘合剂。

优选的，所述步骤(1)中，β-环糊精和对甲苯磺酰氯的摩尔比为1:1。

优选的，所述步骤(1)中，磺酰化β-环糊精和己二胺的摩尔比为1:10-1:20；磺酰化β-环糊精溶于二甲基甲酰胺后的浓度为0.1-0.5mol/mL；氨基化取代反应的反应温度为60-80℃，反应时间为2-24h。

优选的，所述步骤(2)中，氰乙酸的磷酸盐缓冲液溶液的浓度为0.1-0.5mol/L；氰乙酸和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的摩尔比为(1:3)-(1:30)；1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为(1:1)-(10:1)；羧基活化反应的时间为0.5-6h。

优选的，所述步骤(2)中，氰乙酸和氨基化β-环糊精的摩尔比为1:1；酰胺化反应的时间为4-24h。

优选的，所述步骤(3)中，甲醛的甲醇溶液的浓度为0.03-0.12mol/L；哌啶和甲醇的体积比为(0.001:1)-(0.005:1)；固体甲醛和β-环糊精化氰基乙酰胺单体的摩尔比为1:1；石油醚和甲醇的体积比为1:1；五氧化二磷和β-环糊精化氰基乙酰胺单体的质量比为(1:1)-(3:1)。

优选的，所述步骤(4)中，药物选自红霉素、青霉素G和头孢吡肟中的一种。

优选的，所述步骤(4)中，药物在甲醇中的浓度为0.05-0.5mg/mL；β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体在甲醇中的浓度为0.1-0.5g/mL。

优选的，所述步骤(5)中，载药预聚合产物和β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体的质量比为(1:2)-(1:9)；以载药预聚合产物的重量计，二氧化硫气体的浓度为10-100ppm。

一种抗感染医用粘合剂，通过上述制备方法制备得到。

β-环糊精具有“内疏水，外亲水”的特殊分子结构，可以和许多药物通过可逆的非共价相互作用形成复合物，药物与β-环糊精结合得越牢固，药物释放就越缓慢；但是，当药物/β-环糊精复合物溶液在生理体液中被稀释时，会马上发生复合物的分解，而无法实现药物的缓慢释放。

本发明通过把β-环糊精键合到医用粘合剂分子中，降低了生理体液对复合物的稀释作用，从而实现了对药物的缓慢释放，同时，通过负载具有抗感染性能的药物，可赋予医用粘合剂抗感染的性能，β-环糊精对药物的缓释作用可使医用粘合剂能长时间防止细菌感染，促进伤口愈合。

本发明通过β-环糊精修饰氰乙酸并进一步与甲醛反应制备出具有载药功能的β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体，然后β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体在甲醇的作用下预聚合并进行药物负载，最后将载药预聚合产物和β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体混合，得到具有抗感染性能的医用粘合剂。β-环糊精具有“内腔疏水，外腔亲水”的特殊分子结构，通过疏水作用力、氢键和范德华力等作用对药物有强的吸附能力，可以对抗感染药物进行负载与缓慢释放，从而使粘合剂具有抗细菌感染性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明提供的抗感染医用粘合剂具有负载药物和缓慢释放药物的功能，在骨和软骨粘合、皮肤切口闭合、组织肌肉粘合、神经血管粘合、栓塞、止血等应用过程中可以快速粘合并能长时间防止细菌感染；

(2)本发明提供的抗感染医用粘合剂具有室温下快速固化、粘结力强、化学性能稳定和生物相容性好等特点。

(3)本发明提供的抗感染医用粘合剂的制备方法成本低，重复性好，操作性强，易于工业化生产。

附图说明

图1本发明抗感染医用粘合剂的合成示意图。

图2本发明实施例1制得的β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体的核磁共振氢谱图。

图3本发明实施例1制得的抗感染医用粘合剂的药物释放曲线图。

图4本发明实施例1制得的抗感染医用粘合剂的3T3细胞存活率图。

图5本发明实施例1制得的抗感染医用粘合剂的抗乙型链球菌粘附图，其中，(a)表示载药前的医用粘合剂的抗乙型链球菌粘附效果，(b)表示载药后的医用粘合剂的抗乙型链球菌粘附效果。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1 抗感染医用粘合剂的制备

(1)β-环糊精的氨基化修饰：

往500mL浓度为2.5×10^-5mol/L的β-环糊精悬浮液中缓慢滴加20mL浓度为0.25mol/L的NaOH溶液，悬浮液变澄清，将50mL浓度为2.5×10^-4mol/L的对甲苯磺酰氯的乙腈溶液逐滴加入到澄清液中，逐渐有白色沉淀生成，搅拌反应2h；反应结束后，减压抽滤，分离出未反应的对甲苯磺酰氯，滤液在温度为4℃的条件下静置48h，有大量白色沉淀析出，减压抽滤收集沉淀物，真空干燥48h，得到磺酰化β-环糊精；

将3mmol磺酰化β-环糊精和50mmol己二胺溶于10mL二甲基甲酰胺中，在温度为70℃的条件下搅拌反应12h，进行氨基化取代反应，反应结束后，加入丙酮，有白色沉淀物析出；减压抽滤分离出白色沉淀物，收集沉淀物，用体积分数为50％的甲醇的水溶液将沉淀物溶解，加入丙酮，白色沉淀物析出；减压抽滤分离出白色沉淀物，收集沉淀物，重复以上重结晶操作3次，去除没有参加反应的己二胺，最后收集沉淀物并真空干燥48h，得到氨基化β-环糊精；

(2)β-环糊精化氰基乙酰胺单体的合成：

将氰乙酸溶解于pH为7.0的磷酸盐缓冲液，制得100mL浓度为0.25mol/L的氰乙酸的磷酸盐缓冲液溶液，往氰乙酸的磷酸盐缓冲液溶液中加入0.375mol 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和0.075mol N-羟基琥珀酰亚胺进行羧基活化反应3h，加入0.025mol步骤(1)制得的氨基化β-环糊精，搅拌条件下进行酰胺化反应12h，反应结束后将溶液用去离子水透析7d，最后真空干燥48h，得到β-环糊精化氰基乙酰胺单体；

(3)β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体的合成：

将固体甲醛溶解于甲醇制备100mL浓度为0.06mol/L的甲醛的甲醇溶液，加热搅拌至固体甲醛全部溶解后停止加热，加入0.25mL哌啶和0.006mol步骤(2)制得的β-环糊精化氰基乙酰胺单体，加热回流，进行缩聚反应；反应结束后，在反应混合物中加入100mL石油醚，搅拌，用分水器除去水层，然后蒸馏除去石油醚；加入15.6g五氧化二磷，加热搅拌使缩聚物发生裂解反应，反应3h后在通入二氧化硫气态阻聚剂的条件下进行蒸馏，收集β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体；

附图2的核磁氢谱结果显示，制备得到的产物即为β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体。

(4)载药预聚合产物的制备：

将12.5g步骤(3)制得的β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体和15mg青霉素G溶解于50mL甲醇中，搅拌下进行预聚合反应和药物负载，反应1h后，真空干燥48h，得到载药预聚合产物；

(5)抗感染医用粘合剂的制备：

取10g步骤(4)制得的载药预聚合产物与40g步骤(3)制得的β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体搅拌混合，成为完全溶解的透明液体，以载药预聚合产物的重量计，通入50ppm二氧化硫气体，制得具有抗感染性能的医用粘合剂。

实施例1制得的抗感染医用粘合剂的粘度(25±1℃)为0.156Pa·S；水面固化时间为7s；粘接强度为35.3MPa；储存稳定性(70±2℃)≥120h；小鼠经口LD₅₀为12.8g/kg；药物持续释放时间≥24h，其药物释放曲线图如附图3所示；附图4的3T3细胞培养结果显示抗感染医用粘合剂组3T3细胞细胞存活率与空白对照组相比，无显著差异，说明实施例1制备的抗感染医用粘合剂安全、无毒性；附图5结果说明实施例1制备的抗感染医用粘合剂对乙型链球菌具有良好的抑菌效果。

实施例2 抗感染医用粘合剂的制备

(1)β-环糊精的氨基化修饰：

往500mL浓度为1×10^-5mol/L的β-环糊精悬浮液中缓慢滴加20mL浓度为0.1mol/L的NaOH溶液，悬浮液变澄清，将50mL浓度为1×10^-4mol/L的对甲苯磺酰氯的乙腈溶液逐滴加入到澄清液中，逐渐有白色沉淀生成，搅拌反应2h；反应结束后，减压抽滤，分离出未反应的对甲苯磺酰氯，滤液在温度为4℃的条件下静置48h，有大量白色沉淀析出，减压抽滤收集沉淀物，真空干燥48h，得到磺酰化β-环糊精；

将5mmol磺酰化β-环糊精和100mmol己二胺溶于10mL二甲基甲酰胺中，在温度为60℃的条件下搅拌反应24h，进行氨基化取代反应，反应结束后，加入丙酮，有白色沉淀物析出；减压抽滤分离出白色沉淀物，收集沉淀物，用体积分数为50％的甲醇的水溶液将沉淀物溶解，加入丙酮，白色沉淀物析出；减压抽滤分离出白色沉淀物，收集沉淀物，重复以上重结晶操作3次，去除没有参加反应的己二胺，最后收集沉淀物并真空干燥48h，得到氨基化β-环糊精；

(2)β-环糊精化氰基乙酰胺单体的合成：

将氰乙酸溶解于pH为7.4的磷酸盐缓冲液，制得100mL浓度为0.1mol/L的氰乙酸的磷酸盐缓冲液溶液，往氰乙酸的磷酸盐缓冲液溶液中加入0.03mol 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和0.03mol N-羟基琥珀酰亚胺进行羧基活化反应6h，加入0.01mol步骤(1)制得的氨基化β-环糊精，搅拌条件下进行酰胺化反应4h，反应结束后将溶液用去离子水透析7d，最后真空干燥48h，得到β-环糊精化氰基乙酰胺单体；

(3)β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体的合成：

将固体甲醛溶解于甲醇制备100mL浓度为0.03mol/L的甲醛的甲醇溶液，加热搅拌至固体甲醛全部溶解后停止加热，加入0.1mL哌啶和0.003mol步骤(2)制得的β-环糊精化氰基乙酰胺单体，加热回流，进行缩聚反应；反应结束后，在反应混合物中加入100mL石油醚，搅拌，用分水器除去水层，然后蒸馏除去石油醚；加入3.9g五氧化二磷，加热搅拌使缩聚物发生裂解反应，反应3h后在通入二氧化硫气态阻聚剂的条件下进行蒸馏，收集β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体；

(4)载药预聚合产物的制备：

将5g步骤(3)制得的β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体和2.5mg红霉素溶解于50mL甲醇中，搅拌下进行预聚合反应和药物负载，反应1h后，真空干燥48h，得到载药预聚合产物；

(5)抗感染医用粘合剂的制备：

取5g步骤(4)制得的载药预聚合产物与45g步骤(3)制得的β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体搅拌混合，成为完全溶解的透明液体，以载药预聚合产物的重量计，通入10ppm二氧化硫气体，制得具有抗感染性能的医用粘合剂。

实施例2制得的抗感染医用粘合剂的粘度(25±1℃)为0.1Pa·S；水面固化时间为5s；粘接强度为30MPa；储存稳定性(70±2℃)≥120h；小鼠经口LD₅₀为12.7g/kg；药物持续释放时间≥24h；3T3细胞培养结果显示抗感染医用粘合剂组3T3细胞细胞存活率与空白对照组相比，无显著差异，说明实施例2制备的抗感染医用粘合剂安全、无毒性；乙型链球菌培养实验结果实施例2制备的抗感染医用粘合剂对乙型链球菌具有良好的抑菌效果。

实施例3 抗感染医用粘合剂的制备

(1)β-环糊精的氨基化修饰：

往500mL浓度为5×10^-5mol/L的β-环糊精悬浮液中缓慢滴加20mL浓度为0.5mol/L的NaOH溶液，悬浮液变澄清，将50mL浓度为5×10^-4mol/L的对甲苯磺酰氯的乙腈溶液逐滴加入到澄清液中，逐渐有白色沉淀生成，搅拌反应2h；反应结束后，减压抽滤，分离出未反应的对甲苯磺酰氯，滤液在温度为4℃的条件下静置48h，有大量白色沉淀析出，减压抽滤收集沉淀物，真空干燥48h，得到磺酰化β-环糊精；

将1mmol磺酰化β-环糊精和10mmol己二胺溶于10mL二甲基甲酰胺中，在温度为80℃的条件下搅拌反应2h，进行氨基化取代反应，反应结束后，加入丙酮，有白色沉淀物析出；减压抽滤分离出白色沉淀物，收集沉淀物，用体积分数为50％的甲醇的水溶液将沉淀物溶解，加入丙酮，白色沉淀物析出；减压抽滤分离出白色沉淀物，收集沉淀物，重复以上重结晶操作3次，去除没有参加反应的己二胺，最后收集沉淀物并真空干燥48h，得到氨基化β-环糊精；

(2)β-环糊精化氰基乙酰胺单体的合成：

将氰乙酸溶解于pH为6.8的磷酸盐缓冲液，制得100mL浓度为0.5mol/L的氰乙酸的磷酸盐缓冲液溶液，往氰乙酸的磷酸盐缓冲液溶液中加入1.5mol 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和0.15mol N-羟基琥珀酰亚胺进行羧基活化反应0.5h，加入0.05mol步骤(1)制得的氨基化β-环糊精，搅拌条件下进行酰胺化反应24h，反应结束后将溶液用去离子水透析7d，最后真空干燥48h，得到β-环糊精化氰基乙酰胺单体；

(3)β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体的合成：

将固体甲醛溶解于甲醇制备100mL浓度为0.12mol/L的甲醛的甲醇溶液，加热搅拌至固体甲醛全部溶解后停止加热，加入0.5mL哌啶和0.012mol步骤(2)制得的β-环糊精化氰基乙酰胺单体，加热回流，进行缩聚反应；反应结束后，在反应混合物中加入100mL石油醚，搅拌，用分水器除去水层，然后蒸馏除去石油醚；加入46.8g五氧化二磷，加热搅拌使缩聚物发生裂解反应，反应3h后在通入二氧化硫气态阻聚剂的条件下进行蒸馏，收集β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体；

(4)载药预聚合产物的制备：

将25g步骤(3)制得的β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体和25mg头孢吡肟溶解于50mL甲醇中，搅拌下进行预聚合反应和药物负载，反应1h后，真空干燥48h，得到载药预聚合产物；

(5)抗感染医用粘合剂的制备：

取15g步骤(4)制得的载药预聚合产物与35g步骤(3)制得的β-环糊精化氰基丙烯酰胺单体搅拌混合，成为完全溶解的透明液体，以载药预聚合产物的重量计，通入100ppm二氧化硫气体，制得具有抗感染性能的医用粘合剂。

实施例3制得的抗感染医用粘合剂的粘度(25±1℃)为0.2Pa·S；水面固化时间为10s；粘接强度为40MPa；储存稳定性(70±2℃)≥120h；小鼠经口LD₅₀为12.9g/kg；药物持续释放时间≥24h；3T3细胞培养结果显示抗感染医用粘合剂组3T3细胞细胞存活率与空白对照组相比，无显著差异，说明实施例3制备的抗感染医用粘合剂安全、无毒性；乙型链球菌培养实验结果实施例3制备的抗感染医用粘合剂对乙型链球菌具有良好的抑菌效果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。