一种复合胶黏剂及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种复合胶黏剂及其制备方法和应用 (Composite adhesive and preparation method and application thereof ) 是由 郭金山 赵益涛 于 2021-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种复合胶黏剂及其制备方法和应用,所述复合胶黏剂包括组分A与组分B；所述组分A包括胶黏剂预聚物的水、醇或水/醇混合溶液,以及分散于所述胶黏剂预聚物的水、醇或水/醇混合溶液中的无机金属离子源；所述组分B包括交联引发剂的水、醇或水/醇混合溶液。本发明通过向水/醇溶性胶黏剂预聚物与无机金属离子源的复合物中加入交联引发剂,成功地制备得到可用于腱－骨愈合的复合胶黏剂,能够通过提供对有机/无机界面的粘附力提高植入肌腱与骨隧道的结合力,并通过金属离子和天然的有机酸提供的止血、促成骨等生物学作用促进骨隧道的骨内向生长和腱－骨界面骨化和成熟化。(The invention discloses a composite adhesive and a preparation method and application thereof, wherein the composite adhesive comprises a component A and a component B; the component A comprises water, alcohol or a water/alcohol mixed solution of an adhesive prepolymer and an inorganic metal ion source dispersed in the water, alcohol or water/alcohol mixed solution of the adhesive prepolymer; the component B comprises water, alcohol or water/alcohol mixed solution of a crosslinking initiator. According to the invention, the crosslinking initiator is added into the compound of the water/alcohol-soluble adhesive prepolymer and the inorganic metal ion source, so that the composite adhesive for tendon-bone healing is successfully prepared, the bonding force between an implanted tendon and a bone tunnel can be improved by providing the adhesion force to an organic/inorganic interface, and the osteogenesis and maturation of the tendon-bone interface and the bone tunnel are promoted by the biological effects of hemostasis, osteogenesis promotion and the like provided by metal ions and natural organic acid.)
技术领域
本发明属于医用材料技术领域，具体涉及一种复合胶黏剂及其制备方 法和应用。
背景技术
前交叉韧带(Anterior cruciate ligament，ACL)损伤是最常见的运动损 伤之一，导致膝关节前向稳定性降低和功能障碍，如不及时治疗会引发软 骨、半月板损伤和骨关节炎，最终不得不进行膝关节置换(Paterno MV,et.al. Am.J.Sports Med.2014,42,1567-1573.)。美国每年ACL重建患者超过20 万，直接费用高达30亿美元(Atesok K,et.al.J.Bone Joint Surg.Am.2014,96, 513-521.)。中国人口基数庞大，每年需要进行ACL重建的患者数量更多。 传统的ACL重建术虽能恢复膝关节的部分功能，但愈合后常出现韧带松弛 带来的“蹦极效应”和“雨刮效应”，30％的年轻患者在恢复运动后ACL还会 出现再次损伤。天然的ACL骨结合部位为了适应从硬组织到软组织的应力 传递，进化出了从骨、矿化纤维软骨、未矿化纤维软骨到韧带过渡移行的 四层组织结构(Tang Y,et.al.Biomaterials 2020,242,119837.)。传统的ACL 重建无法实现移植肌腱与骨髓道(腱－骨)的有效愈合。腱－骨愈合不良 (尤其在ACL重建早期)及成纤维细胞大量浸润腱－骨界面造成疤痕愈合 是ACL重建临床效果不理想的主要原因(Mengsteab PY,et.al.Proc.Natl. Acad.Sci.U.S.A.2020,117,28655-28666.)。增强移植肌腱的骨整合，促进 骨髓道的骨内向生长(缩小腱－骨空腔)和腱－骨界面组织成熟，抑制成 纤维细胞浸润是促进腱－骨愈合的常用手段。
相比于骨－骨愈合(6周左右)，腱－骨愈合更慢(数月)且更不完全。 为了促进腱－骨愈合，有的研究者曾将骨膜包裹在移植肌腱上促进软骨生
开发一种高效、普适的方法来改善移植肌腱与骨隧道的初期物理整合， 并促进随后的骨髓道的骨向内生长的促进腱－骨愈合方法具有十分重要的 科学意义。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：
提供一种复合胶黏剂。
本发明所要解决的第二个技术问题是：
提供一种上述复合胶黏剂的制备方法。
本发明所要解决的第三个技术问题是：
上述复合胶黏剂的应用。
为了解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种复合胶黏剂，包括组分A与组分B；
上述组分A包括胶黏剂预聚物的水、醇或水/醇混合溶液，以及分散于 上述胶黏剂预聚物的水、醇或水/醇混合溶液中的无机金属离子源；
上述组分B包括交联引发剂的水、醇或水/醇混合溶液；
上述无机金属离子源包括羟基磷灰石、碳酸钙、白磷钙石、镁掺杂羟 基磷灰石、锌掺杂羟基磷灰石、氧化锌中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，上述复合胶黏剂在涂抹于自体肌腱上时， 先涂抹A组分再涂抹B组分，以避免混合A组分和B组分后交联反应很快 结束，从而影响使用效果。
根据本发明的一种实施方式，上述胶黏剂预聚物由以下质量份的原料 制备得到：
天然多元酸和/或多元酸盐5～45份；
水/醇溶性聚合物多元醇10～55份；
含侧链羧基或羧酸盐的二醇单体0～20份；
含儿茶酚基团或没食子酸基团的化合物1～20份；
金属碳酸盐、金属碳酸氢盐、三级胺中的至少一种0～30份。
根据本发明的一种实施方式，上述胶黏剂预聚物还包括催化剂0～1份。
根据本发明的一种实施方式，上述交联引发剂包括高碘酸钠、四丁基 高碘酸铵、硝酸银和三氯化铁中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，上述交联引发剂溶于水、醇或水/醇混合 溶剂中，优选四丁基高碘酸铵。
根据本发明的一种实施方式，上述交联引发剂在上述水、醇或水/醇混 合溶剂中的质量浓度为0.1wt％～20wt％。
根据本发明的一种实施方式，上述醇或水/醇溶剂中的醇溶剂为乙醇、 异丙醇、丁醇中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，上述水/醇混合溶剂中水和醇的体积比为 10：0.01～0.01：10。
根据本发明的一种实施方式，上述天然多元酸包括苹果酸、柠檬酸和 丁二酸中的至少一种。
上述天然多元酸生物相容性较好，能使得本发明上述复合胶黏剂具有 更好的生物相容性，此处如将天然多元酸替换为含苯环的多元酸，会对胶 黏剂的生物相容性产生不利的影响。
根据本发明的一种实施方式，上述多元酸盐为羧基离子化的苹果酸盐 和羧基离子化的柠檬酸盐中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，上述水/醇溶性聚合物多元醇包括聚(乙 二醇)、聚(丙二醇)、聚(乙二醇)－聚(丙二醇)－聚(乙二醇)三 嵌段共聚物、聚(ε－己内酯)，聚合物的分子量为100～20000Da；
上述含侧链羧基或羧酸盐的二醇单体选自2,2－双(羟甲基)丙酸 (DMAP)和二羟乙基甘胺酸(bicine)中的至少一种；
上述含儿茶酚(catechol)基团或没食子酸(gallol)基团的化合物选自 多巴、多巴胺、3,4－二羟基苯甲酸、没食子酸、咖啡酸、二氢咖啡酸中的 至少一种。
根据本发明的一种实施方式，上述金属碳酸盐选自碳酸钠、碳酸钙、 碳酸镁、碱式碳酸镁、碳酸锌等中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，上述含儿茶酚基团或没食子酸基团的化 合物可以为醇类化合物、也可以为胺类化合物、也可以为酸类化合物。
根据本发明的一种实施方式，上述金属碳酸氢盐选自碳酸氢钠。
根据本发明的一种实施方式，上述三级胺选自三乙胺、N,N－二甲基乙 醇胺中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，上述催化剂选自硫酸、异辛酸亚锡、钛 酸四丁酯等中的至少一种。
为了解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种制备上述一种复合胶黏剂方法，包括以下步骤：
将上述胶黏剂预聚物与上述无机金属离子源混合后，加入交联引发剂 以进行交联反应。
根据本发明的一种实施方式，上述胶黏剂预聚物包括醇溶性胶黏剂预 聚物或水溶性胶黏剂预聚物。
根据本发明的一种实施方式，上述水溶性胶黏剂预聚物/醇溶性胶黏剂 预聚物的制备方法为：
(1)将天然多元酸和/或多元酸盐，水/醇溶性聚合物多元醇，含侧链 羧基或羧酸盐的二醇单体，含儿茶酚基团或没食子酸基团的化合物混合， 得到水/醇溶性胶黏剂预聚物；
(2)将上述水/醇溶性胶黏剂预聚物溶于溶剂中，将上述水/醇溶性胶 黏剂预聚物溶液与无机金属离子源混合，得到复合的水/醇溶性胶黏剂预聚 物溶液；优选的，为了增加上述水溶性胶黏剂预聚物溶液的水溶性或将上 述醇溶性预聚物溶液转变为水溶性预聚物溶液，向上述水/醇溶性胶黏剂预 聚物溶液中加入金属碳酸盐、金属碳酸氢盐、三级胺中的至少一种，反应 生成水溶性胶黏剂预聚物；
(3)将上述复合的水/醇溶性胶黏剂预聚物溶液与交联引发剂混合，得 到复合胶黏剂。
根据本发明的一种实施方式，上述步骤(2)中溶剂为水、醇或水/醇混 合溶液。
根据本发明的一种实施方式，上述步骤(2)中上述无机金属离子源所 占该水/醇溶性胶黏剂预聚物溶液的质量比为0～70％。
根据本发明的一种实施方式，上述步骤(3)中上述交联引发剂溶于水、 醇或者水醇溶液中，得到交联引发剂溶液；将上述复合的水/醇溶性胶黏剂 预聚物溶液与上述交联引发剂溶液以体积比为1：1～10：1混合。
根据本发明的一种实施方式，上述步骤(1)中得到的产物进一步进行 分离纯化和干燥。
根据本发明的一种实施方式，上述(1)中混合后还有反应过程，上述 反应包括加热过程，上述反应加热的温度为110～150℃。
根据本发明的一种实施方式，上述(1)中反应的时间为24～240h。
本发明的另一个方面，还涉及上述复合胶黏剂在制备用于治疗前交叉 韧带损伤、肩袖损伤的材料中的应用。
本发明的另一个方面，还涉及一种医用材料，上述医用材料包括上述 的复合胶黏剂。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明上述胶黏剂，得益于上述胶黏剂能与软组织表面形成共价 键粘附，且能通过形成氢键、表面结合或多酚－金属配位强力粘附在无机 物表面，因此能够很好地用于提高植入肌腱与骨隧道的结合，避免早期的 肌腱松动，提供促进腱－骨愈合的良好物理和机械环境。
(2)本发明上述胶黏剂，得益于聚合物侧链引入的钙等金属离子以及 无机金属离子源，由于金属离子具备的相应功能，如钙离子能促进止血， 因此本发明上述胶黏剂具备良好的原位凝血功能，部分起到类似富血小板 血浆的促腱－骨愈合功能。
(3)本发明上述胶黏剂，得益于上述聚合物(如柠檬酸或苹果酸等)， 降解时会释放天然(羟基)多元酸，使得上述胶黏剂具备良好的促成软骨 和促成骨性能；还得益于上述无机金属离子源能够释放金属离子(如释放 镁离子的白磷钙石、释放锌离子的氧化锌或释放钙离子的碳酸钙等)，释 放的金属离子能促进骨质或成骨速度的提高，因此上述胶黏能够促进骨隧 道的骨内向生长和腱－骨界面的骨－矿化软骨－软骨－肌腱的仿生的腱－骨移行结构的形成，促进骨隧道缩小和腱－骨界面成熟化。
(4)上述无机金属离子源的还可以根据需求进行选择或者组合以体现 不同腱骨愈合效果，如选择释放镁离子的白磷钙石促进骨膜成骨的能力较 强，如选择释放锌离子的氧化锌促进骨质质量的提高与成骨速度的能力较 强，如选择释放钙离子的碳酸钙偏向骨基质的成熟，此外，选用无机金属 离子源的不同对胶粘剂的强度及粘性也会有不同影响。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解， 本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不 当限定。
图1为水/醇溶性胶黏剂预聚物的合成示意图；
图2为实施例1中iCMBA-PCL和iCMBA-PCL-Ca2+的合成示意图；
图3为实施例1中复合胶黏剂用于腱－骨愈合示意图；
图4为实施例3中预聚物的凝血性能数据；
图5为实施例3中胶黏剂处理的腱－骨界面的组织切片染色图像；
图6为实施例6中iMBA-PCL-Ca2+的合成示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其 中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功 能的元件。
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而 不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二、第三等只是用于区分 技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指 示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、 左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是 为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必 须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明 的限制。
本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，设置、安装、 连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具 体内容合理确定词语在本发明中的具体含义。
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方 式予以说明。
实施例1
本实施例提供一种复合胶黏剂，其制备方法包括如下步骤：
(1)取11.528g柠檬酸、50g聚(ε－己内酯)(PCL，分子量1000Da)、 2.844g多巴胺盐酸盐，置于配有磁力搅拌子的单口圆底玻璃烧瓶中，在 160℃油浴下使柠檬酸和多巴胺盐酸盐溶解于PCL中，得到均匀的反应混合 物，再加入5mL去离子水帮助溶解，再加入0.5g钛酸四丁酯作为催化剂； 然后将油浴温度降到140℃，使反应混合物在真空条件下持续搅拌(转速 600rpm)反应，在聚合过程中根据聚合物黏度逐步降低转速，直至反应体 系黏度增大到搅拌子在60rpm下难以转动；停止加热，得到醇溶性预聚物 (标记为iCMBA-PCL)。
(2)向醇溶性预聚物的中加入150mL无水乙醇，溶解预聚物。然后 在室温下加入20g碳酸钙粉末(过量)，在高速搅拌(转速1200rpm)下 反应过夜(醇溶性预聚物也可直接使用)。
(3)然后将混合物在去离子水中透析(本实施例中透析袋截留分子量 为1000Da，可根据反应物中PCL的分子量不同调整透析袋的截留分子量)， 每24h更换一次去离子水，透析3天，直至透析液中不再有黄褐色聚合物。 过滤除去过量的碳酸钙，将聚合物水溶液冷冻真空干燥一周左右得到纯化 的水溶性预聚物(标记为iCMBA-PCL-Ca2+)。聚合物合成过程如图2。
(4)iCMBA-PCL的合成：取3.33g上述iCMBA-PCL-Ca2+，加入6.67 g去离子水，震荡1h溶解，得到33wt％的iCMBA-PCL-Ca2+的水溶液，并 与1.43g羟基磷灰石复合作为组分A；配制8wt％的NaIO4溶液作为组分B； 将组分A与组分B按体积比2：1混合即可得到胶黏剂(标记为WA-HA-1)。
(5)iCMBA-PCL-Ca2+的合成：3.33g上述iCMBA-PCL，加入6.67g 乙醇/水混合溶剂(v/v＝80/20)，震荡1h溶解，得到33wt％的iCMBA-PCL 的乙醇/水溶液，并与1.43g羟基磷灰石复合作为组分A；配制8wt％的四丁 基高碘酸铵溶液作为组分B；将组分A与组分B按体积比2：1混合即可得 到胶黏剂(标记为EA-HA-1)。
本实施例制备水/醇溶性胶黏剂预聚物iCMBA-PCL和 iCMBA-PCL-Ca2+的合成示意图如图2所示。
构建大鼠前交叉韧带(ACL)损伤模型并取自体肌腱，将本实施例的 复合胶黏剂的A组分和B组分分别涂抹于搜集的自体肌腱上，并穿入到制 造的骨隧道中，交联得到复合胶黏剂，粘接植入肌腱和骨隧道(如图3所 示)，注意此处不可混合A组分和B组分后再涂抹到搜集的自体肌腱上， 否则混合A组分和B组分后交联反应会很快结束，其应用效果会有较大差 异。胶黏剂存在的钙离子能帮助凝血，部分起到富血小板血浆的作用，柠 檬酸和羟基磷灰石则能促成骨，促进骨隧道的骨内向生长和腱－骨界面骨 化，促进健－骨愈合。
实施例2
本实施例提供一种复合胶黏剂，其制备方法和原料与实施例1相似， 唯一不同之处在于将实施例1中的50gPCL(分子量1000Da)替换成55g聚 (乙二醇)－嵌段－聚(丙二醇)－嵌段－聚(乙二醇)(PEG-PPG-PEG， EPE，1100Da)，得到的水溶性预聚物为iCMBA-EPE-Ca2+。
本实施例得到的胶黏剂标记为WA-HA-2。
构建大鼠前交叉韧带(ACL)损伤模型并取自体肌腱，将本实施例的 复合胶黏剂涂抹于搜集的自体肌腱上，并穿入到制造的骨隧道中，交联得 到复合胶黏剂，粘接植入肌腱和骨隧道。胶黏剂存在的钙离子能帮助凝血， 部分起到富血小板血浆的作用(预聚物的凝血效果见图4)。胶黏剂降解释 放的镁离子、柠檬酸和羟基磷灰石则能促成骨，促进骨隧道的骨内向生长 和腱－骨界面骨化，促进健－骨愈合。经复合胶黏剂处理4、8和12周后 的腱－骨结合部位的组织切片染色见图5。
实施例3
本实施例提供一种复合胶黏剂，其制备方法和原料与实施例1相似， 唯一不同之处将HA换成能释放镁离子的天然矿物白磷钙石(WH)。
本实施例得到的胶黏剂标记为WA-WH-1。
构建大鼠前交叉韧带(ACL)损伤模型并取自体肌腱，将本实施例的 复合胶黏剂涂抹于搜集的自体肌腱上，并穿入到制造的骨隧道中，交联得 到复合胶黏剂，粘接植入肌腱和骨隧道。胶黏剂存在的钙离子能帮助凝血， 部分起到富血小板血浆的作用(预聚物的凝血效果见图4)。白磷钙石释放 的镁离子、胶黏剂降解释放的柠檬酸则能促成骨，促进骨隧道的骨内向生 长和腱－骨界面骨化，促进健－骨愈合。
实施例4
本实施例提供一种复合温敏复合胶黏剂，其制备方法和原料与实施例3 相似，唯一不同之处在于将实施例3中的高碘酸钠溶液换成FeCl3溶液+。
本实施例得到的胶黏剂标记为T-WA-WH-1。该复合胶黏剂在室温下为 液态，体温转变为固态。
构建大鼠前交叉韧带(ACL)损伤模型并取自体肌腱，将本实施例的 复合胶黏剂涂抹于搜集的自体肌腱上，并穿入到制造的骨隧道中，交联得 到复合胶黏剂，粘接植入肌腱和骨隧道。胶黏剂降解释放的镁离子、柠檬 酸和羟基磷灰石则能促成骨，促进骨隧道的骨内向生长和腱－骨界面骨化， 促进健－骨愈合。
实施例5
本实施例提供一种苹果酸基复合胶黏剂，其制备方法包括如下步骤：
(1)取8.045g苹果酸、35gPCL(分子量1000Da)、2.012g 2,2－双 (羟甲基)丙酸(DMAP)、2.552g没食子酸，置于配有适当大小的磁力 搅拌子的单口圆底玻璃烧瓶中，在160℃油浴下使苹果酸、2,2－双(羟甲 基)丙酸和没食子酸溶解于EPE中，得到均匀的反应混合物，再向其加入 少量去离子水帮助溶解，再加入0.5g异辛酸亚锡作为催化剂；然后将油浴温度降到140℃，使反应混合物在真空条件下持续搅拌(转速600rpm)反 应，在聚合过程中根据聚合物黏度逐步降低转速，直至反应体系黏度增大 到搅拌子在60rpm下难以转动；停止加热，得到反应产物：醇溶性预聚物。
(2)向反应产物中加入150mL无水乙醇，溶解聚合物。室温下，加 入20g碳酸氢钠粉末(过量)，在高速搅拌下反应过夜。
(3)然后将混合物在去离子水中透析(本实施例中透析袋截留分子量 为1000Da)，每24h更换一次去离子水，透析3天，直至透析液中不再有 黄褐色聚合物。过滤除去过量的碳酸钙，将聚合物水溶液冷冻真空干燥一 周左右得到纯化的水溶性预聚物(标记为iMBA-PCL-Na+，iMBA-PCL-Na+的合成示意图如图6所示)。
(4)取3.33giMBA-PCL-Na+，加入6.67g去离子水，震荡1.5h溶解， 得到33wt％的iMBA-PCL-Na+的水溶液，并与1.43gHA复合作为组分A； 配制8wt％的NaIO4溶液作为组分B；将组分A与组分B按体积比2：1混 合即可得到胶黏剂(标记为WA-HA-5)。
构建大鼠前交叉韧带(ACL)损伤模型并取自体肌腱，将本实施例的 复合胶黏剂涂抹于搜集的自体肌腱上，并穿入到制造的骨隧道中，交联得 到复合胶黏剂，粘接植入肌腱和骨隧道。胶黏剂降解释放的镁离子、柠檬 酸和羟基磷灰石则能促成骨，促进骨隧道的骨内向生长和腱－骨界面骨化， 促进健－骨愈合。
图1中聚合物合成采用加热缩聚反应，多元酸或多元酸盐与水溶性多 元醇如聚乙二醇(PEG)反应得到的是水溶性预聚物；与醇溶性多元醇如聚 (ε-己内酯)反应得到醇溶性预聚物。为了将醇溶性预聚物改造为水溶性预 聚物，可以使该预聚物与金属碳酸盐/碳酸氢盐或三级胺通过酸碱中合反应 成盐，提高预聚物的水溶性或水分散性。
如图3的示意图所示，胶黏剂只是涂抹在自体肌腱表面，在自体 肌腱穿过骨隧道时填充在自体肌腱与骨隧道之间并起到一定的粘合 作用。
图4为不含钙盐的柠檬酸基胶黏剂预聚物(iC-EPE)和含钙的柠 檬酸基胶黏剂预聚物(iC-EPE-Ca2+)的凝血实验结果。柠檬酸钠是 临床上常用的抗凝血剂，因此不含钙盐的预聚物能盐城凝血时间比空 白样品要长，而含钙盐的预聚物的凝血时间较空白显著降低。
图5为用胶黏剂处理的自体肌腱进行ACL重建后4、8和12周 后的H&E染色剂Masson三色染色结果。
图6为含钙盐的苹果酸基胶黏剂预聚物的合成过程。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利 用本发明说明书内容所做的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领 域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种用于肠道创伤修复的医用粘合剂及其使用方法