CN106474530A - 一种基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法 - Google Patents
一种基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于生物医药材料制备领域，涉及一种基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法。首先将适量壳寡糖和具有生物相容性的阴离子聚电解质或两性聚电解质溶于去离子水，然后注入模具中。通过降低聚电解质混合物水溶液的pH值，壳寡糖分子的氨基质子化并带上正电荷。带正电荷的壳寡糖与阴离子聚电解质或两性聚电解质通过库仑力相互作用形成复合物并逐渐凝胶化。复合物凝胶经冷冻干燥，得到海绵状止血敷料。本发明获得的止血敷料具有良好的生物相容性和抑菌性，表现出优异的止血功能，并且容易从伤口处移除，加速伤口恢复，同时制备工艺简单，易于工业化。
Description
技术领域
本发明属于生物医药材料制备领域，涉及一种基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法。
背景技术
现代医疗理论证明伤口愈合是细胞与细胞、细胞与细胞基质以及与可溶性介质间相互作用的连续动态过程。创面的修复过程与局部组织的营养、微环境、生长因子含量、微循环、低氧条件、感染等多种因素的相互作用有关，医用敷料可以起到关键性的作用。作为高科技医用敷料的一个主要理论基础，1962年英国科学家发现的“湿法疗法”认为当伤口的表面维持在一个湿润的微环境中时，上皮细胞的迁移明显地加快，伤口的愈合速度比干燥环境下快。
人体大量出血会导致失血性休克甚至死亡，无论战时火线或院前急救都需要一种能快速、有效止血，减轻止血过程对患肢血循环造成的不利影响的止血方法。现有常规的止血方法和止血药物还远不能满足要求，研发具有快速止血能力的创伤敷料是世界各国特别是军方十分关注的研究领域。
甲壳素广泛存在于海洋甲壳动物外壳、软体动物内骨骼、昆虫翅膀、菌类及藻类细胞壁内，是地球上的蕴藏量仅次于纤维素的天然多糖和第二大可再生资源。壳聚糖为甲壳素在强碱溶液中脱乙酰化的产物，是天然多糖中惟一大量存在的带正电荷碱性氨基多糖，具有特殊的物理、化学和生理活性，且无毒，可生物降解，生物相容性好，被认为是“人体第六生命要素”。
壳聚糖易于溶解在大多数有机酸和无机酸中，但不溶于水。壳寡糖是壳聚糖分子量降解到3000以下，主要由2～10个氨基葡萄糖连接而成的低聚糖。壳寡糖具有水溶性好、生物活性高、功能作用大、易被人体吸收等突出特点和许多独特的功能，是甲壳素、壳聚糖系列产品的高级产品，应用领域已经涉及到化学、医药、食品、化妆品、农业、环保、畜禽业等诸多方面，应用前景广阔。
大量研究发现壳寡糖具有许多生理功能，如能够调节动物肠道内微生物代谢活动，改善肠道微生物区系分布，增强有益菌生长；促进抗体生成、提高机体的免疫活性，抑制肿瘤生长；壳寡糖分子在质子化后能与细菌的细胞膜作用，干扰细菌细胞膜功能，造成细菌体内细胞质流失，表现出明显的抗菌抑菌作用；具有降低血压血糖、血脂，吸附胆固醇，从而有效地降低肝脏和血清中的胆固醇；强化肝脏功能，防止痛风和胃溃疡；有增强免疫力和抗疾病能力。作为一种生物相容性好、无免疫原性、无刺激性的多功能材料，壳寡糖不仅具有非常强的抑菌能力，而且具有加速凝血、促进创伤愈合、抑制瘢痕形成等多种功能。
壳寡糖分子中氨基的pKa值大约为6.5，当溶液的pH值低于6.0时，壳寡糖分子的氨基质子化显正电性。因此，当调节溶液的pH值在3.0至6.0区间时，带正电荷的壳寡糖分子能够同聚阴离子电解质或双性聚电解质分子通过库仑相互作用力而瞬时形成一种无规则的复合物。这种复合物为一种非平衡状态，随着时间的推移，通过氢键、范德瓦耳斯力、电荷转移及疏水缔合作用力等其它次级相互作用而逐渐形成更稳定的复合物。利用这种聚电解质复合物形成的三维网络结构，在材料制备过程中可以避免使用(如：戊二醛等)有一定毒性的化学交联剂，并能够较好的保留聚电解质材料本身优异的性能，在生物领域中具有重要的应用前景。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法，获得的聚电解质海绵止血敷料表现出优异的止血功能，解决现有常规的止血方法和止血药物不能满足要求等问题。
本发明的技术方案是：
一种基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法，首先配制含有壳寡糖和阴离子聚电解质或两性聚电解质的溶液，调节该溶液的pH值使壳寡糖分子带正电荷并与阴离子聚电解质或两性聚电解质通过库仑力相互作用形成复合物凝胶，复合物凝胶经冷冻干燥得到海绵状止血敷料。
所述的基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法，具体步骤如下：
1)制备含有壳寡糖和阴离子聚电解质或两性聚电解质的聚电解质混合物水溶液；
2)聚电解质混合物水溶液注入模具中；
3)调节聚电解质混合物水溶液的pH值至3.0～6.0区间，使壳寡糖分子的氨基质子化并显正电性；带正电荷的壳寡糖分子同阴离子聚电解质或两性聚电解质通过库仑力相互作用，形成聚电解质复合物，并逐步凝胶化；
4)凝胶经过预冷冻和真空冷冻干燥后形成海绵状止血敷料。
所述的基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法，步骤1)聚电解质混合物水溶液中，壳寡糖分子量在500～5000，脱乙酰度为60％～100％，壳寡糖的含量为所述溶液总质量的0.1～13wt.％。
所述的基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法，步骤1)聚电解质混合物水溶液中，阴离子聚电解质或两性聚电解质为具有良好生物相容性的含有-COO-、-SO3-、-O-CS2-、-O-PO3 2-阴离子基团的天然、半合成或合成的有机高分子材料，阴离子聚电解质或两性聚电解质的含量为所述溶液总质量0.3～20wt.％。
所述的基于羧甲基壳聚糖的聚电解质海绵创伤敷料的制备方法，采用的阴离子聚电解质或两性聚电解质为透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸角质素、肝素、海藻酸钠、黄原胶、卡拉胶、果胶、阿拉伯树胶、刺梧桐胶、黄耆胶、木质素磺酸钠、羧化淀粉、羧甲基纤维素、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯磺酸、聚乙烯膦酸、羧甲基壳聚糖、丙烯酸乙烯吡啶共聚物、核酸、蛋白质中的一种或两种以上。
所述的基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法，步骤3)调节聚电解质混合物水溶液的pH值至3.0～6.0区间时，采用在聚电解质混合物水溶液中加入质子释放剂、聚电解质混合物水溶液浸入酸性溶剂或聚电解质混合物水溶液在酸性气氛中处理方法中的一种或两种以上。
所述的基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法，质子释放剂采用葡萄糖酸内酯，加入量为聚电解质混合物水溶液总质量的0.05～5wt.％，处理时间为10分钟至8小时；酸性溶液为酸的水或醇水溶液，采用无机酸或有机酸：盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、辛酸、己二酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、马来酸、酒石酸、苯甲酸、苯乙酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、戊酸、己酸、癸酸、硬脂酸、软脂酸、丙烯酸、酒石酸、苹果酸、枸椽酸、抗坏血酸，处理时间为0.5小时至20小时；酸性气氛采用盐酸、硝酸、甲酸、乙酸、丙酸、乙二酸等易于挥发的无机酸或有机酸，处理时间为20分钟至18小时。
所述的基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法，步骤4)凝胶预冷冻温度为-10℃～-100℃，预冷冻时间为4～50小时。
所述的基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法，步骤4)真空冷冻干燥过程真空度在30帕以下，真空干燥时间为6～80小时。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明利用壳寡糖可以在中性水中溶解的特性，配制含有壳寡糖和阴离子聚电解质或两性聚电解质的聚电解质混合物水溶液。通过调节该溶液的pH值使壳寡糖分子的氨基质子化并带上正电荷，与溶液中的阴离子聚电解质或两性聚电解质通过库仑力相互作用形成复合物凝胶，复合物凝胶经冷冻干燥得到海绵状止血敷料。
2、本发明利用这种聚电解质复合物形成的三维网络结构，避免了使用(如：戊二醛等)有一定毒性的化学交联剂，并能够较好的保留壳寡糖等聚电解质材料本身优异的性能，表现出明显的优点：具有抑菌性和优异的止血功能；吸液能力强，能快速吸收血液中的水分，浓缩血小板和凝血因子；在吸水膨胀后粘附于创面，封堵创面破裂的毛细血管；止血后在创面形成水凝胶体，为伤口提供良好的润湿环境，促进创面愈合；对伤口无刺激，具备良好的生物相容性和生物可降解性；制备工艺简单，易于工业化。
附图说明
图1.壳寡糖聚电解质海绵止血敷料照片。
具体实施方式
在具体实施方式中，本发明基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法，首先将适量壳寡糖和具有生物相容性的阴离子聚电解质或两性聚电解质溶于去离子水，然后注入模具中。通过降低聚电解质混合物水溶液的pH值，使壳寡糖分子的氨基质子化并带上正电荷，并与阴离子聚电解质或两性聚电解质通过库仑力相互作用形成复合物并逐渐凝胶化。聚电解质复合物凝胶经冷冻干燥，得到海绵状止血敷料。其具体步骤为：
1)制备含有壳寡糖和阴离子聚电解质或两性聚电解质的聚电解质混合物水溶液。阴离子聚电解质或两性聚电解质为具有良好生物相容性的含有-COO-、-SO3-、-O-CS2-、-O-PO3 2-等阴离子基团的天然、半合成或合成的有机高分子材料，如：透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸角质素、肝素、海藻酸钠、黄原胶、卡拉胶、果胶、阿拉伯树胶、刺梧桐胶、黄耆胶(黄芪胶Gum tragacanth)、羧甲基纤维素、木质素磺酸钠、羧化淀粉、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯磺酸、聚乙烯膦酸、羧甲基壳聚糖、丙烯酸乙烯吡啶共聚物、核酸、蛋白质等中的一种或两种以上；
2)聚电解质混合物水溶液注入模具中；
3)采用在聚电解质混合物水溶液中加入质子释放剂、聚电解质混合物水溶液浸入酸性溶剂中或聚电解质混合物水溶液在酸性气氛中处理等方法中的一种或两种以上，调节聚电解质混合物水溶液的pH值至3.0～6.0区间，使壳寡糖分子的氨基被质子化显正电性。带正电荷的壳寡糖分子同带负电荷的阴离子聚电解质或两性聚电解质通过库仑力相互作用，形成聚电解质复合物，并逐步凝胶化；
4)聚电解质复合物凝胶经过预冷冻和真空冷冻干燥后形成海绵状止血敷料。
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方案进行详细描述。
实施例1
10克壳寡糖、13克聚丙烯酸钠和1g葡萄糖酸内酯在1升去离子水中溶解，然后注入10cm×100cm×30cm长方形玻璃模具中。50℃下保温10小时后，溶液形成凝胶。凝胶在-18℃冷冻24小时。在真空干燥箱中5帕真空度下真空干燥60小时后，得到海绵状壳寡糖聚电解质止血敷料。如图1所示，壳寡糖聚电解质海绵止血敷料照片，本实施例的止血敷料具有良好的生物相容性和抑菌性，表现出优异的止血功能，并且容易从伤口处移除，加速伤口恢复。本实施例的体外凝血指数测定表明，体外凝血指数<50％；家兔耳动脉出血模型的止血效果检测结果表明，止血时间<90秒。
实施例2
10克壳寡糖、10克透明质酸和1g葡萄糖酸内酯在1升去离子水中溶解，然后注入10cm×100cm×30cm长方形玻璃模具中。50℃下保温10小时后，溶液形成凝胶。凝胶在-18℃冷冻24小时。在真空干燥箱中5帕真空度下真空干燥60小时后，得到海绵状壳寡糖聚电解质止血敷料。本实施例的止血敷料具有良好的生物相容性和抑菌性，表现出优异的止血功能，并且容易从伤口处移除，加速伤口恢复。本实施例的体外凝血指数测定表明，体外凝血指数<35％；家兔耳动脉出血模型的止血效果检测结果表明，止血时间<78秒。
实施例3
10克壳寡糖、10克透明质酸和3g葡萄糖酸内酯在1升去离子水中溶解，然后注入10cm×100cm×30cm长方形玻璃模具中。50℃下保温10小时后，溶液形成凝胶。凝胶在-18℃冷冻24小时。在真空干燥箱中5帕真空度下真空干燥60小时后，得到海绵状壳寡糖聚电解质止血敷料。本实施例的止血敷料具有良好的生物相容性和抑菌性，表现出优异的止血功能，并且容易从伤口处移除，加速伤口恢复。本实施例的体外凝血指数测定表明，体外凝血指数<29％；家兔耳动脉出血模型的止血效果检测结果表明，止血时间<77秒。
实施例4
10克壳寡糖、12克阿拉伯树胶和1g葡萄糖酸内酯在1升去离子水中溶解，然后注入10cm×100cm×30cm长方形玻璃模具中。50℃下保温10小时后，溶液形成凝胶。凝胶在-18℃冷冻24小时。在真空干燥箱中5帕真空度下真空干燥60小时后，得到海绵状壳寡糖聚电解质止血敷料。本实施例的止血敷料具有良好的生物相容性和抑菌性，表现出优异的止血功能，并且容易从伤口处移除，加速伤口恢复。本实施例的体外凝血指数测定表明，体外凝血指数<52％；家兔耳动脉出血模型的止血效果检测结果表明，止血时间<110秒。
实施例5
30克壳寡糖、15克海藻酸钠和3g葡萄糖酸内酯在1升去离子水中溶解，然后注入10cm×100cm×30cm长方形玻璃模具中。50℃下保温10小时后，溶液形成凝胶。凝胶在-18℃冷冻24小时。在真空干燥箱中5帕真空度下真空干燥60小时后，得到海绵状壳寡糖聚电解质止血敷料。本实施例的止血敷料具有良好的生物相容性和抑菌性，表现出优异的止血功能，并且容易从伤口处移除，加速伤口恢复。本实施例的体外凝血指数测定表明，体外凝血指数<33％；家兔耳动脉出血模型的止血效果检测结果表明，止血时间<60秒。
实施例6
25克壳寡糖、18克羧化淀粉和1g葡萄糖酸内酯在1升去离子水中溶解，然后注入10cm×100cm×30cm长方形玻璃模具中。50℃下保温10小时后，溶液形成凝胶。凝胶在-18℃冷冻24小时。在真空干燥箱中5帕真空度下真空干燥60小时后，得到海绵状壳寡糖聚电解质止血敷料。本实施例的止血敷料具有良好的生物相容性和抑菌性，表现出优异的止血功能，并且容易从伤口处移除，加速伤口恢复。本实施例的体外凝血指数测定表明，体外凝血指数<47％；家兔耳动脉出血模型的止血效果检测结果表明，止血时间<130秒。
实施例7
10克壳寡糖、13克聚丙烯酸钠在1升去离子水中溶解，然后注入10cm×100cm×30cm长方形聚四氟模具中。0.3ml浓盐酸溶解于3升去离子水中，缓慢注入到模具中的聚电解质混合物水溶液表面。在室温下处理4小时后，聚电解质混合物水溶液形成凝胶。取出盐酸溶液，凝胶在-80℃冷冻24小时。在真空干燥箱中3帕真空度下真空干燥60小时后，得到海绵状壳寡糖聚电解质止血敷料。本实施例的止血敷料具有良好的生物相容性和抑菌性，表现出优异的止血功能，并且容易从伤口处移除，加速伤口恢复。本实施例的体外凝血指数测定表明，体外凝血指数<42％；家兔耳动脉出血模型的止血效果检测结果表明，止血时间<140秒。
实施例8
10克壳寡糖、13克聚丙烯酸钠在1升去离子水中溶解，然后注入10cm×100cm×30cm长方形聚四氟模具中。装有聚电解质混合物水溶液的模具放入乙酸气氛中。在室温下处理8小时后，聚电解质混合物水溶液形成凝胶。凝胶在-80℃冷冻24小时。在真空干燥箱中3帕真空度下真空干燥48小时后，得到海绵状壳寡糖聚电解质止血敷料。本实施例的止血敷料具有良好的生物相容性和抑菌性，表现出优异的止血功能，并且容易从伤口处移除，加速伤口恢复。本实施例的体外凝血指数测定表明，体外凝血指数<40％；家兔耳动脉出血模型的止血效果检测结果表明，止血时间<134秒。
实施例9
10克壳寡糖溶解于500mL蒸馏水中。13克聚丙烯酸钠溶解于400mL蒸馏水中。5g葡萄糖酸内酯溶解于100mL蒸馏水中。合并壳寡糖、聚丙烯酸钠和葡萄糖酸内酯溶液，注入到10cm×100cm×30cm长方形玻璃模具中。50℃下保温10小时后，溶液形成凝胶。凝胶在-18℃冷冻24小时。在真空干燥箱中5帕真空度下真空干燥60小时后，得到海绵状壳寡糖聚电解质止血敷料。本实施例的止血敷料具有良好的生物相容性和抑菌性，表现出优异的止血功能，并且容易从伤口处移除，加速伤口恢复。本实施例的体外凝血指数测定表明，体外凝血指数<43％；家兔耳动脉出血模型的止血效果检测结果表明，止血时间<144秒。
Claims (9)
1.一种基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法，其特征在于：首先配制含有壳寡糖和阴离子聚电解质或两性聚电解质的溶液，调节该溶液的pH值使壳寡糖分子带正电荷并与阴离子聚电解质或两性聚电解质通过库仑力相互作用形成复合物凝胶，复合物凝胶经冷冻干燥得到海绵状止血敷料。
2.根据权利要求1所述的基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)制备含有壳寡糖和阴离子聚电解质或两性聚电解质的聚电解质混合物水溶液；
2)聚电解质混合物水溶液注入模具中；
3)调节聚电解质混合物水溶液的pH值至3.0～6.0区间，使壳寡糖分子的氨基质子化并显正电性；带正电荷的壳寡糖分子同阴离子聚电解质或两性聚电解质通过库仑力相互作用，形成聚电解质复合物，并逐步凝胶化；
4)凝胶经过预冷冻和真空冷冻干燥后形成海绵状止血敷料。
3.根据权利要求2所述的基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法，其特征在于，步骤1)聚电解质混合物水溶液中，壳寡糖分子量在500～5000，脱乙酰度为60％～100％，壳寡糖的含量为所述溶液总质量的0.1～13wt.％。
4.根据权利要求2所述的基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法，其特征在于，步骤1)聚电解质混合物水溶液中，阴离子聚电解质或两性聚电解质为具有良好生物相容性的含有-COO-、-SO3-、-O-CS2-、-O-PO3 2-阴离子基团的天然、半合成或合成的有机高分子材料，阴离子聚电解质或两性聚电解质的含量为所述溶液总质量0.3～20wt.％。
5.根据权利要求2或4所述的基于羧甲基壳聚糖的聚电解质海绵创伤敷料的制备方法，其特征在于，采用的阴离子聚电解质或两性聚电解质为透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸角质素、肝素、海藻酸钠、黄原胶、卡拉胶、果胶、阿拉伯树胶、刺梧桐胶、黄耆胶、木质素磺酸钠、羧化淀粉、羧甲基纤维素、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯磺酸、聚乙烯膦酸、羧甲基壳聚糖、丙烯酸乙烯吡啶共聚物、核酸、蛋白质中的一种或两种以上。
6.根据权利要求2所述的基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法，其特征在于，步骤3)调节聚电解质混合物水溶液的pH值至3.0～6.0区间时，采用在聚电解质混合物水溶液中加入质子释放剂、聚电解质混合物水溶液浸入酸性溶剂或聚电解质混合物水溶液在酸性气氛中处理方法中的一种或两种以上。
7.根据权利要求6所述的基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法，其特征在于，
质子释放剂采用葡萄糖酸内酯，加入量为聚电解质混合物水溶液总质量的0.05～5wt.％，处理时间为10分钟至8小时；
酸性溶液为酸的水或醇水溶液，采用无机酸或有机酸：盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、辛酸、己二酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、马来酸、酒石酸、苯甲酸、苯乙酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、戊酸、己酸、癸酸、硬脂酸、软脂酸、丙烯酸、酒石酸、苹果酸、枸椽酸、抗坏血酸，处理时间为0.5小时至20小时；
酸性气氛采用盐酸、硝酸、甲酸、乙酸、丙酸、乙二酸等易于挥发的无机酸或有机酸，处理时间为20分钟至18小时。
8.根据权利要求2所述的基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法，其特征在于，步骤4)凝胶预冷冻温度为-10℃～-100℃，预冷冻时间为4～50小时。
9.根据权利要求2所述的基于壳寡糖的聚电解质海绵止血敷料的制备方法，其特征在于，步骤4)真空冷冻干燥过程真空度在30帕以下，真空干燥时间为6～80小时。
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