CN105178009A - 一种纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备方法 - Google Patents

一种纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备方法，所述方法按照以下步骤进行：一、纳米纤维素的制备；二、纳米纤维素的氧化；三、纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备。本发明纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料，通过TEMPO-NaClO-NaBr氧化体系对制备的纳米纤维素进行选择性氧化，在纳米纤维素分子的C6位上引入羧酸钠结构，再与氧化再生纤维素复合，增大了氧化再生纤维素的比表面积，提高了所得纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的止血性能，克服了普通氧化再生纤维素及其复合止血材料止血性能提升幅度小的缺点。使用本发明制备的纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料进行止血，止血时间降低了5～20％。

Description

一种纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种止血材料的制备方法，属于生物医用复合材料技术领域。
背景技术
日常生活中不可避免的会发生各种突发性的死亡，由失血引发的死亡占据相当大的比例。在进行急救治疗以及手术过程的创伤止血时，也存在因大出血导致医疗事故甚至死亡的案例。总之，病患者受伤后的局部有效的快速止血是抢救生命成败的关键因素之一，能否在短时间内让流血的创面快速止血至关重要。因此，有效的止血剂能避免失血过多，很大程度地减少发病率和死亡率，有效控制出血量并降低出血时间成为降低死亡率的重要选择。
在早期，由于技术条件有限，人们主要使用物理方法来止血，例如人工加压、使用止血纤维、止血纱布、止血绷带、止血带等机械方法，但这些方法止血效果并不理想，且在使用中存在局限性：操作困难，耗时较长，容易与受伤创面粘连而不易换药，不能有效处理伤口的感染和化脓的问题。
自20世纪70年代以来，人们着力于医用天然高分子材料和医用合成高分子材料应用于可吸收止血材料的研究。目前常用的止血材料有纤维蛋白胶类止血材料、明胶海绵类止血材料、氧化纤维素类止血材料及壳聚糖类止血材料等。这些止血材料的止血机理和使用方法各不相同，其止血效果也有很大差别。
临床上广泛使用美国强生(Johnson&Johnson)公司生产的Surgicel，在国内又称“速即纱”。速即纱的主要成分是氧化再生纤维素。氧化再生纤维素是将纤维素中的C6伯羟基高度选择性氧化成为羧基而得到的纤维素的一种衍生物，其无毒且具有良好的生物相容性和生物可降解性，目前已被应用于各行各业。目前，市场销售的Surgicel主要是从美国和英国进口的产品，国内仅有几家公司生产出了类似的止血纱布，如：大连永兴医用材料有限公司的“维莱柯”、云南德华生物药业有限公司的“德纳泰”等，但是由于材料性能远不如速即纱，所以临床上主要采用昂贵的进口止血材料。
氧化再生纤维素具有抗菌、免疫、伤口愈合和抗病毒的特性。当氧化再生纤维素结构中的羧基含量介于16～24％之间时，其展现出最佳的止血性能和生物降解性能。氧化再生纤维素是一种行之有效的止血剂，氧化再生纤维素结构中的羧基能够降低血液的pH值，提供酸性环境，而吸引血红蛋白中的Fe3+离子，同时，其能够激活血液中的血小板，使血小板聚集，形成血栓，进而控制大面积出血。另外，氧化再生纤维素在与血液接触之后会发生溶胀，使毛细血管末端受压迫而封闭，加速止血。氧化再生纤维素中羧基含量越高，聚合度越低，止血效果越好，生物可降解性能越好，越容易被人体吸收。
虽然氧化再生纤维素有很多优秀的性能，但也存在一些弊端，如止血效率不高，不能适用于大量出血；pH低，容易对某些神经系统造成损伤，不能用于脑部出血等。
人们一直致力于对氧化再生纤维素作为止血材料的改性研究。目前，在一些公开或授权的发明专利中，已经使用天然或合成高分子材料，如壳聚糖(CN102198288A)、藻酸盐(CN104013991A)氧化石墨烯(CN104383578A)等复合来改善氧化再生纤维素的止血性能。虽然以上复合止血材料都对氧化再生纤维素的相关研究具有很大的意义，同时也使材料的止血性能得到了一定程度的提升，但是提升程度一般较小，即改善效果较差；而且，以往研究中的改善方法还会对氧化再生纤维素止血材料的机械强度和生物可吸收性能造成负面影响，相对于小幅度提升的止血性能而言，改性效果是得不偿失的。
发明内容
本发明的目的是要解决现有氧化再生纤维素的改性材料存止血速率慢及止血性能提升幅度小的问题，而提供一种纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备方法，按照以下步骤进行：
一、纳米纤维素的制备：
①取1.0～5.0g微晶纤维素与45mL一定质量分数的硫酸溶液(二者之间的质量比约为1∶15～45)混合于洁净烧杯中，开启磁力搅拌，在30～50℃温度的水浴条件下反应1～3h。
②将反应液倾入400～500ml的去离子水中结束反应，静置，去除上清液。对悬浮液去离子水离心洗涤4～6次。测得pH值5～7。超声处理15～30min后将溶胶放入透析袋中进行纯化处理，透析外液为去离子水。透析4～6天去除剩余的SO4 2-。
③纯化后的纳米晶纤维素在-10～-20℃预冻20～40h，预冻后放入冷冻干燥机中，在温度-56～-20℃、真空度10～40Pa的条件下，处理20～40h，得到白色的纳米纤维素粉末。
二、纳米纤维素的氧化：
①将0.1～1.0g步骤一中制备的纳米纤维素溶于装有50～200mL去离子水，超声处理30～45min。
②用NaOH(0.5mol/L)标准液调节pH至10～11，加入一定量TEMPO和NaBr混合均匀，控制纳米纤维素、TEMPO和NaBr质量比为5～15∶1∶10。取NaClO足量，调节pH在10～11.8，分次加入。
③反应结束倒入过量的乙醇终止反应，离心处理，去除上层液体，使用无水乙醇离心洗涤4～6次。
④用HCl(0.1mol/L)溶液进行酸化处理3～4h。用乙醇进行离心洗涤4～6次，溶于适量去离子水中，重复步骤一中的③得到白色带有羧基基团的氧化纳米纤维素。
三、纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备：
①将步骤二④中的氧化纳米纤维素溶于去离子水中，超声处理15～50min，再将氧化再生纤维素浸入到氧化纳米纤维素溶液中，超声处理20～40min，浸泡20～40h后取出，得到负载有纳米纤维素的氧化再生纤维素纱布；
②用无水乙醇洗涤5～10次，重复步骤一中的③，得到纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料，通过TEMPO-NaClO-NaBr氧化体系对制备的纳米纤维素进行选择性氧化，在纳米纤维素分子的C6位上引入羧酸钠结构，再与氧化再生纤维素复合，增大了氧化再生纤维素的比表面积，提高了所得纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的止血性能，克服了普通氧化再生纤维素及其复合止血材料止血性能提升幅度小的缺点。
2、本发明纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料中纳米纤维素和氧化再生纤维素表面均带有羧基，具有双重止血作用，使止血时间大大缩短，达到快速止血的效果。
3、本发明纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备过程无需特殊设备、反应条件温和，可实现纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料工厂化生产。
4、本发明纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备过程的原料为可再生资源且成本低，可实现纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的低成本化。
5、使用本发明制备的纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料进行止血，止血时间降低了5～20％。
附图说明
图1为不同浓度硫酸水解处理的纤维素产品图；
图2为酸化前后纤维素的红外谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一：本实施方式提供的纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备方法，按照以下步骤进行：
一、纳米纤维素的制备：
①取1.0～5.0g微晶纤维素与45mL一定质量分数的硫酸溶液(二者之间的质量比约为1∶15～45)混合于洁净烧杯中，开启磁力搅拌，在30～50℃温度的水浴条件下反应1～3h。
②将反应液倾入400～500ml的去离子水中结束反应，静置，去除上清液。对悬浮液去离子水离心洗涤4～6次。测得pH值5～7。超声处理15～30min后将溶胶放入透析袋中进行纯化处理，透析外液为去离子水。透析4～6天去除剩余的SO4 2-。
③纯化后的纳米晶纤维素在-10～-20℃预冻20～40h，预冻后放入冷冻干燥机中，在温度-56～-20℃、真空度10～40Pa的条件下，处理20～40h，得到白色的纳米纤维素粉末。
二、纳米纤维素膜的制备：
①将100～200mg纳米纤维素与200ml去离子水混合于洁净烧杯中，搅拌15～30min，真空脱气处理20～40h，然后真空过滤，得纳米纤维素膜。
②重复步骤一中的③。
三、纳米纤维素的氧化：
①将0.1～1.0g步骤一中制备的纳米纤维素溶于装有50～200mL去离子水，超声处理30～45min。
②用NaOH(0.5mol/L)标准液调节pH至10～11，加入一定量TEMPO和NaBr混合均匀，控制纳米纤维素、TEMPO和NaBr质量比为5～15∶1∶10。取NaClO足量，调节pH在10～11.8，分次加入。
③反应结束倒入过量的乙醇终止反应，离心处理，去除上层液体，使用无水乙醇离心洗涤4～6次。
④用HCl(0.1mol/L)溶液进行酸化处理3～4h。用乙醇进行离心洗涤4～6次，溶于适量去离子水中，重复步骤一中的③得到白色带有羧基基团的氧化纳米纤维素。
四、纳米纤维素膜的氧化：
①将步骤二中制备的纳米纤维素膜浸入去离子水中，重复步骤三中的②。
②反应结束倒入过量的乙醇终止反应，用无水乙醇离心洗涤4～6次。
③重复步骤三中的③，得到白色带有羧基基团的氧化纳米纤维素膜。
五、纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备：
①将步骤三④中的氧化纳米纤维素溶于去离子水中，超声处理15～50min，再将氧化再生纤维素浸入到氧化纳米纤维素溶液中，超声处理20～40min，浸泡20～40h后取出，得到负载有纳米纤维素的氧化再生纤维素纱布；
②用无水乙醇洗涤5～10次，重复步骤一中的③，得到纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料。
上述方法中，步骤一中硫酸的浓度为55～70wt.％，优选为64wt.％。
上述方法中，步骤一中在40℃温度的水浴条件下反应2h。
上述方法中，步骤一中透析袋截留分子量为3000。
上述方法中，步骤一中在-12～18℃预冻38～22h。
上述方法中，步骤二中纳米纤维素为150mg。
上述方法中，步骤二中滤膜孔径为0.65μm。
上述方法中，步骤五中为带有羧基基团的纳米纤维素与氧化再生纤维素纱布复合用于止血。
上述方法中，氧化再生纤维素中羧基含量为16～24％；所述的氧化再生纤维素是以织物形式存在。
具体实施方式二：本实施方式提供的纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备方法，按照以下步骤进行：
一、纳米纤维素的制备：
①取1.0g微晶纤维素与45mL一定质量分数的硫酸溶液(二者之间的比约为1∶15)混合于洁净烧杯中，开启磁力搅拌，在40℃温度的水浴条件下反应2h。不同质量分数硫酸处理微晶纤维素的效果图如图1所示。由图1可以看出，当硫酸浓度为64wt.％时得到分散均匀的纳米纤维素悬液。
②将反应液倾入10倍体积的去离子水中结束反应，静置，去除上清液。对悬浮液去离子水离心洗涤5次。测得pH值6～7。超声处理30min后将溶胶放入透析袋中进行纯化处理，透析外液为去离子水。透析5天去除剩余的SO4 2-。
③纯化后的纳米晶纤维素在-18℃预冻24h，预冻后放入冷冻干燥机中，在温度-56～-20℃、真空度10～40Pa的条件下，处理24h，得到白色的纳米纤维素粉末。通过红外光谱图图2可知，纳米晶纤维素与微晶纤维素具有相似的特征峰，峰的位置并没有变化，也没有峰的消失和生成。这说明，在硫酸酸化的过程中，纳米晶纤维素的分子结构依然保持原有的单元结构，并没有生成新的化学键和官能基团。
二、纳米纤维素膜的制备：
①将150mg纳米纤维素与200ml去离子水混合与洁净烧杯中，搅拌30min，真空脱气处理24h，然后真空过滤，得纳米纤维素膜。
②重复步骤一中的③。
三、纳米纤维素的氧化：
①将0.5g纳米纤维素溶于装有50mL去离子水，超声处理30min。
②用NaOH(0.5mol/L)标准液调节pH至10～11，加入一定量TEMPO和NaBr混合均匀，控制纳米纤维素、TEMPO和NaBr质量比为10∶1∶10。取NaClO足量，调节pH在10.8左右，分次加入。
③反应结束倒入过量的乙醇终止反应，离心处理，去除上层液体，使用无水乙醇离心洗涤5次。
④用HCl(0.1mol/L)溶液进行酸化处理3～4h。用乙醇进行离心洗涤5次，溶于适量去离子水中，重复步骤一中的③得到白色带有羧基基团的氧化纳米纤维素。
四、纳米纤维素膜的氧化：
①将步骤二中制备的纳米纤维素膜浸入去离子水中，重复步骤三中的②。
②反应结束倒入过量的乙醇终止反应，用无水乙醇离心洗涤5次。
③重复步骤三中的③得到白色带有羧基基团的氧化纳米纤维素膜。
五、纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备：
①将步骤三④中的纳米纤维素溶于去离子水中，超声处理30min，再将氧化再生纤维素纱布浸入到纳米纤维素溶液中，超声处理30min，浸泡24h后取出，得到负载有纳米纤维素的氧化再生纤维素纱布。
②用无水乙醇洗涤5次，重复步骤一中的③，得到纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料。
止血时间的测定：医用酒精对兔子的耳缘静脉消毒后，缓慢注射麻醉剂1％戊巴比妥钠溶液(10mg/kg)，由兔子的体重和兔子的麻醉状态决定麻醉剂的注射量，不断观察兔子的角膜反射状态和呼吸的频率。待兔子完全麻醉后。医用酒精消毒，开腹，打开腹腔后，轻轻将肝叶拉出放在消毒纱布上，用手术刀在肝叶的中间部位作约1.5cm×1.5cm十字切口，深度约为0.5cm，将待测样品立即敷在肝脏出血创面处，同时用秒表开始计时，用数码相机记录待测样品止血前后的状态和止血过程，待出血创面完全止血后记录止血时间。
测试结果如下：使用的氧化再生纤维素的织物的平均止血时间为285s，使用本实施方式中得到的纳米纤维素/氧化再生纤维素止血材料的平均止血时间为207s。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二的不同点是：所述的微晶纤维素的量为3g。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二的不同点是：所述的微晶纤维素的量为5g。其他与具体实施方式一相同。

Claims (10)

1.一种纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备方法，其特征在于所述方法步骤如下：
一、纳米纤维素的制备：
①取1.0～5.0g微晶纤维素与45mL硫酸溶液混合于洁净烧杯中，开启磁力搅拌，在30～50℃温度的水浴条件下反应1～3h；
②将反应液倾入400～500ml的去离子水中结束反应，静置，去除上清液；对悬浮液去离子水离心洗涤4～6次，测得pH值5～7；超声处理15～30min后将溶胶放入透析袋中进行纯化处理4～6天，去除剩余的SO4 2-；
③纯化后的纳米晶纤维素在-10～-20℃预冻20～40h，预冻后放入冷冻干燥机中，在温度-56～-20℃、真空度10～40Pa的条件下，处理20～40h，得到白色的纳米纤维素粉末；
二、纳米纤维素的氧化：
①将0.1～1.0g步骤一中制备的纳米纤维素溶于装有50～200mL去离子水，超声处理30～45min；
②用NaOH标准液调节pH至10～11，加入一定量TEMPO和NaBr混合均匀，控制纳米纤维素、TEMPO和NaBr质量比为5～15:1:10，取NaClO调节pH在10～11.8；
③反应结束倒入过量的乙醇终止反应，离心处理，去除上层液体，使用无水乙醇离心洗涤4～6次；
④用HCl溶液进行酸化处理3～4h，用乙醇进行离心洗涤4～6次，溶于去离子水中，重复步骤一中的③得到白色带有羧基基团的氧化纳米纤维素；
三、纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备：
①将步骤二④中的氧化纳米纤维素溶于去离子水中，超声处理15～50min，再将氧化再生纤维素浸入到氧化纳米纤维素溶液中，超声处理20～40min，浸泡20～40h后取出，得到负载有纳米纤维素的氧化再生纤维素止血材料；
②用无水乙醇洗涤5～10次，重复步骤一中的③，得到纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料。
2.根据权利要求1所述的纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备方法，其特征在于所述步骤一中，硫酸的浓度为55～70wt.％。
3.根据权利要求1或2所述的纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备方法，其特征在于所述硫酸的浓度为64wt.％。
4.根据权利要求1所述的纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备方法，其特征在于所述步骤一中，在40℃温度的水浴条件下反应2h。
5.根据权利要求1所述的纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备方法，其特征在于所述步骤一中，透析袋截留分子量为3000。
6.根据权利要求1所述的纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备方法，其特征在于所述步骤一中，在-12～-18℃预冻38～22h。
7.根据权利要求1所述的纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备方法，其特征在于所述步骤一中，微晶纤维素与硫酸二者之间的质量比为1:15～45。
8.根据权利要求1所述的纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备方法，其特征在于所述步骤一中，透析外液为去离子水。
9.根据权利要求1所述的纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备方法，其特征在于所述步骤二中，TEMPO和NaBr的质量比为1:10。
10.根据权利要求1所述的纳米纤维素/氧化再生纤维素复合止血材料的制备方法，其特征在于所述步骤三中，氧化再生纤维素中羧基含量为16～24％，以织物形式存在。
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