CN107261198A - 一种防渗防粘连多孔止血凝胶敷料的制备方法 - Google Patents

一种防渗防粘连多孔止血凝胶敷料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于类人胶原蛋白和壳聚糖的多孔止血凝胶敷料的制备方法，将水溶性的LHC和CS溶于超纯水中配成混合溶液，向其中加入一定量的无机盐和复合交联剂β‑二亚胺锌配合物和1,2,7,8‑二环氧辛烷并搅拌均匀，调节溶液pH值至2‑5.5，放于40‑80℃水浴中保持0.5‑5h，再反两次高温蒸汽处理和水洗除去盐分和交联剂残留，再经过干燥处理和Co‑60灭菌即可得到一种新型防渗防粘连多孔止血凝胶敷料。本发明制备的止血凝胶敷料孔隙率高，孔径均一且贯通性好，机械强度好，生物相容性好，能够快速吸收血液中的水分，使血液中的血细胞凝结在材料表面，堵住破裂血管，实现快速止血。

Description

一种防渗防粘连多孔止血凝胶敷料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种基于类人胶原蛋白（LHC）和壳聚糖（CS）的多孔止血凝胶敷料的制备方法，属于医用材料领域。
背景技术
因战争、交通意外、运动或疾病等因素而引起机体出现各种表皮或组织创伤而出血。近年很多研究表明，临床上死于失血过多的病人占很大的比例，因此制备一种能快速止血而又不与组织粘连的止血材料，为了后期的抢救和治疗赢得时间，是一项亟待解决的问题。
目前用于创伤的理想敷料的主要特性一般为：无毒、不敏感、不过敏；与伤口处贴合紧密，并具有良好的吸湿特性，能维持伤口与敷料接合面环境潮湿；不要求经常进行更换；微生物不能透过；性价比高；提供良好的机械防护能力且与伤口不易粘附等。水凝胶是一种富含水分的具有三维网状结构的高分子聚合物，广泛应用于组织工程及药物缓释等领域。相比于其他材料，水凝胶作为止血材料有着贴合性好、抗感染等优点。然而，传统水凝胶由于缺乏孔道结构而使其止血效果差、透气性不佳等缺点。
类人胶原蛋白（LHC）是通过发酵生产的人源型胶原蛋白。它是具有良好的细胞黏附性、促新细胞形成、加工性能好、无病毒隐患、水溶性好（避免了酸碱溶剂残留带来的细胞毒性）、排异反应低等特性的一种良好的植入性医疗器械用生物材料。
壳聚糖具有更高的生物降解性，能抑制细菌活性，其溶解后的溶液中含有氨基（NH2 +），这些氨基通过结合负电子来抑制细菌。CS及其衍生物不仅具有止血效果，还能够促进上皮细胞的生长和伤口愈合。因此，止血凝胶中引入CS，可以加强止血凝胶的止血效果和促进创面愈合能力。
发明内容
本发明以类人胶原蛋白（LHC）和壳聚糖（CS）作为主要原料，制备出了一种具有透气保湿良好，抗菌性佳、止血快速且防渗透防粘连的医用止血凝胶敷料。该方法工艺简单，制备的材料生物相容性良好，有望广泛用于战时急救包、临床手术止血等。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种防渗防粘连多孔型医用止血凝胶敷料的制备方法：在水溶性类人胶原蛋白（LHC）和壳聚糖（CS）的混合溶液中，加入质量比为1:3-3:1的复合交联剂β-二亚胺锌配合物和1,2,7,8-二环氧辛烷的水溶液以及无机盐水溶液混合均匀，并调节溶液pH值为2-5.5，置其于水浴环境中进行交联反应得含盐水凝胶；对交联后的含盐水凝胶进行两次高压蒸汽处理和蒸馏水浸泡洗涤，除去无机盐和残留的单体交联剂，并进行干燥和Co-60灭菌处理，获得一种防渗防粘连多孔型医用止血凝胶敷料。
所述水溶性类人胶原蛋白（LHC）和壳聚糖（CS）按质量比为9:1~3:1配置成质量浓度为50-400 mg/mL的混合溶液。
上述使用的无机盐选自氯化钠、磷酸钠、磷酸氢钠、硫酸铵、硝酸铵、硝酸钾、硫酸钾、氯化钾，无机盐的浓度为10-350 mg/mL，加入体积与蛋白溶液体积的比为1:2~1:20。
上述交联剂β-二亚胺锌配合物溶液和1,2,7,8-二环氧辛烷溶液的质量百分比浓度均为0.1-5.0% ，优选0.5-2.0% ，体积均为蛋白溶液体积的1-20%，优选5-10%。
上述反应液酸碱度用盐酸和氢氧化钠溶液调控其pH值为2-5.5；交联反应的温度可为40-80℃，保持时间0.5-5h，优选1-3 h。
上述两次高压蒸汽处理和蒸馏水浸泡洗涤中，第一次将样品在110-121℃下保持时间5-30min，优选保持时间10-20min，然后超纯水浸泡洗涤2-5天；第二次将样品在110-121℃保持1-3 h，优选保持时间1.5-2.5h，然后超纯水浸泡洗涤1-3天，控制交联剂的残留总量低于2μg/g。
所述新型医用止血凝胶敷料的干燥方法可为真空冷冻干燥法或超临界二氧化碳干燥法。
上述交联剂β-二亚胺锌配合物依据文献（Catalytic Reactions Involving C1Feedstocks: New High-Activity Zn(II)-Based Catalysts for the AlternatingCopolymerization of Carbon Dioxide and Epoxides, J. Am. Chem. Soc. 1998, 120,11018-11019.）的方法合成获得，其分子式如图1所示。
本发明医用止血多孔凝胶敷料的形成机理：蛋白质分子含有丰富的羧基和氨基，为分子间交联提供了两种好的功能基团。β-二亚胺锌配合物分子内螯合锌的空轨道可与蛋白分子中的氨基形成配位键，实现蛋白质分子的分子间交联。β-二亚胺锌配合物对环氧烷基具有不对称开环催化功能，可加速1,2,7,8-二环氧辛烷的分子两端环氧烷基开环并与蛋白分子中的羧基形成共价键，实现蛋白质分子的分子间交联。故通过β-二亚胺锌配合物对1,2,7,8-二环氧辛烷的开环催化，及两种交联剂对蛋白质的分子间不同基团间的双交联作用，有效实现和强化了水溶性蛋白分子间的交联。CS分子上有大量的羟基和氨基等活性基团，能够实现交联剂辅助交联，也可以通过大量的氢键等实现分子间或分子内的有效交联。无机盐的加入，有效地破坏了水溶性蛋白质的分子外水化膜，促进了交联剂与蛋白质分子之间的交联反应，此外适量无机盐还兼扮演了成孔剂作用，进一步优化了水凝胶的成孔效果。
本发明制备了一种以大分子蛋白类人体胶原蛋白和壳聚糖作为主要原料的新型超多孔水凝胶敷料。该水凝胶敷料具有超多孔结构，孔隙率高、贯通性好且孔径尺寸合理，能够快速吸收血液中的水分而促进血细胞凝集实现快速止血。水凝胶材料表面相比于传统的纱布或止血海绵，粗糙度较小，不易粘连；孔道良好的贯通性使得给药非常方便；而材料较小的孔径还能够防止伤口感染。相比于未引入CS多孔凝胶，该水凝胶止血敷料止血时间进一步缩短，平均为15-25s，可望用于战时急救包、临床手术止血等领域。
本发明还具有以下优点：本发明制备的医用止血多孔凝胶敷料具有超多孔结构，孔隙率高、贯通性好且孔径尺寸合理，能够快速吸收血液中的水分而促进血细胞凝集实现快速止血，其平均止血时间可达15-25s；敷料较小的孔径透气性良好且具有抗菌性能，不会引起伤口感染；孔道良好的贯通性使得给药非常方便，有助于创伤修复。
附图说明
图1 为合成的β-二亚胺锌配合物的分子结构图；
图2 为实施例1所制备的医用止血多孔凝胶敷料冻干样品的外观图；
图3 为实施例1所制备的医用止血多孔凝胶敷料冻干样品的SEM图；
图4 为实施例1所制备的干燥的普通凝胶（左列）同本发明制备的多孔凝胶（右列）的吸水溶胀速率对比；
图5 为实施例1所制备的医用止血多孔凝胶敷料对兔耳动脉和肝脏止血效果图；
图6 为实施例1所使用的两种商业化品牌的止血海绵对兔肝脏的止血效果图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1 医用止血多孔凝胶敷料的制备
步骤一：水溶性类人胶原蛋白（LHC）和壳聚糖（CS）按质量比为9:1配置成质量浓度为100 mg/mL的混合溶液10mL。加入浓度均为1%的交联剂β-二亚胺锌配合物和1,2,7,8-二环氧辛烷各1 mL，再加入10mg/mL的KCl 2mL，混合均匀，并用稀盐酸和氢氧化钠溶液调节溶液pH为4.5；
步骤二：将步骤一中的混合溶液分装于模具中，在50℃环境下保持2h后转入高压蒸汽灭菌锅内于121℃保持20min获得凝胶初品；
步骤三：步骤二中的初品凝胶用蒸馏水浸泡洗涤5天，每6h换一次洗涤水，除去盐分和残留交联剂；将洗涤后的初品凝胶转移至高压蒸汽灭菌锅中继续121℃保持2 h，然后再次用蒸馏水浸泡洗涤2天，控制交联剂的残留总量低于2μg/g，获得多孔湿凝胶样品；
步骤四：将骤三中的湿凝胶在-80℃预冻3 h后进行真空冷冻干燥并进行Co-60辐照灭菌后即得到无菌医用止血多孔凝胶敷料。
对本实例中制备的医用止血多孔凝胶敷料进行物化性质表征，图2为实施例1所制备的止血凝胶敷料冻干样品的外观照片，其中图A为在培养皿中冻干的敷料，图B为样品裁剪后的照片，可以看出其外观上呈不透明乳白色，表面质地较为光滑，呈多孔结构。图3为制备的多孔水凝胶止血敷料的扫描电镜（SEM）图。SEM图显示止血敷料内部呈为多孔结构，孔壁为球形颗粒相互粘连而成，孔径一般在几十纳米到几个微米不等，孔结构较为均匀且致密贯通。
图4展示的多孔凝胶与普通凝胶的吸水溶胀速率对比。其中左列为普通凝胶，右列为多孔凝胶。从图上可以看出，普通凝胶在200s内对接触的水滴几乎无吸收，而本实例制备的多孔凝胶可以在6s内将水完全吸收。这种快速的吸水溶胀能力可以保证该多孔凝胶在止血时可以快速吸收血液水分而促使血细胞富集，进而促进止血效果。
本实例中制备的医用止血多孔凝胶敷料弹性好，抗压缩能力强（最大压缩应变和压缩应力分别约为67.8%和5.4 MPa），溶胀速率高(9s基本达到溶胀平衡)，孔隙率约为84.2%；细胞毒性试验结果显示本实例中所制备的医用止血多孔凝胶敷料具有良好的生物相容性，无细胞毒性。
实施例2 医用止血多孔凝胶敷料的制备
步骤一：水溶性类人胶原蛋白（LHC）和壳聚糖（CS）按质量比为5:1配置成质量浓度为200 mg/mL的混合溶液10mL，加入浓度均为1%的交联剂β-二亚胺锌配合物和1,2,7,8-二环氧辛烷各2 mL，再加入10mg/mL的Na2SO4 2mL，混合均匀，并用稀盐酸和氢氧化钠溶液调节溶液pH为4；
步骤二：将步骤一中的混合溶液分装于模具中，在60℃水浴环境下保持2h后转入高压蒸汽灭菌锅内于110℃保持30min获得凝胶初品；
步骤三：步骤二中的初品凝胶用蒸馏水浸泡洗涤5天，每6h换一次洗涤水，除去盐分和残留交联剂；将洗涤后的初品凝胶转移至高压蒸汽灭菌锅中继续110℃保持3 h，然后再次用蒸馏水浸泡洗涤2天，控制交联剂的残留总量低于2μg/g，获得多孔湿凝胶样品；
步骤四：将骤三中的湿凝胶在-80℃预冻3 h后进行真空冷冻干燥并进行Co-60辐照灭菌后即得到无菌医用止血多孔凝胶敷料。
该实施例中所得的多孔水溶胶与实施例1中所得的医用止血凝胶敷料理化性质和生物学性能相似。
实施例3 医用止血多孔凝胶敷料的制备
步骤一：水溶性类人胶原蛋白（LHC）和壳聚糖（CS）按质量比为3:1配置成质量浓度为400 mg/mL的混合溶液10mL，加入浓度均为1%的交联剂β-二亚胺锌配合物和1,2,7,8-二环氧辛烷各4 mL，再加入10mg/mL的NaCl 2mL，混合均匀，并用稀盐酸和氢氧化钠溶液调节溶液pH为5；
步骤二：将步骤一中的混合溶液分装于模具中，在70℃水浴环境下保持2h后转入高压蒸汽灭菌锅内于121℃保持15min获得凝胶初品；
步骤三：步骤二中的初品凝胶用蒸馏水浸泡洗涤5天，每6h换一次洗涤水，除去盐分和残留交联剂；将洗涤后的初品凝胶转移至高压蒸汽灭菌锅中继续121℃保持1.5 h，然后再次用蒸馏水浸泡洗涤2天，除去残留交联剂，控制交联剂的残留总量低于2μg/g，获得多孔湿凝胶样品。
步骤四：利用二氧化碳超临界干燥法干燥步骤三所得的湿凝胶样品，并进行Co-60辐照灭菌，即可得到无菌医用止血多孔凝胶敷料。
该实施例中所得的多孔水溶胶与实施例1中所得的医用止血凝胶敷料理化性质和生物学性能相似。
实施例4 医用止血多孔凝胶敷料的止血实验
选取新西兰白兔为实验动物，建立兔耳创伤出血和肝脏创伤出血模型，并选用本发明实例1中所得的止血凝胶敷料与市场上A、B两种品牌的止血海绵进行止血对比试验。
图5展示了对本发明制得的止血凝胶对兔耳止血（a1~a4）和肝脏止血(b1~b4)的效果，由图可以明显的看到材料止血后未发生渗透且未与组织未发生粘连，本止血材料对兔耳和肝脏的止血时间分别为10-20 s和15-25 s。作为对肝脏止血的对比，市场上主流的A、B两种品牌的止血海绵（图6）基本已经完全渗透且需要的止血时间更长，止血时间平均约为80-90s。实验的过程与止血效果充分体现了该凝胶止血材料在止血方面的优势。
本发明制备的止血凝胶具有优异的止血功能，主要归因于该材料的孔隙率高，孔径均一且贯通性好，能够快速吸收血液中的水分，使血液中的血细胞凝结在材料表面，堵住破裂血管，实现快速止血，促进伤口愈合，特别适用于手术过程中造成的渗透性出血及动脉破裂造成的大量出血，同时由于材料本身孔径小，因而还具有抑菌抗菌的特性，防止伤口感染。
本发明的内容不限于上述实施案例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，不改变基本原理的调整均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种防渗防粘连多孔型医用止血凝胶敷料的制备方法，其特征在于：在水溶性类人胶原蛋白和壳聚糖的混合溶液中，加入质量比为1:3-3:1的复合交联剂β-二亚胺锌配合物和1,2,7,8-二环氧辛烷的水溶液以及无机盐水溶液混合均匀，并调节溶液pH值为2-5.5，置其于水浴环境中进行交联反应得含盐水凝胶；对交联后的含盐水凝胶进行两次高压蒸汽处理和蒸馏水浸泡洗涤，除去无机盐和残留的单体交联剂，并进行干燥和Co-60灭菌处理，获得一种防渗防粘连多孔型医用止血凝胶敷料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：水溶性类人胶原蛋白和壳聚糖按质量比为9:1~3:1配置成质量浓度为50-400 mg/mL的混合溶液。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：使用的无机盐选自氯化钠、磷酸钠、磷酸氢钠、硫酸铵、硝酸铵、硝酸钾、硫酸钾、氯化钾，无机盐的浓度为10-350 mg/mL，无机盐的加入体积与蛋白溶液体积的比为1:2~1:20。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：交联剂β-二亚胺锌配合物溶液和1,2,7,8-二环氧辛烷溶液的质量百分比浓度均为0.1-5.0% ，优选0.5-2.0% ，体积均为蛋白溶液体积的1-20%，优选5-10%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应液酸碱度用盐酸和氢氧化钠溶液调控其pH值为2-5.5；交联反应的温度可为40-80℃，保持时间0.5-5h，优选1-3 h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：上述两次高压蒸汽处理和蒸馏水浸泡洗涤中，第一次将样品在110-121℃下保持时间5-30min，优选保持时间10-20min，然后超纯水浸泡洗涤2-5天；第二次将样品在110-121℃保持1-3 h，优选保持时间1.5-2.5h，然后超纯水浸泡洗涤1-3天，控制交联剂的残留总量低于2μg/g。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述新型医用止血凝胶敷料的干燥方法可为真空冷冻干燥法或超临界二氧化碳干燥法。
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