专利摘要

本发明属于生物材料领域，公开了一种表面肝素化的纤维素酯类液晶材料及其制备方法和应用。该液晶材料的制备方法，包括以下步骤：（1）丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶的制备：将羟丙基纤维素溶解于丙酮溶液中，加入丙烯酰氯，反应，反应结束后将得到的混合溶液清洗3-5次，透析，干燥；然后将得到的产物溶于丙酮中，滴加辛酰氯，反应，清洗，透析，干燥，即得到丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类；（2）表面肝素化的纤维素酯类液晶材料的制备：将丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶溶于四氢呋喃中，取此溶液成膜，然后加入肝素钠的氢氧化钠溶液，反应，清洗，得到表面肝素化的纤维素酯类液晶材料。

权利要求

1.一种表面肝素化的纤维素酯类液晶材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶的制备：将1～20g羟丙基纤维素溶解于丙酮溶液中，加入0.5～10mL丙烯酰氯，反应，反应结束后将得到的混合溶液清洗3-5次，透析，干燥；然后将得到的产物溶于丙酮中，滴加0.7～14mL的辛酰氯，反应，将得到的溶液清洗3-5次，透析，干燥，即得到丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶；

（2）表面肝素化的纤维素酯类液晶材料的制备：将2～25g得到的丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶溶于50mL四氢呋喃中，取16mL此溶液成膜，然后加入5～50mL质量浓度为2～16mg/mL的肝素钠的氢氧化钠溶液，反应，清洗，得到表面肝素化的纤维素酯类液晶材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的羟丙基纤维素的分子量为80,000～200,000。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的反应是在45～65℃条件下反应3～6h；

所述的清洗的步骤为：向混合溶液加入去离子水析出沉淀物，搅拌后，静置，除去水溶液，将沉淀物溶于丙酮中；

所述的透析是在水、乙醇或四氢呋喃中透析；

所述的干燥为冷冻干燥，时间为24h。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述清洗步骤中的搅拌时间为5h，静置时间为15分钟；

所述透析的时间为8～48h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的成膜的温度为10～35℃；

所述的肝素钠的氢氧化钠溶液是将肝素钠溶解于氢氧化钠水溶液中配制而成的；

所述的反应是在20～30℃条件下反应2～10h；

所述的清洗是用去离子水清洗10遍。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的肝素钠的氢氧化钠溶液中肝素钠与氢氧化钠的质量比为1:1～1:5。

7.一种由权利要求1～6任一项所述的制备方法制备而成的表面肝素化的纤维素酯类液晶材料，其特征在于：该表面肝素化的纤维素酯类液晶材料的单位面积的肝素接枝含量为9.2-17.1μg/cm²。

8.根据权利要求7所述的表面肝素化的纤维素酯类液晶材料在生物材料、医疗器件或制品的制备中的应用。

说明书

技术领域

本发明属于生物材料领域，具体涉及一种表面肝素化的纤维素酯类液晶材料及制备方法和应用。

背景技术

对于与血液接触的医疗器械，要求其与血液接触时，不引起凝血及血小板黏着凝聚，没有破坏血液中有形成分的溶血现象等不良作用，即具有血液相容性。医疗器械血液相容性的好坏直接关系到其临床使用的效果。几十年来，对新型无血栓生物材料的开发一直是生物材料领域中一个极具挑战性的课题，也是医疗器械的核心技术问题。

液晶（LC）是一种介于液相和固相之间的中间相,既具有液体的流动性和连续性,又具有晶体分子排列的有序性和光学各向异性。液晶态普遍存在于生物体内。许多研究已经证明：细胞膜，多肽，核酸，血管内壁及机体内其它生物膜，尤其是与血液长期接触的细胞膜表面均处于流动的类脂层液晶态，由于生物膜表面的流动性，湿润性和有序性才使其具有良好的血液相容性。任何破坏血管内壁有序排列的因素都可导致血栓的形成，任何引起红细胞膜液晶有序程度降低的因素都会导致微循环的不顺畅。前期液晶生物相容性材料主要集中在以小分子液晶作为分散相与高分子基质材料复合，但研究表明，虽然这种复合结构可以改善材料的血液形容性等，但小分子液晶存在较严重的流失，导致血液渗透压的改变从而引起溶血。CN1072021C曾制备不同种类的聚合物/液晶复合膜来改善材料的血液相容性，并取得一定成效。然而，若将这类复合材料用于制造与血液直接接触的生物材料及医疗器件、制品时还存在以下不足之处：

1、复合材料的抗凝血性能与人体血管的抗凝血性能比较还未达到理想状态，致使材料与血液接触时仍存在血栓生成的现象；2、材料表面还未达到血管内膜所具备的性能，与人体组织界面之间的生物相容性还存有一定差距，材料表面液晶畴的调控仍需改进；3、由于聚合物/液晶复合膜制备过程中选用的是小分子液晶，而小分子液晶在模拟体液环境中产生流失现象，致使复合膜及其涂层的抗凝血性能有所下降。

尽管目前所研制的聚合物/液晶复合膜在一定程度上改善了基质材料的抗凝血性能，但离理想血液相容性生物材料的要求还有较大差距。主要原因在于小分子液晶畴不够稳定，受到外部环境影响会发生变形（包括尺寸和取向性），致使材料表面液晶态结构发生变化，无法真正以材料的表面结构形态与血液相容性之间的关系为依据对生物材料进行分子设计。高分子液晶分子以分子量较大不易溶出等特点引起了研究者的注意，液晶生物材料的研究发展转向高分子液晶材料。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的首要目的在于提供一种表面肝素化的纤维素酯类液晶材料的制备方法。

本发明的另一个目的在于提供一种由上述制备方法制备而成的表面肝素化的纤维素酯类液晶材料。该材料液晶态可构成相分离结构，类似于细胞膜的流动镶嵌模型，使材料的抗凝血性能达到人体血管抗凝血性能的要求，并使材料表面与人体组织界面之间的生物相容性接近人体组织之间的生物相容性。

本发明的再一个目的在于提供上述表面肝素化的纤维素酯类液晶材料的应用。

本发明是通过下述技术方案来实现的：

一种表面肝素化的纤维素酯类液晶材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶的制备：将1～20g羟丙基纤维素溶解于丙酮溶液中，加入0.5～10mL丙烯酰氯，反应，反应结束后将得到的混合溶液清洗3-5次，透析，干燥；然后将得到的产物溶于丙酮中，滴加0.7～14mL的辛酰氯，反应，将得到的溶液清洗3-5次，透析，干燥，即得到丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶；

（2）表面肝素化的纤维素酯类液晶材料的制备：将2～25g得到的丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶溶于50mL四氢呋喃中，取16mL此溶液成膜，然后加入5～50mL质量浓度为2～16mg/mL的肝素钠的氢氧化钠溶液，反应，清洗，得到表面肝素化的纤维素酯类液晶材料。

步骤（1）中所述的羟丙基纤维素的分子量为80,000～200,000。

步骤（1）中所述的反应是在45～65℃条件下反应3～6h；

所述的清洗的步骤为：向混合溶液加入去离子水析出沉淀物，搅拌后，静置，除去水溶液，将沉淀物溶于丙酮中；其中，所述清洗步骤中的搅拌时间为5h，静置时间为15分钟；

所述的透析是在水、乙醇或四氢呋喃中透析；

所述的干燥为冷冻干燥，时间为24h。

所述透析的时间为8～48h；

所述的冷冻干燥时间为24h。

步骤（2）中所述的成膜的温度为10～35℃；

所述的肝素钠的氢氧化钠溶液是将肝素钠溶解于氢氧化钠水溶液中配制而成的；其中，肝素钠的氢氧化钠溶液中肝素钠与氢氧化钠的质量比为1:1～1:5。

所述的反应是在20～30℃条件下反应2～10h；

所述的清洗是用去离子水清洗10遍。

一种上述所述的制备方法制备而成的表面肝素化的纤维素酯类液晶材料：该表面肝素化的纤维素酯类液晶材料的单位面积的肝素接枝含量为9.2-17.1μg/cm²。

上述所述的表面肝素化的纤维素酯类液晶材料在生物材料、医疗器件或制品的制备中的应用。

本发明原理在于：本发明基于仿生设计理念，在高分子液晶基质材料上通过连接间隔臂，利用间隔臂带有的共价键接枝肝素，这样既能保证肝素化的稳定性又能发挥肝素的活性。本发明合成的产物，既构建了类似血管内膜的液晶态结构，又结合有高效抗凝血作用的肝素成分，该种肝素化液晶态仿生材料与血液接触后，材料表面肝素首先迅速发挥作用，之后通过肝素与高分子液晶的协同效应，有效阻止或延缓材料表面血栓形成，增进材料抗凝血性能。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明反应条件温和且显著，生产能耗低，节约生产成本，所用仪器设备简单且技术成熟，具有良好的工业化应用前景；本发明制得的产物属高分子液晶，可避免小分子液晶在应用过程中的溶出；而且，通过间隔臂共价键接实现肝素化，可以保证肝素化的稳定性及肝素活性。从血液相容性高分子材料设计角度而言，本发明合成的产物，既呈现血管内膜有序、流动的液晶态结构特征，又包含高效抗凝血性能的肝素组分，肝素与高分子液晶产生协同作用，可以有效降低材料表面与血液之间的界面张力，显著提高材料的血液相容性。本发明合成的产物也可与常用的医用聚合物，如聚氨酯、聚氯乙烯，聚硅氧烷等复合制备聚合物/LC复合材料，制得有良好的生物相容性活性的液晶态复合材料。

附图说明

图1：实施例1制备的丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶的POM图像（25℃）。

图2：X-射线衍射仪测试结果；其中，a为实施例1中羟丙基纤维素；b为实施例1制备的丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶。

图3：纤维素酯类液晶材料傅里叶变换衰减全反射红外光谱；其中，a：实施例1中的羟丙基纤维素；b：实施例1中的丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶；c：实施例1中的肝素化丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶。

图4：丙烯酰化‐辛酰化‐羟丙基纤维素酯类液晶材料的静态接触角测试图像。

图5：血小板粘附图；a：实施例1的丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶；b：实施例1的肝素化丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶；c：实施例1的丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶血小板粘附；d：实施例1的肝素化丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶血小板粘附。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

（1）丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶的制备：将2g羟丙基纤维素（M_W=100,000，购买于Aldrich公司）溶解于丙酮溶液中；完全溶解后，向其中滴加1mL丙烯酰氯，在55℃条件下反应4h，反应结束后向混合溶液加入200mL去离子水沉淀产物，搅拌5h后，静置15分钟，除去水溶液，将沉淀产物溶于丙酮中，再加入200mL去离子水析出沉淀产物，搅拌5h后，静置15分钟，除去水溶液，将沉淀物溶于丙酮中，重复上述加入去离子水，搅拌，静置，除水，将沉淀物溶于丙酮的过程5次后，25℃下，在去离子水中透析48h，除去残余的丙烯酰氯，干燥；然后将得到的产物溶于丙酮中，滴加1.4mL的辛酰氯，在55℃条件下，反应4h，向反应的混合溶液加入200mL去离子水，搅拌5h后，除去水溶液，将沉淀物溶于丙酮中，再加入200mL去离子水析出产物，重复上述加入去离子水，搅拌，静置，除水，将沉淀物溶于丙酮的过程5次后，25℃下，在去离子水中透析48h，冷冻干燥24h，即得到丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶。

（2）表面肝素化的纤维素酯类液晶材料的制备：将2.5g丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶溶于50mL四氢呋喃中，得混合溶液，取16mL该混合溶液在直径为6cm的培养皿中25℃的条件下成膜。将肝素钠（≥150U/mg，购买于Shanghai CpG Biotech Co.，Ltd）溶于浓度为4mg/mL的氢氧化钠水溶液中配制浓度为4mg/mL的肝素钠的氢氧化钠水溶液（肝素钠与氢氧化钠的质量比为1:1），在培养皿中加入10mL此肝素肝素钠的氢氧化钠水溶液，25℃反应7小时后用去离子水反复冲洗10次，得到表面肝素化的纤维素酯类液晶材料。经分光光度计测试（JINGHUA754PC UV/VS Spectrophotometer，测试波长：630nm），该表面肝素化的纤维素酯类液晶材料的单位面积的肝素接枝含量为9.42μg/cm²。

丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶的POM图像见图1（所用仪器：偏光显微镜：Axioskop40,Carl Zeiss,德国）。从POM图像中可以看出丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶在偏光下显示典型的胆甾型液晶的彩色纹理织构。

图2为X-射线衍射仪测试结果；其中，a为实施例1中羟丙基纤维素；b为实施例1制备的丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶（所用仪器：X射线衍射仪：Dmax-1200,日本理学）。图2可以看出：原料羟丙基纤维素在2θ=20°处呈现较尖锐的衍射峰(对应于（101）晶面)，说明羟丙基纤维素存在一定程度的结晶。丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶的衍射峰明显减弱，这是因为通过酰氯化反应引入烷基后，柔软的烷基侧链破坏了羟丙基纤维素分子间和分子内氢键，呈现非晶态。

图3为纤维素酯类液晶材料傅里叶变换衰减全反射红外光谱；其中，a：实施例1中的羟丙基纤维素；b：实施例1中的丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶；c：实施例1中的肝素化丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶（所用仪器傅立叶红外光谱仪：EQUINOX-70,Bruker,德国）。从图3可以得出：羟丙基纤维素谱图上在3461cm^-1处存在宽而强的羟基伸缩振动吸收峰；产物丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶的谱图上此吸收峰明显减弱，而在1725cm^-1处出现含有不饱和键的羰基的强伸缩振动吸收峰，2800-3000cm^-1处甲基和亚甲基的伸缩振动吸收峰明显增强，说明通过酰氯反应，丙烯酰基和辛酰基成功地接枝到分子链上，取代了分子链上的部分羟基。而在肝素化丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶的谱图上，出现了1000cm^-1,1191cm^-1，1650cm^-1的振动吸收峰，与肝素的结构特征一致，而3461cm^-1宽而强的羟基伸缩振动吸收峰进一步增强（肝素分子上带有羟基）等现象说明了肝素已经被接枝到丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶上。

表1.接触角测试实验结果（单位/°）

所测数据为测试10次取平均值，由表1可知接枝肝素后丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶表面的亲水性明显提高。

丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶材料的静态接触角测试图像如图4所示（接触角测量仪：DSA100,Kruss，德国）。

图5：血小板粘附图；a：实施例1的丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶；b：实施例1的肝素化丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶；c：实施例1的丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶血小板粘附；d：实施例1的肝素化丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶血小板粘附。从图5可以得出：丙烯酰化‐辛酰化‐羟丙基纤维素酯类液晶（a）表面呈现交错的条纹织构，肝素化丙烯酰化‐辛酰化‐羟丙基纤维素酯类液晶（b）出现星星点点表面有新的物质出现在表面，同时液晶表面的条纹织构依然存在；在丙烯酰化‐辛酰化‐羟丙基纤维素酯类液晶进行血小板粘附实验，实验结果（c）表明丙烯酰化‐辛酰化‐羟丙基纤维素酯类液晶对血小板粘附存在一定的抗凝血作用；而在肝素化丙烯酰化‐辛酰化‐羟丙基纤维素酯类液晶表面进行血小板粘附（d）发现相比于为肝素化的丙烯酰化‐辛酰化‐羟丙基纤维素酯类液晶（c），血小板粘附的量减少，粘附的血小板体积也减小，液晶膜的表面更加平整，说明肝素化的丙烯酰化‐辛酰化‐羟丙基纤维素酯类液晶比丙烯酰化‐辛酰化‐羟丙基纤维素酯类液晶有更强的抗凝血性能。

血小板粘附实验方法名称：直接电镜法，参考文献：J.Yuan,S.C.Lin,J.Shen.Enhanced blood compatibility of polyurethane functionalized with sulfobetaine[J].Colloids and Surfaces B:Biointerfaces,2008,66(1):90-95。

实验步骤：

(1)用真空采血管抽取3.8%枸橼酸钠新鲜抗凝兔血，以800g离心15min后，小心吸取各管上层清液混合，即为富血小板血浆（PRP）。

(2)样品材料测试前用PBS溶液浸泡过夜。

(3)将样品材料浸泡在PRP中，37℃下孵育60min；样品材料取出后用PBS溶液轻轻洗涤去表面松弛的血小板；在2.5%戊二醛固定液中固定2h，固定后用PBS洗去戊二醛；样品材料取出后室温下自然干燥。用SEM观察血小板在样品表面黏附、聚集和变形情况。

实施例2

（1）丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶的制备：将1g羟丙基纤维素（M_W=200,000，购买于Aldrich公司）溶解于丙酮溶液中；完全溶解后，向其中滴加0.5mL丙烯酰氯，在65℃条件下反应3h，反应结束后向混合溶液加入200mL去离子水析出沉淀产物，搅拌5h后，静置15分钟，除去水溶液，将沉淀产物溶于丙酮中，再加入200mL去离子水析出沉淀产物，搅拌5h后，静置15分钟，除去水溶液，将沉淀物溶于丙酮中，重复上述加入去离子水，搅拌，静置，除水，将沉淀物溶于丙酮的过程5次后，25℃下，在乙醇中透析8h除去残余的丙烯酰氯，干燥；然后将得到的产物溶于丙酮中，滴加0.7mL的辛酰氯，在65℃条件下，反应3h，向反应的混合溶液加入200mL去离子水，搅拌5h后，除去水溶液，将沉淀物溶于丙酮中，再加入200mL去离子水析出产物，重复上述加入去离子水，搅拌，静置，除水，将沉淀物溶于丙酮的过程5次后，20℃下，在乙醇中透析12h，冷冻干燥24h，即得到丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶。

（2）表面肝素化的纤维素酯类液晶材料的制备：将2g丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶溶于50mL四氢呋喃中，得混合溶液，取16mL该混合溶液在直径为6cm的培养皿中10℃的条件下成膜。将肝素钠（≥150U/mg，购买于Shanghai CpG Biotech Co.，Ltd）溶于浓度为80mg/mL的氢氧化钠水溶液中配制浓度为20mg/mL的肝素钠的氢氧化钠水溶液（肝素钠与氢氧化钠的质量比为1:4），在培养皿中加入5mL此肝素肝素钠的氢氧化钠水溶液，30℃反应2小时后用去离子水反复冲洗10次，得到表面肝素化的纤维素酯类液晶材料。经分光光度计测试（JINGHUA754PC UV/VS Spectrophotometer，测试波长：630nm），该表面肝素化的纤维素酯类液晶材料的单位面积的肝素接枝含量为14.7μg/cm²。

实施例3

丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶的制备：将20g羟丙基纤维素（M_W=80,000，购买于Aldrich公司）溶解于丙酮溶液中；完全溶解后，向其中滴加10mL丙烯酰氯，在45℃条件下反应6h，反应结束后向混合溶液加入200mL去离子水沉淀产物，搅拌5h后，静置15分钟，除出水溶液，将沉淀产物溶于丙酮中，再加入200mL去离子水析出沉淀产物，搅拌5h后，静置15分钟，除去水溶液，将沉淀物溶于丙酮中，重复上述加入去离子水，搅拌，静置，除水，将沉淀物溶于丙酮的过程3次后，25℃下，在四氢呋喃中透析8h，除去残余的丙烯酰氯，干燥；然后将得到的产物溶于丙酮中，滴加14mL的辛酰氯，在45℃条件下，反应6h，向反应的混合溶液加入200mL去离子水，搅拌5h后，除去水溶液，将沉淀物溶于丙酮中，再加入200mL去离子水析出产物，重复上述加入去离子水，搅拌，静置，除水，将沉淀物溶于丙酮的过程3次后，25℃下，在四氢呋喃中透析48h，冷冻干燥24h,即得到丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶。

（2）表面肝素化的纤维素酯类液晶材料的制备：将25g丙烯酰化-辛酰化-羟丙基纤维素酯类液晶溶于50mL四氢呋喃中，得混合溶液，取16mL该混合溶液在直径为6cm的培养皿中35℃的条件下成膜。将肝素钠（≥150U/mg，购买于Shanghai CpG Biotech Co.，Ltd）溶于浓度为60mg/mL的氢氧化钠水溶液中配制浓度为30mg/mL的肝素钠的氢氧化钠水溶液（肝素钠与氢氧化钠的质量比为1:2），在培养皿中加入50mL此肝素肝素钠的氢氧化钠水溶液，20℃反应10小时后用去离子水反复冲洗10次，得到表面肝素化的纤维素酯类液晶材料。经分光光度计测试（JINGHUA754PC UV/VS Spectrophotometer，测试波长：630nm），该表面肝素化的纤维素酯类液晶材料的单位面积的肝素接枝含量为17.1μg/cm²。

一种表面肝素化的纤维素酯类液晶材料及制备方法和应用专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。