专利名称：一种采用真菌多糖光化学接枝表面修饰的聚氨酯材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于生物医用材料、高分子化学和光化学反应领域，特别是涉及一种采用真菌多糖光化学接枝表面修饰的聚氨酯材料及其制备和用途。
背景技术：
目前，聚氨酯材料在生物医用材料领域得到广泛的应用，然而当其作为内置医疗器件长期植入体内时往往会引起机体的炎症反应。因此，进一步提高聚氨酯生物医用材料的表面性能，对其表面进行修饰具有十分重要的意义。光化学接枝法是用紫外或可见区域 (300 SOOnm)光线，利用带有热活性基团和光活性基团的化学连接组分将具有特定性质的组分或生物分子偶联到材料表面的方法。该方法的主要优点是既能获得理想的表面性能，又不影响材料的本体性能；不需要复杂的仪器设备，反应迅速，易于控制，成本较低，通用性很强，适用范围广泛，可适用于大多数的生物医用高分子材料。利用光化学方法进行壳聚糖衍生物在聚合物表面的修饰研究已经有文献报道[Process Biochem, 2004, 39 (9) 1151]。值得一提的是，光化学接枝法能大大地降低目的表面修饰试剂在材料表面产生的无序交联结构，同时可以有效避免生物材料的表面生物活性和其它表面性能的损失。芳香叠氮化物具有光活性基团，经辐照发生不可逆光解，产生氮气和活性十分高的氮烯中间物。这种中间物具有加入到碳-碳双键的能力，能形成氮杂环丙烷系物质，而且可以直接插入到碳-氢键形成仲胺。同时，在叠氮基的间位引入硝基可以延长光化学反应的波长，避免能量过高造成对生物分子的破坏[高分子材料科学与工程，2001，17(5) :20 24]。有研究者利用芳香叠氮化物光化学接枝葡聚糖在聚合物表面，获得了良好亲水性和生物相容性的表面[Biomaterials，2005，26, 2401-2406]。生物多糖类物质是来源于生物体的天然高分子，具有良好的生物相容性，因此利用多糖类生物大分子进行表面修饰是改善生物材料表面性能，提高材料表面生物相容性的有效途径之一。值得注意的是，众多生物多糖中的香菇多糖表现出十分显著的抗肿瘤、免疫调节、抗病毒等多方面的生物活性[中国新药杂志，2001，1(K2) :88 92]。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用真菌多糖光化学接枝表面修饰的聚氨酯材料及其制备方法，该材料的表面具有良好的抗菌活性，以及良好的血液相容性；同时该材料制备工艺较简单，反应迅速，易于控制，成本较低廉。本发明解决其技术问题采用以下的技术方案一种采用真菌多糖光化学接枝表面修饰的聚氨酯材料，其特征在于它由基材和修饰层组成，基材由普通商用聚氨酯材料构成， 修饰层是在基材的表面利用一种真菌多糖——香菇多糖通过光化学接枝表面修饰而形成， 修饰层中含有在聚氨酯基材表面光化学接枝的香菇多糖。—种采用真菌多糖光化学接枝表面修饰的聚氨酯材料的制备方法，其特征是先通过重氮化反应、缩合反应合成出具有光反应活性的酯N-(4_叠氮苯甲酸基)琥珀酰亚胺，进而制备出具有光反应活性的香菇多糖，然后通过紫外光的辐照引发表面修饰层的光化学反应，利用光化学接枝反应使香菇多糖通过共价键固定在聚氨酯基材表面，从而构成修饰层。上述一种采用真菌多糖光化学接枝表面修饰的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于它包括如下具体步骤1)芳香叠氮化物——4-叠氮苯甲酸的制备按4-氨基苯甲酸蒸馏水37wt%的浓盐酸0. 19g/mL亚硝酸钠的水溶液0. 2g/mL叠氮化钠的水溶液乙酸乙酯无水硫酸镁=1.72 3.44g 50 IOOmL 5 IOmL 5 IOmL 5 IOmL 80 160mL 2 4g，选取 4-氨基苯甲酸、蒸馏水、37wt%的浓盐酸、0. 19g/mL亚硝酸钠的水溶液、0. 2g/mL叠氮化钠的水溶液、乙酸乙酯和无水硫酸镁，备用；在装有温度计、搅拌器和滴液漏斗的容器中，依次加入4-氨基苯甲酸、蒸馏水和 37wt%的浓盐酸，在室温下搅拌5 10分钟，待反应物溶解后，再置于冰水浴中搅拌1小时；然后用滴液漏斗以0. 5 ImL/分钟的速度逐滴加入0. 19g/mL亚硝酸钠的水溶液，当 85% 90%的亚硝酸钠的水溶液滴加入以后，用滴管取一两滴反应液在淀粉-碘化钾试纸上检验，若立即出现深蓝色，则表明亚硝酸钠的水溶液已适量不必再滴加；滴加完亚硝酸钠的水溶液以后继续搅拌15 20分钟，然后用滴液漏斗以0. 3 0. 6mL/分钟的速度逐滴加入0. 2g/mL叠氮化钠的水溶液，滴加完叠氮化钠的水溶液后避光条件下继续搅拌1 1. 5 小时；撤去冰水浴，将反应产生的泡沫状白色沉淀混合物在分液漏斗O50 500mL)中用乙酸乙酯萃取，收集有机相溶液，然后在有机相溶液中加入无水硫酸镁干燥12 18小时；再过滤除去硫酸镁，真空干燥M 48小时得到淡黄色固体4-叠氮苯甲酸；2)光反应活性酯——N-(4-叠氮苯甲酸基)琥珀酰亚胺的制备按4-叠氮基苯甲酸N-羟基琥珀酰亚胺四氢呋喃0. 09g/mL 二环己基碳二亚胺的四氢呋喃溶液=0. 96 1. 92g 0. 74 1.48g 20 40mL 15 30mL，选取 4-叠氮基苯甲酸、N-羟基琥珀酰亚胺、四氢呋喃和0. 09g/mL 二环己基碳二亚胺的四氢呋喃溶液，备用；在装有温度计，搅拌器和滴液漏斗的容器中，依次加入4-叠氮基苯甲酸、N-羟基琥珀酰亚胺和四氢呋喃，置于冰水浴中搅拌1小时；然后用滴液漏斗以2 4mL/分钟的速度逐滴加入0. 09g/mL 二环己基碳二亚胺的四氢呋喃溶液，滴加完以后继续搅拌3 4小时，出现白色沉淀；然后撤去冰水浴，在室温下继续搅拌12 18小时，再过滤除去不溶物， 真空干燥M 48小时，得到黄色固体N-(4-叠氮苯甲酸基)琥珀酰亚胺；3)具有光反应活性的香菇多糖的制备按香菇多糖N44-叠氮苯甲酸基)琥珀酰亚胺二甲基亚砜=62.5 125mg 100 200mg 8 16mL，选取香菇多糖、N-(4-叠氮苯甲酸基)琥珀酰亚胺和二甲基亚砜，备用；在容器中依次加入香菇多糖、N-(4_叠氮苯甲酸基)琥珀酰亚胺和二甲基亚砜， 在35 45°C水浴中搅拌36 48小时，将所得反应液注入再生纤维素透析袋(36mm，Mw 8000-14000)中，在自来水中透析M 48小时，蒸馏水中透析M 48小时，然后冷冻干燥，得到具有光反应活性的香菇多糖；
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4)香菇多糖在聚氨酯表面的光化学接枝按纯化后的聚氨酯材料N，N- 二甲基甲酰胺=3 6g 40 80mL，选取纯化后的聚氨酯材料和N，N-二甲基甲酰胺，备用；首先将18 21g聚氨酯颗粒装入索氏提取器中先后用200 400mL甲苯以及 200 400mL甲醇分别进行索氏提取36 48小时，得到纯化后的聚氨酯材料；将具有光反应活性的香菇多糖溶于水中配成0. 8 1. 2mg/mL的光反应活性的香菇多糖水溶液；将纯化后的聚氨酯材料溶于提纯后的N，N- 二甲基甲酰胺中，待搅拌完全溶解后将溶液倒入平底成膜盘内，在60 65°C下干燥M 48小时，再真空干燥M 48小时，得到聚氨酯薄膜状基材；再将基材切成膜片，放入0. 8 1. ang/mL的光反应活性的香菇多糖水溶液中，避光浸泡4 8小时，在室温下干燥12 18小时；在365nm紫外灯下，距离10cm，辐照2 15分钟，反应结束后用无水乙醇在超声波清洗器中清洗5 10分钟，然后用氮气吹干，得到采用真菌多糖光化学接枝表面修饰的聚氨酯材料。本发明通过光化学接枝法将香菇多糖固定在聚氨酯基材表面，提高材料的生物相容性和改善材料的表面生物性能。首先，本发明利用的是芳香叠氮化物的光化学活性，即其经紫外光辐照以后产生的氮烯，具有插入碳碳双键，碳氢键，羟基等的能力，该方法通用性很强，适用范围广泛。其次，所用到的香菇多糖是一种天然的真菌多糖，具有良好的生物相容性以及抗病毒、抗肿瘤、调节免疫功能等多方面的生物活性，因此，采用香菇多糖光化学接枝进行聚氨酯材料的表面修饰，能够改善被修饰聚氨酯材料的表面生物性能和生物相容性，同时赋予被修饰的聚氨酯材料的生物活性。本发明的有益效果是所述表面修饰后的聚氨酯材料其表面具有良好的抗菌活性，以及良好的血液相容性。值得一提的是，本发明所使用的光化学接枝方法，其方法的主要优点是既能获得理想的表面性能，又不影响材料的本体性能；不需要复杂的仪器设备，制备条件温和，工艺较简单、易于实施，反应迅速，易于控制，成本较低廉，通用性很强，可适用于大多数的生物医用高分子材料，适用范围广泛，能够有效保持表面修饰物的生物功能和生物活性。其次，本发明所用到的表面修饰物质是一种具有生物活性的天然真菌多糖—— 香菇多糖，它具有良好的生物相容性以及抗肿瘤、调节免疫功能等多方面的生物活性。所得到的采用真菌多糖光化学接枝表面修饰的聚氨酯材料，能够用于生物医用材料领域，特别是作为植入人体的人工移植材料、人造器官与器件、人工装置的生物医用材料领域具有十分广泛的用途。
图1是聚氨酯材料和实施例1得到的采用真菌多糖光化学接枝表面修饰的聚氨酯材料的表面对大肠杆菌的抑菌效果图，其中Control代表未加入样品的空白培养基经过过夜培养后大肠杆菌的浓度，PU代表未经修饰的聚氨酯材料经过过夜培养后的大肠杆菌的浓度，PU/LNT代表光化学接枝香菇多糖后聚氨酯材料经过过夜培养后的大肠杆菌浓度。图2是聚氨酯材料和实施例1得到的采用真菌多糖光化学接枝表面修饰的聚氨酯材料的表面形成的血栓重量随时间变化情况图，其中PU代表未经光化学接枝的聚氨酯材料表面形成的血栓重量，PU/LNT代表光化学接枝香菇多糖后的聚氨酯材料表面形成的血栓重量。
具体实施例方式一种采用真菌多糖光化学接枝表面修饰的聚氨酯材料，它由基材和修饰层组成， 基材由普通商用聚氨酯材料构成，修饰层是在基材的表面利用一种真菌多糖——香菇多糖通过光化学接枝表面修饰而形成，修饰层中含有在聚氨酯基材表面光化学接枝的香菇多糖。下面结合具体实施例对本发明制备方法作进一步说明，但不限定本发明。实施例1 一种采用真菌多糖光化学接枝表面修饰的聚氨酯材料的制备方法，它包括如下具体步骤1)芳香叠氮化物——4-叠氮苯甲酸的制备在装有温度计，搅拌器和滴液漏斗的250mL三颈烧瓶中，依次加入4_氨基苯甲酸 1. 72g，蒸馏水50mL和37wt%的浓盐酸5mL，在室温下搅拌5分钟，待其反应物溶解后再置于冰水浴中搅拌1小时。然后用滴液漏斗以0. 5mL/分钟的速度逐滴加入0. 19g/mL亚硝酸钠的水溶液5mL，当85% 90%的亚硝酸钠的水溶液滴加入以后，用滴管取一两滴反应液在淀粉-碘化钾试纸上检验，若立即出现深蓝色，则表明亚硝酸钠的水溶液已适量不必再滴加。滴加完亚硝酸钠的水溶液以后，继续搅拌15分钟。然后，用滴液漏斗以0.3mL/分钟的速度逐滴加入0. 2g/mL叠氮化钠的水溶液5mL，滴加完叠氮化钠的水溶液以后避光继续搅拌1小时。撤去冰水浴，将反应产生的泡沫状白色沉淀混合物在250mL分液漏斗中用 SOmL乙酸乙酯萃取，取有机相(收集有机相溶液)，然后在有机相中加入2g无水硫酸镁干燥16小时。再过滤除去硫酸镁，真空干燥M小时得到淡黄色固体4-叠氮苯甲酸。2)光反应活性酯——N-(4-叠氮苯甲酸基)琥珀酰亚胺的制备在装有温度计，搅拌器和滴液漏斗的IOOmL三颈烧瓶中，依次加入4_叠氮基苯甲酸0. 96g，N-羟基琥珀酰亚胺0. 74g，四氢呋喃20mL，置于冰水浴中搅拌1小时。然后用滴液漏斗以2mL/分钟的速度逐滴加入0. 09g/mL 二环己基碳二亚胺的四氢呋喃溶液15mL，滴加完以后继续搅拌3小时，出现白色沉淀。然后撤去冰水浴，在室温下搅拌12小时，再过滤除去不溶物，真空干燥M小时得到黄色固体N-(4-叠氮苯甲酸基)琥珀酰亚胺。3)具有光反应活性的香菇多糖的制备在25mL烧杯中依次加入香菇多糖62. 5mg，N_(4_叠氮苯甲酸基)琥珀酰亚胺 lOOmg，二甲基亚砜8mL，在40°C水浴中搅拌40小时，将所得反应液注入再生纤维素透析袋 (36mm, Mw =8000-14000)中，在自来水中透析M小时，蒸馏水中透析36小时，然后冷冻干燥得到具有光反应活性的香菇多糖。4)香菇多糖在聚氨酯表面的光化学接枝将18g商用聚氨酯颗粒(上海鹏博盛聚氨酯有限公司产品)装入索氏提取器中先后用200mL甲苯以及200mL甲醇进行索氏提取36小时。再将纯化后的聚氨酯材料6g溶于 SOmL提纯后的N，N- 二甲基甲酰胺中，待搅拌完全溶解后将溶液倒入直径为12cm的平底成膜盘内，在60°C下干燥M小时，再真空干燥M小时得到聚氨酯薄膜状基材，再将基材切成直径为7. Omm厚为0. 5mm的圆形膜片，放入lmg/mL的光反应活性的香菇多糖水溶液中(将具有光反应活性的香菇多糖溶于水中配成lmg/mL的光反应活性的香菇多糖水溶液)，避光浸泡4小时，在室温下干燥12小时。在365nm紫外灯(GYZ125，上海明华工贸有限公司亚明特种灯泡厂)下，距离10cm，辐照4分钟，反应结束后用无水乙醇在超声波清洗器中清洗5 分钟，然后用氮气吹干，得到采用真菌多糖光化学接枝表面修饰的聚氨酯材料。表1是光化学接枝香菇多糖前后聚氨酯材料溶血率的变化。其中阳性对照代表蒸馏水的溶血率，阴性对照代表生理盐水的溶血率，PU代表未经修饰的聚氨酯材料的溶血率， PU/LNT代表光化学接枝香菇多糖后聚氨酯材料的溶血率。测试过程为将样品用生理盐水 (质量分数为0.9%的NaCl溶液)清洗后，在37°C下浸泡在含IOmL生理盐水的试管中。取新鲜抗凝全血4mL，加入5mL生理盐水制成新鲜抗凝稀释血。在含有5片膜的样品试管中加入0. 2mL稀释血，缓慢混合，在37°C下维持60分钟，然后在离心机上750g条件下离心5分钟。小心抽取上清夜，用紫外分光光度计(UV-7504，上海欣茂仪器有限公司)测定波长为 M5nm处的吸光度，每组设三个平行样本。阳性对照为蒸馏水，阴性对照为生理盐水。溶血率按下列公式计算溶血率(％ )=(样品吸光度-阴性吸光度)/(阳性吸光度-阴性吸光度)X 100%。溶血试验是测定红细胞溶解和血红蛋白游离的程度，对医用材料和制品的体外溶血性进行评价的体外实验，其中溶血率为血液与材料接触时红细胞的破坏程度。当溶血率小于5%时，才符合医用材料使用的国家标准。当溶血率大于5%时，表示材料有溶血作用。从表1中可以看出，未经修饰的聚氨酯材料PU的溶血率为0.95%，而经过光化学接枝香菇多糖后的聚氨酯材料溶血率为0. 32%，以上结果表明经过光化学接枝香菇多糖后的聚氨酯材料的血液相容性得到了明显提高。表 权利要求
1.一种采用真菌多糖光化学接枝表面修饰的聚氨酯材料，其特征在于它由基材和修饰层组成，基材由普通商用聚氨酯材料构成，修饰层是在基材的表面利用一种真菌多糖—— 香菇多糖通过光化学接枝表面修饰而形成。
2.如权利要求1所述的一种采用真菌多糖光化学接枝表面修饰的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于它包括如下具体步骤1)芳香叠氮化物——4-叠氮苯甲酸的制备按4-氨基苯甲酸蒸馏水37wt%的浓盐酸0. 19g/mL亚硝酸钠的水溶液0. 2g/ mL叠氮化钠的水溶液乙酸乙酯无水硫酸镁=1. 72 3. 44g 50 IOOmL 5 IOmL 5 IOmL 5 IOmL 80 160mL 2 4g，选取4-氨基苯甲酸、蒸溜水、37wt % 的浓盐酸、0. 19g/mL亚硝酸钠的水溶液、0. 2g/mL叠氮化钠的水溶液、乙酸乙酯和无水硫酸镁，备用；在装有温度计、搅拌器和滴液漏斗的容器中，依次加入4-氨基苯甲酸、蒸馏水和 37wt%的浓盐酸，在室温下搅拌5 10分钟，待反应物溶解后，再置于冰水浴中搅拌1小时；然后用滴液漏斗以0. 5 ImL/分钟的速度逐滴加入0. 19g/mL亚硝酸钠的水溶液，当 85 % 90 %的亚硝酸钠的水溶液滴加入以后，用滴管取一两滴反应液在淀粉-碘化钾试纸上检验，若立即出现深蓝色，则表明亚硝酸钠的水溶液已适量不必再滴加；滴加完亚硝酸钠的水溶液以后继续搅拌15 20分钟，然后用滴液漏斗以0. 3 0. 6mL/分钟的速度逐滴加入0. 2g/mL叠氮化钠的水溶液，滴加完叠氮化钠的水溶液后避光条件下继续搅拌1 1. 5 小时；撤去冰水浴，将反应产生的泡沫状白色沉淀混合物在分液漏斗中用乙酸乙酯萃取，收集有机相溶液，然后在有机相溶液中加入无水硫酸镁干燥12 18小时；再过滤除去硫酸镁，真空干燥M 48小时得到4-叠氮苯甲酸；2)光反应活性酯——N-G-叠氮苯甲酸基)琥珀酰亚胺的制备按4-叠氮基苯甲酸N-羟基琥珀酰亚胺四氢呋喃0.09g/mL 二环己基碳二亚胺的四氢呋喃溶液=0. 96 1. 92g 0. 74 1. 48g 20 40mL 15 30mL，选取4-叠氮基苯甲酸、N-羟基琥珀酰亚胺、四氢呋喃和0. 09g/mL 二环己基碳二亚胺的四氢呋喃溶液，备用；在装有温度计，搅拌器和滴液漏斗的容器中，依次加入4-叠氮基苯甲酸、N-羟基琥珀酰亚胺和四氢呋喃，置于冰水浴中搅拌1小时；然后用滴液漏斗以2 4mL/分钟的速度逐滴加入0. 09g/mL 二环己基碳二亚胺的四氢呋喃溶液，滴加完以后继续搅拌3 4小时，出现白色沉淀；然后撤去冰水浴，在室温下继续搅拌12 18小时，再过滤除去不溶物，真空干燥M 48小时，得到N-(4-叠氮苯甲酸基)琥珀酰亚胺；3)具有光反应活性的香菇多糖的制备按香菇多糖N44-叠氮苯甲酸基)琥珀酰亚胺二甲基亚砜=62. 5 125mg 100 200mg 8 16mL，选取香菇多糖、N-(4-叠氮苯甲酸基)琥珀酰亚胺和二甲基亚砜，备用；在容器中依次加入香菇多糖、N-(4-叠氮苯甲酸基)琥珀酰亚胺和二甲基亚砜，在 35 45°C水浴中搅拌36 48小时，将所得反应液注入再生纤维素透析袋(36mm，Mw 8000-14000)中，在自来水中透析M 48小时，蒸馏水中透析M 48小时，然后冷冻干燥，得到具有光反应活性的香菇多糖；4)香菇多糖在聚氨酯表面的光化学接枝按纯化后的聚氨酯材料N，N- 二甲基甲酰胺=3 6g 40 80mL，选取纯化后的聚氨酯材料和N，N-二甲基甲酰胺，备用；将具有光反应活性的香菇多糖溶于水中配成0. 8 1. 2mg/mL的光反应活性的香菇多糖水溶液；将纯化后的聚氨酯材料溶于N，N- 二甲基甲酰胺中，待搅拌完全溶解后将溶液倒入平底成膜盘内，在60 65°C下干燥M 48小时，再真空干燥M 48小时，得到聚氨酯薄膜状基材；再将基材切成膜片，放入0. 8 1. 2mg/mL的光反应活性的香菇多糖水溶液中，避光浸泡4 8小时，在室温下干燥12 18小时；在365nm紫外灯下，距离10cm，辐照 2 15分钟，反应结束后用无水乙醇在超声波清洗器中清洗5 10分钟，然后用氮气吹干， 得到采用真菌多糖光化学接枝表面修饰的聚氨酯材料。
全文摘要
本发明涉及一种采用真菌多糖光化学接枝表面修饰的聚氨酯材料及其制备方法。一种采用真菌多糖光化学接枝表面修饰的聚氨酯材料，其特征在于它由基材和修饰层组成，基材由普通商用聚氨酯材料构成，修饰层是在基材的表面利用一种真菌多糖——香菇多糖通过光化学接枝表面修饰而形成。本发明的采用真菌多糖光化学接枝表面修饰的聚氨酯材料的表面具有良好的抗菌活性，以及良好的血液相容性，因此具有作为植入人体的人工移植材料、人造器官与器件、人工装置的生物相容性医用材料方面具有十分广泛的用途，同时该材料制备工艺较简单，反应迅速，易于控制，成本较低廉。
文档编号C08J5/18GK102181068SQ20111008073
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者姚祥雨, 熊燕飞, 王艺峰, 陈筠, 陈艳军 申请人:武汉理工大学