CN109999216B - 一种外伤止血海绵及其制备方法和应用 - Google Patents

一种外伤止血海绵及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及止血技术领域，尤其涉及一种外伤止血海绵及其制备方法。本发明提供的外伤止血海绵，包括沸石和石墨烯；所述石墨烯为三维交联结构；所述沸石分散在所述三维交联结构中；所述沸石和石墨烯的质量比为1：(0.2～5)。本发明所述的外伤止血海绵具有与众不同的止血机制，具有优异的止血性能。根据实施例的记载，本发明所述的外伤止血海绵的止血速度快，放热反应温和，生物安全性高。

Description

一种外伤止血海绵及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及止血技术领域，尤其涉及一种外伤止血海绵及其制备方法和应用。
背景技术
众所周知，出血不止是事故中导致死亡的直接原因，在出血前期进行迅速的控制出血，对于挽救生命、降低病患痛楚及防治产生病发症都有重大意义。
沸石是最经典的止血剂之一，自2002年FDA批准以来被广泛使用。沸石具有迅速吸收水分的特性，其接触伤口后能够迅速吸收血浆、富集血细胞及其他成分进而达到快速控制出血的目的；同时，沸石的惰性组成不会对生物体造成毒性。但是，应用裸露的沸石会导致严重的热损伤和周围组织坏死。Z-Medica公司开发了一种预水合沸石止血材料(ACS+)，可产生较少的放热反应，减少热损伤，但它的止血性能会降低。同时，NareshAhuj等人(Ahuja,N.；Ostomel,T.A.；Rhee,P.；Stucky,G.D.；Conran,R.；Chen,Z.；Al-Mubarak,G.A.；Velmahos,G.；Demoya,M.；Alam,H.B.Testing of Modified Zeolite HemostaticDressings in A Large Animal Model of Lethal Groin Injury.J.Trauma 2006,61,1312–1320)尝试用其他带正电荷的离子取代沸石中的钙离子，以减少放热反应并消除热损伤，结果表明伤口组织仍然会升温至50℃。
因此，如何在保持沸石的止血性能的同时实现沸石热释放的有效调控仍然是一个挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外伤止血海绵，所述外伤止血海绵止血迅速，且不产生热损伤。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种外伤止血海绵，包括沸石和石墨烯；
所述石墨烯为三维交联结构；
所述沸石分散在所述三维交联结构中；
所述沸石和石墨烯的质量比为1：(0.2～5)。
本发明还提供了上述技术方案所述的外伤止血海绵的制备方法，包括以下步骤：
将沸石-氧化石墨烯复合水凝胶进行冻干，得到沸石-石墨烯复合气凝胶；
将所述沸石-石墨烯复合气凝胶依次进行微波膨化和高温处理，得到外伤止血海绵。
优选的，所述沸石-氧化石墨烯复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
将氧化石墨烯溶液、交联剂和沸石混合，进行交联反应，得到沸石-氧化石墨烯复合水凝胶。
优选的，所述氧化石墨烯溶液的浓度为(3～10)mg/mL-1；
所述交联剂、沸石和氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯的质量比为(1～2.0)：(0.5～2)：(0.3～1.2)。
优选的，所述交联反应的温度为80～120℃，所述交联反应的时间为5～7h。
优选的，所述冻干的温度为-30～-70℃，所述冻干的时间为36～60h。
优选的，所述冻干完成后，还包括对冻干得到的沸石-石墨烯复合气凝胶依次进行清洗和干燥；
所述清洗采用的清洗剂为乙醇；所述清洗的时间为36～60h；
所述干燥的温度为20～40℃，所述干燥的时间为24～48h。
优选的，所述微波膨化的功率为300～800W，所述微波膨化的时间为5～40s。
优选的，所述高温处理的温度为100～400℃，所述高温处理的时间为2～6h。
本发明还提供了上述技术方案所述的外伤止血海绵或由上述技术方案所述的制备方法制备得到的外伤止血海绵在外伤止血中的应用。
本发明提供了一种外伤止血海绵，包括沸石和石墨烯；所述石墨烯为三维交联结构；所述沸石分散在所述三维交联结构中；所述沸石和石墨烯的质量比为1：(0.2～5)。本发明所述的外伤止血海绵具有与众不同的止血机制：1、物理吸附作用：外伤止血海绵应用于出血部位时能快速吸附血液中的液体成分，并在界面上富集血细胞及其他成分；2、界面刺激：沸石所带有的电势能够刺激血细胞从而触发凝血级联反应；3、热刺激：石墨烯能够迅速分散沸石产生的热量来防止热损伤的产生，同时这些热量能够增强血小板功能。因此，本发明所述的外伤止血海绵具有优异的止血性能。根据实施例的记载，本发明所述的外伤止血海绵的止血速度快，放热反应温和，生物安全性高；用手术刀去除SD大鼠右腿动脉上方皮肤并制造创伤后，将所述外伤止血海绵进行止血，止血时间为69±15s，失血量为0.35±0.21g，伤口最高温度为40±2.93℃，伤口没有灼伤；较沸石粉(止血时间为70±30s，失血量为1.90±0.48g，伤口最高温度为73±3.78℃，伤口有灼伤)和商用QuikClot战斗纱布(止血时间为85±10s，失血量为2.66±0.16g)具有更快的止血速度，更温和的放热温度。且本发明所述的外伤止血海绵用于伤口后不产生溶血现象。
本发明还提供了所述外伤止血海绵的制备方法，所述方法具有成本低廉，操作容易，易放大生产的特点，且利用所述的制备方法制备得到的外伤止血海绵具有携带方便，保质期长，生物相容性高，黑色不晕血等优点。
附图说明
图1为本发明所述的外伤止血海绵的SEM图；
图2为本发明实施例1和实施例2所述的外伤止血海绵和沸石粉的血液相容性图。
具体实施方式
本发明提供了一种外伤止血海绵，其特征在于，包括沸石和石墨烯；
所述石墨烯为三维交联结构；
所述沸石分散在所述三维交联结构中(如图1所示)。
所述沸石和石墨烯的质量比为1：(0.2～5)，优选为1：(1～4)，更优选为1：(2～3)。
在本发明中，所述外伤止血海绵在利用沸石和石墨烯海绵结构的本身的止血作用以外，由于沸石本身在止血过程中会放热，而将其分散在三维交联结构的石墨烯中后，可以利用石墨烯的导热性能降低止血过程中伤口处的温度，避免伤口组织灼伤；进一步的，通过在制备过程中控制沸石和氧化石墨烯的质量比，使沸石和石墨烯的质量比在上述范围内，使所述外伤止血海绵在止血过程中能够将伤口处的温度控制在40±2.93℃，利用热刺激来进一步改善外伤止血效果。
本发明还提供了上述技术方案所述的外伤止血海绵的制备方法，包括以下步骤：
将沸石-氧化石墨烯复合水凝胶进行冻干，得到沸石-石墨烯复合气凝胶；
将所述沸石-石墨烯复合气凝胶依次进行微波膨化和高温处理，得到外伤止血海绵。
在本发明中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。
本发明将沸石-氧化石墨烯水凝胶进行冻干，得到沸石-石墨烯复合气凝胶。
在本发明中，所述沸石-氧化石墨烯复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯溶液、交联剂和沸石混合，进行交联反应，得到沸石-氧化石墨烯复合水凝胶。
在本发明中，所述氧化石墨烯溶液优选为氧化石墨烯水溶液；所述氧化石墨烯溶液的浓度优选为(3～10)mg/mL-1，更优选为(4～8)mg/mL-1，最优选为(5～6)mg/mL-1。
在本发明中，所述交联剂优选为乙二胺、氨基丙氨酸、乙二硫醇和丙二硫醇中的一种或几种；当所述交联剂为上述具体选择中的两种以上时，本发明对所述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。
在本发明中，所述沸石优选为沸石粉末；所述沸石粉末的粒径优选为100～400目，更优选为200～400目。
在本发明中，所述交联剂、沸石和氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯的质量比优选为(1～2.0)：(0.5～2)：(0.3～1.2)，更优选为(1.6～1.8)：(1.4～2)：(0.8～1.2)。
本发明对所述混合的方式没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混合方式进行并达到混合均匀的目的即可。
在本发明中，所述交联反应的温度优选为80～120℃，更优选为90～110℃，最优选为95～105℃；所述交联反应的时间优选为5～7h，更优选为6h。
在本发明中，所述交联反应的目的是使片层的氧化石墨烯表面的官能团在交联剂的作用下发生交联反应，在交联反应中，大部分含氧官能团被消耗掉，生成微观结构为三维交联结构的氧化石墨烯，并形成宏观的海绵结构；同时在交联反应进行时，沸石被包覆在三维交联结构中。
在本发明中，所述冻干的温度优选为-30～-70℃，更优选为-40～-60℃，最优选为-50℃；所述冻干的时间优选为36～60h，更优选为40～55h，最优选为45～50h。
在本发明中，所述冻干完成后，优选还包括对冻干后得到的沸石-石墨烯复合气凝胶依次进行清洗和干燥。在本发明中，所述清洗采用的清洗剂优选为乙醇。在本发明中，所述清洗优选在索氏提取器中进行；所述清洗的时间优选为36～60h，更优选为40～55h，最优选为45～50h；在本发明中，所述干燥的温度优选为20～40℃，更优选为25～35℃；所述干燥的时间优选为24～48h，更优选为30～40h。
得到沸石-石墨烯复合气凝胶后，本发明将所述沸石-石墨烯复合气凝胶进行微波膨化和高温处理，得到外伤止血海绵。在本发明中，所述微波膨化的功率优选为300～800W，更优选为400～700W；所述微波膨化的时间优选为5～40s，更优选为10～30s，最优选为15～25s。
在本发明中，所述微波膨化处理过程能够将石墨烯表面剩余的氧化官能团完全还原，得到石墨烯；同时，微波膨化还可以使海绵空隙变大，比表面积增加，进而提高石墨烯海绵结构的吸附能力。
在本发明中，所述高温处理的温度优选为100～400℃，更优选为200～300℃，最优选为220～280℃；所述高温处理的时间优选为2～6h，更优选为3～5h，最优选为4h。
在本发明中，由于沸石在高温处理以前，已经被水化，即水分子占据了沸石分子筛的孔隙而不再能起到外伤止血功能。上述高温处理可以去除掉水化沸石中的水分子，进而恢复外伤止血功能。同时，所述高温处理的温度可以调控所述外伤止血海绵中的沸石在止血时的放热能力，来保证外伤止血海绵在止血过程中使伤口的温度在42℃以下，人体温度以上，保证热刺激的有效性。
本发明还提供了上述技术方案所述的外伤止血海绵或由上述技术方案所述的制备方法制备得到的外伤止血海绵在外伤止血中的应用。
下面结合实施例对本发明提供的外伤止血海绵及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将100mg沸石粉、20mL氧化石墨烯溶液(5mg/mL)和0.2mL乙二胺(0.90g/mL)混匀后，在96℃的条件下反应6h，得到沸石-氧化石墨烯复合水凝胶；
将沸石-石墨烯复合水凝胶在-45℃下冻干48h，用乙醇在索氏提取器中清洗冻干后得到的产品48h，在25℃的条件下干燥48h，得到沸石-石墨烯气凝胶；
将所述沸石-石墨烯气凝胶用800W微波膨化10s，在100℃下处理1h后，得到外伤止血海绵(沸石粉和石墨烯的质量比为7:20)，可直接用于外伤止血；
将所述的外伤止血海绵进行SEM测试，测试结果如图1所示(图B是图A的放大100倍的图)，由图1可知，本发明所述的外伤止血海绵中石墨烯为三维交联结构，即大量石墨烯片层纵横交错构成海绵的疏松多孔结构，沸石颗粒包埋在石墨烯片层之中。
实施例2
将200mg沸石粉、20mL氧化石墨烯溶液(5mg/mL)和0.2mL乙二胺(0.90g/mL)混匀后，在96℃的条件下反应6h，得到沸石-氧化石墨烯复合水凝胶；
将沸石-石墨烯复合水凝胶在-45℃下冻干48h，用乙醇在索氏提取器中清洗冻干后得到的产品48h，在25℃的条件下干燥48h，得到沸石-石墨烯气凝胶；
将所述沸石-石墨烯气凝胶用800W微波膨化20s，在100℃下处理2h后，得到外伤止血海绵(沸石粉和石墨烯的质量比为7:3)可直接用于外伤止血。
对所述外伤止血海绵的SEM测试结果与实施例类似。
对比例1
将5mg沸石粉、20mL氧化石墨烯溶液(5mg/mL)和0.2mL乙二胺(0.90g/mL)混匀后，在96℃的条件下反应6h，得到沸石-氧化石墨烯复合水凝胶；
将沸石-石墨烯复合水凝胶在-45℃下冻干48h，用乙醇在索氏提取器中清洗冻干后得到的产品48h，在25℃的条件下干燥48h，得到沸石-石墨烯气凝胶；
将所述沸石-石墨烯气凝胶用800W微波膨化30s，在150℃下处理3h后，得到外伤止血海绵(沸石粉和石墨烯的质量比为1:50)可直接用于外伤止血。
对比例2
将5mg沸石粉、20mL氧化石墨烯溶液(2.5mg/mL)和0.2mL乙二胺(0.90g/mL)混匀后，在96℃的条件下反应6h，得到沸石-氧化石墨烯复合水凝胶；
将沸石-石墨烯复合水凝胶在-45℃下冻干48h，用乙醇在索氏提取器中清洗冻干后得到的产品48h，在25℃的条件下干燥48h，得到沸石-石墨烯气凝胶；
将所述沸石-石墨烯气凝胶用800W微波膨化10s，在150℃下处理3h后，得到外伤止血海绵(沸石粉和石墨烯的质量比为1:46)可直接用于外伤止血。
实施例3
用手术刀去除SD大鼠右腿动脉上方皮肤并制造创伤，分别取实施例1～2、对比例1～2所述的外伤止血海绵、沸石粉和商用QuikClot战斗纱布进行止血，止血效果如表1所示：
表1实施例1～2、对比例1～2所述的外伤止血海绵、沸石粉和商用QuikClot战斗纱布的止血效果
Figure BDA0002064961250000071
Figure BDA0002064961250000081
对实施例1所述的外伤止血海绵和沸石粉进行血液相容性实验，具体过程为：以心脏取血方式从SD大鼠心脏获得抗凝血。使用磷酸缓冲液(PBS)稀释并离心以获得血细胞(RBCs)。将稀释10倍后的RBCs加入到样品(实施例1和实施例2所述的外伤止血海绵或沸石粉)的PBS溶液(样品浓度见图2)中，以PBS和去离子水作为阴性和阳性对照，将最终溶液放入摇动振荡器中3h。离心后用紫外分光光度计在540nm处测定溶液的吸光值。并通过公式：
溶血率(％)＝(吸收值样品–吸收值阴性)/(吸收值阳性–吸收值阴性)计算溶血率。
结果如图2所示，由图2可知，实施例1～2所述的外伤止血海绵在浓度低于1000μg/mL时不产生溶血现象。
由以上实施例可知，本发明提供的外伤止血海绵的止血速度快，放热反应温和。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种外伤止血海绵，其特征在于，包括沸石和石墨烯；
所述石墨烯为三维交联结构；
所述沸石分散在所述三维交联结构中；
所述沸石和石墨烯的质量比为1：(0.2～5)。
2.权利要求1所述的外伤止血海绵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将沸石-氧化石墨烯复合水凝胶进行冻干，得到沸石-石墨烯复合气凝胶；
将所述沸石-石墨烯复合气凝胶依次进行微波膨化和高温处理，得到外伤止血海绵。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述沸石-氧化石墨烯复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
将氧化石墨烯溶液、交联剂和沸石混合，进行交联反应，得到沸石-氧化石墨烯复合水凝胶。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯溶液的浓度为(3～10)mg/mL；
所述交联剂、沸石和氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯的质量比为(1～2.0)：(0.5～2)：(0.3～1.2)。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述交联反应的温度为80～120℃，所述交联反应的时间为5～7h。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述冻干的温度为-30～-70℃，所述冻干的时间为36～60h。
7.如权利要求2或6所述的制备方法，其特征在于，所述冻干完成后，还包括对冻干得到的沸石-石墨烯复合气凝胶依次进行清洗和干燥；
所述清洗采用的清洗剂为乙醇；所述清洗的时间为36～60h；
所述干燥的温度为20～40℃，所述干燥的时间为24～48h。
8.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述微波膨化的功率为300～800W，所述微波膨化的时间为5～40s。
9.如权利要求2或8所述的制备方法，其特征在于，所述高温处理的温度为100～400℃，所述高温处理的时间为2～6h。
10.权利要求1所述的外伤止血海绵或由权利要求2～9任一项所述的制备方法制备得到的外伤止血海绵在制备用于外伤止血的止血海绵中的应用。
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