一种凝胶状可固化强粘附组织粘合剂的前驱体及其制备方法和使用方法

本发明属于生物医用材料领域，涉及一种凝胶状可固化强粘附组织粘合剂的前驱体及其制备方法和应用方法。

背景技术：

1、在临床上对于手术伤口的愈合主要采用缝合的手段，虽然该方法适用场景广泛，治疗效果良好，但是该方法操作较复杂，而且对缝合力度、位置等要求较高，术后伤口可能会留下疤痕。除此之外，很多场景很难用缝合来闭合伤口，比如一些软组织器官，如眼睛、肝、小肠、血管等。因此，需要开发一种操作简便、能密封伤口的生物材料，应对一些临床上难以缝合的复杂手术，通过材料的创新与发展，从而推动医学进步。

2、生物粘合剂是一种可以和生物组织形成强粘附、封闭伤口的高分子材料，其使用简便、粘附效果好、生物相容性较好，近年来得到快速发展。目前，商用的生物粘合剂有纤维蛋白胶、氰基丙烯酸酯类胶水等。纤维蛋白胶是一种生物相容性比较好的粘合剂，但是其粘附强度低。氰基丙烯酸酯类胶水虽然对干组织粘附较好，但是对有血液和组织渗液时粘附很低，而且毒性较大。理想的生物粘合剂包括以下方面：1)生物相容性，无细胞毒性；2)化学稳定性，从而保证强粘附；3)与被粘组织力学匹配性；4)抗组织施加的疲劳和破坏；5)合适的溶胀，防止对组织的挤压；6)生物降解。当然，生物粘合剂的设计还需结合应用场景。

3、粘合剂的粘合效果主要取决于两个因素：粘合剂的内聚力和表面粘附力。内聚力是指同一物质分子之间的分子间吸引力，也是粘合剂本身分子之间的作用力，即粘合剂的强度。这些作用力包括：1)粘合剂聚合物内的化学键；2)由聚合物交联产生的化学键；3)粘合剂中的分子间相互作用；4)粘合剂中各种分子之间的机械粘合。粘附力(也称为附着力)是指不同物质分子之间的吸引力，是不同分子相互吸引的趋势，主要指粘合剂与被粘物之间的作用力，也就是粘合剂粘附在物体表面上的力。粘附现象是由基材表面和粘合剂之间的分子相互作用引起的，因此这些作用包括弱的分子间相互作用以及强化学键。除了分子间和化学粘附力之外，根据基材表面的形态，粘合剂可以通过填充到粗糙表面的缝隙，从而有效地“机械地粘附”到粗糙的基底表面。

4、作为生物粘合剂，粘合剂应用于受损生物组织时，除了考虑粘合剂的内聚力和表面粘附力，还需要面对以下几个挑战：1)粘附物作为生物活体时，需考虑其活动的特性。生物活体被施用时，如果表面不规则，尤其是体表光滑而且往往呈弧形，液体容易滑落，同时很难长时间保持固定姿势，容易轻微晃动。因此，粘合剂在施用时，需要实现易用性，能够在弧形的表面具有良好的停滞性而不会流走；同时在轻微活动的情况下，仍保持良好的粘附。2)生物组织含有大量的水，同时在组织受到创伤时，会有不同程度的出血和渗液。这些液体可能成为阻碍粘合剂与组织表面接触的介质，影响粘合剂的表面粘附力。因此，适用于活体组织的生物粘合剂，应该具有吸水的特性，粘合剂在吸收界面水后，能够充分接触需要被粘附的表面，从而提供良好的表面粘附力。

5、水凝胶是一类极为亲水的三维网络结构凝胶，它在水中能够迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。水凝胶独特的吸水和溶胀特性可以有效、快速地清除潮湿表面的界面水，使其三维网络结构有效地接触到表面上。因此，有望成为生物粘合剂应用于组织表面时渗出液影响表面粘附力的解决策略。除此之外，水凝胶可分为化学交联和物理交联水凝胶。化学交联由聚合物链之间的共价键组成，由于共价键的键能高，化学交联水凝胶交联强度高，力学性能好，内聚能高，但是由于化学交联的不可逆性，化学交联水凝胶形变能力差，易碎。而物理交联水凝胶，是由水凝胶骨架通过氢键，疏水相互作用和链缠结等物理作用交联而成。这些物理作用大多具有可逆性，能够断裂后再次交联，从而为水凝胶提供良好的能量耗散，使水凝胶具有良好的形变能力。水凝胶的这两种交联的特性也有望成为满足生物粘合剂粘合需求的解决方案，具体而言：1)化学交联能够有效的提升水凝胶内部的交联强度，从而显著提升本体的内聚力，实现粘附性。2)物理交联可以为水凝胶提供良好的塑性能力，从而可以涂抹到需要粘附的组织，实现对凹凸不平和带有缝隙的表面进行随形填充。但是，由于生物粘合剂特殊的应用方式，需要将粘合剂均匀涂抹到伤口的缝隙中后再实现良好的粘附，现有水凝胶化学、物理或者两者混合的交联方式均无法满足医用粘合剂的使用条件。

6、光固化水凝胶是指通过可见光或紫外光引发聚合固化形成三维网络状结构的水凝胶。这类水凝胶一般由预聚物(又称寡聚体)、活性单体和光引发剂组成的前驱体在光源照射引发聚合而得到。在光源的照射下，前驱体中的光引发剂吸收一定波长的能量，产生自由基、阳离子等，从而引发单体聚合交联形成高分子网络，随着网络交联密度的增加，形成固化的水凝胶。这种光固化成胶的方式虽然为构建化学键合水凝胶提供了一种技术方案，但是由于前驱体为流动的液体，容易流动，无法固定，仍无法充分满足生物粘合剂涂抹并停留在伤口处的需求。为进一步优化光固化水凝胶以满足生物粘合剂的技术要求，在光固化水凝胶的预聚物中预先引入第一重物理交联网络可赋予预聚物凝胶状的特性，从而可以均匀地涂抹并停留到受损组织的间隙处，再通过光固化的方式，引发预聚物、单体的交联，形成第二网络化学交联，从而加强粘合剂的内聚力。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种凝胶状可固化强粘附组织粘合剂的前驱体及其制备方法和应用方法。本发明具体提供了如下的技术方案：

2、1、一种凝胶状可固化强粘附组织粘合剂的前驱体，按质量份数计，双键接枝率为10～100％的透明质酸钠10份，n-(2-氨基-2-氧乙基)丙烯酰胺1000～3000份，丙烯酸-n-琥珀酰亚胺酯100～500份，海藻酸钠100～400份，无机盐5～20份，引发剂1～50份，溶剂10000份。

3、进一步，按质量份数计，双键接枝率为50％透明质酸钠10份，n-(2-氨基-2-氧乙基)丙烯酰胺2000～3000份，丙烯酸-n-琥珀酰亚胺酯200～500份，海藻酸钠200份，无机盐5～20份，引发剂1～50份，溶剂10000份。

4、进一步，所述无机盐包括硫酸钙、氯化钙，碳酸钙。

5、进一步，所述引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐或α-酮戊二酸。

6、进一步，所述溶剂包括去离子水、磷酸盐缓冲液或三羟甲基氨基甲烷缓冲液。

7、2、上述的一种凝胶状可固化强粘附组织粘合剂的前驱体的制备方法，按照以下步骤制得：

8、1)制备含双键的透明质酸钠；

9、2)将步骤1)得到的含双键的透明质酸钠、n-(2-氨基-2-氧乙基)丙烯酰胺、丙烯酸-n-琥珀酰亚胺酯、引发剂和溶剂进行混合，得到混合溶液1；

10、3)将步骤2)得到混合溶液1与海藻酸钠、无机盐混合均匀，得到凝胶状粘合剂前驱体。

11、进一步，步骤2)所得到混合溶液1为液体，不易在光滑的表面停留，经步骤3)所得到的粘合剂前驱体为凝胶状，具有良好的可涂抹性和随形填充的特性，能够涂抹至表面的间隙，吸液倍率为230％～300％，能够吸收湿组织表面的界面水从而对湿组织能够原位粘附。

12、3、上述的一种凝胶状可固化强粘附组织粘合剂的前驱体的使用方法，将凝胶状粘合剂前驱体涂抹到生物组织上，采用波长为250～400nm的紫外光源照射，照射时间为1分钟以内，凝胶状粘合剂的前驱体实现快速固化，并与生物组织实现强粘附。

13、进一步，所述的凝胶状粘合剂前驱体在光照固化后，在湿润环境中最大溶胀率为22％～80％。

14、进一步，所述的凝胶状粘合剂前驱体在光照固化后，可对皮肤，软组织器官，硬组织产生粘合效果，剪切拉伸承载强度为90～300kpa，t-剥离拉伸承载强度350～1000j·m-2，拉伸强度为200～500kpa和伤口闭合强度为50～200kpa。

15、本发明的有益效果在于：

16、1、本发明的粘合剂前驱体是一种凝胶状前驱体，可以涂抹或者注射在组织表面，随形填充组织的表面和空隙，能够在组织表面停留。可以保证在任何组织填充并停留，比如软组织(眼，粘膜等)和硬组织(骨，腱)等。

17、2、本发明的粘合剂前驱体可以吸收组织界面水，从而实现湿组织粘附。

18、3、本发明的粘合剂前驱体在紫外光照的情况下能够在几秒到几十秒内快速成胶，可以实现快速粘附，同时保证粘合剂高强度，不容易破坏。

19、4、本发明的粘合剂前驱体在极短时间内成胶以后，粘合剂本体强度较高。这是因为在紫外光源照射下，引发剂分解产生自由基，进而引发n-(2-氨基-2-氧乙基)丙烯酰胺聚合，得到聚(n-(2-氨基-2-氧乙基)丙烯酰胺)，该聚合物自身形成较强的双重氢键，可以保证一定的本体强度。此外，一定双键接枝率的透明质酸钠和n-(2-氨基-2-氧乙基)丙烯酰胺聚合，提供稳定的化学交联位点，且构成第一重交联网络。而且，海藻酸钠和钙离子形成离子键，充当第二重物理交联网络。该双网络水凝胶结构当受到力学破坏时，聚(n-(2-氨基-2-氧乙基)丙烯酰胺)之间的氢键和海藻酸钠与钙离子的离子键充当力学耗散机制，双键接枝的透明质酸钠聚合以后提供的化学交联保证水凝胶的稳定性，两者协同作用赋予水凝胶较高的力学强度和韧性，以此抵抗组织器官对粘合剂的挤压、冲击、撕裂等。

20、5、本发明的粘合剂前驱体在成胶过程中可以对组织产生强粘附。对组织产生强粘附的机理，一方面是n-(2-氨基-2-氧乙基)丙烯酰胺快速聚合成胶，和组织形成氢键作用和机械互锁。另一方面是丙烯酸-n-琥珀酰亚胺酯可以和组织上的氨基快速形成酰胺键，从而使得粘合剂与组织形成稳定的化学粘附，可以使粘附强度提升几倍，甚至一个数量级。这是因为在测试粘合剂与组织的粘附强度时，一方面是粘合剂自身的韧性耗散一部分能量；另一方面粘合剂与组织之间的相互作用也会耗散一部分能量。首先是弱的物理粘附作用先发生脱粘，最终发生强的化学粘附脱粘，综合以上两个因素，使得粘合剂整体粘附强度相比于其他粘合剂高很多。

21、6、本发明所公开的粘合剂还具有抗溶胀性。这样粘合剂在组织粘附以后，尽管处于一个湿润环境，粘合剂不会因为本体溶胀而发生本体破坏。这是因为粘合剂前驱体中的海藻酸钠与无机盐组成的第一重交联网络，固化后又有透明质酸钠和n-(2-氨基-2-氧乙基)丙烯酰胺形成的第二重交联网络，其中固化得到的聚(n-(2-氨基-2-氧乙基)丙烯酰胺)之间形成的强氢键作用。这些协同作用可以有效阻止水分子对凝胶网络的破坏，保持粘合剂具有较低的溶胀率。

22、7、本发明所公开的粘合剂还具备湿润组织长期粘附性能。这是由于粘合剂对组织物理粘附与化学粘附的协同作用以及自身低溶胀率的结果。