CN110051879A

CN110051879A - 一种荧光碳点修饰的复合止血材料的制备方法

Info

Publication number: CN110051879A
Application number: CN201910458726.2A
Authority: CN
Inventors: 贺金梅; 魏新晶; 宋韵佳; 栗洪彬; 衣晓彤; 吴亚东; 黄玉东
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2019-07-26
Anticipated expiration: 2039-05-29
Also published as: CN110051879B

Abstract

本发明公开了一种荧光碳点修饰的复合止血材料的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤一、荧光碳点的制备：采用葡萄糖为碳源，尿素为氮源，通过微波法一步合成表面富有氨基的荧光碳点；二、荧光碳点修饰天然高分子材料：将荧光碳点粉末溶于稀醋酸中，超声至得到分散均匀的荧光碳点溶液；称取天然高分子材料，放入荧光碳点溶液中进行反应，将反应后的复合材料预冻，预冻后冷冻干燥，得到荧光碳点修饰天然高分子复合止血材料。本发明利用有荧光性能的碳点修饰天然高分子材料，不仅保持材料良好的生物相容性，还利用了碳点与Fe³⁺的结合特点，碳点能够通过吸收血红蛋白中的Fe³⁺离子，从而提高材料的止血性能，缩短止血时间。

Description

一种荧光碳点修饰的复合止血材料的制备方法

技术领域

本发明属于生物医用复合材料技术领域，具体涉及一种能够快速止血的复合材料的制备方法，具体涉及一种荧光碳点修饰的复合止血材料的制备方法。

背景技术

不可控制的大量出血是导致战争、意外事故、手术以及其他情况受伤人员死亡的主要原因。当出血量超过人体血液总量的30%时，受伤人员会出现低血溶性休克等全身反应。能否及时有效的控制受伤人员的出血情况，对提高人们的存活率和手术成功率至关重要。因此，为减少因过量失血而造成的死亡，提高手术成功率，开发具有高效率止血且对人体损伤小的止血材料势在必行。

人们早期主要使用物理方法进行止血，但这种方法会导致止血材料与受伤创面黏连，不易换药，不能及时处理伤口感染和化脓等问题。因此，人们开始致力于新型止血材料的研究开发。目前报道的快速止血材料主要有如下几种：粉末类（沸石和马铃薯淀粉）、胶原蛋白海绵、氧化再生纤维素和纤维蛋白胶等。这些材料的止血效果在临床和动物实验中有很大的差别，它们的止血机理和使用方法各不相同，同时也存在一定的不足。沸石在吸收血液中的水分后会放出大量的热，从而引发伤口炎症；马铃薯淀粉吸收水分后粘性差，不能有效的封堵受损的组织或血管；胶原蛋白则容易引发过敏反应，而纤维蛋白胶可能会导致病毒感染，这些缺陷都会影响材料的止血效果。氧化再生纤维素因其含有大量的羧基，吸收血液中的水分降低微环境的pH值，但是这种酸性环境容易对某些组织造成损伤。因此，人们尝试对这些止血材料进行改性来提高其止血性能及生物相容性。总而言之，止血材料通常需要能在短时间内快速止血且对生物体无毒副作用，没有刺激性，而且要易于合成，这样有利于大批量的生产使用。因此，开发一种天然无毒副作用的快速止血材料是十分必要的。

碳点作为一种新型的荧光碳纳米材料，其粒径尺寸通常小于10 纳米。相对于重金属量子点和传统的有机染料，它具有毒性低、化学稳定性高、抗光漂白性强、生物相容性好、荧光性能优异等特点，因此被广泛的应用在生物成像、生物传感和肿瘤治疗等领域。碳点的制备方法多种多样，如电弧放电法、激光刻蚀法、电化学氧化法、水热法、微波法、超声法和高温热解法。其中，微波法可以在短时间内，迅速提高反应温度，加快反应速度和热解速率，从而使反应物热解碳化形成荧光碳点。碳点主要是由碳元素组成的，而天然的碳元素就具有良好的相容性。由于碳点表面富含氨基、羟基、羧基等有机官能团，因此碳点不仅具有良好的亲水性，而且容易功能化修饰。然而，目前利用荧光碳点修饰天然高分材料以提高复合材料止血性能的研究还未有报道。

发明内容

为了解决现有止血材料存在的止血速度慢、止血效果不理想的问题，本发明提供了一种荧光碳点修饰的复合止血材料的制备方法。本发明利用有荧光性能的碳点修饰天然高分子材料，不仅保持材料良好的生物相容性，还利用了碳点与Fe³⁺的结合特点，碳点能够通过吸收血红蛋白中的Fe³⁺离子，从而提高材料的止血性能，缩短止血时间。其制备方法简单安全，易于操作实施，为本领域制备止血材料提供了一种新的思路。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种荧光碳点修饰的复合止血材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、荧光碳点的制备：

采用葡萄糖为碳源，尿素为氮源，通过微波法一步合成表面富有氨基的荧光碳点。具体步骤如下：

（1）称取葡萄糖和尿素置于50~250 ml的烧杯中，加入40~80 ml的去离子水，微波加热，待自然冷却后，得到棕黑色固体，其中：葡萄糖和尿素的质量比为3:1~1:6；微波功率为750W，微波加热时间为6~10 min；

（2）向棕黑色固体中加入去离子水浸没，磁力搅拌5~15 min，得到棕黄色悬浮液，再将悬浮液进行离心分离，取离心后的上清液，其中：离心分离的时间为5 ~ 30 min，离心速率为12000 r/min；

（3）将离心后的上清液用0.22 μm的滤膜进行过滤，所得滤液再用透析袋透析，最终得到荧光碳点溶液，其中：透析袋的截留分子量为1000~3500，透析时间为24~72 h，每隔6~12h换水一次；

（4）将荧光碳点溶液预冻，预冻后放入冷冻干燥机中冷冻干燥，即得到棕黄色荧光碳点粉末，其中：预冻温度为-10~-20℃，预冻时间为24~48 h；冷冻干燥的温度为-60 ~ -20℃，真空度为10~30 Pa，时间为24 ~ 72 h；

二、荧光碳点修饰天然高分子材料：

（1）将荧光碳点粉末溶于稀醋酸中，超声至得到分散均匀的碳点溶液，其中：稀醋酸的浓度为1%；

（2）称取天然高分子材料，放入碳点溶液中进行反应，将反应后的复合材料预冻，预冻后放入冷冻干燥机中冷冻干燥，最终得到荧光碳点修饰天然高分子复合止血材料，其中：反应时间为24~72 h；预冻温度为-10~-20℃，时间为24~48 h；冷冻干燥的温度为-60 ~ -20℃，真空度为10~30 Pa，时间为24 ~ 72 h；天然高分子材料可以为氧化再生纤维素、壳聚糖、胶原蛋白、海藻酸钠等中的一种；荧光碳点与天然高分子材料的质量比为1:1~1:4。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

本发明制备了一种能够快速止血的复合止血材料，反应条件温和，无需借助特殊设备，低成本，有利于实现大批量生产，同时荧光碳点的引入增加了复合材料的比表面积，并且碳点能够通过吸收血红蛋白中的Fe³⁺离子，激活血小板，聚集形成血栓，同时发生溶胀压迫毛细血管末端，从而实现对伤口创伤的快速止血，大大的缩短了止血时间。

附图说明

图1为Fe³⁺存在时碳点溶液的荧光光谱图；

图2为荧光碳点/氧化再生纤维素复合止血材料SEM图，左图为氧化再生纤维素，右图为碳点修饰氧化再生纤维素。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

实施例1：

本实施例按照以下步骤制备荧光碳点修饰的复合止血材料：

步骤一：荧光碳点的制备：

（1）称取质量比为1:6的葡萄糖和尿素置于100 ml的烧杯中，加入40 ml的去离子水，置于家用750W微波炉中微波加热7 min，待自然冷却后，得到棕黑色固体。

（2）向获得的固体产物中加入去离子水浸没，磁力搅拌10 min，得到棕黄色悬浮液，再将悬浮液进行离心5 min，离心速率为12000 r/min，取离心后的上清液。

（3）将离心后的上清液用0.22 μm的滤膜进行过滤，所得滤液再用3500 Da透析袋透析36 h，每隔12 h换水一次，最终得到荧光碳点溶液。

（4）将碳点溶液置于-20℃预冻24 h，预冻后放入冷冻干燥机在温度-56℃ 、真空度20 Pa条件下冷冻干燥48 h，即得到棕黄色荧光碳点粉末。

步骤二：荧光碳点修饰天然高分子材料：

（1）将0.5 g的荧光碳点粉末溶于已配好的浓度为1%的20 ml稀醋酸中，超声至得到分散均匀的碳点溶液。

（2）称取相同质量的氧化再生纤维素，放入已经配好的碳点溶液中进行反应24 h，将反应后的复合材料置于-20℃预冻24 h，预冻后放入冷冻干燥机在温度-56℃、真空度20Pa条件下冷冻干燥48 h，最终得到荧光碳点修饰氧化再生纤维素复合止血材料。

用荧光分光光度计对本本实施例制备的水溶性荧光碳点进行荧光性能测试，从图1可以看出：在Fe³⁺离子存在的条件下，碳点荧光强度受到影响，这可能是由于Fe³⁺与碳点表面的羟基结合，形成了不发光稳定的配合物。用扫描电子显微镜表征碳点修饰氧化再生纤维素的表面形貌，从图2中可以看出：未经修饰的氧化再生纤维素表面干净，有规整的沟槽，而经荧光碳点修饰的氧化再生纤维素表面可以观察到有纳米颗粒附着于沟槽表面。因此利用荧光碳点和Fe³⁺的结合能力，将其负载到氧化再生纤维素表面，使其充分与血液接触，从而达到提高止血性能的效果。

实施例2：

本实施例按照以下步骤制备荧光碳点修饰的复合止血材料：

步骤一：荧光碳点的制备：

（1）称取质量比为1:1的葡萄糖和尿素置于100 ml的烧杯中，加入50 ml的去离子水，置于家用750W微波炉中微波加热8 min，待自然冷却后，得到棕黑色固体。

（4）将碳点溶液置于-20℃预冻24 h，预冻后放入冷冻干燥机在温度-56℃、真空度20 Pa条件下冷冻干燥48 h，即得到棕黄色荧光碳点粉末。

步骤二：荧光碳点修饰天然高分子材料：

（1）将0.2 g的荧光碳点粉末溶于已配好的浓度为1%的20 ml稀醋酸中，超声至得到分散均匀的碳点溶液。

（2）称取相同质量的胶原蛋白，放入已经配好的碳点溶液中进行反应48 h，将反应后的复合材料置于-20℃预冻24 h，预冻后放入冷冻干燥机在温度-56℃、真空度20 Pa条件下冷冻干燥48 h，最终得到荧光碳点修饰胶原蛋白复合止血材料。

Claims

1.一种荧光碳点修饰的复合止血材料的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一、荧光碳点的制备：

（1）称取葡萄糖和尿素置于50~250 ml的烧杯中，加入40~80 ml的去离子水，微波加热，待自然冷却后，得到棕黑色固体，其中：葡萄糖和尿素的质量比为3:1~1:6；

（2）向棕黑色固体中加入去离子水浸没，磁力搅拌5~15 min，得到棕黄色悬浮液，再将悬浮液进行离心分离，取离心后的上清液；

（3）将离心后的上清液进行过滤，所得滤液再用透析袋透析，最终得到荧光碳点溶液；

（4）将荧光碳点溶液预冻，预冻后放入冷冻干燥机中冷冻干燥，即得到棕黄色荧光碳点粉末；

二、荧光碳点修饰天然高分子材料：

（1）将荧光碳点粉末溶于稀醋酸中，超声至得到分散均匀的荧光碳点溶液；

（2）称取天然高分子材料，放入荧光碳点溶液中进行反应，将反应后的复合材料预冻，预冻后放入冷冻干燥机中冷冻干燥，最终得到荧光碳点修饰天然高分子复合止血材料，其中：荧光碳点与天然高分子材料的质量比为1:1~1:4。

2.根据权利要求1所述的荧光碳点修饰的复合止血材料的制备方法，其特征在于所述微波功率为750W，微波加热时间为6~10 min。

3.根据权利要求1所述的荧光碳点修饰的复合止血材料的制备方法，其特征在于所述磁力搅拌时间为5~15 min。

4.根据权利要求1所述的荧光碳点修饰的复合止血材料的制备方法，其特征在于所述离心分离的时间为5 ~ 30 min，离心速率为12000 r/min。

5.根据权利要求1所述的荧光碳点修饰的复合止血材料的制备方法，其特征在于所述透析袋的截留分子量为1000~3500；透析时间为24~72 h，每隔6~12 h换水一次。

6.根据权利要求1所述的荧光碳点修饰的复合止血材料的制备方法，其特征在于所述预冻温度为-10~-20℃，预冻时间为24~48 h。

7.根据权利要求1所述的荧光碳点修饰的复合止血材料的制备方法，其特征在于所述冷冻干燥的温度为-60 ~ -20℃，真空度为10~30 Pa，时间为24 ~ 72 h。

8.根据权利要求1所述的荧光碳点修饰的复合止血材料的制备方法，其特征在于所述稀醋酸的浓度为1%。

9.根据权利要求1所述的荧光碳点修饰的复合止血材料的制备方法，其特征在于所述反应时间为24~72 h。

10.根据权利要求1所述的荧光碳点修饰的复合止血材料的制备方法，其特征在于所述天然高分子材料为氧化再生纤维素、壳聚糖、胶原蛋白、海藻酸钠中的一种。