CN109172857A - 一种外创用复合止血材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外创用复合止血材料并公开了其制备方法，该止血材料包括多孔材料、金属氧化物和高分子多糖，质量比为1：0.50‑0.01：5‑0.05，所述多孔材料的孔径范围为1nm‑100μm。该材料具有多孔结构，可迅速吸附血液中的各类蛋白质，使凝血因子富集于大孔中，壳聚糖水凝胶提供了带正电的表面，加快了凝血因子的富集速度，使凝血反应进一步加速。且该材料具有良好的生物相容性，并能在大鼠的动物模型上对股动脉创伤进行有效止血。该止血材料可以制成粉剂，或添加于织物内，制成止血带、止血海绵等形式，适用于复杂创口，止血过程不放热具有更高的安全性，且吸潮后仍可以保持功效，便于长时间储存。

Description

一种外创用复合止血材料及其制备方法

技术领域

本发明属于止血材料领域，更具体地，涉及一种外创用复合止血材料 及其制备方法。

背景技术

急性失血是因外伤引起血管破裂，或因疾病引起的凝血、止血功能障 碍导致血液在短时间内快速、大量流失。在因外伤致死的病例中，由急性 失血造成的占绝大多数。据美国军方统计，在其2001-2011年战场上因战伤 死亡的人数中，有超过80％是因过量失血导致。此外，近年来交通事故及 台风、地震等自然灾害频发，也是造成急性失血死亡案例增加的重要原因。 因此，开发针对外创的快速高效止血剂具有特殊的实用价值，对于提高士 兵生存率，以及在长期高危环境下(野外、地下、海上)作业的人员极为重要。 当伤者失血量超过20％时，已不足以维持正常的血压水平，一旦失血量达 到总血液量的30％以上，即可诱发失血性休克，从而使伤情进一步失控， 最终死亡。因此，急性失血对于伤者极其危险，尤其是外创导致的动脉出 血，出血量常常在十分钟内超过危险线，因此在急救医学上对于动脉出血 抢救有“白金十分钟”的说法。常规的止血手段有按压、包扎和电灼等， 虽然对普通创口有一定效果，但对动脉出血，尤其是主动脉破裂引起的喷 发式出血常常效果不佳。开发外用紧急止血材料是应对急性失血的有效手 段之一，常见的外用止血材料有壳聚糖、沸石、胶原蛋白、凝血酶、自组 装多肽等。该类材料能通过激活一系列凝血因子，迅速引发凝血反应，并 辅以物理方法，在急性失血初期对创口进行及时有效止血。

凝血反应，是指血液由流体转变成不能流动的胶状或固体凝块时发生 的一系列生化反应，其特征是血液中的纤维蛋白原转变成纤维蛋白。凝血 系统主要包括血小板和把纤维蛋白原转变成网络状纤维蛋白凝块的所有凝 血因子。在凝血过程中，之前溶于血浆中的纤维蛋白原变成了不溶的纤维 蛋白，并且交织成网，从而固定血小板、红细胞和血浆中的其它成分，组 合形成凝血块。Davies、Ratnoff和Macfarlane等在1964年提出了血液凝固过程的“瀑布学说”，即血液中一系列的凝血因子经过相继激活，最终生成 凝血酶，并在凝血酶的作用下将纤维蛋白原转变为纤维蛋白，最终形成凝 血块的过程。引发凝血过程的信号通路分为内源性凝血通路和外源性凝血 通路，虽然该两条凝血通路的激活途径、启动方式以及参与两条通路的凝 血因子有所不同，但最终都能激活凝血因子X。内源和外源通路并不独立， 而是在凝血过程中有着相互紧密的联系。

凝血过程可以分为三个步骤：

(1)凝血酶原激活物的形成

凝血酶原激活物是因子Ⅹa、V、Ca2+和PF3的复合物，它的形成需要 激活因子Ⅹ。根据激活因子Ⅹ过程的有所不同，可分为内源性和外源性凝 血两条通路。

内源性凝血通路：该凝血通路指的是存在于血液中的各凝血因子与受 损的血管表面接触后，在Ca2+与血小板因子的作用下生成了血浆凝血酶原 激活物从而使得凝血酶活化引起的凝血过程。当血管受损后，血浆中的接 触因子Ⅻ与胶原组织接触后形成因子Ⅻa，因子Ⅻa使得因子Ⅺ激活为因子 Ⅺa，同时还可激活前激肽释放酶为激肽释放酶，而激肽释放酶又以正反馈 的方式进一步促进因子Ⅻa的形成。作为辅助因子的激肽酶原可促进因子Ⅻ 与因子Ⅺ以及前激肽释放酶的激活。在Ca2+的参与下，因子Ⅺa形成后使 因子Ⅸ激活形成Ⅸa，因子Ⅸa再与因子Ⅷ、Ca2+以及PF3结合成复合物， 从而激活因子Ⅹ成为因子Ⅹa。

外源性凝血通路：该凝血通路指的是由损伤组织产生的组织因子在Ca2+和凝血因子的作用下生成了组织凝血酶原激活物从而引起凝血的过程 9。当血管出现损伤或血管内皮及单核细胞受到免疫复合物、细菌毒素刺激 时，得以与血液接触的组织因子作为Ⅶa的受体与Ⅶa结合成复合物，并在 Ca2+存在的条件下迅速激活因子Ⅹ，成为因子Ⅹa，Ⅹa形成后又可以正反 馈的方式激活因子Ⅶ，生成更多的Ⅹa因子。

(2)凝血酶的形成

从因子Ⅹ被激活至纤维蛋白的形成，是内、外源凝血的共同凝血通路。 通过外源性或内源性通路生成的因子Ⅹa，在PF3提供的磷脂膜上生成Ⅹa- Ⅴ-Ca2+凝血酶原酶复合物，从而激活凝血酶原成为凝血酶。凝血酶除了可 催化纤维蛋白原的形成，还可激活多种其他因子Ⅴ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅺ等凝血因 子，使整个凝血过程不断的加速。

(3)纤维蛋白的形成

凝血酶催化血浆中可溶性纤维蛋白原转变成纤维蛋白单体，并在Ca2+ 以及因子ⅩⅢa的作用下形成不溶性的纤维蛋白多聚体，从而聚集血细胞形 成凝胶状的凝血块。该过程又可以分为三个阶段：首先是纤维蛋白含有3 对多肽链，其中肽链A和肽链B中含有大量酸性氨基酸，故带负电荷较多， 凝血酶将纤维蛋白肽链A和肽链B水解之后除去，变为纤维蛋白单体；随 后凝血酶激活因子使得纤维蛋白单体发生交联聚合而形成不溶性的稳定纤 维蛋白；最后不溶性的纤维蛋白最终形成凝血块。

凝血机制在被激活后，凝血速度会呈指数式增长，尤其是组织因子引 发的外源性凝血通路对凝血信号的放大起到重要作用，因此，在紧急止血 过程中，如何迅速激活凝血通路，启动凝血反应是及时止血的重点。外用 止血材料之所以能够迅速止血，正是利用了凝血过程的这一特性。早期的 代表性商品化外用止血材料功效成分或者为壳聚糖衍生物，其延展性较差， 不适用于深层创伤；或者为硅铝基沸石分子筛，在止血过程中会吸水并大量放热，对伤员造成二次伤害，且沸石在空气中长期放置导致受潮吸水后 会影响其止血功效。

因此，开发新型的止血材料，使其不仅能迅速有效地引发凝血反应， 而且具有对创口的普适性和使用安全性，具有极其重要的意义。目前，国 内的传统外用止血粉无法达到对动脉创伤导致的急性出血迅速止血的功 效。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上不足而设计一种的外创用复合止血材 料，并公开其制备方法，该材料能够迅速止血，对创口具有普适性和使用 安全性，不仅止血效果优于沸石分子筛类止血材料，且吸潮后仍可以保持 功效，便于长时间储存。

为了实现上述目的，本发明提供一种外创用复合止血材料，包括多孔 材料、金属氧化物和高分子多糖，质量比为1：0.50-0.01：5-0.05，所述多 孔材料的孔径范围为1nm-100μm。

上述多孔材料为活性炭、人工合成多孔材料、天然多孔矿物或经人工 改性得到的多孔材料中的一种或多种。所述人工合成多孔材料为由硅、钛、 钒、锆元素的氧化物为基质或以上一种或多种元素的氧化物为混合基质合 成的多孔材料；所述天然多孔矿物为高岭土、硅藻土、黏土、蒙脱土、蛭 石、凹凸棒石、海泡石中的一种或多种。

上述金属氧化物为氧化钠、氧化钾、氧化钙、氧化镁、三氧化二铁、 四氧化三铁、氧化锌或二氧化钛中的一种或多种。

上述高分子多糖为壳聚糖、木质素、纤维素、淀粉、琼脂糖、海藻酸 钠中的任意一种或多种。

上述外创用复合止血材料的制备方法包括以下步骤：

(1)将多孔材料与金属无机盐溶液混合均匀，室温干燥，然后将所得 材料烘干，在300-900摄氏度焙烧3-24小时，多孔材料与金属无机盐质量 比为1:0.50-0.01；

(2)将高分子多糖溶于水中，加入步骤(1)处理后的多孔材料，混 合均匀，干燥；多孔材料与高分子多糖的质量比为1:5-0.05。干燥方式优选 室温烘干或冻干。

上述步骤(1)中多孔材料与金属无机盐质量比优选为1:0.3-0.03；步 骤(2)中处理后的多孔材料与高分子多糖的质量比优选为1:1-0.05。

上述步骤(1)中金属无机盐溶液中的金属无机盐为含钠、钾、钙、镁、 二价铁、三价铁、锌、铜、四价钛金属离子的氯盐、硝酸盐、硫酸盐、硫 酸氢盐、碳酸盐、碳酸氢盐、磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐、溴盐、次 氯酸盐或上述所有无机盐的水合物中的一种或多种。

上述步骤(1)中的多孔材料为活性炭、人工合成多孔材料或天然多孔 矿物，优选为人工合成多孔材料或天然多孔矿物。

上述人工合成多孔材料的制备方法包括以下步骤：

(1)将表面活性剂溶液溶解于含有无机盐的水溶液中，在搅拌下加入 硅源，继续搅拌均匀后，静置或搅拌12-72小时，反应温度为5-80摄氏度； 合成组分的质量比为表面活性剂：硅源＝1:10-5:1，无机盐水溶液：硅源＝ 200:1-10:1；无机盐水溶液的浓度为0.001mol/L至10mol/L；

(2)将步骤(1)所得的材料置于80-150℃环境下加热10-48小时；

(3)将步骤(2)所得材料滤干，洗去无机盐；

(4)将步骤(3)所得材料烘干，300-900℃焙烧3-24小时。

上述步骤(1)中所述表面活性剂溶液可以为非离子型表面活性剂 PluronicP123，F127，F108或阳离子型表面活性剂溴化十六烷基三甲铵， 或阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。

所述硅源为硅酸钠、原硅酸、水玻璃、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正 硅酸丙酯或正硅酸丁酯中的一种或多种。

本发明所述的止血材料的止血机理与HemCon与QuikClot类似，都是 通过富集凝血因子来迅速启动凝血反应。HemCon主要通过壳聚糖衍生物带 正电的表面吸附带负电的凝血因子，而QuikClot是通过沸石吸水的特性， 吸收血液中的水分从而浓缩凝血因子。而本材料结合了以上二者的优势， 一方面该材料具有多孔结构，其大孔可迅速吸附血液中的各类蛋白质，使 凝血因子富集于大孔中，另一方面高分子多糖为该材料提供了带正电的表面，因此进一步加快了凝血因子的富集速度，使凝血反应进一步加速，其 凝血路线如图3所示。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明所述的止血材料通过 富集凝血因子来迅速启动凝血反应，结合了吸附凝血因子和浓缩凝血因子 的优势，该材料的多孔结构可迅速富集血液中的凝血因子，高分子多糖也 为该材料提供了带正电的表面，凝血因子的富集速度较快，使瀑布式的凝 血反应迅速启动，达到快速止血的效果。该材料具有良好的生物相容性， 并能在大鼠的动物模型上对股动脉创伤进行有效止血。该止血材料可以制成粉剂，或添加于织物内，制成止血带、止血海绵等形式，适用于复杂创 口，止血过程不放热，具有更高的安全性，且吸潮后仍可以保持功效，便 于长时间储存。

附图说明

图1为凝血弹性描记法主要技术参数说明图。

图2为大鼠的股动脉创伤止血对比实验。左：商品化止血材料QuikClot， 右：本专利申请所涉及的止血材料。

图3为本发明所述的止血材料的凝血路线图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例更详细地描述本发明的优选实施方式。

实施例1

一种外创用复合止血材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硅藻土与硝酸钙溶液混合均匀，硅藻土与硝酸钙的质量比为 5:1，室温干燥，然后将所得材料烘干，在500摄氏度焙烧12小时；

(2)将壳聚糖溶于水中，加入步骤(1)处理后的多孔材料，多孔材 料与壳聚糖的质量比例为20:1，混合均匀，干燥。

实施例2

一种外创用复合止血材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将多孔材料活性炭、硅藻土、高岭土、蒙脱土按1：1：1：1比 例与硫酸钠、硝酸钙、氯化铁溶液混合均匀，多孔材料与无机盐的质量比 为10:1，室温干燥，然后将所得材料烘干，在600摄氏度焙烧5小时；

(2)将琼脂糖溶于水中，加入步骤(1)处理后的多孔材料，多孔材 料与琼脂糖的质量比为4:1，混合均匀，干燥。

实施例3

一种外创用复合止血材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将表面活性剂(溴化十六烷基三甲铵)溶解于氯化钙水溶液中， 在搅拌下加入硅酸钠，继续搅拌均匀后，静置24小时，反应温度为5-80 摄氏度；合成组分的质量比为表面活性剂：硅酸钠＝5:1，氯化钙水溶液： 硅酸钠＝50:1(质量比)；氯化钙水溶液的浓度为10mmol/L；

(2)将步骤(1)所得的材料置于100℃环境下加热24小时，材料滤 干；烘干后，700℃焙烧12小时，即得人工合成多孔材料。

(3)将步骤(2)所得的人工合成多孔材料与磷酸二氢钠溶液混合均 匀，人工合成多孔材料与磷酸二氢钠的质量比为25:1，室温干燥，然后将 所得材料烘干，在500摄氏度焙烧18小时；

(4)将海藻酸钠溶于水溶液中，加入步骤(3)处理后的多孔材料， 多孔材料与海藻酸钠的质量比2:1，混合均匀，干燥。

实验例4

通过体外实验，使用凝血弹性描记法(Thromboelastography，TEG)，对 比止血材料与QuikClot对抗凝全血的凝血效果。

取自志愿者的新鲜全血，用4％枸橼酸钠抗凝处理。测试时，取0.34mL 抗凝全血加入测试杯中，将20μL 0.2M CaCl₂溶液与抗凝血样混合，再加 入20mg根据实施例1-3所述方法制备的凝血材料，以激活凝血反应，用 TEG测试其凝血性能，实验对比结果见表1。其中，根据实施例1-3所述方 法制备的材料凝血时间、凝血强度均大大优于未加止血材料的对照组 (Control)，与QuikClot相比主要凝血指标也均有明显改善。凝血弹性描记 法主要技术参数说明，如图1所示：

R＝起凝时间，测试杯中出现血凝块的时间，反应凝血因子作用情况；

K＝血块达一定强度(20mm)所需时间；

α＝倾角，反映纤维蛋白原联接情况；

MA＝血块最终强度，反映纤维蛋白与血小板相互作用

表1.现有商品化止血材料QuikClot与三种不同组分自制止血材料的体 外凝血参数对比

材料	R(min)	K(min)	Angle(deg)	MA(mm)
					Control	11.1	16.0	36.1	51.0
QuikClot	6.4	12.2	40.6	48.1
					实施例1	5.5	9.7	45.7	48.1
实施例2	5.8	10.3	40.9	49.3
					实施例3	5.6	9.4	45.1	49.7

注：Control组为未加促凝材料的普通全血，作为对照组。

实验例5

用股动脉创伤的大鼠作为动物模型将实施例2所得止血材料与第一代 沸石型止血材料QuikClot的凝血效果进行了对比，将大鼠左右股动脉同时 剪断，出血3s后，同时将等质量的两种颗粒状止血材料置于医用棉上，对 伤口进行压迫止血。止血效果如图2所示，实施例2材料(右)的止血效果明 显优于QuikClot(左)。创口的出血量和止血速度等指标也明显优于QuikClot。 出血量QuikClot为8.5克，本发明止血材料为1.4克。止血速度QuikClot 为45秒以内，实施例2止血材料约为10秒。

实验例6

用股动脉创伤的大鼠作为动物模型将实施例2所得止血材料与第一代 沸石型止血材料QuikClot的凝血效果进行了对比，将大鼠左右股动脉同时 剪断，出血3s后，同时将等质量的两种颗粒状止血材料置于医用棉上，对 伤口进行压迫止血。实施例1材料的止血效果明显优于QuikClot。出血量 QuikClot为10.7克，实施例1止血材料为3.8克。止血速度QuikClot为62 秒以内，本发明止血材料约为19秒。

实验例7

用股动脉创伤的大鼠作为动物模型将实施例3所得止血材料与第一代 沸石型止血材料QuikClot的凝血效果进行了对比，将大鼠左右股动脉同时 剪断，出血3s后，同时将等质量的两种颗粒状止血材料置于医用棉上，对 伤口进行压迫止血。实施例2材料的止血效果明显优于QuikClot。出血量 QuikClot为9.4克，本发明止血材料为3.1克。止血速度QuikClot为56秒 以内，本发明止血材料约为17秒。

Claims (9)

1.一种外创用复合止血材料，其特征在于该材料包括多孔材料、金属氧化物和高分子多糖，质量比为1：0.50-0.01：5-0.05，所述多孔材料的孔径范围为1nm-100μm。

2.根据权利要求1所述的外创用复合止血材料，其特征在于所述多孔材料为活性炭、人工合成多孔材料、天然多孔矿物或经人工改性得到的多孔材料中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的外创用复合止血材料，其特征在于所述人工合成多孔材料为由硅、钛、钒、锆元素的氧化物为基质或以上一种或多种元素的氧化物为混合基质合成的多孔材料；所述天然多孔矿物为高岭土、硅藻土、黏土、蒙脱土、蛭石、凹凸棒石、海泡石中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的外创用复合止血材料，其特征在于所述金属氧化物为氧化钠、氧化钾、氧化钙、氧化镁、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化锌、二氧化钛中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的外创用复合止血材料，其特征在于所述高分子多糖为壳聚糖、木质素、纤维素、淀粉、琼脂糖、海藻酸钠中的任意一种或多种。

6.权利要求1-5中任意一条权利要求所述的外创用复合止血材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将多孔材料与金属无机盐水溶液混合均匀，室温干燥，然后将所得材料烘干，在300-900℃焙烧3-24小时，多孔材料与金属无机盐质量比为1:0.50-0.01；

(2)将高分子多糖溶于水中，加入步骤(1)处理后的多孔材料，混合均匀，干燥；多孔材料与高分子多糖的质量比为1:5-0.05。

7.根据权利要求6所述的外创用复合止血材料的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中金属无机盐水溶液中的金属无机盐为含钠、钾、钙、镁、二价铁、三价铁、锌、铜、四价钛金属离子的氯盐、硝酸盐、硫酸盐、硫酸氢盐、碳酸盐、碳酸氢盐、磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐、溴盐、次氯酸盐或上述所有无机盐的水合物中的一种或多种。

8.根据权利要求6所述的外创用复合止血材料的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中的多孔材料为活性炭、人工合成多孔材料或天然多孔矿物。

9.根据权利要求7所述的外创用复合止血材料的制备方法，其特征在于所述的人工合成多孔材料的制备方法包括以下步骤：

(1)将表面活性剂溶解于含有无机盐的水溶液中，在搅拌下加入硅源，继续搅拌均匀后，静置或搅拌12-72小时，反应温度为5-80℃；合成组分的质量比为表面活性剂：硅源＝1:10-5:1，无机盐水溶液：硅源＝200:1-10:1；无机盐水溶液的浓度为0.001mol/L至10mol/L；

(2)将步骤(1)所得的材料置于80-150℃环境下加热10-48小时；

(3)将步骤(2)所得材料滤干，洗去无机盐；

(4)将步骤(3)所得材料烘干，300-900℃焙烧3-24小时；

其中，所述硅源为硅酸钠、原硅酸、水玻璃、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯或正硅酸丁酯。