CN109966544A - 一种烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵及其制备方法和应用 - Google Patents

一种烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN109966544A
CN109966544A CN201910270233.6A CN201910270233A CN109966544A CN 109966544 A CN109966544 A CN 109966544A CN 201910270233 A CN201910270233 A CN 201910270233A CN 109966544 A CN109966544 A CN 109966544A
Authority
CN
China
Prior art keywords
chitosan
alkyl
graphene oxide
composite sponge
alkyl chitosan
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910270233.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109966544B (zh
Inventor
关静
张影
杨健
武继民
田丰
李志宏
王春来
丁晟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Medical Support Technology of Academy of System Engineering of Academy of Military Science
Original Assignee
Institute of Medical Support Technology of Academy of System Engineering of Academy of Military Science
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Medical Support Technology of Academy of System Engineering of Academy of Military Science filed Critical Institute of Medical Support Technology of Academy of System Engineering of Academy of Military Science
Priority to CN201910270233.6A priority Critical patent/CN109966544B/zh
Publication of CN109966544A publication Critical patent/CN109966544A/zh
Priority to US16/662,774 priority patent/US11123452B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN109966544B publication Critical patent/CN109966544B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B37/00—Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof
    • C08B37/0006—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid
    • C08B37/0024—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid beta-D-Glucans; (beta-1,3)-D-Glucans, e.g. paramylon, coriolan, sclerotan, pachyman, callose, scleroglucan, schizophyllan, laminaran, lentinan or curdlan; (beta-1,6)-D-Glucans, e.g. pustulan; (beta-1,4)-D-Glucans; (beta-1,3)(beta-1,4)-D-Glucans, e.g. lichenan; Derivatives thereof
    • C08B37/0027—2-Acetamido-2-deoxy-beta-glucans; Derivatives thereof
    • C08B37/003—Chitin, i.e. 2-acetamido-2-deoxy-(beta-1,4)-D-glucan or N-acetyl-beta-1,4-D-glucosamine; Chitosan, i.e. deacetylated product of chitin or (beta-1,4)-D-glucosamine; Derivatives thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L24/00—Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices
    • A61L24/001—Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L24/00—Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices
    • A61L24/001—Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A61L24/0036—Porous materials, e.g. foams or sponges
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L24/00—Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices
    • A61L24/0047—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
    • A61L24/0073—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material with a macromolecular matrix
    • A61L24/0078—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material with a macromolecular matrix containing fillers of carbon
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L24/00—Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices
    • A61L24/02—Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices containing inorganic materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L24/00—Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices
    • A61L24/04—Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices containing macromolecular materials
    • A61L24/08—Polysaccharides
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/28—Materials for coating prostheses
    • A61L27/30—Inorganic materials
    • A61L27/303—Carbon
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/56—Porous materials, e.g. foams or sponges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L5/00—Compositions of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08L1/00 or C08L3/00
    • C08L5/08—Chitin; Chondroitin sulfate; Hyaluronic acid; Derivatives thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2400/00—Materials characterised by their function or physical properties
    • A61L2400/04—Materials for stopping bleeding

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)

Abstract

本发明属于医用材料技术领域，具体涉及一种烷基壳聚糖‑氧化石墨烯复合海绵及其制备方法和应用。本发明提供的烷基壳聚糖‑氧化石墨烯复合海绵包括烷基壳聚糖和吸附在所述烷基壳聚糖上的氧化石墨烯，所述氧化石墨烯的吸附量为3～28％。本发明以烷基壳聚糖为基体，将氧化石墨烯与烷基壳聚糖进行复合，所得复合海绵同时具有优异的止血性能和吸收血液的能力。实施例结果表明，本发明提供的复合海绵用于止血时，体外全血凝固时间小于58s，兔股动脉出血模型的止血时间小于155s，出血量小于5.4g，止血效果优于单纯的烷基壳聚糖海绵或氧化石墨烯粉末。

Description

一种烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于医用材料技术领域，具体涉及一种烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵及其制备方法和应用。
背景技术
过度失血是在战场和事故中造成人员死亡的主要原因之一，因此，设计和开发一种安全高效的止血材料一直是人们关注的热点之一。
壳聚糖是带正电的天然高分子，具有良好的生物相容性、粘膜粘附性、抗菌性和止血性等特点，但对于急性大出血创面的止血效果并不稳定，因此有必要对壳聚糖材料进行改性，以进一步提高其止血性能。研究表明，在壳聚糖氨基上接枝一定量的烷基能够有效提高壳聚糖的止血性能，但接枝烷基的壳聚糖，相对于未接枝的壳聚糖而言，其吸收血液的性能会下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵，本发明提供的复合海绵同时具有优异的止血性能和血液吸收性能，适宜作为医用止血材料。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵，包括烷基壳聚糖和吸附在所述烷基壳聚糖上的氧化石墨烯，所述氧化石墨烯的吸附量为3～28wt.％。
优选的，所述烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵具有孔隙，孔隙率为48～78％；所述烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵的比表面积≥100m2/g。
优选的，所述烷基壳聚糖的烷基取代度为3～35％。
优选的，所述烷基壳聚糖接枝的烷基碳链为C6～C18。
本发明提供了上述技术方案所述的烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵的制备方法，包括以下步骤：
(1)将壳聚糖溶液与醛类化合物混合，然后添加还原剂，反应后得到烷基壳聚糖；
(2)将所述烷基壳聚糖、乙酸、氧化石墨烯和水混合，所得混合料液经冷冻干燥后，得到烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵。
优选的，所述步骤(1)中，壳聚糖溶液包括壳聚糖、乙酸、乙醇和水，所述壳聚糖与水的质量比为1：(80～120)；
所述乙酸与水的质量比为(0.8～1.2)：100；
所述乙醇与水的体积比为(70～80)：200。
优选的，所述步骤(2)中，烷基壳聚糖与乙酸的用量比为0.1g：(0.08～0.15)mL。
优选的，所述步骤(1)中，醛类化合物与壳聚糖中氨基的摩尔比(0.3～1.5):1。
优选的，所述冷冻干燥的温度为-75～-80℃，时间为45～50h。
本发明还提供了上述技术方案所述的烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵或者上述技术方案所述的制备方法制备得到的烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵作为医用止血材料的应用。
本发明提供的烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵，包括烷基壳聚糖和吸附在所述烷基壳聚糖中的氧化石墨烯，所述氧化石墨烯的吸附量为3～28wt.％。本发明以烷基壳聚糖为基体，利用氧化石墨烯与烷基壳聚糖复合，形成具有孔隙结构的海绵材料，所得复合海绵用于止血时，相对于传统的止血材料来说，血液吸收能力明显增强，止血时间明显缩短，失血量明显减少。实施例结果表明，体外全血凝固时间小于58s，兔股动脉出血模型的止血时间小于155s，出血量小于5.4g，止血效果优于单纯的烷基壳聚糖海绵或氧化石墨烯粉末。
附图说明
图1为壳聚糖粉末和烷基壳聚糖粉末的FTIR对比图；
图2为氧化石墨烯粉末、十二烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵、十二烷基壳聚糖海绵和壳聚糖粉末的FTIR对比图；
图3为十二烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵的SEM图；
图4为空白样、壳聚糖粉末、十二烷基壳聚糖粉末体外全血凝固时间测试结果统计对比图；
图5为十二烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵、十二烷基壳聚糖海绵和医用纱布血液吸收能力对比图；
图6为空白样、十二烷基壳聚糖海绵、十二烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵和氧化石墨烯粉末在MTT法测试细胞毒性实验中MRC5细胞存活率统计对比图；
图7为空白样、氧化石墨烯粉末、十二烷基壳聚糖海绵、十二烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵和Celox止血粉末体外全血凝固时间测试结果统计对比图；
图8为十二烷基壳聚糖海绵、十二烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵、氧化石墨烯粉末、Celox止血粉末和医用纱布在兔股动脉出血创面模型实验中测试结果统计对比图；
图1～8以及下文中，CS表示壳聚糖，AC表示烷基壳聚糖，AC6a、AC6b和AC6c表示N-己基壳聚糖粉末(分别对应实施例1～3的步骤1的产品)，AC12a、AC12b和AC12c表示N-十二烷基壳聚糖粉末(分别对应实施例4～6步骤1的产品)，AC18a、AC18b、AC18c表示N-十八烷基壳聚糖粉末(分别对应实施例7～9步骤1的产品)，ACGS0表示实施例4制备的十二烷基壳聚糖海绵，ACGS5表示实施例4制备的十二烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵，ACGS10表示实施例10制备的十二烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵，ACGS20表示实施例11制备的十二烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵，Blank表示空白样，Gauze表示医用纱布，Celox表示市售壳聚糖止血粉末，GO表示氧化石墨烯粉末。
具体实施方式
在以下具体实施方式中，除特殊说明外，所用试剂均为本领域技术人员熟知的市售产品。
本发明提供了一种烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵，包括烷基壳聚糖和吸附在所述烷基壳聚糖上的氧化石墨烯，所述氧化石墨烯的吸附量为3～28wt.％。
本发明提供的烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵以烷基壳聚糖为基体。在本发明中，所述烷基壳聚糖接枝的烷基碳链优选为C6～C18，更优选为C8～C14，再优选为C10～C12。在本发明具体实施过程中，所述烷基壳聚糖优选包括N-己烷基壳聚糖(简称AC6)、N-十二烷基壳聚糖(简称AC12)和N-十八烷基壳聚糖(简称AC18)中的一种或几种，更优选为AC6、AC12或AC18，再优选为AC12。在本发明中，取代度以接枝烷基的氨基数目与壳聚糖中氨基总数之比计，所述烷基壳聚糖的烷基取代度优选为3～35％，具体的，
所述烷基壳聚糖为AC6时，烷基取代度优选为15～33％，更优选为25～32％；
所述烷基壳聚糖为AC12时，烷基取代度优选为12～33％，更优选为16～32％；
所述烷基壳聚糖为AC18时，烷基取代度优选为10～25％，更优选为18～22％。
本发明优选采用上述结构的烷基壳聚糖为基体，能为获得具有优异止血性能的止血海绵提供基础。
本发明提供的烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵包括吸附在烷基壳聚糖上的氧化石墨烯。在本发明中，所述烷基壳聚糖带有正电，氧化石墨烯带有负电，二者通过静电吸附作用和分子间氢键结合，提高了材料性能的稳定性。在本发明中，所述氧化石墨烯的吸附量优选为3～28wt.％，更优选为12～25wt.％，再优选为15～23wt.％。在本发明中，所述含量的氧化石墨烯能作为改性剂不仅能使烷基壳聚糖的止血能力保持在较高水平，还改善了复合海绵对血液的吸收能力。
本发明提供的烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵具有孔隙，所述孔隙的孔径优选为20～40μm，更优选为25～35μm；孔隙率优选为48～78％，更优选为60～75％；比表面积优选≥100m2/g，更优选为110～125m2/g。在本发明中，所述烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵具有的孔隙结构能够改善材料对血液的吸收能力。
本发明还提供了上述技术方案所述烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵的制备方法，包括以下步骤：
(1)将壳聚糖溶液与醛类化合物混合，然后添加还原剂，反应后得到烷基壳聚糖；
(2)将所述烷基壳聚糖、乙酸、氧化石墨烯和水混合，所得混合料液经冷冻干燥后，得到烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵。
本发明将壳聚糖溶液与醛类化合物混合，然后添加还原剂，反应后得到烷基壳聚糖。在本发明中，所述壳聚糖溶液优选包括壳聚糖、乙酸、乙醇和水，其中：
所述壳聚糖与水的质量比优选为1:(80～120)，更优选为1：100；
所述乙酸与水的质量比优选为(0.8～1.2)：100，更优选为(0.9～1.0)：100；
所述乙醇与水的体积比为(70～80)：200，更优选为75：200。
本发明优选利用乙酸、乙醇和水配制壳聚糖溶液，能促进壳聚糖在水中溶解，并能为后续的烷基化反应提供有利条件。
在本发明中，所述壳聚糖溶液的制备方法优选为：将乙酸与水混合，得到乙酸水溶液；将壳聚糖与所述乙酸水溶液混合，然后再加入乙醇，得到壳聚糖溶液。在发明中，上述混合过程优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的速度优选为(200～500)r/min，更优选为(350～400)r/min；乙酸与水混合时，搅拌时间优选为5min；壳聚糖与乙酸水溶液混合时，搅拌时间优选为90min；加入乙醇后，搅拌时间优选为0.8～1.5h，更优选为1h。
在本发明中，所述醛类化合物的碳链结构与上述技术方案所述的烷基壳聚糖中的烷基碳链结构一致，例如，AC6对应的醛类化合物为己醛，AC12对应的醛类化合物为十二醛，AC18对应的醛类化合物为十八醛。在本发明中，所述醛类化合物用量优选根据壳聚糖分子链上氨基数量以及所需的取代度确定，按照取代度所需用量的2.4～7.2倍添加醛类化合物。
在本发明具体实施例中，以壳聚糖中氨基总数计，所述醛类化合物与壳聚糖的摩尔比优选为(0.3～1.5)：1，更优选为(0.6～1.0)：1。
将壳聚糖溶液和醛类化合物混合后，本发明优选将混合液调至弱酸性，所述弱酸性对应的pH值优选为4～6，更优选为4.5～5.5，在本发明中，调整混合液pH值用试剂优选为NaOH。
将壳聚糖溶液与醛类化合物混合后，本发明向混合物料中添加还原剂，反应后得到烷基壳聚糖。本发明优选在搅拌条件下，将还原剂添加至混合物料中；添加时，所述还原剂优选以固体形式添加；所述还原剂的添加量与醛类化合物中醛基的摩尔比为(2～3):1，更优选为3:1。在本发明中，所述还原剂优选包括硼氢化钠或氰基硼氢化钠，更优选为氰基硼氢化钠。
在本发明中，壳聚糖、醛类化合物和还原剂在混合体系中发生烷基化反应，得到烷基壳聚糖。
反应后，本发明优选将反应后体系调整至碱性，调整后所得碱性物料的pH值优选为9～11，更优选为9.5～10；调整pH值用试剂优选为氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液的浓度优选为8～15wt.％，更优选为10～12wt.％。
将反应后体系调整至碱性后，反应后体系中生成沉淀，本发明优选通过过滤或离心收集沉淀产物，然后再利用乙醇溶液和水进行洗涤，以去除杂质，得到纯度较高的烷基壳聚糖。在本发明中，洗涤用乙醇溶液优选包括体积分数分别为50％、75％和100％的乙醇水溶液。洗涤时，本发明优选将沉淀产物浸泡在乙醇水溶液中，以使未反应的醛类化合物充分去除。洗涤后，本发明优选将洗涤后所得物料进行冷冻干燥，以去除洗涤残留的去离子水，得到干燥的烷基壳聚糖；所得烷基壳聚糖为粉末物料。在本发明中，冷冻干燥前，本发明优选将洗涤后物料进行冷却，所述冷却的温度优选为-24～-18℃，所述冷却的时间优选为6～10h；冷却后，本发明将冷却后物料进行冷冻干燥，所述冷冻干燥的温度优选为-75～-80℃，时间优选为22～24h。
得到烷基壳聚糖后，本发明将所述烷基壳聚糖、乙酸、氧化石墨烯和水混合，所得混合料液经冷冻干燥后，得到烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵。在本发明中，所述混合料液中各组分的用量满足以下条件：
烷基壳聚糖与乙酸的用量比优选为0.1g：(0.08～0.15)mL，更优选为0.1g:(0.09～0.12)mL，再优选为0.1g：0.1mL；
烷基壳聚糖与氧化石墨烯的质量比优选为0.1g:(3～28)mg，更优选为0.1g:(12～25)mg，再优选为0.1g:(15～23)mg；
烷基壳聚糖与水的用量比优选为0.1g:(18～25)mL，更优选为0.1g:(20～23)mL，再优选为0.1g:20mL。
在本发明中，所述混合料液优选通过如下方法制备得到：将氧化石墨烯与水的混合物进行超声，得到氧化石墨烯分散液，然后再将乙酸和烷基壳聚糖依次添加至氧化石墨烯分散液中，搅拌后得到混合料液。在本发明中，所述超声的功率优选为150～210W，更优选为170～190W；超声的时间优选为20～90min，更优选为50～70min；搅拌的速度优选为100～300r/min，更优选为180～220r/min；添加乙酸后搅拌的时间优选为10～20min，更优选为15min；添加烷基壳聚糖后搅拌的时间优选为10～15h，更优选为10～12h。
得到混合料液后，本发明优选将混合料液置于器皿中，然后将盛有混合料液的器皿进行冷冻干燥。冷冻干燥前，本发明优选将盛有混合料液的器皿置于真空干燥箱中进行除气，除气时，所述真空干燥箱的温度优选为25～35℃，更优选为30℃；真空度优选为-0.6～-1.0bar。
除气后，本发明将所得物料进行冷冻干燥，所述冷冻干燥的温度优选为-75～-80℃，时间优选为45～50h。本发明优选采用冷冻干燥的方式去除溶剂，可使冰晶升华，以得到具有孔隙结构的复合海绵。
本发明还提供了上述技术方案所述的烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵或上述技术方案所述制备方法制备得到的烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵作为医用止血材料的应用。本发明对所述应用的具体方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方式应用即可。
为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)将2g CS溶于200mL 1％的冰乙酸水溶液中，室温下搅拌至完全溶解后，加入75mL无水乙醇，继续搅拌1h。加入一定量的己醛(壳聚糖氨基摩尔数：己醛摩尔数＝1:0.8)，并调节pH至5.1，充分搅拌4h后，缓慢加入氰基硼氢化钠(醛基：氰基硼氢化钠的摩尔比＝1:3)。充分反应4h后，用10wt.％的NaOH溶液调节pH至10。收集沉淀产物，用50％、75％和100％的乙醇水溶液充分浸泡洗涤以除去未反应的烷基醛，之后用去离子水将产物洗涤至中性。将产物于-20℃冷冻过夜(8h)，并通过冷冻干燥(-80℃，24h)得到最终产物：取代度约为32％的AC6粉末，命名为AC6a；
(2)将5mg的GO在20mL的去离子水中超声分散30min，形成均匀的GO/H2O分散液；加入0.1mL冰乙酸，磁力搅拌15min，形成均匀的体积分数为0.5％的冰乙酸水溶液，再加入0.1g的AC6a并磁力搅拌12h。将混合料液倒入6孔板，放入30℃的真空干燥箱以去除溶液中的气泡，最后冷冻干燥得到圆柱形的烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵。
实施例2～9
按照实施例1的方式制备烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵，所用醛类化合物的组成或用量不同；
另外，实施例4中，除制备复合海绵外，还制备烷基壳聚糖海绵，方法与复合海绵的制备方法相同，不同之处在于步骤(2)中不添加氧化石墨烯，其余按照步骤(1)和(2)进行操作。实施例2～9的组分及用量具体见表1。
利用Newton公司生产的Tensor 37型红外光谱仪，对实施例1～9所得产品进行表征，结果如图1和2所示。图1为壳聚糖粉末和烷基壳聚糖粉末的FTIR对比图，该图显示产物的-CH3的伸缩振动峰(2900-3000cm-1)、-CH2的伸缩振动峰(2800-2900cm-1)、烷基的弯曲振动吸收峰(1440cm-1)和-CH2骨架振动峰(720cm-1)有明显的增强，且随着烷基链长度的增加吸收峰变强，-NH的弯曲峰(1560cm-1)的增强，表明己烷基、十二烷基和十八烷基已成功接枝到了CS的氨基上，所得沉淀物为烷基壳聚糖。图2为氧化石墨烯粉末、烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵、烷基壳聚糖海绵和壳聚糖粉末的FTIR对比图，图谱显示，烷基壳聚糖海绵的特征峰在烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵的谱图上均有体现，表明氧化石墨烯的加入并未破坏烷基壳聚糖的化学结构；但氧化石墨烯的环氧基团的吸收峰(1226cm-1)在谱图中消失，说明烷基壳聚糖与氧化石墨烯复合时，除了氢键和电荷相互作用之外，烷基壳聚糖与氧化石墨烯之间存在一定的化学相互作用。
利用Elementar公司生产的Vario EL/microcube型元素分析仪测试AC中C和N元素的含量，并计算AC的烷基取代度，测试结果列于表1中。
表1实施例1～9中烷基壳聚糖C和N元素的含量及烷基取代度
表1中，符号中的数字6、12或18分别表示烷基中碳链的数目；a、b和c表示取代度的高低，a表示取代度高，b居中，c表示取代度最低，SD表示取代度。
由表1测试结果可知，醛类化合物用量的调整，可改变烷基取代度，据此，可对烷基壳聚糖进行优化设计。
实施例10～11
按照实施例4的方式制备烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵，不同之处在于氧化石墨烯的用量不同，具体见表2。
通过亚甲基蓝(MB)染料吸附实验测试所得产品的比表面积，测试结果见表2；
采用吸醇法测试十二烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵的孔隙率，具体方法是：将等体积(直径1.5cm，高1cm)的样品ACGS0和ACGS20分别称量，记作m0。将样品浸入无水乙醇中，饱和时称取质量，记作m1，每组样品设置6个平行样，计算孔隙率。计算公式为：孔隙率＝(m1-m0)/(ρV)，其中，ρ代表无水乙醇的密度，V代表ACGS的初始体积，测试结果见表2。
表2实施例4、10和11所得产品的原料用量及结构参数
由表2测试结果可知，本发明所得烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵与壳聚糖相比，具有更高的比表面积和孔隙率，为提高复合海绵的止血和血液吸收能力提供基础。
将烷基壳聚糖海绵和烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵制成长50mm×宽10mm×高2mm的样条，通过万能试验机，在室温条件下以10mm/min的拉伸速度测试其机械性能，获得抗张强度和断裂伸长率，每组样品设置6组平行样。实施例4所得ACGS0的抗张强度为0.07±0.01MPa，断裂伸长率为19.55±1.77％；实施例11所得ACGS20的抗张强度为0.11±0.01MPa，断裂伸长率为18.88±0.035％。说明复合海绵的抗张强度明显增强，增强了材料在止血时的机械稳定性，有利于更有效的阻止伤口出血。
利用扫描电镜表征实施例所得烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵的微观结构和形貌，其中ACGS0和ACGS20的表征结果见图3。图3中，(a)为ACGS0的低倍(a1)和高倍(a2)的SEM图及实物图照片(a3)；(b)为ACGS20的低倍(b1)和高倍(b2)的SEM图及实物图照片(b3)；由测试结果可知，ACGS0和ACGS20均呈现多孔结构，与ACGS0相比，ACGS20的孔结构更为蓬松，孔径更大，这有助于吸收血浆，浓缩红细胞、血小板、血浆蛋白和各类凝血因子，从而有助于加速凝血。其他实施例测试结果与上述结论一致，均得到具有疏松多孔结构的复合海绵。
按照如下方法测试所得产品的全血凝固时间：将20mg的样品加入10mL的玻璃试管中，于37℃恒温水浴孵育3min，加入1mL的抗凝全血并继续孵育3min，之后在试管中加入775μL的0.025mol/L的CaCl2溶液。于37℃环境下每隔15s倾斜试管并观察血液是否流动，直至将试管倾斜90°血液不再流动即为凝血，并记录凝血时间。其中不加样品的抗凝全血作为Blank组，每个样品重复测量3次。对实施例1～9所得AC粉体进行体外凝血实验，测试结果见图4。由图4可知，与CS相比，本发明所得AC的体外凝血时间缩短(见图4)。其中，AC12a的体外凝血时间最短，约为70s。
通过测试1min内材料对全血的吸收速率来评价复合海绵的血液吸收能力，方法如下：从2.5～3kg的新西兰大耳白兔的心脏采血，3.8wt％的枸橼酸钠抗凝剂与新鲜血液以1:9的比例混合均匀，得到抗凝全血。将已称重的ACGS0、ACGS20和纱布(m2)分别浸入到抗凝全血中，并分别在吸收血液5s、10s、20s、30s、40s和60s后迅速取出样品，用滤纸吸去表面多余的血液并称重，记作m3。每组样品设置6个平行样。通过公式计算吸收血液的能力：吸血倍数＝(m3-m2)/m2。计算结果统计于图5中。
由图5可知，海绵吸收血液的能力明显优于医用纱布，其中，ACGS0能够在60s内吸收相当于自身重量7倍的血液，而ACGS20能够在60s内吸收相当于自身重量10倍的血液。若以烷基壳聚糖海绵和医用纱布为对比例，本发明提供的烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵的血液吸收性能明显提升。其他实施例测试结果与实施例11的测试结果相似。
本发明通过MTT法测试材料的细胞毒性(参照标准：GB16886.5-2017医疗器械生物学评价第5部分：体外细胞毒性试验)，测试时以MRC5细胞为模型，以表征复合海绵的生物相容性，测试结果见图6。图6中，*表示相对于空白组有显著性差异(p<0.05)。由图6测试结果可知，烷基壳聚糖海绵ACGS0以及复合海绵ACGS10均能促进MRC5细胞生长，相对于空白组具有显著差异；ACGS5、ACGS20对MRC5细胞生长的促进作用与空白组相当，说明烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵的生物相容性优异；其他实施例所得复合海绵的测试结果与空白组相比略高，说明复合海绵的生物相容性良好。
体外全血凝固试验(测试方法同前面烷基壳聚糖全血凝固时间测试方法)：测试ACGS20和抗凝全血的混合物在CaCl2激活下，从流动状态变为能够支撑自身重量的凝胶态所需的时间，测试结果见图7，图7中，(a)ACGS20和抗凝全血的混合物在凝固前后对比图；(b)Blank、GO、ACGS0、ACGS5、ACGS10、ACGS20和Celox的WBCT值(全血凝固时间)，**表示有显著性差异(p<0.01)。由图7测试结果可知，ACGS20的体外全血凝固时间最短，约为41s，体外凝血效果最为优异。
采用兔股动脉出血模型来评估烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵的止血能力，本实验以实施例4、11所得产品为例进行测试。具体测试方法：选用健康成年的雄性新西兰大耳白兔，且体重均控制在了2.5±0.2kg。并且将位于兔右侧股骨根部的动脉和静脉完全切开，血液喷涌而出，如图8(a)所示。将ACGS0或ACGS20(约0.5g)覆盖于伤口表面，由于粉末材料不如海绵敷料操作方便，一般需要更多的用量，这里约2g的GO和Celox才能完全覆盖伤口。并且，ACGS0、ACGS20和Celox可以紧密的黏附在伤口表面并快速密封出血的伤口，测试结果见图8，图8中，(a)暴露兔股骨根部的动脉和静脉；(b)用ACGS20覆盖出血的伤口；(c)成功止血后从伤口取下ACGS20；(d)ACGS0、ACGS20、GO、Celox和Gauze组的止血时间；(e)ACGS0、ACGS20、GO、Celox和Gauze组的失血量；*表示有显著性差异(p<0.05)，**表示有非常显著的差异(p<0.01)，***表示有十分显著的差异(p<0.001)。由图8可知，ACGS20的止血时间(134.64±17.10s)、比ACGS0(153.07±7.33s)和GO(181.25±19.37s)均缩短，出血量(3.17±1.96g)比ACGS0(4.20±1.93g)和GO(9.61±1.44g)均减少。
由以上实施例可知，本发明提供的烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵具有孔隙结构，血液吸收能力好，烷基壳聚糖和氧化石墨烯配合作用，缩短了止血时间。烷基壳聚糖和氧化石墨烯复合而成的海绵材料具有优异的止血能力，有望成为一种新型的止血材料推广使用。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵，包括烷基壳聚糖和吸附在所述烷基壳聚糖上的氧化石墨烯，所述氧化石墨烯的吸附量为3～28wt.％。
2.如权利要求1所述的烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵，其特征在于，所述烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵具有孔隙，孔隙率为48～78％；所述烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵的比表面积≥100m2/g。
3.如权利要求1所述的烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵，其特征在于，所述烷基壳聚糖的烷基取代度为3～35％。
4.如权利要求1～3任一项所述的烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵，其特征在于，所述烷基壳聚糖接枝的烷基碳链为C6～C18。
5.权利要求1～4任一项所述的烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵的制备方法，包括以下步骤：
(1)将壳聚糖溶液与醛类化合物混合，然后添加还原剂，反应后得到烷基壳聚糖；
(2)将所述烷基壳聚糖、乙酸、氧化石墨烯和水混合，所得混合料液经冷冻干燥后，得到烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，壳聚糖溶液包括壳聚糖、乙酸、乙醇和水，所述壳聚糖与水的质量比为1：(80～120)；
所述乙酸与水的质量比为(0.8～1.2)：100；
所述乙醇与水的体积比为(70～80)：200。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，烷基壳聚糖与乙酸的用量比为0.1g：(0.08～0.15)mL。
8.如权利要求5或7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，醛类化合物与壳聚糖中氨基的摩尔比(0.3～1.5):1。
9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述冷冻干燥的温度为温度为-75～-80℃，时间为45～50h。
10.权利要求1～4任一项所述的烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵或者权利要求5～9任一项所述的制备方法制备得到的烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵作为医用止血材料的应用。
CN201910270233.6A 2019-04-04 2019-04-04 一种烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵及其制备方法和应用 Active CN109966544B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910270233.6A CN109966544B (zh) 2019-04-04 2019-04-04 一种烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵及其制备方法和应用
US16/662,774 US11123452B2 (en) 2019-04-04 2019-10-24 Alkyl chitosan-graphene oxide composite sponge and preparation method and application thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910270233.6A CN109966544B (zh) 2019-04-04 2019-04-04 一种烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109966544A true CN109966544A (zh) 2019-07-05
CN109966544B CN109966544B (zh) 2021-09-14

Family

ID=67083006

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910270233.6A Active CN109966544B (zh) 2019-04-04 2019-04-04 一种烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵及其制备方法和应用

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11123452B2 (zh)
CN (1) CN109966544B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111450308A (zh) * 2020-06-09 2020-07-28 北京化工大学 一种多功能止血海绵及其制备方法与应用
CN111870731A (zh) * 2020-08-19 2020-11-03 明光市铭垚凹凸棒产业科技有限公司 一种复合海绵及其制备方法和应用

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114213718B (zh) * 2021-11-10 2023-03-28 河北科技师范学院 一种氧化壳聚糖-氧化石墨烯复合材料的制备方法及应用
CN114213719B (zh) * 2021-11-10 2023-03-17 河北科技师范学院 一种磺化氧化石墨烯-壳聚糖复合材料的制备方法及应用
CN114209875B (zh) * 2021-12-02 2022-09-20 西北工业大学 具有抗菌作用的高效止血类膜结构伪装的生物活性玻璃纳米复合颗粒及制备方法
CN115109313A (zh) * 2022-07-09 2022-09-27 南通恒光大聚氨酯材料有限公司 基于增加拉力用于聚氨酯海绵的特种助剂的制备方法
CN115025275B (zh) * 2022-07-11 2023-11-14 武汉纺织大学 多功能壳聚糖短纤/壳聚糖复合止血海绵的制备方法
CN115154647B (zh) * 2022-07-11 2023-11-14 武汉纺织大学 壳聚糖基复合止血海绵及其制备方法
CN115584033B (zh) * 2022-10-28 2024-01-30 山西远航建材有限公司 一种用于低阶煤成浆的分散剂及其制备方法
CN116920152B (zh) * 2023-07-28 2024-01-23 中国人民解放军东部战区总医院 一种快速止血的氧化石墨烯外伤敷料的制备方法及其应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105770976A (zh) * 2016-02-29 2016-07-20 中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所 十二烷基壳聚糖在制备止血敷料中的应用
CN107308487A (zh) * 2017-05-31 2017-11-03 太仓卡斯特姆新材料有限公司 一种可生物降解高吸水医用复合止血海绵及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8790701B2 (en) * 2008-04-28 2014-07-29 Surmodics, Inc. Poly-α(1→4)glucopyranose-based matrices with hydrazide crosslinking

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105770976A (zh) * 2016-02-29 2016-07-20 中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所 十二烷基壳聚糖在制备止血敷料中的应用
CN107308487A (zh) * 2017-05-31 2017-11-03 太仓卡斯特姆新材料有限公司 一种可生物降解高吸水医用复合止血海绵及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JUNKE CHEN等: "Preparation and evaluation of Bletilla striata polysaccharide/grapheme oxide composite hemostatic sponge", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF BIOLOGICAL MACROMOLECULES》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111450308A (zh) * 2020-06-09 2020-07-28 北京化工大学 一种多功能止血海绵及其制备方法与应用
CN111450308B (zh) * 2020-06-09 2021-07-13 北京化工大学 一种多功能止血海绵及其制备方法与应用
CN111870731A (zh) * 2020-08-19 2020-11-03 明光市铭垚凹凸棒产业科技有限公司 一种复合海绵及其制备方法和应用
CN111870731B (zh) * 2020-08-19 2022-06-10 明光市铭垚凹凸棒产业科技有限公司 一种复合海绵及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
US11123452B2 (en) 2021-09-21
CN109966544B (zh) 2021-09-14
US20200316248A1 (en) 2020-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109966544A (zh) 一种烷基壳聚糖-氧化石墨烯复合海绵及其制备方法和应用
Li et al. Muscle-inspired MXene/PVA hydrogel with high toughness and photothermal therapy for promoting bacteria-infected wound healing
Chen et al. Fabrication and characterization of biodegradable KH560 crosslinked chitin hydrogels with high toughness and good biocompatibility
Jing et al. Alginate/chitosan-based hydrogel loaded with gene vectors to deliver polydeoxyribonucleotide for effective wound healing
AU2005336876B2 (en) Medical artificial nerve graft containing silk fibroin and its preparation method
US20160206780A1 (en) Matrix Scaffold for Three-Dimensional Cell Cultivation, Methods of Construction Thereof and Uses Thereof
CN112972749B (zh) 基于壳聚糖纤维的高效止血材料及其制备方法
CN112618781B (zh) 一种介孔生物活性玻璃/壳聚糖复合止血海绵及其制备方法
Zhao et al. Fabrication of hydroxypropyl chitosan/soy protein isolate hydrogel for effective hemorrhage control
JP2752782B2 (ja) 可溶性止血織物
WO2019095610A1 (zh) 一种生理条件下蚕丝蛋白溶液快速凝胶化的方法
Ouyang et al. Mussel-inspired “all-in-one” sodium alginate/carboxymethyl chitosan hydrogel patch promotes healing of infected wound
Zheng et al. 3D printing-mediated microporous starch hydrogels for wound hemostasis
WO2021027006A1 (zh) 新型可降解的止血材料及其制备方法
CN112225911A (zh) 一种复合水凝胶医用材料的制备方法
CN107137756A (zh) 一种剪切增稠的止血材料的制备方法
CN108452366B (zh) 一种鳕鱼皮明胶复合止血敷料及其制备方法
CN109731129A (zh) 一种白及复合止血海绵及其制备方法
CN113512132A (zh) 一种快速止血水凝胶及其制备方法
CN114404650B (zh) 一种温敏水凝胶敷料的制备方法及产品
TWI307281B (zh)
Shin et al. Functionalizing cellulose scaffold prepared by ionic liquid with bovine serum albumin for biomedical application
CN111378200B (zh) 一种羧甲基甲壳素多孔颗粒材料、制备方法及用途
CN108276506A (zh) 疏水壳聚糖的制备方法及其产物、及其产物用于制备止血材料的用途
CN115403502B (zh) 一种离子液体-近红外荧光探针水凝胶及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant