CN105107006B - 一种可降解淀粉基止血材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可降解淀粉基止血材料及其制备方法和应用，制备方法包括：S1.原料处理：将淀粉用水清洗；S2.交联：将淀粉中加入超纯水，升温至30～70℃后加入氯化钠和三偏磷酸钠溶液，保温10～60min，搅拌反应2～48h，调剂溶液pH，得交联淀粉；S3.酶造孔：将交联淀粉、氯化钙、ɑ‑淀粉酶混合反应2～24h，反应温度为50～75℃，经清洗得可降解淀粉基止血材料。本发明的可降解淀粉基止血材料可用于制备人体体表、体内组织的止血材料，制备体内实质性脏器的大量出血或活动部位、或难止血部位的出血控制材料；该可降解淀粉基止血材料生物相容性好、在体内可降解、成本低，制备简单、生产方便、无毒环保。

Description

一种可降解淀粉基止血材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于组织损伤修复医疗器械领域，特别是涉及一种可降解淀粉基止血材料及其制备方法和应用。

背景技术

血液具有营养和滋润全身各组织器官的功能，是构成人体和维持人类生命活动的基础物质之一。外伤出血是人类生活中常有的事，而因战争、交通事故、自然灾害等引起的急性大出血以及实质性脏器的深部出血是人体受伤后导致死亡、致残和致畸的主要原因。当外伤失血量达到总血量的20%以上时，出现明显的休克症状；达到总血量的40%时就有生命危险。有效的止血是患者生命安全的必要保证，也是减少术区积血、利于伤口愈合、减少感染等并发症的有效手段。对于体表小伤口，人体在自身的凝血因子作用下就可以止血；对于较大面积的出血需采用止血剂进行治疗。

随着科学技术的迅速发展，止血材料得到了长足的发展。目前国内市场上常见的止血材料主要有纤维蛋白胶、明胶海绵、胶原、壳聚糖、中药植物药及矿物药和沸石等。然而，纤维蛋白胶虽有良好的粘合性，但由于其不能压迫止血，无法单独应用于大创面止血，此外因其源自动物和人体的血液，易致过敏和病毒感染；明胶海绵的多孔结构使得对血液有很强的吸收作用，并激活血小板，促进血栓形成，但其对内脏创伤部位的粘附性较差，且在体内降解吸收性较差，大大地增加了伤口部位感染的风险；壳聚糖是天然高分子化合物，对人体无排斥反应，具有良好的生物相容性和降解性能，而且具有一定的止血性能，但其自身的止血作用有限，对于广泛性出血创面的止血性能并不显著，常需要复合凝血因子、氯化钙等其他止血剂。此外，其体内降解过程的相对不可控也较大的制约了其在外科手术，尤其是持续时间长，创面大的手术中的应用。中药植物药及矿物药虽然价格便宜，但配比方式多样，部分配方可能有刺激性和毒性，止血效果差，许多情况下需要加压，使用不便，不可用于深部创伤，缺乏体内用剂型；沸石及沸石颗粒的止血粉类，虽然止血效果好、速度快、可用于创伤，灾害，战伤所致深部组织止血；且止血时产生高温烧灼，具有一定的杀菌效果，但是不可降解，不可用于和平时期外科手术；吸水产热过于剧烈，可能导致周边组织坏死；止血之后可能残留微小沸石粉末，可能会导致局部炎症消退过慢及疼痛；可见，体表出血和一般性的软组织出血已有一些止血方法，但需进一步提升其安全性与有效性；而对实质性脏器创面的止血则仍是外科领域面临的难题。

实质性脏器（如脑、肾脏、肝脏、脾脏等器官）脆性大、血流量十分丰富，缝扎止血对控制其中大血管出血是必要的，但易导致组织切割破损，造成伤口出血或针眼出血；另外，缝扎止血可影响实质性脏器的功能。国内外一直致力研发能对实质性脏器迅速止血并且对其功能无影响的止血材料，已经在外科手术和动物试验中初步验证了效果，但在实际应用中仍有缺陷，如：HafsLund Nycomed医药公司研制开发的Taehocomd可吸收创面止血封固剂止血速度慢、强生公司的Surgical纤维素止血材料可能对神经组织具有毒性等。

淀粉因为其丰富的资源和低廉的成本在工业上广为应用。近年来，淀粉因高粘度、良好的生物相容性和可降解而在生物材料领域崭露头角。一些精确设计的淀粉微球，已被FDA批准上市作为临床止血材料。止血用淀粉微球不含有任何动物源或人源性的成分，可避免过敏风险。此外，其吸水性好，并具有亲水性分子滤网的作用，通过聚集血液中的固体成分，提高创面附近凝血因子的浓度而促进止血。与此同时，淀粉在体内可被淀粉酶降解，一定时间后即可被完全吸收，术后不引起组织粘连，也不破坏新生上皮和血痂。加上应用简单，淀粉基止血材料已成为目前国内外临床使用广泛、也较为有效的新型止血材料之一，尤其是针对实质性脏器止血，其有效性与安全性已被初步证明。

尽管已上市的淀粉基止血材料克服了传统止血材料的缺陷并在临床上获得了应用，但其应用中仍存在明显的不足：

1. 主要依靠吸收血液中的水分来止血，对凝血系统的激活有限；

2. 凝沉性较差，易引起血痂的脱落并破坏新生组织，直接影响材料的止血效果；

3. 一些淀粉基止血材料采用的交联过程复杂，交联残留大，有一定的毒性；

4. 部分进口材料价格高，包装量小，应用效费比不理想；

5. 局限于体内小创伤和体表（如皮肤）止血，对于深部实质性脏器和活动部位的止血效果不理想；

6. 缺乏载药及与具有其他止血机理的止血材料同时应用的基础。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种可降解淀粉基止血材料及其制备方法和应用，该可降解淀粉基止血材料具有良好的生物相容性、止血效果好、在体内降解速度可控、成本低、制备简单、生产方便、并且可与其他止血材料构建复合止血材料及载药使用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种可降解淀粉基止血材料的制备方法，它包括以下步骤：

S1. 原料处理：将淀粉用水清洗；

S2. 交联：将淀粉中加入超纯水，升温至30～70℃后加入氯化钠和三偏磷酸钠溶液，保温10～60min，搅拌反应2～48h，调剂溶液pH，得交联淀粉；

S3. 酶造孔：将交联淀粉、氯化钙、ɑ-淀粉酶混合反应2～24h，反应温度为50～75℃，经清洗得可降解淀粉基止血材料。

进一步地，所述步骤S2交联步骤前或交联步骤后还包括超声处理的步骤，超声处理的条件为：超声波频率为15～25KHz，功率为1800～2500W。

进一步地，步骤S1中所述淀粉为马铃薯淀粉、绿豆淀粉、甘薯淀粉或小麦淀粉中的任意一种。

进一步地，步骤S2中所述的氯化钠溶液的浓度为1～5%（w/w），三偏磷酸钠溶液的浓度为2～8%（w/w），所述调节pH值的具体方法为：采用1.0 mol/L的氢氧化钠调pH值至11，搅拌反应2～48h，用1.0 mol/L的盐酸中和至溶液pH值为6～7。

进一步地，步骤S3中所述交联淀粉、氯化钙、ɑ-淀粉酶的重量比为5～30:0.5～4:0.1～1。

采用上述的方法制备的可降解淀粉基止血材料。

一种可降解淀粉基止血材料，它是由颗粒中心具有一个中心孔的淀粉颗粒组成。

一种可降解淀粉基止血材料的应用，用于制备人体体表、体内组织的止血材料。

一种可降解淀粉基止血材料的应用，用于制备体内实质性脏器的大量出血、活动部位或难止血部位的出血控制材料。

一种可降解淀粉基止血材料作为药物载体的应用

本发明的可降解淀粉基止血材料可单独使用或与载体材料复合使用。

本发明的制备方法中超声处理步骤使原淀粉表面构建细微缺陷，同时改变淀粉颗粒内结晶与非结晶区结构关系，改变淀粉颗粒表面分子链排布方式，增加吸水性及沉凝胶性；交联步骤稳定细微空隙结构，提高产品凝沉性、调整分子筛性质和调控降解速度等；酶造孔步骤在超声造孔的基础上以酶造孔，构建内部孔隙，同时保留颗粒表面结构，提供丰富凝血表面。

本发明的止血原理是：

本发明的可降解淀粉基止血材料发挥其止血作用并非依赖于单一的止血途径，而是几种方式的综合，包括：机械填塞及粘附；吸水浓聚血液止血成分；微细表面结构提供促进血小板黏附及释放的表面；暂时性的压迫并促进血管的收缩；部分发挥分子筛作用促进凝血酶系的相互作用以及在止血完成后逐渐降解促进组织修复等，现分述如下：

1.机械填塞及粘附：本发明的可降解淀粉基止血材料的物理性状为具有一定粒度范围的淀粉微粒，其溶解度较低，在喷洒于出血血管局部时可起到一定的机械填塞作用。因为在加工制备过程中对其表面分子链伸展形式进行了一定的取向化处理，因此在接触血液之后具有较强的粘性，可粘附于出血部位及其周围组织上形成较牢固的凝胶样结构，达到封堵创口的效果。

2.吸水浓聚血液止血成分：本发明的可降解淀粉基止血材料表面及内部广布微孔及微缝隙，加之在接触血液成分后表面的亲水性多糖分子侧链可舒展以促进水分子的进入，因此具有较强的吸水性。体外试验中样品吸水性可达自身重量的6倍以上，在此过程中，血液中本身的止血成分可被有效浓缩，达到更快止血，形成凝血块的目的。

3.微细表面结构提供促进血小板黏附及释放的表面：如图1所示，本发明的可降解淀粉基止血材料表面及内部广布孔隙，极大的增大了其表面积，在吸水浓缩血液成分后，血小板可有效的黏附于其表面，并且，亲水性的多糖侧链的存在可有效的促进血小板的释放，提高局部凝血物质浓度，促进止血凝块的形成。

4.暂时性的压迫并促进血管的收缩：本发明的可降解淀粉基止血材料吸水后会膨胀形成凝胶态结构，这种凝胶具有一定的粘性，在封堵出血部位后，膨胀的凝胶本身及形成的血凝块将可在此部位形成机械压迫；并且，凝胶块与血凝块的这种被动压迫，可能可以促进出血血管的收缩，降低再次出血的可能。并且，由于本发明的可降解淀粉基止血材料是可降解的，在出血止住之后的组织再生修复过程中，凝胶体将伴随血凝块逐渐降解，因此这种压迫是暂时性的，不会妨碍止血之后的组织再生重建过程。

5.部分发挥分子筛作用促进凝血酶系的相互作用：本发明的可降解淀粉基止血材料吸水形成凝胶后，因其凝胶体孔径分布的限制，可具有一定的分子筛作用。在止血过程中，这种分子筛将可在固定凝血酶原的同时，不妨碍凝血所需的诸如钙离子及被剪切后的凝血酶原片段等相对较小分子的进入，加之凝胶体本身的固定水分子的效果，可促使各凝血酶原发生相互作用，更好的凝血。

6.止血完成后逐渐降解促进组织修复：人体内天然存在可降解淀粉基材料的淀粉酶系，因此本发明的可降解淀粉基止血材料可以在人体内逐渐降解。同时，与明胶，胶原及透明质酸等常见基质不同，由于淀粉酶在人体内并非活跃酶系，因此降解速度相对可控，可与组织生长相适应。另外，本发明的可降解淀粉基止血材料在设计过程中已考虑了对组织修复的促进，因此在终产品的配方中可加入能有与本发明的可降解淀粉基止血材料颗粒有效结合的促组织再生成分如葡聚糖等，以有效的促进组织的修复过程。

本发明具有以下优点：市售常见淀粉基止血粉其孔隙结构分布较为无序，表面至中心部贯穿始终，因此颗粒丢失质量大，表面细微孔隙的张力作用导致液体渗透时间偏长，并需要对材料表面亲水性进行较多的修正，甚至采用复合其他一些安全性未必良好的材料的方法，比如壳聚糖及羧甲基纤维素等。而本发明的可降解淀粉基止血材料为中心造孔，孔径相对较大，而表面层结构保留多，在保证更好的凝血效果的同时提供搭载平台。

附图说明

图1 为本发明的可降解淀粉基止血材料的表面结构及其孔隙示意图，SEM×400；

图2为本发明的可降解淀粉基止血材料表面-内部微观结构示意图；

图3为本发明的可降解淀粉基止血材料与市售止血材料全血凝固时间的相对值比较结果图；

图4为采用本发明的可降解淀粉基止血材料对家兔颅顶的止血实验效果图；

图5为本发明的可降解淀粉基止血材料降解效果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述。

实施例1：一种可降解淀粉基止血材料的制备方法，它包括以下步骤：

S1. 原料处理：将绿豆淀粉用水清洗；

S2. 超声处理：采用超声波对清洗过的绿豆淀粉进行超声处理6h，超声波频率为15KHz，功率为1800W；

S3. 交联：将绿豆淀粉中加入超纯水，升温至30℃后加入浓度为1%（w/w）氯化钠和浓度为2%（w/w）三偏磷酸钠溶液，保温10min，用1.0 mol/L的氢氧化钠调pH值至11，搅拌反应2h，用1.0 mol/L的盐酸中和至溶液pH值为6，得交联淀粉并洗涤；

S4. 酶造孔：将交联淀粉、氯化钙、ɑ-淀粉酶混合反应2h，交联淀粉、氯化钙、ɑ-淀粉酶的重量比为5:0.5:0.1；反应温度为50℃，经清洗得可降解淀粉基止血材料，如图1、图2所示。

实施例2：一种可降解淀粉基止血材料的制备方法，它包括以下步骤：

S1. 原料处理：将甘薯淀粉用水清洗；

S2. 交联：将甘薯淀粉中加入超纯水，升温至70℃后加入浓度为5%（w/w）氯化钠和浓度为8%（w/w）三偏磷酸钠溶液，保温60min，用1.0 mol/L的氢氧化钠调pH值至11，搅拌反应48h，用1.0 mol/L的盐酸中和至溶液pH值为7，得交联淀粉并洗涤；

S3. 超声处理：采用超声波对交联淀粉进行超声处理8h，超声波频率为25KHz，功率为2500W；

S4. 酶造孔：将超声处理过的交联淀粉、氯化钙、ɑ-淀粉酶混合反应24h，交联淀粉、氯化钙、ɑ-淀粉酶的重量比为30:4:1；反应温度为75℃，经清洗得可降解淀粉基止血材料，如图1、图2所示。

实施例3：一种可降解淀粉基止血材料的制备方法，它包括以下步骤：

S1. 原料处理：将马铃薯淀粉用水清洗；

S2. 超声处理：采用超声波对清洗过的马铃薯淀粉进行超声处理7h，超声波频率为18KHz，功率为2000W；

S3. 交联：将马铃薯淀粉中加入超纯水，升温至40℃后加入浓度为2%（w/w）氯化钠和浓度为4%（w/w）三偏磷酸钠溶液，保温25min，用1.0 mol/L的氢氧化钠调pH值至11，搅拌反应20h，用1.0 mol/L的盐酸中和至溶液pH值为6.5，得交联淀粉并洗涤；

S4. 酶造孔：将交联淀粉、氯化钙、ɑ-淀粉酶混合反应10h，交联淀粉、氯化钙、ɑ-淀粉酶的重量比为10:1:0.5；反应温度为60℃，经清洗得可降解淀粉基止血材料，如图1、图2所示。

实施例4：一种可降解淀粉基止血材料的制备方法，它包括以下步骤：

S1. 原料处理：将小麦淀粉用水清洗；

S2. 交联：将小麦淀粉中加入超纯水，升温至58℃后加入浓度为4%（w/w）氯化钠和浓度为6%（w/w）三偏磷酸钠溶液，保温50min，用1.0 mol/L的氢氧化钠调pH值至11，搅拌反应35h，用1.0 mol/L的盐酸中和至溶液pH值为6.5，得交联淀粉并洗涤；

S3. 超声处理：采用超声波对清洗过的交联淀粉进行超声处理7.5h，超声波频率为22KHz，功率为2300W；

S4. 酶造孔：将超声处理的交联淀粉、氯化钙、ɑ-淀粉酶混合反应18h，交联淀粉、氯化钙、ɑ-淀粉酶的重量比为20:3:0.8；反应温度为70℃，经清洗得可降解淀粉基止血材料，如图1、图2所示。

实施例5：一种可降解淀粉基止血材料的制备方法，它包括以下步骤：

S1. 原料处理：将马铃薯淀粉用水清洗；

S2. 超声处理：采用超声波对清洗过的马铃薯淀粉进行超声处理8h，超声波频率为20KHz，功率为20000W；

S3. 交联：将马铃薯淀粉中加入超纯水，升温至40℃后加入浓度为1%（w/w）氯化钠和浓度为8%（w/w）三偏磷酸钠溶液，保温50min，用1.0 mol/L的氢氧化钠调pH值至11，搅拌反应42h，用1.0 mol/L的盐酸中和至溶液pH值为6，得交联淀粉并洗涤；

S4. 酶造孔：将交联淀粉、氯化钙、ɑ-淀粉酶混合反应12h，交联淀粉、氯化钙、ɑ-淀粉酶的重量比为28:3:1；反应温度为70℃，经清洗得可降解淀粉基止血材料，如图1、图2所示。

以下通过实验说明本发明的有益效果：

1. 主要质量控制指标：

（1）物理性能：外观，规格，吸水率，粒径，干燥失重；

（2）化学性能：鉴别，pH值，重金属含量，灼烧残渣；

（3）生物学性能：细胞毒，刺激，致敏，急毒，亚慢毒，遗传毒，植入，无菌，内毒素，降解及止血性能评价（如CT，PTT，出凝血时间）等。

2. 产品有效性：

淀粉基止血材料的典型代表是美国Medfor公司的来源于美国军方技术的AristaTM止血粉（微孔多聚糖止血粉）。虽然AristaTM止血效果优秀，临床认可度高，但仍有不足之处：首先，AristaTM经表氯醇交联，可能在降解过程中释出潜在毒性物质；二是其微孔多聚糖颗粒吸水性与粘着性稍差，易于漂浮；最重要的是其价格昂贵（国内售价为1700元/5g）。与之相比，本发明的一种可降解淀粉基止血材料通过精确控制下对淀粉颗粒进行改性与交联，经可控二次处理调整颗粒表面形貌，生产出广布微孔的，具有极佳吸水性，成凝胶性，粘着性及降解性能的止血剂产品。考虑到在术中用对止血效果的要求，以及体内使用对产品降解速度与局部低炎性反应的期望，对此淀粉基材料本身的性质需妥善调整，拟采取的控制手段包括精确控制的交联改性，以及二次处理以控制表面形貌等，以确保产品的止血效果和最小的副反应。本产品可充分吸取现有市售止血材料的优点，设计包装方式，提供临床使用的便利性。最后，本产品以粉剂进行使用，可避免纱布型的裁切及创口适应性的问题，但本产品并不排除可能的其他形式的使用。

作为可吸收的止血材料，马铃薯淀粉基复合止血器械必须遵循体内植入医疗器械在安全性与有效性上的要求。从安全性的角度而言，在保证淀粉原料来源安全的前提下，所用的改性交联剂必须低毒且低残留。本项目中马铃薯淀粉颗粒改性交联中未使用可能具有潜在毒性的表氯醇等交联剂，而使用同属美国食品化学药典（FCC）规定可用于食品级交联淀粉生产的相对安全的交联剂，保证了更高的安全性。

3.止血性能评价

(1) 以本发明较佳实施例3制备的止血材料与市售止血材料在进行全血凝固时间试验中的止血时间比较。

实验结果如图3所示，本实验中止血材料与新鲜家兔全血比例为0.2g:1mL，可见：本发明制备的止血材料可以提供较之市售材料更短的全血凝固时间。

(2) 以本发明较佳实施例制备的止血材料在进行家兔颅脑暴露切削伤模型止血效果。

实验结果如图4，图5所示，从图4中可以看出：本发明制备的止血材料也表现出了较好的止血效果。

4. 降解实验：

本产品的所有处理均是在淀粉基基材上进行。加工过程虽然能够改变其多糖链段的舒展形式，但并未改变其链段本身的单糖结合形式。因此，无论是在体内体外，通过淀粉酶的作用，本产品的降解产物将是循葡萄糖至水和二氧化碳，几乎不会有有害物质在降解过程中释出。

体外降解试验使用a-淀粉酶，以标准流程生产的止血粉样品可在48小时内完全降解。

体内植入家兔颅脑时，以标准流程生产的止血粉样品可在4-8周后完全降解，如图5所示。

4. 人体安全性的评估：

本产品在设计上即考虑了安全性与有效性协同统一的要求。首先，在原料选取上，使用了可能的风险物质如脂类，蛋白质含量极低的符合医用级要求的马铃薯淀粉。加工过程中，除了使用物理加工手段外，交联改性中未使用可能具有潜在毒性的表氯醇等交联剂，而使用同属美国食品化学药典（FCC）规定可用于食品级交联淀粉生产的相对安全的交联剂。并且，可根据国际国家行业标准体系的要求制定切实可行的产品质量标准。因此，本产品的人体应用风险可控，安全性有足够的保证。

目前，以标准流程生产的止血粉样品已进行了细胞毒，刺激，致敏，急毒及植入评价，其结果均为阴性。

5. 生产成本方面：

目前进口产品5克包装零售价格可达1300元，规模生产的前题下，本发明的产品5克成本可控制至不超过30元，因此，显著降低了生产成本。

Claims (7)

1.一种可降解淀粉基止血材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1. 原料处理：将淀粉用水清洗；

S2. 交联：将淀粉中加入超纯水，升温至30～70℃后加入氯化钠和三偏磷酸钠溶液，保温10～60min，搅拌反应2～48h，调剂溶液pH，得交联淀粉；其中交联步骤前或交联步骤后还包括超声处理的步骤，超声处理的条件为：超声波频率为15～25KHz，功率为1800～2500W；所述的氯化钠溶液的浓度为1～5%（w/w），三偏磷酸钠溶液的浓度为2～8%（w/w），所述调节pH值的具体方法为：采用1.0 mol/L的氢氧化钠调pH值至11，搅拌反应2～48h，用1.0 mol/L的盐酸中和至溶液pH值为6～7；

S3. 酶造孔：将交联淀粉、氯化钙、ɑ-淀粉酶混合反应2～24h，反应温度为50～75℃，经清洗得可降解淀粉基止血材料；其中交联淀粉、氯化钙、ɑ-淀粉酶的重量比为5～30:0.5～4:0.1～1。

2.如权利要求1所述的一种可降解淀粉基止血材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述淀粉为马铃薯淀粉、绿豆淀粉、甘薯淀粉或小麦淀粉中的任意一种。

3.采用如权利要求1所述的方法制备的可降解淀粉基止血材料。

4.如权利要求3所述的可降解淀粉基止血材料，其特征在于，它是由颗粒中心具有一个中心孔的淀粉颗粒组成。

5.如权利要求3所述的一种可降解淀粉基止血材料的应用，其特征在于：用于制备人体体表、体内组织的止血材料。

6.如权利要求3所述的一种可降解淀粉基止血材料的应用，其特征在于：用于制备体内实质性脏器的大量出血、活动部位或难止血部位的出血控制材料。

7.如权利要求3所述的一种可降解淀粉基止血材料作为药物载体的应用。