CN107088236A - 一种增强型抗菌止血生物海绵的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强型抗菌止血生物海绵的制备方法，该方法包括如下步骤：将壳聚糖溶于醋酸溶液中，再向其中加入改性淀粉，搅拌反应后，将反应液置于模具中，经低温冷冻、冷冻干燥，再进行热处理、辐照灭菌，得到增强型抗菌止血生物海绵。本发明的制备方法简单，易于操作，且制备得到的抗菌止血生物海绵具有优异的止血、抑菌性能，以及较好的强度。本发明还公开了该制备方法制备得到的增强型抗菌止血生物海绵。

Description

一种增强型抗菌止血生物海绵的制备方法
技术领域
本发明涉及生物医用材料领域。更具体地，涉及一种增强型抗菌止血生物海绵的制备方法。
背景技术
外伤引起的伤口出血和术后的伤口感染是影响创口愈合以及恢复健康的重要威胁。如何快速有效的对伤口进行止血、抑菌为后续治疗创造条件非常重要。因此，对具有相关性能的生物医用材料的研究也是生物医用材料的一大研究热点。
目前医用止血材料主要有明胶海绵、藻酸钙纤维、壳聚糖等。这些材料由于结构的差异，具有不同的止血效果和功能，且在实际应用中也都取得了良好的效果。但是也各自存在一定的弊端。例如，明胶含有异种蛋白，易引发过敏反应；纯的壳聚糖海绵机械性能差，止血效果有限，且术后抗感染性能较差，此外壳聚糖的价格较高，这使得其作为止血材料使用的成本高，如何能降低壳聚糖止血材料的成本是需要解决的技术问题之一。
已有的研究中，有通过使用小分子醛类交联剂获得交联的壳聚糖止血绵，例如以京尼平或戊二醛为交联剂制备复合海绵。但这些交联剂存在一定的细胞毒性，应用具有局限性，且小分子的交联剂容易从止血棉上脱落，止血棉强度不高，也会影响止血棉的止血性能；还有研究通过将壳聚糖盐酸盐与醛化的透明质酸或葡萄糖进行交联从而获得交联的壳聚糖快速止血棉。但这种方法获得的止血棉的抑菌效果还有待进一步改善。且壳聚糖盐酸盐本身就是一种具有强阳离子性的壳聚糖衍生物，相比较壳聚糖，其本身具有更好的止血效果。此外，这些方法获得的止血棉的止血性有一定的改善，但还需要进一步的提高，且获得的止血棉并不能同时达到很好的抑菌效果。
针对以上问题，需要提供一种成本较低、强度好的、止血效果突出的、且抑菌效果明显的止血棉。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种增强型抗菌止血生物海绵的制备方法，该制备方法成本低，且制备获得的止血生物海绵同时具有优异的止血及抑菌的作用，且该止血生物海绵机械性能及可降解性较好。
本发明的第二个目的在于提供一种增强型抗菌止血生物海绵的制备方法制备得到的增强型抗菌止血生物海绵。
为达到上述第一个目的，本发明提供一种增强型抗菌止血生物海绵的制备方法，该方法包括如下步骤：
将壳聚糖溶于醋酸溶液中，再向其中加入改性淀粉，搅拌反应后，将反应液置于模具中，经低温冷冻、冷冻干燥，再进行热处理、辐照灭菌，得到增强型抗菌止血生物海绵。
根据本发明的优选实施方式，所述搅拌反应的温度为20～50℃，时间为0.5～5h。
根据本发明的优选实施方式，所述改性淀粉为醚化淀粉或醛基化醚化淀粉；所述醛基化醚化淀粉为通过将所述醚化淀粉经醛化得到。
根据本发明的优选实施方式，所述醚化淀粉的制备包括将淀粉溶于氢氧化钠溶液中，加入醚化剂，于50～80℃反应2～24h后透析，冷冻干燥得醚化淀粉。此方法制备得到的醚化淀粉与壳聚糖之间不发生交联作用，将其与壳聚糖复合后，制备得到的生物海绵对血细胞的凝聚及细菌的抑制均有促进作用，而且生物可降解性能优异。
根据本发明的优选实施方式，所述醛基化醚化淀粉的制备包括将所述醚化淀粉溶于去离子水中，向其中加入高碘酸钠溶液，于20～50℃反应1～10h，再加入乙二醇，继续反应1～5h后透析，冷冻干燥得醛基化醚化淀粉。也即，将淀粉溶于氢氧化钠溶液中，加入醚化剂，于50～80℃反应2～24h后透析，冷冻干燥得醚化淀粉，再将所述醚化淀粉溶于去离子水中，向其中加入高碘酸钠溶液，于20～50℃反应1～10h，再加入乙二醇，继续反应1～5h后透析，冷冻干燥得醛基化醚化淀粉。将采用上述方法醚化后的得到的醚化淀粉再进一步醛基化处理得到醛基化醚化淀粉后，可在添加很少量壳聚糖成本较低的条件下使得制备得到的止血生物海绵具有优异的止血、抑菌效果。且醛基化醚化淀粉中的醛基还能与壳聚糖中的氨基官能团发生交联反应，形成交联网络结构，进一步改善其机械性能。
根据本发明的优选实施方式，所述醚化剂与所述淀粉的质量比为0.2～10:1，例如，所述醚化剂与所述淀粉的质量还可为0.2～5:1、0.2～2:1、1～2:1等；在制备醛基化醚化淀粉的过程中，醚化淀粉与高碘酸钠的质量比为0.2～10:1，例如，所述醚化淀粉与高碘酸钠的质量比还可为0.2～5:1、0.2～2:1、0.2～1:1等。
根据本发明的具体实施方式，所述醚化剂为叔胺烷基醚化剂或季铵烷基醚化剂，优选为叔胺烷基醚化剂。例如，本发明中的叔胺烷基醚化剂可包含但不限于选自2-氯乙基二乙胺、N,N-二甲氨基氯丙烷盐酸盐等。本发明中所述季铵烷基醚化剂可包含但不限于选自2,3-环氧丙基三甲基氯化铵等。但当叔胺烷基醚化剂或季铵烷基醚化剂选自这几种物质时，得到的止血生物海绵的止血、抑菌效果更佳。
根据本发明的具体实施方式，所述淀粉选自羟丙基淀粉、可溶性淀粉、玉米淀粉和马铃薯淀粉中的一种。
根据本发明的具体实施方式，所述壳聚糖与改性淀粉的质量比为0.1～20:1。更优选地，所述壳聚糖与改性淀粉的质量比为1～8:1，此时的抑菌、止血效果更佳，且壳聚糖的添加量少，制备成本得到降低。例如，所述壳聚糖与改性淀粉的质量比还可为3～8:1等。
根据本发明的具体实施方式，所述壳聚糖的脱乙酰度为70％～95％，分子量为2万～100万，更优选地，所述壳聚糖的分子量为2万～10万，最优选为2万～5万。
根据本发明的优选实施方式，所述热处理的温度为25～90℃，时间为1～4天；更优选地，所述热处理的温度为40～80℃。热处理的温度还可进一步为40～70℃等。
根据本发明的优选实施方式，所述低温冷冻的条件为在-10～-80℃温度下冷冻1～12h。更优选地，所述低温冷冻的冷冻温度为-40～-80℃；最优选地，所述低温冷冻的冷冻温度为-50～-80℃时更有助于改善得到的止血生物海绵的良好海绵形貌特性。
根据本发明的优选实施方式，所述醋酸溶液的质量浓度为0.1％～5％。例如，醋酸溶液的质量浓度还可为0.1～3％、0.1～2％等。
根据本发明的优选实施方式，所述辐照灭菌采用的是Co60辐照灭菌。
根据本发明的优选实施方式，所述制备方法中，在向壳聚糖的醋酸溶液中加入甘油、淀粉后，还包括加入甘油和发泡剂中的一种或两种的步骤。本领域技术人员可根据具体的实际需要进行添加并确定其具体可选的物质及添加量。示例的当加入甘油时，壳聚糖与甘油的质量比可为4～20:1。示例的发泡剂可为泊洛沙姆发泡剂，如泊洛沙姆188、泊洛沙姆407等。
为达到上述第二个目的，本发明还提供上述制备方法制备得到的增强型抗菌止血生物海绵。
本发明中，如无特殊说明，使用的原料均可通过市售商购获得。且本发明中未具体提及的制备工艺或设备本领域技术人员均可通过本领域的常规手段进行。
本发明的有益效果如下：
本发明的制备方法中，通过对反应原料及反应步骤的控制，从而制备得到强度较好、止血及抑菌性能均优异同时还具有一定的生物降解能力的抗菌止血生物海绵。
本发明的制备方法操作简单，易于实施。且制备得到的增强型抗菌止血生物海绵相比较现有报导的壳聚糖海绵具有更突出的止血效果，以及意料不到的抑菌效果，同时其强度也更好。将对创伤止血和创口感染都有很好的治疗效果，有望应用于临床。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出采用本发明实施例2中的抑菌止血生物海绵与市售壳聚糖海绵进行止血处理后的效果。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
增强型抗菌止血生物海绵的制备方法，步骤如下：
1)称取6g马铃薯淀粉溶于200mL去离子水中，1.8g氢氧化钠溶于40mL去离子水中，6g 2-氯乙基二乙胺溶于10mL去离子水中；依次将NaOH溶液和2-氯乙基二乙胺溶液滴加到淀粉溶液中，于50℃温度下搅拌反应4h；透析，冻干后得到改性淀粉A(即醚化淀粉)；
2)将2.0g壳聚糖(脱乙酰度为85％，分子量为2万)溶于100mL醋酸溶液(0.5％)中，向其中滴加0.5g甘油，0.5g改性淀粉A，50mL泊洛沙姆发泡剂(0.4g)溶液，常温搅拌反应4h，得发泡液，将得到的发泡液倒入模具中，后于-80℃冰箱里冷冻12h，并于冻干机中冷冻干燥，再经40℃热处理3天后，用Co60辐照灭菌即可得到非交联型的增强型抗菌止血生物海绵，该抗菌止血生物海绵具有好的可生物降解性，且形貌规整。
实施例2
增强型抗菌止血生物海绵的制备方法，步骤如下：
1)称取6g马铃薯淀粉溶于200mL去离子水中，6g醚化剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵溶于10mL去离子水中，1.8g氢氧化钠溶于40mL去离子水中，分别将其滴加到淀粉溶液中，于40℃温度下搅拌反应8h；透析，冻干后得到改性淀粉A(即醚化淀粉)；
2)称取1.5g改性淀粉A溶于150mL去离子水中，向其中加10mL高碘酸钠溶液(0.5g/mL)，40℃搅拌反应2h，向其中滴加4mL乙二醇，搅拌反应1h后，透析，冻干后得到改性淀粉B(即醛基化醚化淀粉)；
3)将3.0g壳聚糖(脱乙酰度为90％，分子量为5万)溶于120mL醋酸溶液(0.7％)中，向其中滴加0.5g甘油，0.4g改性淀粉B，40mL泊洛沙姆发泡剂(0.4g)溶液，常温搅拌反应2h，将发泡液倒入模具中，后于-80℃冰箱里冷冻12h，并于冻干机中冷冻干燥，经50℃热处理4天后，Co60辐照灭菌即可得到交联型增强型抗菌止血生物海绵，且该生物海绵具有规整的形貌。
实施例3
增强型抗菌止血生物海绵的制备方法，步骤如下：
1)称取6g玉米淀粉溶于200mL去离子水中，1.8g氢氧化钠溶于40mL去离子水中，6g2-氯乙基二乙胺溶于10mL去离子水中；依次将NaOH溶液和2-氯乙基二乙胺溶液滴加到淀粉溶液中，于50℃温度下搅拌反应4h；透析，冻干后得到改性淀粉A(醚化淀粉)；
2)将2.0g壳聚糖(脱乙酰度为90％，分子量为5万)溶于100mL醋酸溶液(0.5％)中，向其中滴加0.5g甘油，0.5g改性淀粉A，常温搅拌反应4h，将得到的反应液倒入模具中，后于-80℃冰箱里冷冻12h，并于冻干机中冷冻干燥，再经50℃热处理3天后，用Co60辐照灭菌即可得到非交联型的增强型抗菌止血生物海绵。
实施例4
增强型抗菌止血生物海绵的制备方法，步骤如下：
1)称取6g马铃薯淀粉溶于200mL去离子水中，6g醚化剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵溶于10mL去离子水中，1.8g氢氧化钠溶于40mL去离子水中，分别将其滴加到淀粉溶液中，于40℃温度下搅拌反应8h；透析，冻干后得到改性淀粉A(即醚化淀粉)；
2)称取1.6g改性淀粉A溶于150mL去离子水中，向其中加12mL高碘酸钠溶液(0.5g/mL)，40℃搅拌反应2h，向其中滴加3.8mL乙二醇，搅拌反应1h后，透析，冻干后得到改性淀粉B(即醛基化醚化淀粉)；
3)将2.8g壳聚糖(脱乙酰度为90％，分子量为5万)溶于120mL醋酸溶液(0.7％)中，向其中滴加0.5g甘油，0.4g改性淀粉B，40mL泊洛沙姆发泡剂(0.4g)溶液，常温搅拌反应2h，将发泡液倒入模具中，后于-80℃冰箱里冷冻14h，并于冻干机中冷冻干燥，Co60辐照灭菌即可得到交联型抗菌止血生物海绵。
实施例5
淀粉抗菌止血生物海绵的制备方法，步骤如下：
1)称取6g马铃薯淀粉溶于200mL去离子水中，1.8g氢氧化钠溶于40mL去离子水中，6g 2-氯乙基二乙胺溶于10mL去离子水中；依次将NaOH溶液和2-氯乙基二乙胺溶液滴加到淀粉溶液中，于50℃温度下搅拌反应4h；透析，冻干后得到改性淀粉A(即醚化淀粉)；
2)将2g改性淀粉A溶解到50mL水中，搅拌10min后加入3g甘油、0.5g泊洛沙姆发泡剂，继续搅拌40min，随后将发泡液倒入模具中，并迅速转移到-30℃冰箱中，冷冻24h，把得到的样品冷冻干燥，得到淀粉抗菌止血海绵。
对比例1
壳聚糖抗菌止血生物海绵的制备方法，步骤如下：
将2.0g壳聚糖(脱乙酰度为90％，分子量为5万)溶于100mL醋酸溶液(0.5％)中，向其中滴加0.5g甘油，50mL泊洛沙姆发泡剂(0.4g)溶液，常温搅拌反应4h，将得到的反应液倒入模具中，后于-80℃冰箱里冷冻12h，并于冻干机中冷冻干燥，再经50℃热处理3天后，用Co60辐照灭菌即可得到壳聚糖止血生物海绵。
实验例1制备的增强型抗菌止血生物海绵和市售壳聚糖海绵进行抑菌效果对比实验
检测条件：将实施例1～5及对比例1的壳聚糖止血生物海绵进行菌液供培养抑菌实验。检测用菌为大肠杆菌ATCC25922。
检测方法：将培养好的大肠杆菌ATCC25922在培养基里稀释至约1×105CFU/mL，分为7组，分别将15mL的含菌培养液加入到50mL的离心管中。再分别称取150mg实施例1～5的增强型抗菌止血生物海绵及对比例1的壳聚糖止血生物海绵分别浸泡于前述含菌培养液的离心管中，空白对照组中不添加海绵。再分别将离心管在37℃温度下轻微振荡培养18h，然后分别吸取0.1mL培养液加入96孔板中，用酶标仪读取各个孔在600nm处的吸收光强。为确保实验的准确性，每组样品测试5个平行样本，统计平均值。抑菌率结果如下表1所示。
表1各实施例及对比例样品的抑菌实验结果
分组 抑菌率(平均值)
实施例1样品 80.12％±0.44％
实施例2样品 82.97％±0.52％
实施例3样品 82.85％±0.45％
实施例4样品 81.19％±0.48％
实施例5样品 80.09％±0.48％
对比例1样品 3.37％±0.64％
空白对照组 0
实验例2制备的增强型抗菌止血生物海绵和对比例1的壳聚糖生物止血海绵进行止血效果对比实验
检测方法：选取21只2.5kg4～6周健康大耳白兔，随机分为7组，每组3只大耳白兔。将白兔麻醉后固定于操作台上，耳部部分去毛后，漏出一侧耳静脉，横向切开，令其自由喷血10s，然后根据分组将实施例1～5抑菌止血海绵及对比例1壳聚糖生物止血海绵进行加压止血处理，记录止血时间和止血效果(拍照)，空白对照组不做任何止血处理。其中，每组样品分别测试三个平行样本，统计平均值。采用实施例2中的抑菌止血生物海绵与对比例1壳聚糖生物止血海绵进行止血处理后的效果如图1所示，从图1中可知，本发明实施例所得抗菌止血生物海绵具有优异的快速止血效果。实施例及对比例的止血时间如表2所示。
表2各实施例及对比例样品的止血实验结果
分组 止血时间(s)
实施例1样品 22±2
实施例2样品 18±2
实施例3样品 29±4
实施例4样品 32±5
实施例5样品 48±3
对比例1样品 61±6
空白对照组 不能止血
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种增强型抗菌止血生物海绵的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将壳聚糖溶于醋酸溶液中，再向其中加入改性淀粉，搅拌反应后，将反应液置于模具中，经低温冷冻、冷冻干燥，再进行热处理、辐照灭菌，得到增强型抗菌止血生物海绵。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性淀粉为醚化淀粉或醛基化醚化淀粉；所述醛基化醚化淀粉为通过将所述醚化淀粉经醛化得到。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述醚化淀粉的制备包括将淀粉溶于氢氧化钠溶液中，加入醚化剂，于50～80℃反应2～24h后透析，冷冻干燥得醚化淀粉；所述醛基化醚化淀粉的制备包括将所述醚化淀粉溶于去离子水中，向其中加入高碘酸钠溶液，于20～50℃反应1～10h，再加入乙二醇，继续反应1～5h后透析，冷冻干燥得醛基化醚化淀粉。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述醚化剂为叔胺烷基醚化剂或季铵烷基醚化剂，优选为叔胺烷基醚化剂；所述淀粉选自羟丙基淀粉、可溶性淀粉、玉米淀粉和马铃薯淀粉中的一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖与改性淀粉的质量比为0.1～20:1，优选为1～8:1；所述壳聚糖的脱乙酰度为70％～95％，分子量为2万～100万，优选为万～10万。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为25～90℃，时间为1～4天；优选地，所述热处理的温度为40～80℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低温冷冻的条件为在-10～-80℃温度下冷冻1～12h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述醋酸溶液的质量浓度为0.1％～5％。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在向壳聚糖的醋酸溶液中加入甘油、淀粉后，还包括加入甘油和发泡剂中的一种或两种的步骤。
10.如权利要求1～9任一项所述的制备方法制备得到的增强型抗菌止血生物海绵。
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