一种热响应按需剥离的三组分多功能水凝胶粘合剂

本发明属于生物医学材料，具体涉及一种热响应按需剥离的三组分多功能水凝胶粘合剂及其制备方法。

背景技术：

1、壳聚糖是通过几丁质部分脱乙酰化制得的阳离子多糖。它本身具有可降解性、生物相容性、抑菌、抗癌、降脂、增强免疫等多种性能和活性。同时它们可以通过烷基化、酰基化、酯化和季铵化反应进行结构修饰以获得各种衍生物，并以不同形式(如凝胶、微/纳米颗粒、纤维、薄膜等)广泛应用于生物医药、食品工业、纺织工业、轻化工业、环境保护等领域。例如，基于其抗氧化性能，壳聚糖可被用于食品防腐、保鲜、增稠添加剂；基于其抗菌性能，可作为牙膏、漱口水、义齿粘合剂组分来维护口腔健康；基于其粘膜黏附性能，可被用作通过鼻、眼、颊和肺等途径给药的载体基质。在众多壳聚糖衍生物中，壳聚糖季铵盐(全称为羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖)由于骨架上具有强正电荷，因此其ph溶解范围较宽，有利于克服壳聚糖自身溶解性差的不足；其不仅能够增加粘附性和药物渗透性，而且在更低浓度下对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌能实现强效抑制，抗菌性能优于壳聚糖及其它衍生物。此外还有具有保护细胞组织、止血并减少组织液的渗出、促进创面愈合等作用；故当前在生物医学材料领域体现出良好的应用效果和理想的发展潜力。

2、离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐。由于其易于制备并具有良好的导电性、溶解性、可回收性和热稳定性，同时又具有极低的蒸汽压，因此被广泛应用于电化学、提取分离、有机合成、催化等多个领域。聚离子液体则是由离子液体单体聚合生成，在重复单元上具有功能化阴、阳离子基团的一类新型聚合物，兼具离子液体功能多、可设计性强的优点并拥有不同的结构和形态，同时又克服了离子液体的流动性。随着组成结构的变化，聚离子液体可以以固体、液体或凝胶状软物质形式存在，多数情况下以固态为常见，易加工，且耐久。其既可以被做成质子传导膜来克服燃料电池中普通聚合物膜高温无法工作的缺点，还可作为催化剂载体或co2吸附分离介质。此外，基于聚离子液体制备的材料正体现出越来越多的生物医学用途，如抗肿瘤、药物递送和止血等；其中的一些在固态、溶液中或作为凝胶存在时对化学、物理或生理刺激具有明显的响应性，在医药和生命科学领域具有较好的潜在应用价值。

3、当出现组织撕裂时，传统缝合技术存在手术时间长、设备及操作专业化程度高、容易导致血栓形成、增生狭窄、血管壁损伤等不足；而且深穿刺和机械缝合在造成二次伤害的同时会留下术后疤痕给患者造成困扰。因此在临床上出现了许多商品化的聚合物粘合剂(如α-氰基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、多肽、纤维蛋白和聚乙二醇(peg)衍生物形成的复合物等)来代替缝合线，实现快速、方便的止血及伤口粘合。但是目前它们制备过程相对比较复杂，其中还会使用有机溶剂以及其它添加剂。例如，一种氰基丙烯酸酯粘合剂(近藤圭，一色绘利香，石崎谦一，岡崎荣一；2-氰基丙烯酸酯化合物、及粘接剂组合物，cn114269716a)，其不仅成分比较复杂(由氰基丙烯酸酯、水溶性成分、稳定剂、塑型剂及增稠剂等组成)，而且在其制备过程中存在以甲苯为溶剂于110且以上回流的操作，以及碱调ph和蒸馏回收产物的后处理步骤。又如一种聚乙二醇衍生物粘合剂(游明亮，刘松，冯宗苗；一种动态交联可降解水凝胶、制备方法及应用，cn115109275a)，在其制备过程中不仅以四氢呋喃为溶剂，而且在获得产物前必须完成三步反应。在前两步反应中需要分别加入光引发剂、催化剂和促进剂(用来提高反应速率)，甚至在催化剂和促进剂存在的条件下第二步反应时间也长达12h；不仅如此，在第三步使用了强碱(naoh)，后处理过程则需要依次进行浓缩、洗涤、萃取等操作。此外对于大多类似的粘合剂，它们在使用中还存在湿粘度低、阻碍营养物质供应以及对环境适应性不强等问题，甚至在剥离时会引起反复疼痛和炎症。

4、综上所述，对于医用粘合剂来说，仅具有较强的粘附力是远远不够的。因为伤口细菌感染易引发炎症，这会延长愈合时间，所以粘合剂本身能够抑制微生物滋生是非常必要的一个技术需求。同时为加速伤口愈合，其本身应该具有与人体组织相似的导电性，以及可以调节创面的微环境、促进细胞新生的能力，具有传输水分和营养物质的离子通道有助于实现这一目标；此外在换药或剥离过程中也不应该对伤口造成二次伤害，应具有按需可调、可逆的特点；这些都决定了医用粘合剂不能局限于单一性能。总体来看，采用更为友好的原料和尽可能少的辅助试剂(及溶剂)，通过简单易行的操作步骤制备出具有粘附力可调控且湿黏附强、同时又有利于伤口愈合的多功能粘合剂成为当前备受关注的研发方向之一。

5、为解决上述问题，本发明提出以壳聚糖季铵盐(qcs)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(dmc)单体和亲水性咪唑基离子液体单体([cnvim][br]，n＝3～8)为全部原料制备集各种必需性能(湿黏附、抗菌、可降解、导电、可自愈等)为一体的水凝胶粘合剂的制备方法。

技术实现思路

1、技术方案：为了实现上述目的，本发明提出季铵化壳聚糖基水凝胶粘合剂的制备方法：

2、一种热响应按需剥离的三组分多功能水凝胶粘合剂，其特征为在壳聚糖季铵盐(qcs)水溶液中原位聚合亲水性咪唑基离子液体([cnvim][br]，n＝3～8)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(dmc)两种单体，使其聚合物与壳聚糖季铵盐通过氢键和离子缔合作用形成稳定的物理交联体系，具体制备步骤如下：

3、(1)壳聚糖季铵盐(qcs)粉体在纯水中完全溶解，得到浓度为5％(w/v)的qcs水溶液；

4、(2)在该水溶液中加入一定质量比的亲水性咪唑基聚离子液体单体([cnvim][br]，n＝3～8)及甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(dmc)单体，150w超声波辅助溶解直至获得均匀透明的预成胶溶液；

5、(3)在室温下将预成胶溶液用紫外光(365nm，6w)照射引发聚合反应，照射30～120分钟获得水凝胶粘合剂。

6、上述热响应按需剥离的三组分多功能水凝胶粘合剂，所述亲水性咪唑基聚离子液体单体主要为1-乙烯基-3-烷基(c3～c8)咪唑溴盐([cnvim][br]，n＝3～8)，其结构式如表1所示。

7、表1本发明专利主要涉及的亲水性咪唑基聚离子液体单体结构

8、

9、上述热响应按需剥离的三组分多功能水凝胶粘合剂，其特征在于，壳聚糖季铵盐(qcs)水溶液浓度为5％(w/v)。

10、上述热响应按需剥离的三组分多功能水凝胶粘合剂，其特征在于，5％qcs、[cnvim][br](n＝3～8)和dmc的质量比为5:(0.5～1):(8～10)。

11、上述热响应按需剥离的三组分多功能水凝胶粘合剂，其特征在于，上述三组分体系形成的预成胶溶液以紫外光(365nm，6w)照射30～120分钟获得水凝胶粘合剂。

技术特征：

1.一种热响应按需剥离的三组分多功能水凝胶粘合剂，其特征在于：以壳聚糖季铵盐(qcs)、亲水性咪唑基聚离子液体单体及甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体(dmc)为原料；其中亲水性咪唑基聚离子液体单体与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(dmc)单体在紫外辐照下完成聚合反应，同时聚合产物通过氢键和离子缔合作用与壳聚糖季铵盐(qcs)形成稳定交联的水凝胶体系。

2.一种热响应按需剥离的三组分多功能水凝胶粘合剂，其特征在于通过以下步骤制备：

3.权利要求1所述的一种热响应按需剥离的三组分多功能水凝胶粘合剂，其特征在于亲水性咪唑基聚离子液体单体为1-乙烯基-3-烷基(c3～c8)咪唑溴盐([cnvim][br])。

4.权利要求1所述的一种热响应按需剥离的三组分多功能水凝胶粘合剂，其特征在于水凝胶聚合物另一单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(dmc)。

5.权利要求1所述的一种热响应按需剥离的三组分多功能水凝胶粘合剂，其特征在于水凝胶基体为5％(w/v)的壳聚糖季铵盐(qcs)水溶液。

6.权利要求1所述的一种热响应按需剥离的三组分多功能离子粘合剂，其特征在于，5％qcs、[cnvim][br](n＝3～8)和dmc的质量比为5:(0.5～1):(8～10)。

7.权利要求1所述的一种热响应按需剥离的三组分多功能离子粘合剂，其特征在于，上述三组分体系形成的预成胶溶液以紫外光(365nm，6w)照射30～120分钟获得水凝胶粘合剂。

技术总结本发明涉及一种具有热响应性、可按需剥离的三组分多功能水凝胶粘合剂及其制备方法；所述的三组分包括壳聚糖季铵盐、亲水性咪唑类聚离子液体单体及甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体。在无需任何交联剂和引发剂的条件下，两种单体可在壳聚糖季铵盐水溶液中以紫外光实现原位聚合，并与后者通过可逆的离子缔合和氢键作用进行物理交联。此粘合剂不仅具有理想的粘附性、导电性、可降解性、自愈性以及良好的生物相容性和抗菌性能，而且基于所构建的聚合物仿生离子通道可为传输水分和营养物质提供有效途径。此外，还可以通过改变可逆相变过程中的氢键等分子间相互作用实现温度响应性，从而有利于解决粘连水凝胶在剥离过程中引发疼痛甚至炎症的问题。技术研发人员：姚舜,李红瑶,张腾鹤受保护的技术使用者：四川大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5