一种壳聚糖生物大分子及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种壳聚糖生物大分子及其制备方法和应用。本发明以天然壳聚糖为基本原料，通过对其进行化学接枝改性，制备了以多酚和温敏性化合物为侧链的壳聚糖基生物大分子，构筑了一种温敏性润滑粘附止血材料，有望用于医疗领域。

背景技术

伤口出血是日常生活中难以避免的问题，如外科手术过程，突发性交通事故等。不能及时有效地止血会导致病人的直接死亡，因此研究开发一种有效的止血材料显得至关重要。

壳聚糖是自然界中唯一带阳离子的多糖，能良好地聚集血液中的红细胞，因此具有良好的止血性能，且其对创面组织的炎症反应小，可加速创面愈合、修复，也具有良好的组织相容性，同时壳聚糖价格便宜，被广泛用在生物医学领域。例如，专利cn103690989a报道了一种医用壳聚糖止血敷料，该医用止血敷料能迅速高效地控制伤口出血。然而，壳聚糖虽具有很好的止血作用，但与伤口的粘附性仍然有待提高。特别是在湿润的组织环境中，壳聚糖分子侧链处于高度水化状态，其与创面组织的湿粘附力较弱，而该问题始终没有得到解决。为了提高壳聚糖的组织粘附性，对其进行化学改性是必要途径之一。例如，专利cn104013990a中公开报道了壳聚糖与多巴胺或具有儿茶酚基结构的化合物反应，制备具有儿茶酚结构的壳聚糖材料，据称制成的止血海绵具有很好的组织亲合性。cn106334209a中公开报道了一种聚多巴胺改性的壳聚糖止血材料，该材料不仅具有很好的止血作用，同时对生物体组织如皮肤、器官等具有很好的黏附性能。但是，在实际外科医疗处理过程中，在确保材料与组织湿湿粘合的同时，我们往往希望在换药或移除材料时，材料能够很容易从伤口处脱离下来，以避免对伤口造成二次损失。文献及专利调研表明目前基于壳聚糖改性的止血敷料都不能在伤口表面实现可逆粘附与脱附，该问题一直没有得到解决。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种壳聚糖生物大分子及其制备方法和应用。

本发明选取天然、无毒、易降解、对人体健康无害、具有杀菌作用的壳聚糖作为合成材料的中心骨架，在其侧链上接枝多酚和温敏性化合物，制备得到一种多酚和温敏性化合物接枝改性的壳聚糖生物大分子，该壳聚糖生物大分子为具有温敏特性大的润滑粘附止血材料。

本发明在壳聚糖侧链引入多酚结构分子，使壳聚糖材料极易贴附在伤口处；再在其侧链接枝温敏性化合物，使壳聚糖基生物大分子具有优异的温度响应性。该生物大分子在低温时为溶胶状态，且极滑，呈现低摩擦和低粘附，可流平在伤口处；高温时变成凝胶状固态，呈现高摩擦和高粘附，极易粘附在伤口处，实现伤口包扎和止血功能。本发明制备的基于壳聚糖的生物大分子具有止血、湿粘附及温度响应性等较好特征，故有望作为一种新型智能的止血材料用于医疗领域。

如上所述壳聚糖生物大分子的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）将壳聚糖溶于冰醋酸水溶液中，依次加入1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）活化剂和多酚类化合物，于0~40℃反应6~15小时，利用透析除去小分子物质，得到多酚改性的壳聚糖；

2）将多酚改性的壳聚糖和温敏性化合物溶于去离子水，过硫酸铵为引发剂，于45℃~80℃反应6~15小时，利用透析除去小分子物质，冷冻干燥后得到多酚和温敏性化合物接枝改性的壳聚糖生物大分子。

所选冰醋酸水溶液的质量浓度为0.1%~10%。

所述壳聚糖与多酚类化合物摩尔比为1:1~1:100；所述edc与多酚类化合物的摩尔比为1:0.5~1:10。

所选壳聚糖为脱乙酰化的壳聚糖，脱乙酰度为60%-100%，分子量为1000~500000g/mol。

所选多酚类化合物为多巴胺酸、没食子酸、原儿茶酸和高原儿茶酸中的一种或者几种。

所述多酚类化合物为3，4-二羟基苯基丙酸（hca）。

所述温敏性化合物为n-异丙基丙烯酰胺（nipam）、乙烯吡咯烷酮、n,n-二乙基丙烯酰胺（neam）、乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯（oegma）及亲疏水链嵌段共聚物中的一种或者几种。

所述亲疏水链嵌段共聚物以聚环氧乙烷(peo)、聚环氧丙烷(ppo)、聚环氧丁烷(pbo)及聚乳酸(pla)中的一种或者几种为疏水链段，以聚乙二醇(peg)为亲水链段。

所述多酚改性的壳聚糖与温敏性化合物的摩尔比为1:1~1:20，所述过硫酸铵的质量为温敏性化合物质量的0.05%~10%。

如上所述壳聚糖生物大分子作为止血材料的应用。

生物相容性评价：以成骨细胞为考察对象，选择0.1mg/ml~10mg/ml浓度的生物大分子与细胞液进行共培养，发现共培养之后，成骨细胞的存活率很高，以此说明多酚和温敏性化合物接枝改性的壳聚糖生物大分子具有较好的生物相容性。

组织粘附性能评价：以动物组织或水凝胶为测试基底，将多酚和温敏性化合物接枝改性的壳聚糖生物大分子涂敷于两块基底之间，低温状态下，壳聚糖生物大分子与基底的粘附强度较弱；高温状态下壳聚糖生物大分子与基底的粘附强度较强。

止血性能评价：将本发明合成的多酚和温敏性化合物接枝改性的壳聚糖生物大分子材料溶于pbs缓冲液中，质量浓度为0.5mg/ml~20mg/ml,涂覆于无纺布表面，冷冻干燥处理后，贴敷于wistar大鼠的背部伤口处。与空白纱布对比，多酚和温敏性化合物接枝改性的壳聚糖生物大分子涂覆的纱布出血量明显减少，止血效果明显。

本发明的有益效果如下：

1.由于在该生物大分子中引入了多酚类化合物，提高了壳聚糖基止血敷料在伤口上的湿黏附强度。

2.由于在该生物大分子中引入了温敏性化合物，使其具有智能响应特性，在不同温度环境下可以实现对创伤表面的可逆粘附与脱附。

附图说明

图1为本发明制备的多酚和温敏性化合物接枝改性的壳聚糖生物大分子材料细胞生物相容性测试图。

图2为本发明制备的多酚和温敏性化合物接枝改性的壳聚糖生物大分子在不同温度下的摩擦性能测试结果图。

图3为本发明制备的多酚和温敏性化合物接枝改性的壳聚糖生物大分子在猪皮表面的湿粘附性能测试结果图。

具体实施方式

实施例1多酚和温敏性化合物接枝改性的壳聚糖生物大分子

多酚改性壳聚糖的制备：将0.5g壳聚糖溶于50ml的1%冰醋酸水溶液中，依次加入1.2449g活化剂edc和0.591g多酚类化合物hca，室温下反应12小时，利用透析除去小分子物质，得到多酚改性的壳聚糖生物大分子。

多酚及温敏性化合物改性壳聚糖生物大分子的制备：称取0.2g多酚改性的壳聚糖，溶于50ml的蒸馏水，加入2g温敏性单体n-异丙基丙烯酰胺，0.2g过硫酸铵，60℃下反应12h，利用透析除去小分子物质，冷冻干燥后得到多酚和温敏性化合物改性的壳聚糖生物大分子。

实施例2多酚及温敏性化合物改性壳聚糖生物大分子的生物相容性评价

以成骨细胞为考察对象，选择0.1mg/ml~10mg/ml浓度的生物大分子与细胞液进行共培养，发现共培养之后，成骨细胞的存活率很高，以此说明壳聚糖接枝多酚和温敏性化合物的生物大分子具有较好的生物相容性（图1）。

实施例3多酚及温敏性化合物改性壳聚糖生物大分子在不同温度下的摩擦性能评价

称取0.3g生物大分子溶于甲醇溶液中，然后均匀涂覆在基体材料表面，放入烘箱使溶剂挥发，制成均一薄膜。以纯水为润滑剂，载荷0.2n，频率1hz，振幅10mm，实验时间30s，实验上试球为pdms球，测定薄膜在不同温度下的摩擦系数（图2）。

实施例4多酚及温敏性化合物接枝改性壳聚糖生物大分子在不同温度下不同表面的粘附性能评价

称取0.05g生物大分子溶于0.5ml水中，配置成粘稠状溶液，然后均匀涂覆在两块猪皮或水凝胶中间，选用通用材料拉伸实验机(ez-test,shimadzu)进行剪切剥离测试，拉伸速率为10mm/min，测不同温度下生物大分子的湿黏附性能（图3）。