CN108503883B - 一种可降解高膨胀海绵的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可降解高膨胀海绵的制备方法。所述可降解高膨胀海绵的制备方法包括如下步骤：S1.将可降解弹性海绵用浓度为40%~70%的乙醇溶液反复压缩清洗，清洗后保持海绵处于润湿状态，进行三维压缩得到成型海绵；S2.将上述成型海绵浸泡于浓度≥80%乙醇溶液中，脱水定型，冷冻干燥即可获得高膨胀海绵，其中S1中所述可降解弹性海绵的孔隙率为50%~95%，孔径大小为20μm~2000μm，拉伸强度0.5~30MPa，断裂伸长率20%~500%，饱和吸水率为自身重量的1~10倍。本发明的高膨胀海绵具有良好的生物相容性和安全性，制备过程通过乙醇浸润三维压缩成型和乙醇脱水定型，无损海绵支架，保持了高膨胀海绵的尺寸稳定性和高吸水性能，制备得到的高膨胀海绵具有很好的膨胀应力和机械性能，可以广泛应用于止血材料和填充支架上。

Description

一种可降解高膨胀海绵的制备方法

技术领域

本发明涉及生物医学材料技术领域，更具体地涉及一种高膨胀海绵的制备方法。

背景技术

膨胀海绵医疗领域多有报道，由于膨胀海绵具有快速吸液的特点，多用于局部止血，填塞引流等，但由于现有的膨胀海绵多采用不可降解材料，如聚乙烯醇缩醛类海绵，不可降解海绵材料的生物相容性较差，止血后需要取出来，容易造成二次出血的风险。现有技术中也有公开壳聚糖制备的止血海绵，壳聚糖制备的膨胀海绵吸水率和膨胀率低且降解周期慢，手术后还是需要取出来，也会给病人带来二次的损伤和疼痛。以及一些纤维素类材料，也是属于术后取出的范畴，会给病人带来二次的伤害。

另外，现有技术中膨胀海绵的制备通常是直接对弹性海绵进行冲压成型，在两次冷冻干燥之间对海绵进行压缩，容易损伤海绵支架，不能很好的保证海绵的膨胀应力，最终产品不能具备良好的吸水膨胀性能。因此如何制备一种具有良好的膨胀应力和生物安全性的高吸水率膨胀海绵具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中制备高膨胀海绵的不足，提供一种可降解高膨胀海绵的制备方法，通过用乙醇溶液润湿可降解弹性海绵再三维压缩成型和乙醇脱水预定型，此过程很好的保护了海绵支架，保证了高膨胀海绵的吸水膨胀能力。

本发明的另一目的在于提供一种由该方法制备的可降解高膨胀海绵。

本发明的再一目的在于提供一种可降解高膨胀海绵在止血材料上和填充组织支架上的应用。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种可降解高膨胀海绵的制备方法，包括如下步骤：

S1. 将可降解弹性海绵用低浓度乙醇溶液反复压缩清洗，清洗后保持海绵处于润湿状态，进行三维压缩得到成型海绵；

S2. 将上述成型海绵浸泡于浓度≥80%乙醇溶液中，脱水定型，冷冻干燥即可获得高膨胀海绵，

其中S1中所述可降解弹性海绵的拉伸强度0.5~30MPa，断裂伸长率20%~500%，饱和吸水率为自身重量的1~10倍。

优选地，所述可降解弹性海绵具有三维开孔结构，孔隙率在50%~95%之间，开孔率在20%~80%之间，孔径大小在20μm~2000μm。

优选地，所述低浓度乙醇溶液是指浓度为40%~70%的乙醇溶液。

本发明的可降解高膨胀海绵通过低浓度的乙醇溶液清洗，在润湿状态下压缩成型，再通过特定浓度的乙醇脱水定型，冷冻干燥制备得到。其中，用40%~70%的乙醇清洗弹性海绵的回弹效果更好，在反复压缩清洗过程中，弹性海绵压缩后能快速恢复原来的形状，清洗效率更高。而用水清洗时弹性海绵较软，压缩后不能快速恢复原状，不利于其清洗过程。三维压缩成型过程保持海绵一直处于湿润状态，成型过程中不会损伤海绵支架，可以很好地保护海绵的膨胀应力，保证一定的吸水膨胀率。将三维压缩成型后将海绵置于浓度≥80%的乙醇溶液中，使海绵脱水变硬，达到预定型效果，同时乙醇脱水冷冻干燥引起海绵皱缩率也明显降低，保持了高膨胀海绵的尺寸稳定性和高吸水性能。当乙醇浓度低于80%时，不能达到很好的脱水定型效果，海绵皱缩率上升，最终影响到高膨胀海绵的膨胀率和吸水率。且乙醇脱水可以脱模直接干燥，无需将模具留在冻干环境中，节约了空间，提高了产能。

优选地，本发明采用可降解材料制备高膨胀海绵，可降解材料为明胶、胶原和羧甲基壳聚糖的一种或多种，具有良好的生物相容性和安全性，术后无需取出，有利于术后恢复。

优选地，所述弹性海绵的制备方法为：配制可降解材料溶液，高速搅拌至发泡后降低搅拌速度，继续搅拌加入交联剂，搅拌交联反应5~60min后进行预冷冻，然后冷冻干燥得到可降解弹性海绵。

优选地，所述可降解材料溶液浓度为1%~25%（w/v），搅拌速度为1200~ 3000r/min，搅拌温度为20~60℃。

优选地，所述溶液搅拌至体积发泡为原来体积的2~10倍。

优选地，所述S1中交联剂为聚乙二醇二缩水甘油醚，甲醛，戊二醛，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺/ N-N-羟基琥珀酰亚胺，环氧氯丙烷的一种或多种。

优选地，所述S1中三维压缩后体积：压缩前体积为1:10~1:40。

优选地，所述S2中乙醇浓度≥80%，浸泡时间≥30min。优选乙醇浓度为90%~100%。由于乙醇的挥发性比水快得多，置于乙醇溶液中冷冻干燥定型的时间由约两天时间缩短到半天时间，大大提高了脱水定型和冷冻干燥的效率，并能减少皱缩发生。

本发明在化学交联前高速机械搅拌发泡，保证发泡后溶液体积为未发泡前的的数倍，这样能保证有较高的孔隙率，同时使海绵具有较高的弹性，以达到更好的快速吸水膨胀能力。

一种由上述方法制备的可降解高膨胀海绵。所述可降解高膨胀海绵具有能快速吸收液体，实现快速膨胀的效果。其特征在于遇水能快速膨胀至自身体积的10~40倍，吸水率达到自身重量的10~50倍。

上述方法制备的可降解高膨胀海绵的开孔率和孔隙率都比较高，具有极高的吸水率和膨胀应力，还具有一定的力学性能，可广泛应用于止血材料上和填充组织支架上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供一种可降解高膨胀海绵，所述可降解高膨胀海绵具有良好的生物相容性，同时具有高吸水率和高膨胀率，在局部止血上使用后可以留在人体，减少二次出血和损伤的问题。所述可降解高膨胀海绵还可以应用在填充组织支架上，拓展了膨胀海绵的医疗应用领域。

本发明提供了一种可降解高膨胀海绵的制备方法，海绵由可降解材料制备，具有良好的生物相容性和安全性，制备过程中通过乙醇溶液浸润弹性海绵再三维压缩成型和乙醇脱水定型，整个压缩定型过程对海绵支架无损，保持了高膨胀海绵的尺寸稳定性和高吸水性能，制备得到的高膨胀海绵具有很好的膨胀应力和机械性能，可以广泛应用于止血材料和填充支架上。

附图说明

图1为可降解高膨胀明胶海绵的膨胀效果图（A为未膨胀前的可降解高膨胀明胶海绵；B为吸水膨胀后的可降解高膨胀明胶海绵）。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。

本发明所有实施例中，吸水率的测定方法为：YY/T0471.1-2004。

孔隙率的测定方法为：GB/T21650。

开孔率的测定方法为：GB/T10799。

断裂伸长率的测定方法为：GB/T1040。

拉伸强度的测定方法为：GB/T1040。

膨胀率的测定方法如下：测量可降解高膨胀海绵体积V₀，将可降解高膨胀海绵放入水中使其充分吸水，测定试样吸收后的体积V1，计算（V₁-V₀）/V₀

实施例1

一种可降解高膨胀海绵的制备方法，包括如下步骤：

S1. 将可降解弹性海绵用50%乙醇溶液反复压缩清洗，清洗后保持海绵处于润湿状态，裁剪成矩形，用圆柱体模具进行压缩成型；

S2. 将成型海绵浸泡于95%乙醇溶液中浸泡1h脱水定型，置于-80℃预冷冻后冷冻干燥获得可降解高膨胀海绵。

其中，可降解弹性海绵的制备方法为：

制备200mL浓度为8%的明胶溶液，在45℃下2000r/min高速搅拌发泡至体积约为原来的3倍后，缓慢滴加20mL浓度30%的甲醛溶液，降低搅拌速度为1000r/min，搅拌交联30min后在-80℃下预冷冻1h，然后冷冻干燥得到可降解弹性海绵；

实施例1的可降解弹性海绵未压缩前的拉伸强度为2MPa，断裂伸长率为100%，饱和吸水率为自身重量的8倍，海绵开孔率为60%，孔隙率为60%，孔径为250μm，所得可降解高膨胀海绵吸水后体积膨胀率为自身体积30倍，膨胀吸水率为自身重量20倍，制备得到的可降解高膨胀明胶海绵的吸水膨胀效果如图1所示。

实施例2

一种可降解高膨胀海绵的制备方法，包括如下步骤：

S1. 将可降解弹性海绵用60%乙醇溶液反复压缩清洗，清洗后保持海绵处于润湿状态，裁剪成矩形，用圆柱体模具进行压缩成型；

S2. 将成型海绵浸泡于95%乙醇溶液中浸泡30min脱水定型，置于-80℃预冷冻后冷冻干燥获得高膨胀明胶-羧甲基壳聚糖海绵。

其中，可降解弹性海绵的制备方法为：制备200mL浓度为5%的明胶-羧甲基壳聚糖（质量比为3:1）溶液，在50℃下1500r/min高速搅拌发泡至体积约为原来的5倍后，缓慢滴加15mL混合交联剂（混合交联剂的配置方法是把质量比为2:1的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺/ N-N-羟基琥珀酰亚胺加入到35%甲醛溶液中），降低搅拌速度为800r/min，搅拌交联40min后在-80℃下预冷冻1h，然后冷冻干燥得到可降解弹性海绵；

实施例2的可降解弹性海绵未压缩前的拉伸强度为3.5MPa，断裂伸长率为230%，饱和吸水率为自身重量的7倍，海绵开孔率为55%，孔隙率为80%，孔径为1000μm，所得可降解高膨胀海绵吸水后体积膨胀率为自身体积的40倍，膨胀吸水率为自身重量的30倍。

实施例3

一种可降解高膨胀海绵的制备方法，包括如下步骤：

S1. 将可降解弹性海绵用60%乙醇溶液反复压缩清洗，清洗后保持海绵处于润湿状态，裁剪成矩形，用圆柱体模具进行压缩成型；

S2. 将成型海绵浸泡于90%乙醇溶液中浸泡1h脱水定型，置于-80℃预冷冻后冷冻干燥获得高膨胀明胶海绵。

其中，可降解弹性海绵的制备方法为：制备200mL浓度为10%的明胶溶液，在10℃下2500r/min高速搅拌发泡至体积为约原来的3倍后，缓慢滴加20mL30%的甲醛溶液；降低搅拌速度为100r/min，搅拌交联40min后在-80℃下预冷冻1h，然后冷冻干燥得到弹性海绵；

实施例3的可降解弹性海绵在未压缩前的拉伸强度为4.4MPa，断裂伸长率为150%，饱和吸水率为自身重量的8倍，海绵开孔率为75%，孔隙率为75%，孔径为1200μm，所得可降解高膨胀海绵吸水后体积膨胀率为自身体积的45倍，膨胀吸水率为自身重量的35倍。

对比例1

一种高膨胀海绵的制备方法，包括如下步骤：

S1. 将弹性海绵用水压缩清洗，清洗后保持海绵处于润湿状态，裁剪成矩形，用圆柱体模具进行压缩成型；

S2. 将成型置于-80℃预冷冻后冷冻干燥获得高膨胀海绵。

其中，弹性海绵的制备方法为：

制备200mL质量浓度为8%的明胶溶液，在45℃下1500r/min高速搅拌发泡至体积为约原来的3倍后，缓慢滴加20mL浓度30%的甲醛溶液，降低搅拌速度为1000r/min，搅拌交联30min后在-80℃下预冷冻1h，然后冷冻干燥得到弹性海绵；

对比例1的高膨胀海绵的膨胀率为自身体积的21倍，膨胀吸水率为自身重量的11倍。

对比例2

一种高膨胀海绵的制备方法，包括如下步骤：

S1. 制备200mL质量浓度为8%的明胶溶液，在45℃下1500r/min高速搅拌发泡至体积为约原来的3倍后，缓慢滴加20mL浓度30%的甲醛溶液；

S2. 降低搅拌速度为1000r/min，搅拌交联30min后在-80℃下预冷冻1h，然后冷冻干燥得到弹性海绵；

S3. 利用冲压模型机将上述弹性海绵冲压压缩成型；

S4. 将步骤S3得到的压缩成型海绵置于-80℃预冷冻后冷冻干燥获得高膨胀明胶海绵。

对比例2制备得到的高膨胀海绵膨胀率为自身体积的3倍，膨胀吸水率为自身重量的5倍。

Claims (10)

1.一种可降解高膨胀海绵的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.将可降解弹性海绵用低浓度乙醇溶液反复压缩清洗，清洗后保持海绵处于润湿状态，进行三维压缩得到成型海绵；

S2.将上述成型海绵浸泡于浓度≥80％乙醇溶液中，脱水定型，冷冻干燥即可获得可降解高膨胀海绵；

其中S1中所述可降解弹性海绵的孔隙率为50％～95％，孔径大小为20μm～2000μm，拉伸强度0.5～30MPa，断裂伸长率20％～500％，饱和吸水率为自身重量的1～10倍；所述低浓度乙醇溶液是指浓度为40％～70％的乙醇溶液。

2.如权利要求1所述可降解高膨胀海绵的制备方法，其特征在于，S1中所述可降解弹性海绵的制备方法为：配制可降解材料溶液，高速搅拌发泡后降低搅拌速度，继续搅拌加入交联剂，搅拌交联反应5～60min后进行预冷冻，然后冷冻干燥得到可降解弹性海绵。

3.如权利要求2所述可降解高膨胀海绵的制备方法，其特征在于，所述可降解材料溶液浓度为1％～25％(w/v)，高速搅拌速度为1200～3000r/min，搅拌温度为20～60℃，发泡后降低搅拌速度至100～1000r/min。

4.如权利要求2所述可降解高膨胀海绵的制备方法，其特征在于，所述搅拌至发泡的发泡体积为原来体积的2～10倍。

5.如权利要求2所述可降解高膨胀海绵的制备方法，其特征在于，所述交联剂为聚乙二醇二缩水甘油醚、甲醛、戊二醛、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺/N-N-羟基琥珀酰亚胺混合交联剂、环氧氯丙烷的一种或多种。

6.如权利要求1所述可降解高膨胀海绵的制备方法，其特征在于，所述S1中三维压缩后的体积：压缩前的体积为1:10～1:40。

7.如权利要求1所述可降解高膨胀海绵的制备方法，其特征在于，所述S2中浸泡时间≥30min。

8.一种由权利要求1～7任一项所述方法制备的可降解高膨胀海绵。

9.如权利要求8所述可降解高膨胀海绵，其特征在于，所述可降解高膨胀海绵遇水能快速膨胀至自身体积10～40倍，膨胀吸水率达到自身质量的10～50倍。

10.一种由权利要求1～7任一项所述方法制备的可降解高膨胀海绵在止血材料上和填充组织支架上的应用。

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