CN105001434B

CN105001434B - 一类基于壳聚糖的多功能性止血微球

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Publication number: CN105001434B
Application number: CN201510531522.9A
Authority: CN
Inventors: 陈煜�; 童宗睿; 刘洋
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2017-10-17
Anticipated expiration: 2035-08-26
Also published as: CN105001434A

Abstract

本发明涉及一类基于壳聚糖的多功能性止血微球，属于功能性高分子材料合成及应用领域。本发明利用具有良好温敏凝胶特性的壳聚糖改性季铵盐衍生物，同时使用具有良好亲水性能的可降解聚合物的两亲性衍生物，将两种物质在乳液液体内复合后，并加入具有良好抗菌性能的小分子化合物，通过乳化温敏内凝胶法制备获得了一种多功能性止血微球材料。本发明的止血微球材料生物安全性高，具有良好的亲水性能、可降解性和抗菌性能，具有重要的临床应用价值。

Description

一类基于壳聚糖的多功能性止血微球

技术领域

本发明涉及一类基于壳聚糖的多功能性止血微球，属于功能性高分子材料合成及应用领域。

背景技术

在突发事故或急救中，对伤员动脉大出血快速而有效的止血，对于提高急救效果和存活率意义重大。由于传统止血敷料止血性能有限，开发新型止血敷料，达到对动脉喷射状出血快速而有效的止血，同时保证其优异的综合性能，是目前材料工作者和医学工作者共同面临的一个挑战。美军装备的壳聚糖敷料和沸石敷料都对动脉喷射状出血具有良好止血效果，成为士兵的必备装备，曾创造了在伊拉克和阿富汗战争中受伤士兵存活率超过90％的记录。但单纯由壳聚糖组成的壳聚糖敷料在创面具有一定的溶解性，吸水保水性能不佳，影响其止血性能；由火山灰提取物制备而成的沸石敷料易引起创面表面的灼伤，且易进入人体循环系统，有造成血栓的风险。

具有良好亲水性能的聚合物微球材料，含有微交联的网状结构，既可吸收水分，又可将水分保持于其结构中。将此类微球应用于出血创面时，可对出血的血液中的水分高效浓缩，对红细胞有聚集、粘附促凝效果，可激发凝血因子活性，膨胀后其具有保持水分的优异效果，可对创面具有良好的粘附和密封作用；特别值得关注的是，微球状止血材料不受创面结构影响，可在创面中紧密堆积，对特殊结构创面可保持良好的压迫止血效果，在大出血止血中有其独特的优势。尤其是采用天然高分子材料或可降解性合成高分子制备的微球材料，具有良好的降解吸收性能，可很好地满足体内止血的需要，具有重要应用前景。

专利CN201410621755.3和CN201210544025.9中介绍了含有淀粉的止血微球的制备方法。但淀粉存在容易霉变的缺陷，保质期较短；且此类微球不存在抗菌性能。

从虾蟹等甲壳类动物的外壳中提取出的天然高分子材料衍生物壳聚糖具有良好的生物相容性、生物可降解性、不具免疫原性、无毒性等优异性能，特别是由于其优异的止血性能，抑菌性能以及组织修复效果，在医用敷料、药物载体等领域具有良好的应用效果。专利CN201510044381.8介绍了一种含有海藻酸钠和壳聚糖衍生物的止血微球的制备方法，可提高止血微球的抗菌性能，防止微球的霉变。但壳聚糖的抑菌性能有限，无法对微球所使用的创面产生良好的抗菌、消炎作用。

此外，无论是淀粉类微球，还是海藻酸钠和壳聚糖衍生物类止血微球，均采用化学交联剂或高价阳离子复合作用进行交联。这些交联剂的引入，易增大作为体内使用的止血微球的毒副作用。一定结构的壳聚糖改性季铵盐衍生物具有良好的温敏性能，将其用于温敏性水凝胶的制备已有较多的报道。但在乳液体系中，利用壳聚糖改性的季铵盐的温敏交联性能，无法获得均匀分散的止血微球。

本发明利用具有良好温敏凝胶特性的壳聚糖改性季铵盐衍生物，同时使用具有良好亲水性能的可降解聚合物的两亲性衍生物，将两种物质在乳液液体内复合后，通过温敏交联作用，可制得具有单一分散性质的止血微球。同时，在复合过程中加入抗菌剂，制备了一种具有良好抗菌性能、亲水性能、止血性能的壳聚糖衍生功能性止血微球，并建立了其制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的止血微球材料容易霉变，制备过程采用化学交联剂，抗菌性能有限，亲水膨胀性能不好等问题，提出通过壳聚糖季铵盐与亲水性可降解性聚合物的两亲性衍生物混合，采用乳化温敏内凝胶法制备一种性能优异的，具有可降解性，抗菌性能及良好亲水膨胀性能的止血微球材料的方法。

本发明利用壳聚糖季铵盐衍生物与亲水性可降解性聚合物的两亲性衍生物混合，并加入具有良好抗菌性能的小分子化合物，通过乳化温敏内凝胶法制备获得了一种多功能性止血微球材料。这类止血微球材料可作为动脉大出血及各种体内出血的快速止血敷料，具有重要的临床应用价值。

本发明的一类基于壳聚糖的多功能性止血微球，其具体制备方法如下：

将壳聚糖季铵盐和亲水性聚合物的两亲性衍生物按照大于质量比1:1的比例关系混合后加入水中，在搅拌作用下使其完全溶解，得到混合溶液A，壳聚糖季铵盐/亲水性聚合物的两亲性衍生物混合物在混合溶液A中的质量浓度为0.1～10％；然后向混合溶液A中加入0.001～1.0倍壳聚糖季铵盐质量的促进剂和0.001～0.5倍壳聚糖季铵盐质量的抗菌剂，形成混合溶液B；再将混合溶液B与油相以质量比为0.5:9.5～9.5:0.5混合，同时加入0.001～0.05倍混合溶液B质量的乳化剂，在30～90℃下以5转/分钟～1000转/分钟的速度搅拌反应0.5～12小时；最后向反应体系中加入沉淀剂，沉淀产物，过滤，并用沉淀剂洗涤沉淀产物，经过滤、干燥、灭菌后获得最终产物。

所述的壳聚糖季铵盐为壳聚糖分子链上接枝季铵基团的衍生物或羧甲基壳聚糖分子链上接枝季铵基团的衍生物中的一种或几种的混合物，优选为壳聚糖接枝环氧丙基三甲基氯化铵、壳聚糖接枝环氧丙基三乙基氯化铵、壳聚糖接枝环氧丙基三丙基氯化铵、壳聚糖接枝-N,N-二甲基-N-乙基氯化铵、壳聚糖接枝-N,N-二甲基-N-丙基氯化铵、壳聚糖接枝-N,N-二乙基-N-丙基氯化铵、壳聚糖接枝烯丙基三甲基氯化铵、壳聚糖接枝烯丙基三乙基氯化铵、壳聚糖接枝烯丙基三丙基氯化铵、壳聚糖接枝烯丙基-N,N-二甲基-N-乙基氯化铵、壳聚糖接枝-N,N-二甲基-N-丙基氯化铵、壳聚糖接枝-N,N-二乙基-N-丙基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝环氧丙基三甲基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝环氧三乙基烷基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝环氧丙基三丙基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝环氧丙基-N,N-二甲基-N-乙基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝-N,N-二甲基-N-丙基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝环氧丙基-N,N-二乙基-N-丙基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝烯丙基三甲基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝烯丙基三乙基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝烯丙基三丙基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝烯丙基-N,N-二甲基-N-乙基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝-N,N-二甲基-N-丙基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝烯丙基-N,N-二乙基-N-丙基氯化铵中的一种或多种按任意比例混合。

所述亲水性聚合物的两亲性衍生物为羧甲基纤维素接枝长链烷基衍生物、羟乙基纤维素接枝长链烷基衍生物、海藻酸盐接枝长链烷基衍生物中的一种或多种按任意比例混合；所述亲水性聚合物的两亲性衍生物中接枝的长链烷基含有5～12个碳原子，其中长链烷基的接枝率在0.1～0.8范围，接枝率指一个亲水性聚合物结构单元上所接枝的取代基团的数目。优选为羧甲基纤维素接枝1,2-环氧烷烃、羟乙基纤维素接枝1,2-环氧烷烃、海藻酸盐接枝1,2-环氧烷烃中的一种或多种按任意比例混合。

所述促进剂为甘油磷酸盐。

所述抗菌剂为茶树油、纳米银、磺胺嘧啶银、碘、抗生素、麦卢卡蜂蜜中的一种或多种以任意比例组成的混合物。

所述油相为蓖麻油、石油醚、硅油、液体石蜡、大豆油、花生油、葵花籽油、煤油中的一种或多种以任意比例组成的混合物。

所述乳化剂为司班、吐温、长链烷基磺酸钠、长链烷基苯磺酸钠、月桂醇聚醚硫酸酯、卵磷脂、豆磷脂、聚乙二醇辛基苯基醚中的一种或多种以任意比例组成的混合物。

所述沉淀剂为正己烷、环己烷、乙醇、丙酮、乙醚、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种以任意比例组成的混合物。

有益效果

本发明不加入化学交联剂或金属盐，利用壳聚糖衍生物的温敏凝胶性能形成交联网络，所制备微球的生物安全性高。采用具有良好温敏凝胶特性的壳聚糖改性季铵盐衍生物，和具有良好亲水性能的可降解聚合物的两亲性衍生物在乳液液滴内复合，获得了独立结构的止血微球，所制备微球具有良好的亲水性能和可降解性。可实现微球对抗菌分子的包埋与缓释，使微球具有良好的抗菌性能。这类止血微球材料可作为动脉大出血及各种体内出血的快速止血敷料，具有重要的临床应用价值。

附图说明

图1为实施例1所获得的止血微球的扫描电镜图，图中的放大倍数为200倍；

图2为实施例5所获得的产物的外观照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的内容作进一步说明：

实施例1

将3.6g的壳聚糖接枝环氧丙基三甲基氯化铵和2.4g羧甲基纤维素接枝1,2-环氧己烷的混合物溶解到194g水中，得到混合溶液A，其中1,2-环氧己烷在羧甲基纤维素分子链上的接枝率为0.3，在搅拌作用下使其完全溶解后，加入0.72g的β-甘油磷酸钠和0.36g的抗菌剂茶树油，得到混合溶液B；再将100g混合溶液B与150g蓖麻油混合，同时加入1.25g的乳化剂吐温-80，在50℃下以300转/分钟的速度搅拌反应5小时。最后向反应体系中加入沉淀剂异丙醇，沉淀产物，过滤，并用异丙醇洗涤沉淀产物，经过滤、干燥、灭菌后获得最终产物。

实施例2：

将8.0g的壳聚糖接枝-N,N-二乙基-N-丙基氯化铵和2.0g羟乙基纤维素接枝1,2-环氧壬烃的混合物溶解到190g水中，得到混合溶液A，其中1,2-环氧壬烷在羟乙基纤维素分子链上的接枝率为0.5，在搅拌作用下使其完全溶解后，加入4.0g的β-甘油磷酸钠和0.64g的抗菌剂麦卢卡蜂蜜，得到混合溶液B；再将100g混合溶液B与400g蓖麻油混合，同时加入1.0g的乳化剂卵磷脂，在60℃下以500转/分钟的速度搅拌反应6小时。之后加入沉淀剂丙酮，沉淀产物，过滤，并用丙酮洗涤产物，过滤后干燥，灭菌后获得最终产物。

实施例3：

将1.0g的羧甲基壳聚糖接枝烯丙基-N,N-二甲基-N-乙基氯化铵和1.0g海藻酸盐接枝1,2-环氧戊烷的混合物溶解到198g水中，得到混合溶液A，其中1,2-环氧戊烷在海藻酸盐分子链上的接枝率为0.2，在搅拌作用下使其完全溶解后，加入0.005g的β-甘油磷酸钠和0.03g的抗菌剂磺胺嘧啶银，得到混合溶液B；再将150g混合溶液B与100g液体石蜡混合，同时加入4.5g的乳化剂月桂醇聚醚硫酸酯，在70℃下以50转/分钟的速度搅拌反应10小时。之后加入沉淀剂乙醚，沉淀产物，过滤，并用乙醚洗涤产物，过滤后干燥，灭菌后获得最终产物。

实施例4：

将6.4g的壳聚糖接枝环氧丙基三乙基氯化铵，4.8g的羧甲基壳聚糖接枝烯丙基-N,N-二乙基-N-丙基氯化铵和4.8g羧甲基纤维素接枝1,2-环氧癸烷的混合物溶解到184g水中，其中，1,2-环氧癸烷在羧甲基纤维素分子链上的接枝率为0.1，在搅拌作用下使其完全溶解后，加入3.36g的β-甘油磷酸钠和0.056g的抗菌剂抗生素左氧氟沙星，得到混合溶液B；再将150g混合溶液B与100g花生油和煤油组成的油相混合，其中花生油和煤油的质量比为6:4，同时加入1.5g的乳化剂十二烷基苯磺酸钠，在60℃下以200转/分钟的速度搅拌反应5小时。之后加入沉淀剂N-甲基吡咯烷酮，沉淀产物，过滤，并用N-甲基吡咯烷酮洗涤产物，过滤后干燥，灭菌后获得最终产物。

实施例5(对照实施例)：

将6g的壳聚糖接枝环氧丙基三甲基氯化铵溶解到194g水中，得到混合溶液A，其中1,2-环氧己烷在羧甲基纤维素分子链上的接枝率为0.3，在搅拌作用下使其完全溶解后，加入1.2g的β-甘油磷酸钠和0.6g的抗菌剂茶树油，得到混合溶液B；再将100g混合溶液B与150g蓖麻油混合，同时加入1.25g的乳化剂吐温-80，在50℃下以300转/分钟的速度搅拌反应5小时。最后向反应体系中加入沉淀剂异丙醇，沉淀产物，过滤，并用异丙醇洗涤沉淀产物，经过滤、干燥、灭菌后获得最终产物。

实施例1所获得的止血微球的结构如图1所示，实施例5所获得的产物的结构如图2所示。由图可见，通过实施例1，将具有良好温敏凝胶特性的壳聚糖改性季铵盐衍生物，和具有良好亲水性能的可降解聚合物的两亲性衍生物在乳液液滴内复合后，可获得具有独立结构的止血微球；而单独使用具有良好温敏凝胶特性的壳聚糖改性季铵盐衍生物，在同样的乳液液滴内，只能得到结构均一的水凝胶。

本发明所制备的多功能性止血微球的吸液性能测试：

称取0.20克的高吸水性敷料，置于尼龙布袋中后放入盛有吸收液体的烧杯中，在室温下充分溶胀10分钟后除去布袋表面的水分，称量吸水后树脂的质量。吸水倍率Q通过下式计算：

式中，Q—吸水倍率，克/克；m₁—吸水前高吸水性树脂的质量，克；m₂—吸水后高吸水性树脂的质量，克。

实施例1得到的止血微球吸水倍率达83克/克。实施例2得到的止血微球吸水倍率达61克/克。实施例3得到的止血微球吸水倍率达69克/克。实施例4得到的止血微球吸水倍率达47克/克。将对照实施例5获得的水凝胶干燥、粉碎后，测试其吸水倍率为17克/克。

本发明所制备的多功能性止血微球的止血性能测试：

健康新西兰白兔随机分为6组，每组10只，雌雄兼用。用3％的戊巴比妥钠按1mL/kg的剂量静脉注射麻醉动物后，使其仰卧固定在手术台上。钝性分离股动脉，暴露约4～5cm，用小止血钳夹注近心端和远心端，然后用眼科剪剪断股，放开近心端和远心端，使其自由出血5s，然后擦去喷出的血，在创面上撒上待试材料1.0g，盖上纱布并加压，每30s观察1次，直至停止出血，记录止血时间。

测试得到实施例1获得的止血微球的平均止血时间为26.9秒，实施例2获得的止血微球的平均止血时间为33.6秒，实施例3获得的止血微球的平均止血时间为28.2秒，实施例4获得的止血微球的平均止血时间为35.1秒，实施例5获得的凝胶干燥、粉碎后使用的平均止血时间为73.2秒，市售的淀粉止血微球的平均止血时间为37.3秒。可将，本专利所制备的止血微球的止血性能优于市售的淀粉止血微球；但通过对照实施例5所获得的材料的止血性能不好，止血时间远长于市售止血微球。

本发明所制备的多功能性止血微球的抗菌性能测试：

用无菌棉拭子蘸取浓度为5×10⁵cfu/mL的金黄色葡萄球菌实验菌液，在营养琼脂培养基平板周围均匀涂抹3次，每涂抹1次，平板应转动60°，最后将棉拭子绕平板边缘涂抹一周。盖好平皿，室温下干燥5min。

将消毒后的试样微球撒到平板表面，使平板上粉末的覆盖直径为5mm，厚度小于4mm。盖好平皿，置37℃恒温培养箱内，培养16h后观察结果。用游标卡尺测量抑菌环的直径。对每个试样重复实验3次，求取平均值。

测得实施例1所制备的微球抑菌环直径为19.7mm，实施例2所制备的微球抑菌环直径为14.1mm，实施例3所制备的微球抑菌环直径为12.6mm，实施例4所制备的微球抑菌环直径为8.1mm，实施例5所制备的微球抑菌环直径为18.3mm，市售淀粉止血微球无抗菌性能。

Claims

1.一类基于壳聚糖的多功能性止血微球，其特征是具体制备方法如下：

将壳聚糖季铵盐和亲水性聚合物的两亲性衍生物按照大于质量比1:1的比例关系混合后加入水中，在搅拌作用下使其完全溶解，得到混合溶液A，壳聚糖季铵盐/亲水性聚合物的两亲性衍生物混合物在混合溶液A中的质量浓度为0.1～10％；然后向混合溶液A中加入0.001～1.0倍壳聚糖季铵盐质量的促进剂和0.001～0.5倍壳聚糖季铵盐质量的抗菌剂，形成混合溶液B；再将混合溶液B与油相以质量比为0.5:9.5～9.5:0.5混合，同时加入0.001～0.05倍混合溶液B质量的乳化剂，在30～90℃下以5转/分钟～1000转/分钟的速度搅拌反应0.5～12小时；最后向反应体系中加入沉淀剂，沉淀产物，过滤，并用沉淀剂洗涤沉淀产物，经过滤、干燥、灭菌后获得最终产物；

所述的壳聚糖季铵盐为壳聚糖分子链上接枝季铵基团的衍生物或羧甲基壳聚糖分子链上接枝季铵基团的衍生物中的一种或几种的混合物；

所述亲水性聚合物的两亲性衍生物为羧甲基纤维素接枝长链烷基衍生物、羟乙基纤维素接枝长链烷基衍生物、海藻酸盐接枝长链烷基衍生物中的一种或多种按任意比例混合；所述亲水性聚合物的两亲性衍生物中接枝的长链烷基含有5～12个碳原子，其中长链烷基的接枝率在0.1～0.8范围；

所述促进剂为甘油磷酸盐；

所述抗菌剂为茶树油、纳米银、磺胺嘧啶银、碘、抗生素、麦卢卡蜂蜜中的一种或多种以任意比例组成的混合物；

所述油相为蓖麻油、石油醚、硅油、液体石蜡、大豆油、花生油、葵花籽油、煤油中的一种或多种以任意比例组成的混合物；

所述乳化剂为司班、吐温、长链烷基磺酸钠、长链烷基苯磺酸钠、月桂醇聚醚硫酸酯、卵磷脂、豆磷脂、聚乙二醇辛基苯基醚中的一种或多种以任意比例组成的混合物；

2.如权利要求1所述的一类基于壳聚糖的多功能性止血微球，其特征是：所述的壳聚糖季铵盐为壳聚糖接枝环氧丙基三甲基氯化铵、壳聚糖接枝环氧丙基三乙基氯化铵、壳聚糖接枝环氧丙基三丙基氯化铵、壳聚糖接枝-N,N-二甲基-N-乙基氯化铵、壳聚糖接枝-N,N-二甲基-N-丙基氯化铵、壳聚糖接枝-N,N-二乙基-N-丙基氯化铵、壳聚糖接枝烯丙基三甲基氯化铵、壳聚糖接枝烯丙基三乙基氯化铵、壳聚糖接枝烯丙基三丙基氯化铵、壳聚糖接枝烯丙基-N,N-二甲基-N-乙基氯化铵、壳聚糖接枝-N,N-二甲基-N-丙基氯化铵、壳聚糖接枝-N,N-二乙基-N-丙基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝环氧丙基三甲基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝环氧三乙基烷基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝环氧丙基三丙基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝环氧丙基-N,N-二甲基-N-乙基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝-N,N-二甲基-N-丙基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝环氧丙基-N,N-二乙基-N-丙基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝烯丙基三甲基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝烯丙基三乙基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝烯丙基三丙基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝烯丙基-N,N-二甲基-N-乙基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝-N,N-二甲基-N-丙基氯化铵、羧甲基壳聚糖接枝烯丙基-N,N-二乙基-N-丙基氯化铵中的一种或多种按任意比例混合。

3.如权利要求1所述的一类基于壳聚糖的多功能性止血微球，其特征是：所述亲水性聚合物的两亲性衍生物为羧甲基纤维素接枝1,2-环氧烷烃、羟乙基纤维素接枝1,2-环氧烷烃、海藻酸盐接枝1,2-环氧烷烃中的一种或多种按任意比例混合。