CN106178066A

CN106178066A - 一种改性纤维素/壳聚糖复合止血材料及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN106178066A
Application number: CN201510229470.XA
Authority: CN
Inventors: 张军; 杨丽丽; 张金明
Original assignee: Institute of Chemistry CAS
Current assignee: Institute of Chemistry CAS
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2016-12-07

Abstract

本发明提供一种改性纤维素/壳聚糖复合止血材料及其制备方法与应用。该改性纤维素/壳聚糖复合止血材料的制备方法包括如下步骤：1)对纤维素进行改性处理，得到改性后的纤维素；2)将所述改性后的纤维素浸渍于壳聚糖酸性水溶液中，或者将壳聚糖酸性水溶液涂覆在所述改性后的纤维素表面，取出，即可得到。本发明制备方法简单，易于施行，产品生物相容性好，环境友好，且可塑性强，用途广泛，止血速度快，效果好，壳聚糖易于成型，避免现有氧化纤维素易产生炎症的缺点，且对细胞毒副作用小，能广泛应用于止血材料中。

Description

一种改性纤维素/壳聚糖复合止血材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于功能性高分子材料和医学技术领域，具体涉及一种改性纤维素/壳聚糖复合止血材料及其制备方法与应用。

背景技术

无论在日常生活还是在战场上，快速、有效地止血对于保护人类生命至关重要。我国每年有上百万人死于失血过多，战场上50％的士兵死于出血过多。对病患者局部进行快速、有效地止血，降低出血时间，是降低患者死亡率的重要措施。因此，开发止血材料一直是国内外人们关注的热点。

氧化纤维素是一类重要的止血材料，已被用作医用止血纱布和医用缝合线。美国强生医疗器材公司以氧化再生纤维素为原料开发的“SURGICEL”(速即纱)作为可吸收的止血纱布，在外科手术中已获得了广泛的临床应用。氧化纤维素的止血机制如下：氧化再生纤维素接触血液后可以吸附大量的血红细胞，然后氧化再生纤维素中的酸性羧基与Fe³⁺结合形成棕色胶块，封闭、堵塞毛细血管末端而起到止血作用。但是，由于氧化再生纤维素中材料表面的羧基数量有限，导致其止血速度相对较慢。同时，羧基致使止血材料的酸性较强，影响细胞的正常代谢和增殖，甚至会使细胞凋亡。

壳聚糖，是一种广泛存在于自然界的甲壳素通过部分脱乙酰化后得到的含氨基的线性多糖，被认为具有良好的生物相容性、可降解性、抗菌活性和促进创伤愈合性等优点而得到广泛的研究和应用。2002年9月，美国FDA批准了美国HemCon MedicalTechnologies公司生产的HemCon止血产品，并且此产品于2003年在阿富汗战争中被美国军方使用。壳聚糖止血剂不仅具有良好的止血效果，同时还具有可以抑制纤维增生，促进组织再生等作用。但是，壳聚糖机械强度差、成型困难，除了作为粉末外，很难作为材料单独使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性纤维素/壳聚糖复合止血材料及其制备方法。

本发明所提供的改性纤维素/壳聚糖复合止血材料的制备方法，包括如下步骤：

1)对纤维素进行改性处理，得到改性后的纤维素；

2)将所述改性后的纤维素浸渍于壳聚糖酸性水溶液中，或者将壳聚糖酸性水溶液涂覆在所述改性后的纤维素表面，取出，得到所述改性纤维素/壳聚糖复合止血材料。

上述制备方法中，步骤1)中，所述对纤维素进行改性处理可按本领域中常用的对纤维素进行改性的方法进行，具体可通过氧化剂、酯化试剂、醚化试剂和浓硫酸中的至少一种对所述纤维素进行改性处理，如：硫酸酸化法、TEMPO-NaBr-NaClO体系氧化法、高锰酸钾或高锰酸氧化法、次氯酸或次氯酸钠氧化法、过氧化氢氧化法、邻苯二甲酸酐酯化法、马来酸酐酯化法、琥珀酸酐酯化法、羧甲基醚化法。通过改性处理使所述纤维素表面带有阴离子电荷，以便能与酸性水溶液中带正电荷的壳聚糖进行复合，增加吸附量。

所述纤维素的聚合度为100-2000，所述纤维素来自如下原料中的至少一种：微晶纤维素、棉浆粕、棉花、纱布、木浆纤维素、木浆粕、竹浆粕、滤纸、脱脂棉、木材、亚麻和细菌纤维素。

所述纤维素的形态包括一维、二维、三维等多种尺度的形态，具体可选自粉末、微米纤维、纳米纤维、薄膜和微球中的至少一种。

上述制备方法中，步骤2)中，所述壳聚糖酸性水溶液是通过如下方法配制得到：将壳聚糖溶于酸性水溶液中即可得到。

其中，所述壳聚糖的分子量为1000-5000000g/mol，脱乙酰度为20-98.5％。

所述酸性水溶液为硫酸水溶液、盐酸水溶液、醋酸水溶液和磷酸水溶液中的至少一种，所述酸性水溶液的质量分数为0.01-50％。

所述壳聚糖酸性水溶液中壳聚糖的质量分数为0.01-10％。

所述浸渍的时间为2-24h。

上述制备方法中，步骤2)中，还包括对所述取出的取出物依次进行洗涤、干燥的步骤。

所述干燥具体可通过烘干法、冷冻干燥法、超临界干燥法和喷雾干燥法中的任一种而进行。

本发明所制备得到的改性纤维素/壳聚糖复合止血材料也属于本发明的保护范围。

此外，本发明所制备得到的改性纤维素/壳聚糖复合止血材料在制备止血材料方面的应用亦属于本发明的保护范围。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)止血效果好，细胞毒副作用小：改性纤维素/壳聚糖复合止血材料兼具改性纤维素羧基和壳聚糖氨基，止血快速、有效。而且，氨基的存在降低了材料的酸性，对细胞的毒副作用明显降低，止血时间减少7％-10％；

2)可塑性强，用途广泛：改性纤维素/壳聚糖复合止血材料中的改性纤维素力学性能良好，为材料提供了力学支撑，因而材料可以制备成粉末、纤维、薄膜、多孔材料、袋装材料等多种形态。不仅可用于平面创面，而且可用于空腔状创面，还可以多层使用或与药物复合使用；

3)材料生物相容性好，环境友好：纤维素和壳聚糖均为生物大分子，所得复合材料生物相容性好，可完全生物降解，易于废弃处理，有利于保护环境；

4)制备方法简单，易于施行：纤维素可通过异相反应或均相反应进行改性，所得改性纤维素通过静电吸附壳聚糖，即可制得改性纤维素/壳聚糖复合止血材料；

5)止血速度快、壳聚糖易于成型，避免现有氧化纤维素易产生炎症的缺点。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例1、制备改性纤维素/壳聚糖复合止血材料：

1)取4g微晶纤维素加入到300mL水中，在450rpm下机械搅拌，加入0.0685gTEMPO和0.04g溴化钠，待TEMPO完全溶解后加入20mL次氯酸钠，调节体系pH保持在10.53左右，至体系pH不再降低，加入20mL乙醇终止反应，反复离心，得到氧化纤维素；

2)将此氧化纤维素重新分散在水中，使其质量分数为0.01％，再将其加入到浓度为0.2wt％的壳聚糖(脱乙酰度为70％)盐酸水溶液中，在室温下搅拌2h。然后离心得到氧化纤维素和壳聚糖的复合物，用去离子水反复离心洗涤，最后冷冻干燥得最终产品。

将上述所制备的改性纤维素/壳聚糖复合止血材料用于止血时间测定：按40mg/kg剂量静脉缓慢注射戊巴比妥钠溶液麻醉动物(如：大鼠或兔)后，将其中央而动脉区域备皮、消毒，沿耳动脉方向切开皮肤，钝性分离出耳动脉、静脉和神经，再用手术刀横向切断动脉，待血液流出后，立即分别用一层测试样品(所得改性纤维素/壳聚糖复合止血材料)或对照样品(步骤1)中所得氧化纤维素)贴敷伤口表面并使用推拉力计施加3N的压力，每隔10s观察止血情况，直至最终完全止血后记录止血时间。测试结果如下：使用步骤1)中所得氧化纤维素的止血时间为120s，而改性纤维素/壳聚糖复合止血材料的止血时间为108s，止血时间减少10％，同时，避免了氧化纤维素可能产生的炎症，对细胞的毒副作用小。

实施例2、制备改性纤维素/壳聚糖复合止血材料：

1)取纤维素纱布浸泡在摩尔浓度为0.2mol/L的高锰酸钾溶液中避光反应24h后，取出。用去离子水反复冲洗后，得到改性后的纤维素；

2)再将改性后的纤维素浸泡在质量浓度为0.1％的壳聚糖(脱乙酰度为98％)的醋酸水溶液中。2h后，用去离子反复冲洗掉自由的壳聚糖分子，在50℃烘箱中烘干得最终产品。

按实施例1中的方法测定止血时间，测试结果如下：使用步骤1)中所得改性后的纤维素的止血时间为125s，而改性纤维素/壳聚糖复合止血材料的止血时间为114s，止血时间减少9％，同时，避免了改性后的纤维素可能产生的炎症，对细胞的毒副作用小。

实施例3、制备改性纤维素/壳聚糖复合止血材料：

1)取3g细菌纤维素毡放在透析袋中并浸泡在10mL质量分数为45％的过氧化氢水溶液中，质量分数为0.1％的氯化锌(相对于纤维素质量)作为催化剂，48h后，将透析袋外侧的水不断置换，得到氧化细菌纤维素毡；

2)然后将氧化细菌纤维素毡浸泡在质量浓度0.1％的壳聚糖(脱乙酰度为58％)盐酸水溶液中10h，不断用蒸馏水洗涤至中性，冷冻干燥得到产品。

按实施例1中的方法测定止血时间，测试结果如下：使用步骤1)中所得氧化细菌纤维素毡的止血时间为122s，而改性纤维素/壳聚糖复合止血材料的止血时间为107s，止血时间减少12％，同时，避免了改性后的纤维素可能产生的炎症，对细胞的毒副作用小。

实施例4、制备改性纤维素/壳聚糖复合止血材料：

1)取5g棉浆纤维素微球浸泡在0.2mol/L的高锰酸钾水溶液中避光反应36h，取出。过滤，并用蒸馏水洗涤，得到改性后的纤维素；

2)再将改性后的纤维素浸泡在质量浓度为0.2％的壳聚糖(脱乙酰度为98％)醋酸水溶液中。24h后，过滤，用去离子反复冲洗掉自由的壳聚糖分子，喷雾干燥制得最终产品。

按实施例1中的方法测定止血时间，测试结果如下：使用步骤1)中所得改性后的纤维素的止血时间为126s，而改性纤维素/壳聚糖复合止血材料的止血时间为117s，止血时间减少7％，同时，避免了改性后的纤维素可能产生的炎症，对细胞的毒副作用小。

实施例5、制备改性纤维素/壳聚糖复合止血材料：

1)取4g纤维素膜浸泡在300mL水中，加入0.1g TEMPO和0.05g溴化钠，待TEMPO完全溶解后加入25mL次氯酸钠，调节体系pH保持在10.53左右，至体系pH不再降低，加入50mL乙醇终止反应，反复用去离子水洗涤，得到氧化纤维素；

2)再将氧化纤维素重新浸泡在水中，加入质量浓度为0.2％的壳聚糖(脱乙酰度为30％)盐酸水溶液中，在室温下静置24h。取出复合膜，用去离子水反复洗涤，最后在50℃下烘干得最终产品。

按实施例1中的方法测定止血时间，测试结果如下：使用步骤1)中所得氧化纤维素的止血时间为118s，而改性纤维素/壳聚糖复合止血材料的止血时间为108s，止血时间减少8％，同时，避免了改性后的纤维素可能产生的炎症，对细胞的毒副作用小。

实施例6、制备改性纤维素/壳聚糖复合止血材料：

1)将1g棉浆粕与20g 1-烯丙基-3-甲基咪唑氯离子液体(AmimCl)混合，在80℃下机械搅拌2h，制得棉浆粕/AmimCl溶液。向溶液中加入3g马来酸酐反应1h，加入100mL甲醇，得到白色沉淀，过滤得到纤维素马来酸单酯；

2)然后将维素马来酸单酯加入到质量浓度为0.2％的壳聚糖(脱乙酰度为98％)稀硫酸水溶液中，搅拌12h。离心，过滤，用去离子水反复洗涤，最后冷冻干燥得到复合粉剂。

按实施例1中的方法测定止血时间，测试结果如下：使用步骤1)中所得纤维素马来酸单酯的止血时间为130s，而改性纤维素/壳聚糖复合止血材料的止血时间为118s，止血时间减少9％，同时，避免了改性后的纤维素可能产生的炎症，对细胞的毒副作用小。

实施例7、制备改性纤维素/壳聚糖复合止血材料：

1)将1g微晶纤维素与30g NaOH(7wt％)/尿素(12wt％)水溶液混合，在-12℃下机械搅拌10min，制得溶液。向溶液中加入3g一氯醋酸反应12h，加入100mL水，得到白色沉淀，过滤得到羧甲基纤维素；

2)然后将其加入到质量浓度为0.1％的壳聚糖(脱乙酰度为98％)稀醋酸水溶液中，搅拌3h。离心，过滤，用去离子水反复洗涤，最后冷冻干燥得到复合粉剂。

按实施例1中的方法测定止血时间，测试结果如下：使用步骤1)中所得羧甲基纤维素的止血时间为120s，而改性纤维素/壳聚糖复合止血材料的止血时间为110s，止血时间减少8％，同时，避免了改性后的纤维素可能产生的炎症，对细胞的毒副作用小。

实施例8、制备改性纤维素/壳聚糖复合止血材料：

1)取3g纤维素微米纤维浸泡在10mL质量分数为45％的过氧化氢水溶液中，加入占纤维素质量0.1％的氯化锌作为催化剂，48h后，得到氧化后的纤维素微米纤维。过滤，并用去离子水反复洗涤，得到改性后的纤维素微米纤维；

2)然后将改性后的纤维素微米纤维置于质量浓度0.1％的壳聚糖(脱乙酰度为58％)醋酸水溶液中，搅拌24h后，不断用蒸馏水洗涤至中性。冷冻干燥法得到产品。

按实施例1中的方法测定止血时间，测试结果如下：使用步骤1)中所得改性后的纤维素微米纤维的止血时间为115s，而改性纤维素/壳聚糖复合止血材料的止血时间为100s，止血时间减少13％，同时，避免了改性后的纤维素可能产生的炎症，对细胞的毒副作用小。

实施例9、制备改性纤维素/壳聚糖复合止血材料：

1)将亚麻放在透析袋中并浸泡在摩尔浓度为0.2mol/L的高锰酸钾水溶液中避光反应24h后，用去离子水不断置换，洗涤，得到改性后的亚麻。

2)再将改性后的亚麻倒入质量浓度为0.1％的壳聚糖(脱乙酰度为98％)醋酸水溶液中。24h后，进行离心并用去离子反复冲洗掉自由的壳聚糖分子，冷冻干燥得到最终产品。

按实施例1中的方法测定止血时间，测试结果如下：使用步骤1)中所得改性后的亚麻的止血时间为129s，而改性纤维素/壳聚糖复合止血材料的止血时间为115s，止血时间减少11％，同时，避免了改性后的纤维素可能产生的炎症，对细胞的毒副作用小。

Claims

1.一种改性纤维素/壳聚糖复合止血材料的制备方法，包括如下步骤：

1)对纤维素进行改性处理，得到改性后的纤维素；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述对纤维素进行改性处理是通过氧化剂、酯化试剂、醚化试剂和浓硫酸中的至少一种对所述纤维素进行改性处理；

所述纤维素的聚合度为100-2000，所述纤维素来自如下原料中的至少一种：微晶纤维素、棉浆粕、棉花、纱布、木浆纤维素、木浆粕、竹浆粕、滤纸、脱脂棉、木材、亚麻和细菌纤维素；

所述纤维素的形态包括一维、二维、三维的多种尺度的形态。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：用氧化剂进行改性处理是通过TEMPO-NaBr-NaClO体系氧化法、高锰酸钾或高锰酸氧化法、次氯酸或次氯酸钠氧化法和过氧化氢氧化法中的任一种；

用酯化试剂进行改性处理是通过邻苯二甲酸酐酯化法、马来酸酐酯化法和琥珀酸酐酯化法中的任一种；

用浓硫酸进行改性处理是通过硫酸酸化法；

用醚化试剂进行改性处理是通过羧甲基醚化法；

所述纤维素的形态选自粉末、微米纤维、纳米纤维、薄膜和微球中的至少一种。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述壳聚糖酸性水溶液是通过如下方法配制得到：将壳聚糖溶于酸性水溶液中得到；

其中，所述壳聚糖的分子量为1000-5000000g/mol，脱乙酰度为20-98.5％；

所述酸性水溶液为硫酸水溶液、盐酸水溶液、醋酸水溶液和磷酸水溶液中的至少一种，所述酸性水溶液的质量分数为0.01-50％；

所述壳聚糖酸性水溶液中壳聚糖的质量分数为0.01-10％；

所述浸渍的时间为2h-24h。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，还包括对所述取出的取出物依次进行洗涤、干燥的步骤。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述干燥通过烘干法、冷冻干燥法、超临界干燥法和喷雾干燥法中的任一种而进行。

7.权利要求1-6中任一项所述的制备方法而得到的改性纤维素/壳聚糖复合止血材料。

8.权利要求7所述的改性纤维素/壳聚糖复合止血材料在制备止血材料中的应用。