CN101716366A - 醛改性海藻酸钠和胺改性明胶的生物胶型止血剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种醛改性海藻酸钠和胺改性明胶的生物胶型止血剂，它以海藻酸钠和明胶为原料，按照配比：等体积的浓度为5％～25％的醛改性海藻酸钠溶液与5％～40％的胺改性明胶溶液混合，通过高碘酸钠氧化过程实现海藻酸钠醛改性，然后与用乙二胺改性的明胶混合形成的凝胶。所选用的明胶和海藻酸钠安全可靠，生物相容性好，可被生物体吸收降解。通过醛改性海藻酸钠和胺改性明胶发生席夫碱反应迅速形成凝胶，其凝胶时间可与纤维蛋白胶相当，但在粘附能力和粘附强度方面超越纤维蛋白胶的性能，可通过简单的局部喷洒或注射作用于身体的任何部位，可作为纤维蛋白胶的替代产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种醛改性海藻酸钠和胺改性明胶的生物胶型止血剂，具体说，它是由醛改性海藻酸钠和胺改性明胶构成的生物胶型软组织止血剂，通过两种材料中所含基团的化学反应快速凝胶而止血。
背景技术
现代科学技术的迅猛发展，使外科操作技术也经历了革命性变革。止血是外科基本操作技术的核心之一，人体任何部位的外科操作几乎无一例外地涉及到出血与止血。过去传统的器械止血技术因操作复杂，创伤大等缺点已被遗弃，所以在临床中能够出现一种即操作简单又能有效止血的软组织生物胶和止血剂是人们期待和备受关注的问题。目前临床中应用的生物胶或止血剂大体上可分为四种：胶原海绵或粉末、明胶海绵、氧化纤维素和氧化再生纤维素及纤维蛋白胶。胶原可吸收止血剂必须与血液直接接触才能发挥止血作用；明胶海绵止血剂存在与创伤面结合不紧密，吸血肿胀，止血较慢，引流不充分，填塞过多易引起异物反应等缺点；氧化纤维素和氧化再生纤维素虽能通过激活因子加速凝血反应并促进血小板粘附等而止血，但仍有一些不良反应和并发症。纤维蛋白胶是在组织相容性、无毒性和临床有效性等方面的性能优于其他任何一种生物或人工合成的外用止血剂。但由于它是一种从人血浆中提取的生物制品，有可能使患者感染传染性疾病。同时，用做外科粘附剂时，其主要作用是封闭断面小的渗血区，对较大量的出血无能为力，且其对生物组织的粘附性较低。
理想的止血剂材料应该满足即安全又能有效止血，可生物降解，操作简单并可广泛应用于临床需要。因此研究一种可用于人体的粘附能力强的生物胶型止血剂很有必要。为了解决这一问题，研究者们在制备合成或半合成生物胶及止血剂方面作了很多工作。临床广为应用的主要是α-氰基丙烯酸酯类物质，如α-氰基丙烯酸正辛酯制剂，无色透明液体，使用时吸出直接滴于干燥创面上，迅速将其涂匀变薄，5～6秒即可固化成柔软而富有弹性的聚合物[SingerAJ，Thode HC.A review of the literature on octylcyanoacrylate tissue adhesive.The AmericanJournal of Surgery：Vol.187，2004，pp.238-248]。Nakayama等人报道了一种经光化学反应聚合的明胶混合物，包含氧杂蒽类染料衍生的明胶、聚乙二醇二丙烯酸酯、抗坏血酸等，在可见光作用下，经几十分之一秒即可聚合成膨胀的凝胶，组织反应轻微，可用于腹腔镜外科治疗肝损伤[Nakayama Y，Matsuda T.Photocurable surgical tissue adhesive glues composed ofphotoreactive gelatin and poly(ethylene glycol)diacrylate.Journal of Biomedical MaterialsResearch Part B：Applied Biomaterials，Vol.48，1999，pp.511-521]。Iwata等人报道了水溶性碳化二亚胺交联的PLGA-明胶生物胶和由N-羟基琥珀酰亚胺改性的PLGA-明胶生物胶，当两种材料混合在一起时可迅速形成凝胶并与软组织牢固粘结，然而由于在凝胶的形成过程中会有尿素类衍生物或N-羟基琥珀酰亚胺释放出来，可能引起全身或局部的生物学反应[Iwata H，Matsuda S，Mitsuhashi K，Itoh E，Ikada Y.A novel surgical glue composed of gelatin andN-hydroxysuccinimide activated poly(L-glutamic acid)：Part 1.Synthesis of activated poly(L-glutamic acid)and its gelation with gelatin.Biomaterials：Vol.19，1998，pp.1869-1876]。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的醛改性海藻酸钠和胺改性明胶的生物胶型止血剂，可以克服现有技术的缺陷。所选用的明胶和海藻酸钠安全可靠，生物相容性好，可被生物体吸收降解。通过醛改性海藻酸钠和胺改性明胶发生席夫碱反应形成的生物胶型止血剂，两种聚合物溶液混合在一起时可迅速形成凝胶，其凝胶时间可与纤维蛋白胶相当，但在粘附能力和粘附强度方面超越纤维蛋白胶的性能，可通过简单的局部喷洒或注射作用于身体的任何部位，有望作为纤维蛋白胶的替代产品。
本发明提供的一种新型的醛改性海藻酸钠和胺改性明胶的生物胶型止血剂是以海藻酸钠和明胶为原料，按照配比：等体积的浓度为5％～25％的醛改性海藻酸钠溶液与5％～40％的胺改性明胶溶液混合，通过高碘酸钠氧化过程实现海藻酸钠醛改性，然后与用乙二胺改性的明胶混合形成的凝胶，具体步骤：
海藻酸钠的乙醇悬浮液与高碘酸钠水溶液混合反应后用乙二醇终止反应，透析，冷冻干燥，得到醛改性海藻酸钠；在pH 5.0缓冲溶液中和水溶性碳二亚胺存在条件下，明胶与乙二胺反应，反应溶液透析后，冷冻干燥，得到胺改性明胶；等体积的醛改性海藻酸钠和胺改性明胶的水溶液均匀混合，交联形成凝胶。该凝胶的猪皮粘接强度为100-300gfcm-1，凝胶时间10-250秒。
本发明提供的醛改性海藻酸钠和胺改性明胶的生物胶型止血剂的制备方法包括的步骤：
1)在0～40℃条件下，质量浓度5％～20％的海藻酸钠的乙醇悬浮液与质量浓度为0.025～0.25mol/L的高碘酸钠水溶液混合避光反应4小时后加入乙二醇终止反应，将反应溶液透析3天，冷冻干燥，得到醛改性海藻酸钠。
2)在含有质量浓度5％～10％明胶和水溶性碳二亚胺存在的pH＝5磷酸盐缓冲溶液中，加入乙二胺(明胶∶乙二胺＝1∶0.56～1∶5.6，质量比)，酸调节pH至5，37℃条件下反应1小时，反应溶液透析3天，冷冻干燥，得到胺改性明胶。
3)将等体积的5％～25％的醛改性海藻酸钠水溶液与5％～40％的胺改性明胶水溶液混合。
步骤1)反应温度为4-25℃。
步骤2)所述的明胶∶乙二胺＝1∶0.56～1∶5.6，质量比，优选A型明胶。
步骤1)和2)所述的透析条件：所述的水溶性碳二亚胺∶明胶＝0.535∶1，质量比。
步骤2)所述的酸是盐酸。
本发明选用高碘酸钠作为海藻酸钠的氧化剂，由于海藻酸钠是由β-D-甘露糖醛酸(M单元)单元和α-L-古洛糖醛酸(G单元)单元按一定比例顺序键合而成，其糖醛酸单元具有顺式邻二醇结构，因此在高碘酸钠的氧化作用下打开C-C键而生成两个醛基。因为存在有效数量的醛基官能团，材料具有组织粘接和杀菌的特性。
本发明选用的溶剂可以是水体系和水-乙醇体系两种。纯水体系作为溶剂时即使较低浓度的海藻酸钠溶液其粘度也很大，不易溶解且因粘度大不好操作。水-乙醇体系作为溶剂时消耗较少溶剂的同时可得到较高产率的醛改性海藻酸钠。而两种情况下在相同配比的高碘酸钠作用下产物的氧化度和分子量基本相同，因此本发明优选水-乙醇体系作为溶剂。另外，氧化产物的分子量受温度的影响较大。一般温度越低制得的氧化产物的分子量越大。讨论分子量的大小有比较重要的意义，因为生物胶的粘结强度取决于凝胶本身的强度。较高分子量的氧化产物所制备的凝胶力学性能较好，生物胶的强度也会较大。
明胶是从胶原中提取的一种水溶性蛋白质，而胶原是结缔组织中主要的天然蛋白质成分。通过一个受控的提取过程，从动物的皮肤和骨骼中得到明胶。明胶水溶液必须在37℃以上才能得到，当温度降至室温时溶液通过物理交联变成凝胶状态，这种性质使得明胶不能很好地用做组织粘接剂。胺改性后的明胶克服了这一问题，在室温下便可溶解，且随着氨基含量的增加，溶液的粘度呈减小趋势。这种性质有利于明胶在生物胶型止血剂方面的应用。本发明选用乙二胺在水溶性碳化二亚胺的活化作用下与明胶中的羧基发生酰胺化反应，从而得到氨基含量较多的胺改性明胶。由于A型明胶含有更多的氨基，本发明优先A型明胶。通过胺改性后明胶中的氨基含量进一步增加，与醛改性海藻酸钠反应形成凝胶的速率更快，形成的凝胶具有更好的力学强度。
本发明制备方法非常方便，将等体积的浓度为5％～25％的醛改性海藻酸钠溶液与5％～40％的胺改性明胶溶液混合。将其喷洒或注射到出血部位，混合溶液快速发生交联反应形成凝胶从而达到迅速止血的目的。通过醛改性海藻酸钠和胺改性明胶发生席夫碱反应迅速形成凝胶，其凝胶时间可与纤维蛋白胶相当，但在粘附能力和粘附强度方面超越纤维蛋白胶的性能，可通过简单的局部喷洒或注射作用于身体的任何部位，可作为纤维蛋白胶的替代产品。
具体实施方式
实施所用的主要原料有海藻酸钠、明胶、高碘酸钠、乙二醇、无水乙醇、乙二胺、水溶性碳二亚胺等。
实施例1：
(1)称取5.0g海藻酸钠分散于25ml的无水乙醇中。
(2)称取1.35g高碘酸钠溶解于25ml去离子水中，整个过程避光。
(3)将溶液(2)与溶液(1)混合，25℃避光反应6小时后加入5ml的乙二醇终止反应15分钟。
(4)将溶液(3)装入透析袋中透析3天后冷冻干燥？℃，得到醛改性海藻酸钠。
(5)称取2g明胶溶解在50ml的0.1M磷酸盐缓冲溶液中(pH 5.0)，加入5.6克乙二胺，用6N的盐酸溶液调节pH至5.0。
(6)向溶液(5)中加入1.07g水溶性碳二亚胺(碘化[1-环己基-3-(3-三甲氨丙基)碳二亚胺])，再添加磷酸盐缓冲溶液总体积至100ml。在37℃条件下反应1小时。
(7)将溶液(6)装入透析袋中透析3天后10℃冷冻干燥，得到胺改性明胶。
(8)称取上述(4)中制得的醛改性海藻酸钠0.2g溶解于1.8ml去离子水中，得到均相溶液。
(9)称取上述(7)中制得的胺改性明胶0.6g溶解于1.4ml去离子水中，于50℃条件下完全溶解得到均相溶液。
(10)将上述(8)和(9)溶液于37℃条件下恒温半小时，使用双推注射器将两种溶液等体积混合，注射到模具中形成水凝胶样品。其猪皮粘接强度为120gfcm-1，凝胶时间为222秒。
实施例2：
原料与实施例1基本相同。将实施例1中的(2)调整为高碘酸钠加入量为2.7g，其它步骤相同。其猪皮粘接强度为150gfcm-1，凝胶时间为80秒。
实施例3：
原料与实施例2基本相同。将实施例2中的(3)调整为在4℃条件下避光反应，其它步骤相同。其猪皮粘接强度为182gfcm-1，凝胶时间为62秒。
实施例4：
原料与实施例1基本相同。将实施例1中的(5)调整为加入2.8g乙二胺，其它步骤不变。其猪皮粘接强度为117gfcm-1，凝胶时间为156秒。
实施例5：
原料与实施例3基本相同。将实施例3中的(8)调整为醛改性海藻酸钠0.3g溶解于1.7ml去离子水中，得到均相溶液。其他步骤不变。其猪皮粘接强度为227gfcm-1，凝胶时间为21秒。
实施例6：
原料与实施例5基本相同。将实施例5中的(9)调整为胺改性明胶0.5g溶解于1.5ml去离子水中，得到均相溶液。其他步骤不变。其猪皮粘接强度为189gfcm-1，凝胶时间为73秒。
Claims (8)
1.一种醛改性海藻酸钠和胺改性明胶的生物胶型止血剂，其特征在于它是以海藻酸钠和明胶为原料，按照配比：等体积的浓度为5％～25％的醛改性海藻酸钠溶液与5％～40％的胺改性明胶溶液混合，通过高碘酸钠氧化过程实现海藻酸钠醛改性，然后与用乙二胺改性的明胶混合形成的凝胶，具体步骤：
海藻酸钠的乙醇悬浮液与高碘酸钠水溶液混合反应后用乙二醇终止反应，透析，冷冻干燥，得到醛改性海藻酸钠；在pH 5.0缓冲溶液中和水溶性碳二亚胺存在条件下，明胶与乙二胺反应，反应溶液透析后，冷冻干燥，得到胺改性明胶；等体积的醛改性海藻酸钠和胺改性明胶的水溶液均匀混合，交联形成凝胶。
2.按照权利要求1所述的生物胶型止血剂，其特征在于该凝胶的猪皮粘接强度为100-300gfcm-1，凝胶时间10-250秒。
3.一种权利要求1所述的醛改性海藻酸钠和胺改性明胶的生物胶型止血剂的制备方法，其特征在于包括的步骤：
1)在0～40℃条件下，质量浓度5％～20％的海藻酸钠的乙醇悬浮液与质量浓度为0.025～0.25mol/L的高碘酸钠水溶液混合避光反应4小时后加入乙二醇终止反应，将反应溶液透析3天，冷冻干燥，得到醛改性海藻酸钠；
2)在含有质量浓度5％～10％明胶和水溶性碳二亚胺存在的pH 5磷酸盐缓冲溶液中，加入乙二胺，酸调节pH至5，37℃条件下反应1小时，反应溶液透析3天，冷冻干燥，得到胺改性明胶。
3)将等体积的5％～25％的醛改性海藻酸钠水溶液与5％～40％的胺改性明胶水溶液混合。
4.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤1)所述的反应条件为4～25℃。
5.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤2)所述的明胶∶乙二胺＝1∶0.56～1∶5.6，质量比。
6.按照权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述的明胶是A型明胶。
7.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤2)所述的水溶性碳二亚胺∶明胶＝0.535∶1，质量比。
8.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述的冷冻干燥是在0～25℃下进行。
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