本发明属于生物医用材料,更具体地,涉及了一种生物粘合剂、生物粘合剂预溶液及其应用。
背景技术:
1、角膜是位于眼睛前部的透明、无血管和高度支配的组织。它的主要功能是透射和折射进入眼睛的光,并保护眼睛免受机械损伤、紫外线和感染。每年报告有超过150万例角膜盲新病例,由于供体组织短缺和移植手术费用高昂,只有不到5%的患者能够进行角膜移植治疗,这意味着许多病人无法接受视力恢复手术。
2、角膜移植手术需要合适的供体组织、先进的手术设备以及娴熟的手术技艺。目前在角膜移植中通常需要使用手术缝合线进行固定,尽管缝合线被认为是普通外科中几种治疗中的主要方式,但缝线缝合容易引发各类并发症,如角膜新生血管生长、移植物排斥反应、感染性角膜炎等问题。培养一个医生需要较长的周期以及良好的医疗教学环境,手术缝合线缝合对手术医生的技术要求比较高,而众多发展中国家眼科医生的缺口较大,粘合剂的出现降低了手术技术要求。眼用粘合剂的出现减少了大多数缝线带来的各种潜在并发症,但也存在不足。
3、除角膜外,其他生物组织如小肠、皮肤、心脏或肺等在形成开放性伤口之后,往往也是通过缝线缝合,不可避免地存在周围组织渗透、神经损伤、术后粘连、以及毛细血管损伤引起的局部组织缺血和坏死的弊端。出于临床上的迫切需求,需要研发生物粘合剂以取代传统的缝合技术或作为缝合的补充手段。
4、目前商用生物粘合剂普遍存在细胞毒性、柔韧性差、粘附性能较差等特点。而在研的眼用粘合剂要么需使用紫外光交联方可交联,然而紫外照射不利于细胞的生长,尤其是更为脆弱的角膜上皮细胞;要么粘接强度不足以满足生物粘合剂的要求。
5、现有技术提出了一种由改性海藻酸钠与明胶进行成胶而得到的水凝胶粘合剂。然而,该粘合剂的粘接强度较差,低于10kpa,在实际使用中容易开裂。
技术实现思路
1、为了解决现有技术的上述缺陷,本发明的首要目的在于提供一种生物粘合剂。
2、本发明的另一目的在于提供一种生物粘合剂预溶液。
3、本发明的又一目的在于提供上述生物粘合剂或生物粘合剂预溶液的应用。
4、本发明上述目的通过如下技术方案实现:
5、本发明提供一种生物粘合剂,包括以下组分:
6、明胶、海藻酸钠、nhs和edc的混合水溶液,所述混合水溶液中明胶、海藻酸钠、nhs、edc的质量体积比分别为1~20%、1~10%、0.1~1.5%、0.1~1.5%。
7、本发明生物粘合剂的作用机理为edc/nhs诱导海藻酸钠、明胶、动物组织三者之间发生交联反应,形成凝胶,此时凝胶与动物组织实现有效地粘附。
8、优选地,所述混合水溶液中所述明胶的质量体积比为1~18%。更优选地,所述混合水溶液中所述明胶的质量体积比为5~18%。更优选地,所述混合水溶液中所述明胶的质量体积比为5~7%。
9、明胶的含量过低会影响粘合的整体力学强度,明胶的含量过高将导致粘合性能下降。当明胶的质量体积比为1~18%时,生物粘合剂的粘附强度超过200kpa,爆破压力超过100mmhg。当明胶的质量体积比为5~18%时,生物粘合剂的粘附强度接近400kpa,爆破压力超过200mmhg,具有更强的粘附性能。
10、优选地,所述混合水溶液中所述海藻酸钠的质量体积比为2~8%。更优选地,所述混合水溶液中所述海藻酸钠的质量体积比为2~5%。
11、海藻酸钠提供了粘合的整体内聚能,缺少海藻酸钠不利于粘合剂的成型,海藻酸钠浓度过高则无法溶解,无法制备生物粘合剂。
12、优选地,所述混合水溶液中所述nhs的质量体积比为0.24~1.2%。更优选地,所述混合水溶液中所述nhs的质量体积比为0.6~1.2%。
13、优选地,所述混合水溶液中所述edc的质量体积比为0.24~1.2%。更优选地,所述混合水溶液中所述edc的质量体积比为0.6~1.2%。
14、edc和nhs的质量体积比影响生物粘合剂的细胞毒性和粘合性能。当edc和nhs的质量体积比为0.24~1.2%时,生物粘合剂的粘附强度超过200kpa;当edc和nhs的质量体积比为0.6~1.2%时,生物粘合剂的粘附强度超过300kpa;而当edc和nhs的质量体积比超过1.5%时,生物粘合剂的细胞毒性较大,几乎无细胞可生长。
15、通过调整上述组分的浓度,能够制备得到兼具良好的生物相容性、粘附性能和力学性能的水凝胶,其无需额外添加其他粘合剂、无需借助紫外灯进行固化,且耐酶解能力强,能够支持长期修复,适用于多种受损组织的修复与再生。
16、优选地,还包括钙离子水溶液。
17、优选地,所述钙离子水溶液的质量体积比为0.5~2%。
18、钙离子与海藻酸钠发生交联反应,形成离子交联网络结构,一方面可以增强凝胶的内聚力,防止凝胶内聚失效;另一方面,加入钙离子后,凝胶表面形成超亲水界面,可以有效防止凝胶与其他相邻组织界面的粘连。所述钙离子水溶液的用量只要足以覆盖海藻酸钠和明胶形成的凝胶即可。
19、优选地,将明胶、海藻酸钠和nhs的混合水溶液和edc水溶液混合得到所述明胶、海藻酸钠、nhs和edc的混合水溶液。更优选地,将明胶水溶液、海藻酸钠水溶液和nhs水溶液混合得到所述明胶、海藻酸钠和nhs的混合水溶液。
20、明胶和海藻酸钠在混合时难以溶解,需要分开配制。edc和nhs混合会快速发生反应,需要分开配制。edc加入会和明胶、海藻酸钠缓慢反应,而nhs不会与明胶、海藻酸钠反应,因此可将明胶溶液、海藻酸钠溶液和nhs溶液混合。edc需要预先配制成溶液,而不直接加入预混合溶液的原因在于直接加入会导致局部浓度过高,直接成胶。
21、更优选地,所述明胶、海藻酸钠和nhs的混合水溶液在低温下储存。
22、明胶和海藻酸钠的混合溶液具有温敏性能,低温下储藏时呈凝胶状,而将其恢复到室温后,会由凝胶迅速变成溶液,方便使用操作。
23、本发明提供一种生物粘合剂预溶液,包括明胶、海藻酸钠和nhs的混合水溶液,所述混合水溶液中明胶、海藻酸钠、nhs的质量体积比分别为1~20%、1~10%、0.1~1.5%。
24、优选地,所述混合水溶液中所述明胶的质量体积比为1~18%。更优选地,所述混合水溶液中所述明胶的质量体积比为5~18%。更优选地,所述混合水溶液中所述明胶的质量体积比为5~7%。
25、优选地,所述混合水溶液中所述海藻酸钠的质量体积比为2~8%。更优选地,所述混合水溶液中所述海藻酸钠的质量体积比为2~5%。
26、优选地,所述混合水溶液中所述nhs的质量体积比为0.24~1.2%。更优选地,所述混合水溶液中所述nhs的质量体积比为0.6~1.2%。
27、优选地,将明胶水溶液、海藻酸钠水溶液和nhs水溶液混合得到所述明胶、海藻酸钠和nhs的混合水溶液。
28、优选地,所述明胶、海藻酸钠和nhs的混合水溶液在低温下储存。
29、本发明提供一种生物粘合剂,包括以下组分:
30、edc水溶液;
31、明胶、海藻酸钠和nhs的混合水溶液,所述混合水溶液中明胶、海藻酸钠、nhs的质量体积比分别为1~20%、1~10%、0.1~1.5%;
32、所述edc水溶液中edc和所述混合水溶液中nhs的质量比为0.1~1.5:0.1~1.5;
33、所述edc水溶液和所述混合水溶液的体积比不超过0.2:1。
34、优选地,所述混合水溶液中所述明胶的质量体积比为1~18%。更优选地,所述混合水溶液中所述明胶的质量体积比为5~18%。更优选地,所述混合水溶液中所述明胶的质量体积比为5~7%。
35、优选地,所述混合水溶液中所述海藻酸钠的质量体积比为2~8%。更优选地,所述混合水溶液中所述海藻酸钠的质量体积比为2~5%。
36、优选地,所述混合水溶液中所述nhs的质量体积比为0.24~1.2%。更优选地,所述混合水溶液中所述nhs的质量体积比为0.6~1.2%。
37、优选地,所述edc水溶液中edc和所述混合水溶液中nhs的质量比为0.24~1.2:0.24~1.2。更优选地,所述edc水溶液中edc和所述混合水溶液中nhs的质量比为0.6~1.2:0.6~1.2。
38、所述混合水溶液的体积应当远远大于edc溶液的体积,此时edc溶液的体积可以忽略不计,edc溶液的加入不会影响所述混合水溶液中其他组分的质量体积比,从而避免了对生物粘合剂的性能的影响。
39、优选地,所述edc水溶液和所述混合水溶液的体积比不超过0.15:1。更优选地,所述edc水溶液和所述混合水溶液的体积比不超过0.1:1。更优选地,所述edc水溶液和所述混合水溶液的体积比不超过0.05:1。更优选地,所述edc水溶液和所述混合水溶液的体积比不超过0.025:1。
40、优选地,还包括钙离子水溶液。
41、优选地,所述钙离子水溶液的质量体积比为0.5~2%。
42、优选地,将明胶水溶液、海藻酸钠水溶液和nhs水溶液混合得到所述明胶、海藻酸钠和nhs的混合水溶液。
43、优选地,所述明胶、海藻酸钠和nhs的混合水溶液在低温下储存。
44、本发明还提供上述生物粘合剂预溶液或生物粘合剂在促进组织修复、促进组织粘合和/或促进组织愈合中的应用。
45、本发明还提供上述生物粘合剂预溶液或生物粘合剂在制备组织修复剂、组织粘合剂和/或组织愈合剂中的应用。
46、优选地,所述组织选自角膜、小肠、皮肤、心脏或肺中的至少一种。
47、优选地,所述组织为具有开放性伤口的组织。
48、更优选地,所述组织为穿通伤的角膜。
49、更优选地,所述组织为肠穿孔小肠。
50、更优选地,所述组织为创伤性伤口皮肤或溃疡性伤口皮肤。
51、更优选地,所述组织为穿透性损伤的心脏。
52、更优选地,所述组织为由于手术或创伤等引起损伤的肺组织。
53、优选地,所述组织与所述海藻酸钠和/或明胶在edc和nhs的作用下实现共价交联。
54、与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
55、1.本发明的制备方法所采用的原料来源于天然物质,具有良好的生物相容性,能够有效促进生物组织缺损部位的损伤修复,而不引起严重的炎症反应。
56、2.本发明制备的水凝胶在保持原有的良好生物相容性的同时,具有良好的力学性能和黏附性能,能够实现伤口的无缝线填充,并实现填充材料稳定黏附。
57、3.本发明制备的水凝胶主要由edc/nhs诱导酰胺反应进行交联,避免使用紫外光固化等方式对角膜上皮等组织造成损伤。
58、4.本发明制备的水凝胶对于复杂穿通伤角膜具有良好的修复作用,其修复效果优于商用的纤维蛋白胶。