CN110420345A - 高吸水抗菌止血海绵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高吸水抗菌止血海绵及其制备方法，可以作为伤口敷料用于各种原因造成的外伤出血。该海绵以醋酸水溶液、壳聚糖、KH560、多巴胺盐酸盐、CaCI2溶液为原料。具体制备方法为：(1)配置一定浓度的壳聚糖醋酸水溶液，加入相应比例的KH560和多巴胺盐酸盐；(2)将所得的聚合物溶液预冷，将所得冰晶冷冻干燥；(3)配置一定浓度的CaCI₂溶液，将冻干后的海绵在CaCI₂溶液中浸泡，之后再次冷冻干燥；(4)将冻干后的海绵用水和丙酮溶液清洗，真空干燥，再用PBS缓冲液反复冲洗，采用钴60照射消毒，将消毒后的海绵进行切割，包装，放入37℃的干燥箱中备用。最终制得的海绵具有良好的生物相容性，抗菌性，吸水性以及优良的力学性能，能够实现快速的止血。

Description

高吸水抗菌止血海绵

技术领域：

本发明涉及的是一种医疗用品领域的材料，具体是一种关于高吸水抗菌止血海绵。

背景技术：

目前市场上的止血材料有很多种，包括止血粉，止血膜，止血纱布，止血海绵等。止血材料的应用非常广泛，既可以用于日常生活中的意外出血，也可以用于军事战争中伤员止血，在医疗上还可以用于外科手术止血。如果发生大出血，轻则导致昏厥，重则丧失生命，因此，实现血液的快速凝固，减少出血处的伤口感染，对于挽救伤员和病人的生命具有非常重要的意义。

血液凝固有两种途径，一种是内源性凝血途径，一种是外源性凝血途径。而一般的外伤伤口的血液凝固是通过外源性凝血途径来实现的。我们都希望，在出现创伤以后，血液能够及时快速的凝固，减少出血量，尽量避免伤口感染，使得伤口快速愈合。因此，凝血材料既需要具有一定的抗菌性能，防止细菌感染，又需要同时具备高吸水率，能够在短时间内将流出的血液吸收，使得伤口处凝血因子的浓度增大，起到加速止血的效果。

凝血因子是参与血液凝固过程的各种蛋白质组分，它的生理作用是，在血管出血时被激活。到目前为止，共发现了12种重要的凝血因子，为统一命名，世界卫生组织按其被发现的先后顺序用罗马数字编号，分别称为凝血因子I-XIII(不包括VI)。其中，凝血因子III是Ca²⁺，不管是内源性凝血途径，还是外源性凝血途径，Ca²⁺都具有重要的作用，它参与凝血的大部分过程。

壳聚糖又称脱乙酰甲壳素，是由自然界广泛存在的几丁质经过脱乙酰作用得到的。壳聚糖具有许多优良的特性，可以被应用到人们的日常生活中来。其一，壳聚糖能够抑制细菌活性。壳聚糖在弱酸性介质中能够发生溶解，溶解的过程中氨基发生质子化，分子链上的-NH₂结合溶液中的H⁺形成-NH³⁺，之后可以通过结合负离子来达到抗菌的目的，从而抑制细菌的活性。研究还发现，壳聚糖可以表现出有选择性的高度抑制口腔链球菌生长的作用，同时并不影响其他有益细菌的生长。其二，壳聚糖具有良好的血液相容性。在体外细胞毒性实验中，细胞在浸有壳聚糖提取液的培养基中培养24h和72h以后，具有比对照组更高的活性，说明壳聚糖对细胞没有毒性，也不会影响细胞的增殖，具有良好的生物相容性。其三，壳聚糖具有良好的生物降解性，降解产物对人体和环境均无毒害。因此，以壳聚糖为基础的止血材料，不仅可以用于体外止血，甚至具备体内止血的潜力。其四，壳聚糖具有很强的持水性，用单一壳聚糖制备的海绵吸水率特别高，吸水速率也特别大。在30s的时间内，纯壳聚糖海绵的吸水倍数可以达到50-100倍。但是，吸水后的海绵变得粘稠，形状不可恢复，说明其力学性能较差。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种高吸水抗菌止血海绵。

第一方面，本发明通过以下技术方案实现：一种高吸水抗菌止血海绵，包括如下成分：醋酸水溶液、壳聚糖、KH560、多巴胺盐酸盐、CaCI₂溶液。

本发明提供的高吸水抗菌止血海绵，主要组分为壳聚糖，不涉及到第二种天然高分子聚合物，以KH560为交联剂，使壳聚糖自身发生交联反应，交联程度随着KH560的增大而增大，力学强度也随着KH560含量的增大而增大，但吸水倍数会随着KH560含量的增大而减少；优选的，醋酸水溶液的质量分数为1wt％；优选的，壳聚糖的质量分数为1wt％-5wt％；例如可以是1wt％，1.5wt％，2wt％，2.5wt％，3wt％，3.5wt％，4wt％，4.5wt％，5wt％。

本发明中，壳聚糖的质量分数指的是壳聚糖的质量与壳聚糖醋酸水溶液总质量之间的比例。

本发明中，需要根据壳聚糖中氨基的摩尔量来计算需要加入的硅烷偶联剂KH560的量。

优选的，KH560中环氧基与壳聚糖中氨基的摩尔比为(1-6)，例如可以是1：1，1：2，1：3，1：4，1：5，1：6，。

本发明中，KH560首先会在溶液中通过水解自缩聚形成低聚物。一方面，形成的低聚物带有的环氧基可以与壳聚糖上的氨基发生化学反应，产生化学键，形成化学交联；另一方面，过量的KH560产生的低聚物会与壳聚糖分子链形成拓扑结构，产生物理交联。两种交联结构共同起作用，极大的增强了海绵的力学性能。另外，KH560通过水解自缩聚形成低聚物在后期作为止血材料使用时，可以避免小分子的溶解。

优选的，多巴胺盐酸盐的质量分数为0.1wt％-1wt％，例如可以是0.1wt％，0.2wt％，0.3wt％，0.4wt％，0.5wt％，0.6wt％，0.7wt％，0.8wt％，0.9wt％，1wt％。

本发明中，多巴胺盐酸盐的质量分数为多巴胺盐酸的质量与混合溶液总质量之间的比例。混合溶液的成分为醋酸，壳聚糖，KH560，多巴胺盐酸盐以及水。

多巴胺盐酸盐在混合溶液中会聚合形成聚多巴胺，通过拓扑结构与壳聚糖分子链形成拓扑缠结，能够增强海绵的力学性能。另外，聚多巴胺还能够螯合钙离子，因此，上述混合溶液冷冻干燥后得到的海绵浸泡在CaCI₂溶液中，可以使海绵表面富集大量的Ca²⁺，而Ca²⁺是重要的凝血因子，它参与凝血的大部分过程。因此，此方法制备的海绵能够实现血液的快速凝固。

优选的，CaCI₂溶液的浓度为0.1mol/L-1mol/L，例如可以是0.1mol/L，0.2mol/L，0.3mol/L，0.4mol/L，0.5mol/L，0.6mol/L，0.7mol/L，0.8mol/L，0.9mol/L，1mol/L。

第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的高吸水抗菌止血海绵的制备方法，具体包括以下几个步骤：

(1)在室温下，配置一定浓度的壳聚糖醋酸水溶液，待壳聚糖完全溶解后，加入相应比例的KH560和多巴胺盐酸盐，先后搅拌4h，待反应结束后即可得到CS-KH560-PDA的交联聚合物溶液。

(2)将所得的交联聚合物溶液在-10℃--30℃的环境下预冷6-12h，得到固体形态的冰晶，随后将冰晶连同模板一起放入冷冻干燥机中在-40℃～-50℃冷冻干燥24-36h，即可得到固体海绵样本。

(3)配置一定浓度的CaCI₂溶液，将冻干后的固体海绵在CaCI₂溶液中浸泡6-12h，之后取出浸泡后的海绵样本，在-40℃～-50℃冷冻干燥24-36h，即可得到止血海绵。

此时的海绵已经具有了交联网络结构，因此浸泡在CaCI₂溶液中的海绵能够维持海绵的形状。

(4)将冻干后的止血海绵用水和丙酮溶液清洗数次，去除未反应的小分子物质，之后在70℃真空干燥2h，再用PBS缓冲液反复冲洗，采用钴60照射消毒，将消毒后的海绵进行切割，包装，放入37℃的干燥箱中备用。

最终制得的海绵样本具有多孔结构，直径在10-100um之间，具有良好的生物相容性，抗菌性，吸水性以及优良的力学性能，能够实现快速的止血。

附图说明：

图1为本发明实施例1中海绵的实物图。

图2为本发明实施例1中海绵的FT-IR图。

图3为本实验中不同KH560含量止血海绵吸水前和吸水后(30s，60s)的质量变化示意图。

图4为本实验中制得的止血海绵的吸水倍数随着KH560含量变化的示意图。

具体实施方式：

实施例1

(1)在室温下，将2g壳聚糖溶解在98g1wt％的醋酸水溶液中，待壳聚糖完全溶解后，向混合溶液中逐滴滴加2.9345g KH560，搅拌4h，得到CS-KH560的交联聚合物溶液，加入0.5g多巴胺盐酸盐，继续搅拌4h，待反应结束后即可得到CS-KH560-PDA的交联聚合物溶液。

(2)在-20℃下将上述交联聚合物溶液预冷12h，预冷结束后立即放入冷冻干燥机中在-45℃下冷冻干燥36h，即可得到固体海绵。

(3)配置浓度为0.5mol/L的CaCI₂溶液，并将冷冻干燥后得到的固体海绵样本放入其中浸泡12h，结束后再次放入冷冻干燥机中在-45℃下冷冻干燥36h，即可得到表面富含大量Ca²⁺的止血海绵。

(4)将止血海绵分别用清水和丙酮清洗数次，放入70℃的真空干燥箱中干燥2h，之后在高浓度酒精中浸泡2h，再用PBS缓冲液反复冲洗，采用钴60照射消毒，将消毒后的海绵进行切割，包装，放入37℃的干燥箱中备用。

实施例2

(1)在室温下，将2g壳聚糖溶解在98g1wt％的醋酸水溶液中，待壳聚糖完全溶解后，向混合溶液中逐滴滴加0.9781g KH560，搅拌4h，得到CS-KH560的交联聚合物溶液，加入0.5g多巴胺盐酸盐，继续搅拌4h，待反应结束后即可得到CS-KH560-PDA的交联聚合物溶液。

(2)在-20℃下将上述交联聚合物溶液预冷12h，预冷结束后立即放入冷冻干燥机中在-45℃下冷冻干燥36h，即可得到固体海绵。

(3)配置浓度为0.5mol/L的CaCI₂溶液，并将冷冻干燥后得到的固体海绵样本放入其中浸泡12h，结束后再次放入冷冻干燥机中在-45℃下冷冻干燥36h，即可得到表面富含大量Ca²⁺的止血海绵。

(4)将止血海绵分别用清水和丙酮清洗数次，放入70℃的真空干燥箱中干燥2h，之后在高浓度酒精中浸泡2h，再用PBS缓冲液反复冲洗，采用钴60照射消毒，将消毒后的海绵进行切割，包装，放入37℃的干燥箱中备用。

实施例3

(1)在室温下，将2g壳聚糖溶解在98g1wt％的醋酸水溶液中，待壳聚糖完全溶解后，向混合溶液中逐滴滴加0.4890g KH560，搅拌4h，得到CS-KH560的交联聚合物溶液，加入0.5g多巴胺盐酸盐，继续搅拌4h，待反应结束后即可得到CS-KH560-PDA的交联聚合物溶液。

(2)在-20℃下将上述交联聚合物溶液预冷12h，预冷结束后立即放入冷冻干燥机中在-45℃下冷冻干燥36h，即可得到固体海绵。

(3)配置浓度为0.5mol/L的CaCI₂溶液，并将冷冻干燥后得到的固体海绵样本放入其中浸泡12h，结束后再次放入冷冻干燥机中在-45℃下冷冻干燥36h，即可得到表面富含大量Ca²⁺的止血海绵。

(4)将止血海绵分别用清水和丙酮清洗数次，放入70℃的真空干燥箱中干燥2h，之后在高浓度酒精中浸泡2h，再用PBS缓冲液反复冲洗，采用钴60照射消毒，将消毒后的海绵进行切割，包装，放入37℃的干燥箱中备用。

实施例4

(1)在室温下，将2g壳聚糖溶解在98g1wt％的醋酸水溶液中，待壳聚糖完全溶解后，向混合溶液中逐滴滴加0.9781g KH560，搅拌4h，得到CS-KH560的交联聚合物溶液，加入0.1g多巴胺盐酸盐，继续搅拌4h，待反应结束后即可得到CS-KH560-PDA的交联聚合物溶液。

(2)在-20℃下将上述交联聚合物溶液预冷12h，预冷结束后立即放入冷冻干燥机中在-45℃下冷冻干燥36h，即可得到固体海绵。

(3)配置浓度为0.5mol/L的CaCI₂溶液，并将冷冻干燥后得到的固体海绵样本放入其中浸泡12h，结束后再次放入冷冻干燥机中在-45℃下冷冻干燥36h，即可得到表面富含大量Ca²⁺的止血海绵。

(4)将止血海绵分别用清水和丙酮清洗数次，放入70℃的真空干燥箱中干燥2h，之后在高浓度酒精中浸泡2h，再用PBS缓冲液反复冲洗，采用钴60照射消毒，将消毒后的海绵进行切割，包装，放入37℃的干燥箱中备用。

实施例5

(1)在室温下，将2g壳聚糖溶解在98g1wt％的醋酸水溶液中，待壳聚糖完全溶解后，向混合溶液中逐滴滴加0.9781g KH560，搅拌4h，得到CS-KH560的交联聚合物溶液，加入1g多巴胺盐酸盐，继续搅拌4h，待反应结束后即可得到CS-KH560-PDA的交联聚合物溶液。

(2)在-20℃下将上述交联聚合物溶液预冷12h，预冷结束后立即放入冷冻干燥机中在-45℃下冷冻干燥36h，即可得到固体海绵。

(3)配置浓度为0.5mol/L的CaCI₂溶液，并将冷冻干燥后得到的固体海绵样本放入其中浸泡12h，结束后再次放入冷冻干燥机中在-45℃下冷冻干燥36h，即可得到表面富含大量Ca²⁺的止血海绵。

(4)将止血海绵分别用清水和丙酮清洗数次，放入70℃的真空干燥箱中干燥2h，之后在高浓度酒精中浸泡2h，再用PBS缓冲液反复冲洗，采用钴60照射消毒，将消毒后的海绵进行切割，包装，放入37℃的干燥箱中备用。

Claims (5)

1.一种高吸水抗菌止血海绵，其特征在于：所述高吸水抗菌止血海绵包括，乙酸、壳聚糖、KH560、聚多巴胺、CaCI₂、水。

2.根据权利要求1所述的高吸水抗菌止血海绵，其特征在于，按高吸水抗菌止血海绵的总质量百分比为100％计，所述壳聚糖在该海绵中的质量百分比为10％-80％，所述聚多巴胺在该海绵中的质量百分比为0.1％-1％。

3.根据权利要求1或2所述的高吸水抗菌止血海绵，其特征在于，所述壳聚糖中的氨基与所述KH560中的环氧基的摩尔比为(6-1)。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的高吸水抗菌止血海绵，其特征在于，乙酸的质量浓度为1wt％。

5.根据权利1-4中任一项所述的止血海绵的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)在室温下，配置一定浓度的壳聚糖醋酸水溶液，待壳聚糖完全溶解后，加入相应比例的KH560和多巴胺盐酸盐，先后搅拌4h，待反应结束后即可得到CS-KH560-PDA的交联聚合物溶液；

(2)将所得的交联聚合物溶液在-10℃～-30℃的环境下预冷6-12h，得到固体形态的冰晶，随后将冰晶连同模板一起放入冷冻干燥机中在-40℃～-50℃冷冻干燥24-36h，即可得到固体海绵样本；

(3)配置一定浓度的CaCI₂溶液，将冻干后的固体海绵在CaCI₂溶液中浸泡6-12h，之后取出浸泡后的海绵样本，在-40℃～-50℃冷冻干燥24-36h，即可得到止血海绵；

(4)将冻干后的止血海绵用水和丙酮溶液清洗数次，去除未反应的小分子物质，之后在70℃真空干燥2h，再用PBS缓冲液反复冲洗，采用钴60照射消毒，将消毒后的海绵进行切割，包装，放入37℃的干燥箱中备用。