聚硅氧烷皮肤组织黏接材料的设计合成与性能表征

doi:10.7503/cjcu20210590

高等学校化学学报 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (12): 3746.doi: 10.7503/cjcu20210590

聚硅氧烷皮肤组织黏接材料的设计合成与性能表征

陈炳刚¹^,², 刘三荣¹, 于喜飞¹^,²(), 蒋子江³()

^1.中国科学院长春应用化学研究所高分子复合材料工程实验室, 长春 130022
^2.中国科学技术大学, 合肥 230026
^3.中国科学院长春应用化学研究所国家电化学和光谱研究分析中心, 长春 130022

收稿日期:2021-08-17 出版日期:2021-12-10 发布日期:2021-10-08
通讯作者: 于喜飞,蒋子江 E-mail:xfyu@ciac.ac.cn;zjjiang@ciac.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金(21674109);吉林大学第一医院-长春应用化学研究所成果转化引导基金(CGZHYD202012-015)

Preparation and Properties Characterization of Polysiloxane Skin Tissue Adhesive

CHEN Binggang¹^,², LIU Sanrong¹, YU Xifei¹^,²(), JIANG Zijiang³()

^1.Laboratory of Polymer Composites Engineering，Changchun Institute of Applied Chemistry，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130022，China
^2.University of Science and Technology of China，Hefei 230026，China
^3.National Analytical Research Center of Electrochemistry and Spectroscopy，Changchun Institute of Applied Chemistry，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130022，China

Received:2021-08-17 Online:2021-12-10 Published:2021-10-08
Contact: YU Xifei,JIANG Zijiang E-mail:xfyu@ciac.ac.cn;zjjiang@ciac.ac.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(21674109);the Joint Fund of FHJLU and CIAC for Technology Transfer and Commercialization, China(CGZHYD202012?015)

1. ESM to 20210590.pdf(648KB)

摘要/Abstract

摘要：

设计开发了以聚硅氧烷材料为基础的皮肤组织黏接剂, 其主要由硅氧烷预聚体、含氢硅油交联剂和卡斯特催化剂等多组分构成. 在卡斯特催化剂作用下, 预聚体和交联剂室温下在皮肤表面原位快速固化, 其中聚硅氧烷预聚体的苯甲醛侧基与皮肤组织中广泛存在的胺基通过醛胺缩合反应实现共价黏接. 本文系统研究了聚硅氧烷预聚体的聚合度、侧基含量及交联剂的用量等参数对该黏接剂性能的影响, 得到了最大剪切黏接强度为77.6 KPa、室温条件下100 s内即可形成稳定黏接的组织黏接材料. 该材料还具有良好的力学相容性、生物安全性和结构稳定性, 可满足皮肤黏接剂的基本要求, 具有较好的应用前景.

关键词: 聚硅氧烷, 皮肤组织黏接, 共价相互作用, 原位固化

Abstract:

Skin is inevitably injured as the outermost organ of human body in daily life. Suture is the main methods to deal with the open skin wounds. However， even if suture can effectively close the open wounds， it may cause some defects such as secondary damage and scars. It is ideal to develop the tissue adhesive with good performance to replace the suture. Based on the analysis of properties requirements of skin tissue adhesive， a polysiloxane skin tissue adhesive was designed and synthesized which is consisted of prepolymer poly（dimethyl siloxane）_n-co-poly（propoxybenzaldehyde methyl siloxane）_m（PDMS_n-PBAMS_m）， crosslinker poly（hydromethyl siloxame）PHMS and Karstedt’s catalyst. Among them， the side groups of prepolymer with functional modification can covalently interact with skin， prepolymer and PHMS can occur rapid in situ curing reaction to achieve adhesion on skin. The results indicate that polysiloxane tissue adhesive has compatible mechanical properties with skin through adjusting the degree of polymerization（DP） of prepolymer， modified proportion of functional group and content of PHMS. The adhesion tests indicate that the polysiloxane has good adhesive property for hogskin and the maximum shear adhesive strength is 77.6 kPa. In addition， prepolymer and PHMS complete in situ curing process in about 100 s at room temperature. Polysiloxane adhesvie can meet the property requirements as a good skin tissue adhesive and has a good application prospect in regenerative medicine.

Key words: Polysiloxane, Skin tissue adhesive, Covalently interaction, In situ curing

中图分类号:

O634.4

TrendMD:

陈炳刚, 刘三荣, 于喜飞, 蒋子江. 聚硅氧烷皮肤组织黏接材料的设计合成与性能表征. 高等学校化学学报, 2021, 42(12): 3746.

CHEN Binggang, LIU Sanrong, YU Xifei, JIANG Zijiang. Preparation and Properties Characterization of Polysiloxane Skin Tissue Adhesive. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(12): 3746.

图/表 12

Scheme 1 Synthesis scheme for prepolymer PDMSn?PBAMSm

Fig.1 1H NMR(A) and FTIR(B) spectra of benzaldehyde functionalized cyclotetrasiloxane(BAMS)

Fig.2 1H NMR of vinyl terminated PDMS(A) and prepolymer PDMSn?PBAMSm(B)

Table 1 Number?average molecular weight(Mn), PDI and viscosity of prepolymer with different DP with the functional group modified proportion(molar fraction) of 20%

Prepolymer	10^-4M_n^a	10^-4M_n^b	PDI	Viscosity/（Pa·s）
PDMS₃₂₀?PBAMS₈₀	4.17	4.57	1.46	8.31
PDMS₄₀₀?PBAMS₁₀₀	5.20	5.64	1.42	9.65
PDMS₄₈₀?PBAMS₁₂₀	6.24	7.01	1.34	11.3
PDMS₅₆₀?PBAMS₁₄₀	7.28	7.14	1.39	15.5

Fig.3 Tensile curve(A), Young’s modulus(B), toughness(C), compression curve(D) and compressive modulus(E) of prepolymer PDMS480?PBAMS120 curing elastomer with different concentration of PHMS and the cyclic tensile curve of prepolymer PDMS480?PBAMS120 curing elastomer(F)（F） Cyclic strain is 80% and the concentration of PHMS is 2.0%.

Fig.4 Schematic illustrations of shear adhesive(A), tensile adhesive(B) and 180° peel?off(C) models

Fig.5 Shear adhesive strength(A), tensile adhesive strength(B) and 180° peel strength(C) of PDMS320?PBAMS80, PDMS400?PBAMS100, PDMS480?PBAMS120 and PDMS560?PBAMS140a. Cyanoacrylate; b. PDMS600; c. PDMS540?PBAMS60; d. PDMS480?PBAMS120; e. PDMS420?PBAMS180.

Fig.6 Variation of adhesive strength with timePrepolymer is PDMS480-PBAMS120 with the mass fraction of PHMS of 3.0%

Fig.7 Variation of shear modulus of prepolymer PDMS480?BAMS120 without(A) and with(B) Pt catalyst with timeThe mass fraciton of PHMS is 3.0%.

Fig.8 Adhesive morphology of prepolymer PDMS480?PBAMS120in situ curing on hogskinThe mass fraciton of PHMS is 3.0%.

Fig.9 Cell viability of HEK293 cells cultured in sample culturing medium extracting solution for 24 h(A) and the live?dead stain images of HEK293 cell incubated on control group(B), PDMS600(C) and PDMS480?PBAMS120(D) for 24 h(A) The sample extracted in medium for 12, 24, 36, 48, 60 and 72 h, respectively; (B—D) the mass fraction of PHMS is 3.0%.

Fig.10 Stability of prepolymer PDMS480?PBAMS120 curing elastomer in different solutions after 15 d(A) PDMS480?PBAMS120 curing elastomer in PBS and pH=2 and pH=4 solutions; (B) the swelling ratio of PDMS480?PBAMS120 in PBS; (C) the relative mass ratio of PDMS480?PBAMS120 in different pH environment. The mass fraction of PHMS is 3.0% in (B) and (C).

参考文献 34

1	Sherman V R， Tang Y.， Zhao S.， Yang W.， Meyers M. A.， Acta Biomater.， 2017， 53， 460—469
2	Pissarenko A.， Meyers M. A.， Prog. Mater. Sci.， 2020， 110， 100634—100686
3	Ghobril C.， Grinstaff M. W.， Chem. Soc. Rev.， 2015， 44（7）， 1820—1835
4	Bouten P. J. M.， Zonjee M.， Bender J.， Yauw S. T. K.， van Goor H.， van Hest J. C. M.， Hoogenboom R.， Prog. Polym. Sci.， 2014， 39（7）， 1375—1405
5	Duarte A. P.， Coelho J. F.， Bordado J. C.， Cidade M. T.， Gil M. H.， Prog. Polym. Sci.， 2012， 37（8）， 1031—1050
6	Yu F.， Cao X.， Du J.， Wang G.， Chen X.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2015， 7（43）， 24023—24031
7	Liu C.， Liu X.， Liu C.， Wang N.， Chen H.， Yao W.， Sun G.， Song Q.， Qiao W.， Biomaterials， 2019， 205， 23—37
8	Yuk H.， Varela C. E.， Nabzdyk C. S.， Mao X.， Padera R. F.， Roche E. T.， Zhao X.， Nature， 2019， 575， 169—174
9	Liu B.， Wang Y.， Miao Y.， Zhang X.， Fan Z.， Singh G.， Zhang X.， Xu K.， Li B.， Hu Z.， Xing M.， Biomaterials， 2018， 171， 83—96
10	Cheng Y. J.， Zhang L.， Hu R. J.， Wang Y.， Jin X. X.， Qiu S.， Zhang H. Y.， Jiang D. W.， Chinese J. Appl. Chem.， 2020， 37（10）， 1147—1155（程尹杰，张路，胡仁杰，王莹，金学昕，仇硕，张颢严，姜大伟. 应用化学， 2020， 37（10）， 1147—1155）
11	Liu J.， Scherman O. A.， Adv. Funct. Mater.， 2018， 28（21）， 1800848—1800854
12	Li Z.， Milionis A.， Zheng Y.， Yee M.， Codispoti L.， Tan F.， Poulikakos D.， Yap C. H.， Nat. Commun.， 2019， 10（1）， 5562—5573
13	Yang S. Y.， O'Cearbhaill E. D.， Sisk G. C.， Park K. M.， Cho W. K.， Villiger M.， Bouma B. E.， Pomahac B.， Karp J. M.， Nat. Commun.， 2013， 4， 1702—1712
14	Xu J. J.， Li X. J.， Zhu W. P.， Duan Z. H.， Mao Y. J.， Li X. D.， Chem. J. Chinese Universities， 2019， 40（9）， 2028—2032（许佳佳，李晓军，朱蔚璞，段铸辉，毛英杰，李晓东. 高等学校化学学报， 2019， 40（9）， 2028—2032）
15	Zhou C.， Sheng C. J.， Wen L. L.， Chinese J. Appl. Chem.， 2021， 38（1）， 51—59（周超，生程钜，闻林林. 应用化学， 2021， 38（1）， 51—59）
16	Mehdizadeh M.， Yang J.， Macromol. Biosci.，2013， 13（3）， 271—288
17	Wang D. A.， Varghese S.， Sharma B.， Strehin I.， Fermanian S.， Gorham J.， Fairbrother D. H.， Cascio B.， Elisseeff J. H.， Nat. Mater.， 2007， 6（5）， 385—392
18	Shirzaei S. E.， Portillo L. R.， Aldawood Z.， Bassir S. H.， Nguyen D.， Kantarci A.， Intini G.， Annabi N.， Matter， 2019， 1（4）， 926—944
19	Assmann A.， Vegh A.， Ghasemi⁃Rad M.， Bagherifard S.， Cheng G.， Sani E. S.， Ruiz⁃Esparza G. U.， Noshadi I.， Lassaletta A. D.， Gangadharan S.， Tamayol A.， Khademhosseini A.， Annabi N.， Biomaterials， 2017， 140， 115—127
20	Kim M.， Ahn Y.， Lee K.， Jung W.， Cha C.， Carbohydr. Polym.， 2020， 229， 115538—115550
21	Cui M.， Wang X.， An B.， Zhang C.， Gui X.， Li K.， Li Y.， Ge P.， Zhang J.， Liu C.， Zhong C.， Sci. Adv.， 2019， 5（8）， 3155—3168.
22	Xu L.， Gao S.， Zhou R.， Zhou F.， Qiao Y.， Qiu D.， Adv. Mater.， 2020， 32（10）， 1907491—1907498
23	Lang N.， Pereira M. J.， Lee Y.， Friehs I.， Vasilyev N. V.， Feins E. N.， Ablasser K.， O’Cearbhaill E. D.， Xu C.， Fabozzo A.， Padera R.， Wasserman S.， Freudenthal F.， Ferreira L. S.， Langer R.， Karp J. M.， del Nido P. J.， Sci. Transl. Med.， 2014， 6（218）， 6—18
24	Tan H.， Jin D.， Qu X.， Liu H.， Chen X.， Yin M.， Liu C.， Biomaterials， 2019， 192， 392—404
25	Lei K.， Zhu Q.， Wang X.， Xiao H.， Zheng Z.， ACS Biomater. Sci. Eng.， 2019， 5（10）， 5489—5497
26	Dong R. H.， Qin C. C.， Qiu X.， Yan X.， Yu M.， Cui L.， Zhou Y.， Zhang H. D.， Jiang X. Y.， Long Y. Z.， Nanoscale， 2015， 7（46）， 19468—19475
27	Wang L. L.， Li L.， Feng S. Y.， Chem. J. Chinese Universities， 2021， 42（7）， 2111—2122（王琳琳，李磊，冯圣玉. 高等学校化学学报， 2021， 42（7）， 2111—2122）
28	Lewis L. N.， Stein J.， Gao Y.， Colborn R. E.， Hutchins G.， Platinum Met. Rev.， 1997， 41（2）， 66—75
29	Cheng C.， Watts A.， Hillmyer M. A.， Hartwig J. F.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2016， 55（39）， 11872—11876
30	Li Y.， Wang B.， Li Z.， Li L.， J. Appl. Polym. Sci.， 2017， 134（19）， 44831—44841
31	Francis A.， J. Biomed. Mater. Res.， Part B，2021， 109（5）， 744—764
32	Boyadzhieva S.， Sorg K.， Danner M.， Fischer S. C. L.， Hensel R.， Schick B.， Wenzel G.， Arzt E.， Kruttwig K.， Polymers， 2019， 11（6）， 942—957
33	Ni Annaidh A.， Bruyere K.， Destrade M.， Gilchrist M. D.， Ottenio M.， J. Mech. Behav. Biomed. Mater.，2012， 5（1）， 139—148
34	Yu B.， Kang S. Y.， Akthakul A.， Ramadurai N.， Pilkenton M.， Patel A.， Nashat A.， Anderson D. G.， Sakamoto F. H.， Gilchrest B. A.， Anderson R. R.， Langer R.， Nat. Mater.2016， 15（8）， 911—918

[1]	曹绪龙, 胡岳, 宋新旺, 祝仰文, 韩玉贵, 王鲲鹏, 陈湧, 刘育. 三乙烯四胺对磺化聚丙烯酰胺性能的影响[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(7): 1437.
[2]	刘振爽, 高尚, 赵外欧, 秦玉娇, 汪兵, 国新华. 类黄酮化合物对G-四链体及双链DNA选择性的电喷雾质谱研究[J]. 高等学校化学学报, 2012, 33(08): 1681.
[3]	宋建会, 吴萌, 余亦华, 陈群, 徐敏. 可聚合1,8-萘酰亚胺衍生物掺杂聚硅氧烷复合材料的合成及荧光特性[J]. 高等学校化学学报, 2012, 33(06): 1339.
[4]	武现丽, 韩国胜, 王珍, 曹书霞, 廖新成. N-磷酰化多巴胺与溶菌酶相互作用的ESI-MS研究[J]. 高等学校化学学报, 2012, 33(03): 516.
[5]	秦玉娇, 魏士刚, 王晓录, 杨帆, 汪兵, 国新华. d(C4)相关序列形成四分子i-Motif结构的电喷雾质谱研究[J]. 高等学校化学学报, 2011, 32(12): 2748.
[6]	孙晓杰, 张少文, 王芳, 郑京京, 吴采樱, 邢钧. 聚硅氧烷键合离子液体的合成及色谱性能[J]. 高等学校化学学报, 2009, 30(7): 1326.
[7]	渠琛玲, 张寒琦, 张华蓉, 白雨萍, 温慧. 电喷雾质谱法研究氨基酸的质谱碎裂及其与人参皂苷Rb₃的相互作用[J]. 高等学校化学学报, 2008, 29(9): 1721.
[8]	张国彬, 范晓东, 孔杰, 刘郁杨, 王生杰, 佀庆法 . 超支化聚硅氧烷的紫外光固化行为及固化动力学研究[J]. 高等学校化学学报, 2007, 28(8): 1598.
[9]	张宝莲, 朱晓晴, 艾腾, 卢金勇, 王鹏, 程津培. 聚硅氧烷固载NADH模型物的设计合成及应用[J]. 高等学校化学学报, 2003, 24(10): 1825.
[10]	陆豪杰, 欧庆瑜. 以衍生化聚硅氧烷为固定相的开管毛细管电色谱柱的研制[J]. 高等学校化学学报, 2002, 23(1): 30.
[11]	范剑虹, 曾昭睿, 方鹏飞, 陈远荫, 程介克. 新型高温固定相C₆₀聚硅氧烷的合成及色谱特性[J]. 高等学校化学学报, 2000, 21(9): 1359.
[12]	佘益民, 季怡萍, 何毓璠, 刘淑莹. MALDI质谱检测蛋白质与富勒醇的非共价复合物[J]. 高等学校化学学报, 1998, 19(11): 1735.
[13]	龚淑玲, 张宝莲, 卢雪然, 陈远荫. 冠醚改性聚甲基硅氧烷液膜离子传输性能[J]. 高等学校化学学报, 1996, 17(9): 1437.
[14]	胡运华, 卓仁禧. 侧链带长链烷酯基和胆甾酯基聚硅氧烷的合成及释药性能研究[J]. 高等学校化学学报, 1996, 17(2): 319.
[15]	穆劲, 夏强, 华玉晶, 周伟东, 肖童. 非对称八烷氧基取代酞菁聚硅氧烷的合成及其单分子膜[J]. 高等学校化学学报, 1995, 16(11): 1790.

聚硅氧烷皮肤组织黏接材料的设计合成与性能表征

Preparation and Properties Characterization of Polysiloxane Skin Tissue Adhesive

RichHTML

PDF (PC)

补充材料

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 12

参考文献 34

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价