一種具有抗凝血和抗菌生物活性的高分子材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種醫(yī)用高分子材料及其制備方法，涉及將不同分子量分布的款冬花多糖進行硫酸化、羧甲基化修飾，合成得到多糖衍生物，并通過不同的表面接枝路徑將多糖衍生物接枝到氨基化Pu(聚氨酯)、氨基化PLA(聚乳酸)基材表面，使材料具有抗凝血，抗菌等生物活性。
【專利說明】一種具有抗凝血和抗菌生物活性的高分子材料及其制備方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物醫(yī)用高分子材料領(lǐng)域，涉及將款冬花不同分子量分布的多糖進行 硫酸化、羧甲基化修飾，合成得到多糖衍生物。并通過不同的表面接枝路徑將多糖衍生物接 枝到Pu(聚氨酯）、PLA(聚乳酸）等基材表面。使材料的表面具有生物活性，包括材料的血 液相容性和抗菌生物活性。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，生物材料已經(jīng)用于制作除大腦以外的絕大部分組織和器官。當這些生物醫(yī) 用材料植入人體后,會發(fā)生一系列非生物相容性反應(yīng),誘導(dǎo)血栓形成并引發(fā)以生物材料為 中心的感染（biomaterial centered infection, BCI)，從而極大地限制和影響了醫(yī)用材料 在臨床上的應(yīng)用。由于凝血和細菌感染等不良反應(yīng)均起始于血液或組織液與材料接觸的界 面，因此，如何提高材料的生物相容性和賦予其特殊的生物活性一直是當今生物醫(yī)用材料 領(lǐng)域的研究熱點和難點。
[0003] 隨著人們對材料-生物界面的非特異性作用和生命特異性作用矛盾的不斷了解， 生物材料研究者認識到：生物醫(yī)用材料的發(fā)展趨勢是材料的生物活性化，以及實現(xiàn)對生物 材料的表面特異性生物活化作用的精確控制，這是從根本上解決材料生物相容性的關(guān)鍵問 題。在細胞膜的表面上存在一些多糖類物質(zhì)，它們在細胞與蛋白質(zhì)之間，細胞與細胞之間的 相互作用的過程中發(fā)揮著重要的作用。因此，生物多糖與蛋白質(zhì)以及細胞之間存在的某些 特異性的識別和誘導(dǎo)作用對被修飾材料具有十分重要的意義。用生物多糖進行醫(yī)用高分子 材料的表面修飾，可以有效改善材料的表面性能如血液相容性、親水性和細胞親和性等，因 此它是一種提高生物材料生物相容性十分有效的方法。但到目前為止，還未見研究者對具 有生物活性的款冬花多糖衍生物作為醫(yī)用高分子表面修飾的活性物質(zhì)進行文獻和專利報 道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的之一是款冬花多糖衍生物的合成與表征的方法
[0005] 本發(fā)明的目的之二是制備具有抗凝血抗菌作用的新型醫(yī)用高分子材料。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] (1)對款冬花多糖進行了羧甲基化、硫酸酯化的衍生化結(jié)構(gòu)改造；
[0008] 首先采用不同分子量分布的款冬花多糖分別進行羧甲基化和硫酸化改性，通過改 變配料比，以得到具有不同取代度的款冬花多糖的衍生物。
[0009] 多糖羧甲基化方法采用如下方法進行，將不同分子量（5000-50000)分布的款冬 花多糖溶入不同濃度的堿溶液中，冰浴混合，攪拌后形成均勻懸浮液；再將氯乙酸溶于異丙 醇中并與堿溶液混合；先將氯乙酸混合液緩慢滴加入反應(yīng)體系中，進行款冬花多糖羧甲基 化反應(yīng)，反應(yīng)溫度（30°C -80°C )、反應(yīng)時間（10_24h)，反應(yīng)結(jié)束后冷卻，得到的羧甲基款冬 花多糖，先用自來水透析，再用蒸餾水透析，透析液濃縮到一定濃度后，凍干，得到款冬花多 糖羧甲基衍生物。
[0010] 其中，所述的堿溶液是無機堿的水溶液或無機堿和無機鹽的混合水溶液。優(yōu)選為 NaOH水溶液或NaOH和無機鹽的混合溶液，優(yōu)選30% NaOH溶液。
[0011] 反應(yīng)溫度優(yōu)選50 °C。
[0012] 見說明書附圖圖1。
[0013] 多糖硫酸酯化方法采用如下方法進行，將不同分子量（5000-50000)分布的款冬 花多糖溶入適量的二甲基亞砜（DMSO)中，室溫攪拌過夜；再將一定量的吡啶滴入，滴完后， 再慢慢加入一定量的氯磺酸，加熱反應(yīng)；帶反應(yīng)結(jié)束后，冷至室溫，將反應(yīng)液傾入冰水中，用 NaOH調(diào)至中性，得到的硫酸酯化款冬花多糖，先用自來水透析，再用蒸餾水透析，透析液濃 縮到一定濃度后，凍干，得到款冬花多糖硫酸酯衍生物。
[0014] 見說明書附圖圖2。
[0015] (2)將具有生物活性的款冬花多糖、具有抗菌劑的親水氨基PU、PLA以及快速、有 效的多糖接枝技術(shù)結(jié)合在一起制備新型的醫(yī)用高分子材料。
[0016] (2-1)聚氨酯Pu、聚乳酸PLA氨基化改造
[0017] 由于氨基的引入，可大大提高生物材料的表面活性，利于同多糖進行接枝，因此本 研究擬首先對常用的醫(yī)用高分子材料聚氨酯Pu、聚乳酸PLA進行引入氨基改造，在氨基改 造的基礎(chǔ)之上，探索其他活性基團的引入對多糖接枝的影響。其具體改造路線如下：
[0018] 首先將PU、PLA制成薄膜，選用乙二胺、1，6 -己二胺等為PU、PLA的氨基化試劑。 對PU、PLA進行氨基改造研究。尋找適于接枝的氨基化試劑。
[0019] PU氨基化條件如下：將PU乳膠粒加入到索氏提取器中，分別用甲苯、甲醇各提取 一定時間，取出真空干燥后，溶于DMF中在一定溫度下成膜一段時間，成膜結(jié)束后用甲苯?jīng)_ 洗，真空干燥后，加入甲苯，三乙胺，MDI，在N 2保護下反應(yīng)，再用甲苯清洗后得到氨基化PU。
[0020] 見說明書附圖圖3。
[0021] PLA氨基化條件如下：將PLA乳膠粒溶于二氯甲烷中，加入水和乙醇溶液，在一定 溫度下成膜一段時間，成膜結(jié)束后用清水沖洗，真空干燥后，加入1，6_己二胺的丙酮溶液 反應(yīng)一段時間，真空干燥后，得到氨基化PLA。
[0022] 見說明書附圖圖4。
[0023] (2-2)款冬花多糖在氨基化PU、PLA表面的接枝
[0024] 羧甲基化款冬花多糖在氨基化PU、PLA表面的接枝采用如下方法：首先將羧甲基 化款冬花多糖溶解于蒸餾水中，配成多糖溶液，加入稀HCl酸化，然后將多糖溶液的pH值調(diào) 到7左右，加入表面接有氨基的PU或PLA，常溫攪拌的條件下反應(yīng)24h。反應(yīng)完畢后，將粘 附在I 3U或PLA膜表面的款冬花多糖用蒸餾水清洗干凈，即得到多糖接枝后的PU或PLA材 料。
[0025] 硫酸酯化款冬花多糖在氨基化TO、PLA表面的接枝方法同上。
[0026] 見說明書附圖圖5。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1為款冬花多糖羧甲基化工藝流程圖。
[0028] 圖2為款冬花多糖硫酸酯化工藝流程圖。
[0029] 圖3為PU氨基化工藝流程圖。
[0030] 圖4為PLA氨基化工藝流程圖。
[0031] 圖5為PU、PLA接枝多糖工藝流程圖。

【具體實施方式】
[0032] 以下通過實施例形式的【具體實施方式】，對本發(fā)明的上述內(nèi)容作進一步的詳細說 明。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例。凡基于本發(fā)明上述內(nèi) 容所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0033] 實施例1
[0034] 多糖羧甲基化方法采用如下方法進行，將純化后的分子量為5000道爾頓分布的 款冬花多糖IOOmg溶入濃度為10 %的NaOH溶液中，冰浴混合，攪拌后形成均勻懸浮液；再 將氯乙酸溶于異丙醇中配成2mol/L的溶液，與堿溶液混合；先將氯乙酸混合堿液緩慢滴加 入反應(yīng)體系中，進行款冬花多糖羧甲基化反應(yīng)，反應(yīng)溫度（40°C)、反應(yīng)時間（10h)，反應(yīng)結(jié) 束后冷卻，得到的羧甲基款冬花多糖，先用自來水透析，再用蒸餾水透析，透析液濃縮到一 定濃度后，凍干，得到款冬花多糖羧甲基衍生物。
[0035] 實施例2
[0036] 多糖羧甲基化方法采用如下方法進行，將純化后的分子量為30000道爾頓分布的 款冬花多糖IOOmg溶入濃度為20 %的NaOH溶液中，冰浴混合，攪拌后形成均勻懸浮液；再 將氯乙酸溶于異丙醇中配成2. 5mol/L的溶液，與堿溶液混合；先將氯乙酸混合堿液緩慢滴 加入反應(yīng)體系中，進行款冬花多糖羧甲基化反應(yīng)，反應(yīng)溫度（60°C)、反應(yīng)時間（16h)，反應(yīng) 結(jié)束后冷卻，得到的羧甲基款冬花多糖，先用自來水透析，再用蒸餾水透析，透析液濃縮到 一定濃度后，凍干，得到款冬花多糖羧甲基衍生物。
[0037] 實施例3
[0038] 多糖羧甲基化方法采用如下方法進行，將純化后的分子量為50000道爾頓分布的 款冬花多糖IOOmg溶入濃度為30 %的NaOH溶液中，冰浴混合，攪拌后形成均勻懸浮液；再 將氯乙酸溶于異丙醇中配成2. 7mol/L的溶液，與堿溶液混合；先將氯乙酸混合堿液緩慢滴 加入反應(yīng)體系中，進行款冬花多糖羧甲基化反應(yīng)，反應(yīng)溫度（80°C)、反應(yīng)時間（24h)，反應(yīng) 結(jié)束后冷卻，得到的羧甲基款冬花多糖，先用自來水透析，再用蒸餾水透析，透析液濃縮到 一定濃度后，凍干，得到款冬花多糖羧甲基衍生物。
[0039] 實施例4
[0040] 多糖硫酸酯化方法采用如下方法進行，將純化后的分子量為5000道爾頓分布的 款冬花多糖IOOmg溶入二甲基亞砜（DMSO)中，室溫攪拌過夜。再加入吡啶和氯磺酸混合 液（體積比I :4)25ml，60°C下反應(yīng)3h。待反應(yīng)結(jié)束后，冷至室溫，將反應(yīng)液傾入冰水中，用 20%的NaOH調(diào)至中性，得到的硫酸酯化款冬花多糖，先用自來水透析，再用蒸餾水透析，透 析液濃縮到一定濃度后，凍干，得到產(chǎn)品。
[0041] 實施例5
[0042] 多糖硫酸酯化方法采用如下方法進行，將純化后的分子量為30000道爾頓分布的 款冬花多糖IOOmg溶入二甲基亞砜（DMSO)中，室溫攪拌過夜；再加入吡啶和氯磺酸混合 液（體積比I :6) 25ml，70°C下反應(yīng)3h ;待反應(yīng)結(jié)束后，冷至室溫，將反應(yīng)液傾入冰水中，用 20%的NaOH調(diào)至中性，得到的硫酸酯化款冬花多糖，先用自來水透析，再用蒸餾水透析，透 析液濃縮到一定濃度后，凍干，得到款冬花多糖硫酸酯衍生物。
[0043] 實施例6
[0044] 多糖硫酸酯化方法采用如下方法進行，將純化后的分子量為50000道爾頓分布的 款冬花多糖IOOmg溶入二甲基亞砜（DMSO)中，室溫攪拌過夜。再加入吡啶和氯磺酸混合 液（體積比I :8)25ml，80°C下反應(yīng)3h。待反應(yīng)結(jié)束后，冷至室溫，將反應(yīng)液傾入冰水中，用 20%的NaOH調(diào)至中性，得到的硫酸酯化款冬花多糖，先用自來水透析，再用蒸餾水透析，透 析液濃縮到一定濃度后，凍干，得到款冬花多糖硫酸酯衍生物。
[0045] 實施例7
[0046] 氨基化方法采用如下方法進行，將Ig PU乳膠粒加入到索氏提取器中，分別用 甲苯、甲醇各提取48h，取出真空干燥后，溶于DMF中成10%的PU溶液，在50°C下成膜8h， 成膜結(jié)束后用甲苯?jīng)_洗，真空干燥后，加入甲苯，三乙胺，MDI(摩爾比：1 :1 :1)，在隊保護 下反應(yīng)12h，再用甲苯清洗后得到氨基化PU。
[0047] 實施例8
[0048] PLA氨基化方法采用如下方法進行，將Ig PLA乳膠粒溶于二氯甲烷中，按體積比 1 :1加入水和乙醇溶液，在45°C下成膜6h，成膜結(jié)束后用清水沖洗，真空干燥后，加入1， 6-己二胺的丙酮溶液反應(yīng)18h，真空干燥后，得到氨基化PLA。
[0049] 實施例9
[0050] 接枝羧甲基化款冬花多糖方法采用如下方法進行，先將羧甲基化款冬花多糖溶 解于蒸餾水中，配成1 %的多糖溶液，加入HCl濃度為1 % )，調(diào)節(jié)pH在4左右，酸化反應(yīng) 〇. 5h，然后將多糖溶液的pH值調(diào)到7左右，加入表面氨基化的PU，常溫攪拌的條件下反應(yīng) 24h反應(yīng)完畢后，將粘附在PU膜表面的羧甲基化款冬花多糖用蒸餾水清洗干凈（清洗4-6 次），然后在65°C的條件下真空干燥24h，即得接枝后的PU。
[0051] 實施例10
[0052] PLA接枝羧甲基化款冬花多糖方法采用如下方法進行，先將羧甲基化款冬花多糖 溶解于蒸餾水中，配成1 %的多糖溶液，加入HCl濃度為1 % )，調(diào)節(jié)pH在4左右，酸化反應(yīng) 〇. 5h，然后將多糖溶液的pH值調(diào)到7左右，加入表面氨基化的PLA，常溫攪拌的條件下反應(yīng) 24h反應(yīng)完畢后，將粘附在PU膜表面的羧甲基化款冬花多糖用蒸餾水清洗干凈（清洗4-6 次），然后在65°C的條件下真空干燥24h，即得接枝后的PLA。
[0053] 實施例11
[0054] I3U接枝硫酸酯化款冬花多糖方法采用如下方法進行，先將硫酸酯化款冬花多糖溶 解于蒸餾水中，配成1 %的多糖溶液，加入HCl濃度為1 % )，調(diào)節(jié)pH在4左右，酸化反應(yīng) 〇. 5h，然后將多糖溶液的pH值調(diào)到7左右，加入表面氨基化的PU，常溫攪拌的條件下反應(yīng) 24h反應(yīng)完畢后，將粘附在PU膜表面的硫酸酯化款冬花多糖用蒸餾水清洗干凈（清洗4-6 次），然后在65°C的條件下真空干燥24h，即得接枝后的PU。
[0055] 實施例12
[0056] PLA接枝硫酸酯化款冬花多糖方法采用如下方法進行，先將硫酸酯化款冬花多糖 溶解于蒸餾水中，配成1 %的多糖溶液，加入HCl濃度為1 % )，調(diào)節(jié)pH在4左右，酸化反應(yīng) 0. 5h，然后將多糖溶液的pH值調(diào)到7左右，加入表面氨基化的PLA，常溫攪拌的條件下反應(yīng) 24h反應(yīng)完畢后，將粘附在PU膜表面的硫酸酯化款冬花多糖用蒸餾水清洗干凈（清洗4-6 次），然后在65°C的條件下真空干燥24h，即得接枝后的PLA。
[0057] 以下通過生物活性研究試驗來進一步闡述本發(fā)明所述藥物組合物的有益效果：
[0058] 1、溶血試驗
[0059] 溶血試驗測試參考國家標準：GB/T16175_2008《醫(yī)用有機硅材料生物學(xué)評價試驗 方法》進行。
[0060] 表1表面修飾前后的聚乳酸材料溶血試驗結(jié)果
[0061]

【權(quán)利要求】
1. 一種具有抗凝血和抗菌生物活性的高分子材料，其特征在于，它是將不同分子量分 布的款冬花多糖進行羧甲基化、硫酸化修飾，合成得到款冬花多糖衍生物，并通過不同的表 面接枝路徑將多糖衍生物接枝到氨基化聚氨酯（氨基化PU)、氨基化聚乳酸（氨基化PLA) 表面。
2. 如權(quán)利要求1所述的高分子材料，其特征在于，款冬花多糖衍生物是指款冬花多糖 羧甲基衍生物或款冬花多糖硫酸酯衍生物。
3. 權(quán)利要求2所述的款冬花多糖衍生物的制備方法，其特征在于，款冬花多糖羧甲基 化方法為： 將不同分子量5000-50000分布的款冬花多糖溶入不同濃度的堿溶液中，冰浴混合， 攪拌后形成均勻懸浮液；再將氯乙酸溶于異丙醇中并與堿溶液混合；先將氯乙酸混合液 緩慢滴加入反應(yīng)體系中，進行款冬花多糖羧甲基化反應(yīng)，反應(yīng)溫度30°C -80°C、反應(yīng)時間 10-24h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻，得到的羧甲基款冬花多糖，先用自來水透析，再用蒸餾水透析，透 析液濃縮到一定濃度后，凍干，得到款冬花多糖羧甲基衍生物。
4. 權(quán)利要求2所述的款冬花多糖衍生物的制備方法，其特征在于，款冬花多糖硫酸酯 化方法為： 將不同分子量5000-50000分布的款冬花多糖溶入適量的二甲基亞砜（DMSO)中，室 溫攪拌過夜；再將一定量的吡啶滴入，滴完后，再慢慢加入一定量的氯磺酸，加熱反應(yīng)；帶 反應(yīng)結(jié)束后，冷至室溫，將反應(yīng)液傾入冰水中，用NaOH調(diào)至中性，得到的硫酸酯化款冬花多 糖，先用自來水透析，再用蒸餾水透析，透析液濃縮到一定濃度后，凍干，得到款冬花多糖硫 酸酯衍生物。
5. 如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述的堿溶液是無機堿的水溶液或無 機堿和無機鹽的混合水溶液。
6. 如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，無機堿的水溶液或無機堿和無機鹽的 混合水溶液是NaOH水溶液或NaOH和無機鹽的混合溶液。
7. 權(quán)利要求1所述的氨基化Pu的制備方法，其特征在于，首先將TO制成薄膜，選用乙 二胺、1，6 -己二胺為PU的氨基化試劑；PU氨基化方法為：將PU乳膠粒加入到索氏提取器 中，分別用甲苯、甲醇各提取一定時間，取出真空干燥后，溶于DMF中在一定溫度下成膜一 段時間，成膜結(jié)束后用甲苯?jīng)_洗，真空干燥后，加入甲苯，三乙胺，101，在隊保護下反應(yīng)，再 用甲苯清洗后得到氨基化PU。
8. 權(quán)利要求1所述的氨基化PLA的制備方法，其特征在于，首先將PLA制成薄膜，選用 乙二胺、1，6 -己二胺為PU的氨基化試劑；PLA氨基化方法為：將PLA乳膠粒溶于二氯甲烷 中，加入水和乙醇溶液，在一定溫度下成膜一段時間，成膜結(jié)束后用清水沖洗，真空干燥后， 加入1，6_己二胺的丙酮溶液反應(yīng)一段時間，真空干燥后，得到氨基化PLA。
9. 權(quán)利要求1所述的多糖衍生物在氨基化TO或氨基化PLA表面的接枝的制備方法，其 特征在于，首先將款冬花多糖羧甲基衍生物或款冬花多糖硫酸酯衍生物溶解于蒸餾水中， 配成多糖溶液，加入稀HC1酸化，然后將多糖溶液的pH值調(diào)到7左右，加入表面接有氨基的 TO或PLA，常溫攪拌的條件下反應(yīng)24h ;反應(yīng)完畢后，將粘附在PU或PLA膜表面的款冬花多 糖用蒸餾水清洗干凈，即得到多糖接枝后的PU或PLA材料。
10. 權(quán)利要求1所述的高分子材料用于血液相容性和抗菌生物活性中的應(yīng)用。
【文檔編號】C08B37/00GK104371130SQ201310357620
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月16日
【發(fā)明者】趙鵬, 李瑾, 宋逍, 張麗華, 李穩(wěn)宏, 魏靜 申請人:趙鵬