一种水凝胶及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种水凝胶及其制备方法和应用 (Hydrogel and preparation method and application thereof ) 是由 杨顶建 谭亦勋 赵军 于 2021-08-12 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种水凝胶及其制备方法和应用,属于医疗器械领域。本发明采用分子量为10K的A组分和分子量为10K的B组分按摩尔比0.5～1.5:1混合交联得到一种可以用于消化道内镜剥离术后创面封闭的水凝胶。本发明提供的水凝胶具有组织粘附时间长、降解速度慢、安全稳定、更适合在消化道环境下使用等优点。(The invention provides a hydrogel and a preparation method and application thereof, belonging to the field of medical instruments. The hydrogel for wound surface sealing after digestive tract endoscopic stripping is prepared by mixing and crosslinking a component A with the molecular weight of 10K and a component B with the molecular weight of 10K according to the molar ratio of 0.5-1.5: 1. The hydrogel provided by the invention has the advantages of long tissue adhesion time, low degradation speed, safety, stability, more suitability for use in the digestive tract environment and the like.)
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
水凝胶(Hydrogel)是一类极为亲水的三维网络结构凝胶，它在水中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。由于存在交联网络，水凝胶可以溶胀和保有大量的水，水的吸收量与交联度密切相关。交联度越高，吸水量越低。水凝胶中的水含量可以低到百分之几，也可以高达99％。凝胶的聚集态既非完全的固体也非完全的液体。
消化道内镜黏膜下剥离术(ESD)作为内镜下治疗消化道病变的微创手术，其技术日趋发展成熟，临床普及度不断提高，多项国际指南和共识均推荐ESD作为早期胃癌、食管癌及其癌前病变，扁平、凹陷及侧向发育型结直肠病变的首选治疗方式。然而，ESD较内镜黏膜切除术(EMR)技术难度大、操作耗时长，对内镜操作者要求更高，组织切除面积及深度较大，术后形成的医源性溃疡面更大，并可能导致出血、穿孔和狭窄等不良事件，部分严重不良事件甚至可危及患者生命或严重影响生活质量。
目前，出血主要通过对ESD过程中裸露的血管进行预防性止血、电凝、止血夹夹闭等手段进行处理。然而，反复、多次的电凝止血可能造成组织损伤，破坏创面微血供影响创面愈合，甚至导致消化道穿孔、幽门梗阻等严重并发症；而止血夹可能影响切刀的操作，阻碍术者的操作视野，妨碍其他部位的止血，一般用于预防ESD术后创面裸露的较大血管出血。因此，为了更好的保护创面、促进创面愈合、防治并发症，ESD术后使用医用胶进行内镜下局部创面喷洒在临床上被逐渐开发和应用，成为了一种保护创面、预防出血的重要手段，研究显示使用医用胶封闭创面不仅能在术中及时止血、改善视野，其对于术后迟发性出血也具有预防作用。目前已有文献及临床应用报道的内镜下局部消化道创面喷洒的医用胶主要有纤维蛋白胶和氰基丙烯酸酯类等，但是，纤维蛋白胶存在生物源制品，可能会传播病毒，引起不良免疫反应，同时在湿润生理环境下，胶体的粘合强度较差，机械强度不足，在消化道环境下降解速度较快，无法完全满足创面愈合时间的需要。氰基丙烯酸酯类医用胶快速聚合时产生的聚合热容易使组织二次损伤，固化后的产物弹性和柔韧性较差，且在内镜下使用容易造成管道阻塞，有可能造成内窥镜镜头的损坏。并且现有的医用水凝胶耐酸耐碱性能较差，因此，如何在提高水凝胶吸附性能的同时，提高其耐酸耐碱性能是本申请实际解决的技术问题。
目前已经有多种PEG衍生物医用胶实现了商用，适应症包括硬脑膜封闭、硬脊膜封闭、坐骨神经吻合、视网膜复位手术、动静脉重建、防止手术粘连、眼科手术等，但是并未有用于消化道ESD术后的适应症报道。本发明首次提出将水凝胶作为ESD术后创面消化道的封闭，降低出血和穿孔等不良事件的发生，是一种创新的应用，且具有显著的临床价值。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种水凝胶及其制备方法和应用，本发明提供的水凝胶组织粘附时间长、安全稳定、可以有效促进创面的愈合，更适合在消化道的环境中使用。
本发明提供了一种水凝胶，所述水凝胶由分子量为10K的A组分和分子量为10K的B组分按摩尔比0.5～1.5:1混合交联而成，优选的，A组分和B组分按摩尔比1:1混合；所述A组分的结构式如式Ⅰ所示
B组分的结构式如式Ⅱ所示
优选的，式中m为2～32之间的整数，n为10-200之间的整数，更优选的，m＝4～16，n＝50～70。
优选的，将所述A组分溶解在盐酸缓冲溶液中，制成A溶液，将所述B组分溶解于磷酸缓冲溶液中，制成B溶液，将A溶液和B溶液混合交联得到水凝胶。
更优选的，盐酸缓冲溶液的pH为1～3.5，磷酸缓冲溶液的pH为10.0～12.0。
进一步优选的，盐酸缓冲溶液的pH具体为1.5～2.5，磷酸缓冲溶液的pH具体为11～12。
优选的，所述盐酸缓冲溶液的制备方法为，量取浓盐酸0.5-2ml，稳定剂0.5-2g，加入500ml水中，溶解完全后加入混合溶液总体积0.1-0.2％的活性炭，搅拌过滤，得到盐酸缓冲溶液。
优选的，所述磷酸缓冲溶液的制备方法为：称取氢氧化钠3.5-4.5g，稳定剂0.5-2g，加入到500ml水中，溶解完全后加入0.1-0.2％活性炭，搅拌过滤，得到氢氧化钠溶液；称取无水磷酸氢二钠25-30g，加入到1000ml水中，溶解完全后加入0.1-0.2％活性炭，搅拌过滤，得到磷酸氢二钠溶液；将氢氧化钠溶液和磷酸氢二钠溶液混合，得到磷酸缓冲溶液
优选的，所述稳定剂为EDTA或DTT。
优选的，所述A组分的制备方法包括以下步骤：
(1)将100g四臂聚乙二醇和8g丁二酸酐加入到700ml溶剂中，在60-80℃下搅拌，溶解完全后加入60ml碱性溶剂，继续搅拌24-48h；
(2)将步骤(1)得到的产物进行旋蒸，得到浓缩液；
(3)将浓缩液滴加入溶剂中，搅拌10min，过滤，固液分离，对固体进行真空干燥；
(4)称取步骤(3)真空干燥后的固体100g，缩合剂1g，N-羟基琥珀酰亚胺9.2g，加入到700ml四氢呋喃中，在30-60℃下搅拌24-48h；
(5)将步骤(4)得到的溶液旋蒸除去溶剂，得到A组分。
更优选的，步骤(1)中所述碱性溶剂为吡啶、三乙胺、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种；步骤(1)和步骤(3)中所述溶剂为四氢呋喃、二氧六环、异丙醚、甲基叔丁基醚、2-甲基四氢呋喃中的至少一种。
优选的，步骤(2)所述旋蒸的温度为40℃～80℃，真空度≤-0.07MPa。
优选的，步骤(4)所述缩合剂为二环己基碳二亚胺、二异丙基碳二亚胺和1-(3-二甲胺基丙基)-3-乙基碳二亚胺中的至少一种。
本发明的另一目的在于所述的水凝胶用于制备消化道内镜剥离术后创面的封闭剂的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、消化道，特别是多行ESD的胃部和结直肠，胃部生理环境呈酸性，结直肠呈碱性，且存在多种消化酶，会刺激创面，减缓愈合速度，因此，用于消化道ESD术后创面封闭的医用胶需要在创面愈合前提供足够的保护时间。经过对比实验可知，水凝胶在模拟胃液和肠液的条件下，组织粘附时间是纤维蛋白胶的2-3倍，降解时间是纤维蛋白胶的4-5倍，在胃肠道环境下表现更优，可以延长创面封闭的保护时间，促进创面的愈合。
2、胃部和结直肠的蠕动幅度及频率较大，对医用胶的粘附性能要求较高。经过对比试验，水凝胶的粘附强度是纤维蛋白胶的约5倍，溶胀度是纤维蛋白胶的约3倍，在频繁蠕动的消化道创面上，可以更为牢靠地粘附在创面上，吸收渗液和渗血，提供更稳固的保护。
3、水凝胶的成分是聚乙二醇(PEG)高分子的衍生物，安全稳定，可生物降解，不存在生物源制品潜藏的风险。
4、消化道创面血管丰富，ESD术后有大量的渗液和渗血，水凝胶的成胶条件温和，且在湿润生理环境下也具有较高的粘附强度。硫酯键再经过分子内重排生成一个新的酰胺键作为交联反应形成共价交联的水凝胶，共价交联的水凝胶具有结构稳定，在新的酰胺键形成的同时，B组分的骨架上会产生一个巯基基团使凝胶具有更好的生物黏附性，巯基基团继续生成二硫键，形成网状结构从而进一步加固凝胶，增加凝胶的爆破强度，更适合在消化道的环境下使用。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述原料和助剂，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备，本发明所述香肠膜为符合GB 14967-2015食品安全国家标准的胶原蛋白肠衣。
实施例1
一、A组分的制备
(1)称取100g四臂PEG醇，8g丁二酸酐，量取700ml四氢呋喃，加入2L的三颈瓶中，在60-80℃下搅拌溶解，加入60ml N,N-二甲基甲酰胺，继续搅拌24-48h；
(2)将步骤(1)得到的产物溶液转移至圆底烧瓶中，水浴加热至40-80℃，用旋转蒸发仪在真空度≤-0.07MPa的条件下除去溶剂，得到浓缩液；
(3)量取4L四氢呋喃，边搅拌边滴加浓缩液，搅拌10min后，将溶液过滤，过滤得到的固体进行真空干燥；
(4)称取步骤(3)真空干燥后的固体100g，N-羟基琥珀酰亚胺9.2g，量取缩合剂1％，四氢呋喃700ml，加入2L三颈瓶中，在30-60℃下搅拌24-48h；
将步骤(4)反应好的产物溶液转移至圆底烧瓶中，用旋转蒸发仪旋蒸除去溶剂，即得到A组分。
B组分的结构式如下：
式中m＝4～16，n＝50～70。
二、缓冲溶液的制备
盐酸缓冲溶液的制备方法：称取浓盐酸0.5-2ml，EDTA0.5-2g，加入500ml水中搅拌直至溶解完全，然后加入0.1-0.2％活性炭，搅拌25-35min，过滤，得到盐酸缓冲溶液。
磷酸缓冲溶液的制备方法：称取氢氧化钠3.5-4.5g，EDTA0.5-2g，加入500ml水中，搅拌直至溶解完全，然后加入0.1-0.2％活性炭，搅拌25-35min，过滤，得到氢氧化钠溶液；称取无水磷酸氢二钠25-30g，加入1000ml水中，搅拌直至溶解完全，然后加入0.1-0.2％活性炭，搅拌25-35min，过滤，得到磷酸氢二钠溶液；将300ml氢氧化钠溶液和900mL磷酸氢二钠溶液混合，得到磷酸缓冲溶液。
三、制成水凝胶
使用盐酸缓冲溶液溶解A组分粉末(四臂-聚乙二醇-琥珀酰亚胺琥珀酸酯)，得到A组分溶液；使用磷酸缓冲溶液溶解B组分粉末(四臂-聚乙二醇半胱氨酸酰胺)，得到B组分溶液；溶解完成后，采用两个注射器分别吸取配制好的A组分溶液和B组分溶液，并将两个注射器装上双联注射架，将两个注射器与复式注射座套接，喷头套接到复式注射座，喷涂即成水凝胶。
对比例1
采用纤维蛋白粘合剂作为和实施例1制备的水凝胶止血封闭剂的对照例1。
对实施例1制备的水凝胶止血封闭剂和对比例1提供的纤维蛋白粘合剂在模拟胃肠液粘附性和降解性进行测试结果如下：
1、水凝胶止血封闭剂和纤维蛋白粘合剂在模拟胃液中的粘附性和降解(香肠膜)
由上述分析可知，实施例1制备的水凝胶止血封闭剂和对比例1所述的纤维蛋白粘合剂在模拟胃液中的粘附性和降解性(香肠膜)的结果表明，本发明的止血封闭剂3小时脱落，而纤维蛋白粘合剂1.5小时脱落，止血封闭剂的粘附性更强；止血封闭剂在27小时完全降解为碎屑，而纤维蛋白粘合剂6小时收缩降解为小硬片，止血封闭剂的抗降解能力更好。
2、水凝胶止血封闭剂和纤维蛋白粘合剂在模拟肠液中的粘附性和降解(香肠膜)
由上述分析可知，实施例1制备的水凝胶止血封闭剂和对比例1所述的纤维蛋白粘合剂在模拟肠液中的粘附性和降解性(香肠膜)的结果表明，本发明的止血封闭剂4小时脱落，而纤维蛋白粘合剂1小时脱落，止血封闭剂的粘附性更强；止血封闭剂在21小时完全降解为碎屑，而纤维蛋白粘合剂3小时完全降解，止血封闭剂的抗降解能力更好。
3、水凝胶止血封闭剂和纤维蛋白粘合剂在模拟肠液中的粘附性和降解(猪大肠)
由上述分析可知，实施例1制备的水凝胶止血封闭剂和对比例1所述的纤维蛋白粘合剂在模拟肠液中的粘附性和降解性(猪大肠)的结果表明，本发明的止血封闭剂3小时开始脱落，而纤维蛋白粘合剂1小时开始脱落，止血封闭剂的粘附性更强；止血封闭剂在21小时完全降解为碎屑，而纤维蛋白粘合剂3小时完全降解，止血封闭剂的抗降解能力更好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。