CN110665048A - 一种高岭土改性的止血材料及其制备方法 - Google Patents

一种高岭土改性的止血材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高岭土改性的止血材料及其制备方法，所述止血材料为若干纤维束组成的3D网状结构，由高岭土与高聚物经静电纺丝复合而成；所述高岭土与高聚物质量比为0.5～2.5:1；纤维束内部的高岭土镶嵌在纤维中，支撑纤维束的整体结构；纤维束表面的高岭土的部分硅羟基与高聚物的氢键结合，剩余部分硅羟基在止血材料表面发挥止血与亲水作用；高岭土改性的止血材料的制备方法包括：先将高岭土进行预处理、柱撑和超声破碎，再与高聚物乙醇溶液混合得到静电纺丝液，最后进行静电纺丝，得到高岭土改性的止血材料。所得止血材料具有止血速度快，使用方便、有利于伤口愈合、生物相容性好、成本低廉等优点。

Description

一种高岭土改性的止血材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物医用材料技术领域，特别涉及一种高岭土改性的止血材料及其制备方法。
背景技术
新型止血材料的研究与应用是全球医学和生物材料科学领域中的重要课题。无论是临床外科手术，还是各种突发性事故造成人体大量出血，高效的止血材料对于挽救生命具有重要意义。当前临床常用的止血材料有氧化纤维素类、明胶海绵、纤维蛋白胶等不同种类。这些常用的止血材料间止血效果差别很大，应用条件各异，不能完全满足所有急救情况的需求。
硅酸盐黏土矿物在自然界中分布广泛、种类繁多，是一种宝贵的天然资源。硅酸盐黏土矿物的颗粒细、可塑性强、结合性好，且比表面积大，颗粒上带有负电性，有很好的的物理吸附性和表面化学活性，且具备安全、无毒等优点。硅酸盐黏土矿物在医学领域已被证实具有较好的凝血功能，其可选择性吸收血液中的水，有效浓缩凝血活性物质；使血小板聚集粘附，同时可以激发凝血因子，启动内源性凝血途径，达到凝血目的。中国是矿物质黏土(尤其是高岭土)的生产大国，如茂名高岭土、龙岩高岭土、苏州阳山高岭土，其用途广泛、原料充足且价格便宜。
中国专利CN102274541A公布了一种止血材料，包括以下原料：作为支撑基质的纺织物或无纺织物、作为粘合剂的淀粉、作为柔软剂的甘油，以及无机颗粒，所述无机颗粒为硅藻颗粒、玻璃粉、微硅粉、高岭土颗粒、硅酸盐颗粒、蒙脱石颗粒或沸石颗粒。上述止血材料存在以下问题：止血材料的粘附量有限，粘附在基材上的颗粒易脱落，这些会导致其止血能力的降低和后续处理的困难。
因此有必要提供一种止血速度快且使用方便、成本低廉的止血材料。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高岭土改性的止血材料及其制备方法，其目的是为了用静电纺丝技术将高岭土与高聚物复合成结构稳定的止血材料，使该止血材料具有止血速度快、使用方便、成本低廉的优点。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高岭土改性的止血材料，所述止血材料为若干纤维束组成的3D网状结构，由高岭土与高聚物经静电纺丝复合而成；所述高岭土与高聚物的质量比为0.5～2.5:1；纤维束内部的高岭土镶嵌在纤维中，支撑纤维束的整体结构；纤维束表面的高岭土的部分硅羟基与高聚物的氢键结合，剩余部分硅羟基在止血材料表面发挥止血与亲水作用；所述高聚物包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯、左旋聚乳酸、聚丙烯酸乙酯或聚乙烯醇。
优选地，所述高岭土为纳米片状结构，高岭土纳米片的直径为600～1000nm。
优选地，所述纤维束的直径为0.5～15μm。
本发明还提供一种上述高岭土改性的止血材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将原矿高岭土进行预处理、柱撑和超声破碎，得到高岭土纳米片；
(2)将高聚物溶于乙醇中，制成浓度为0.1～0.3g/mL高聚物乙醇溶液；
(3)将步骤(1)所得高岭土纳米片与步骤(2)所得高聚物乙醇溶液混合，得到静电纺丝液；
其中，硅酸盐黏土与高聚物的质量比为0.5～2.5:1；
(4)将步骤(3)所得静电纺丝液进行静电纺丝，得到高岭土改性的止血材料；
其中，所述高聚物包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯、左旋聚乳酸、聚丙烯酸乙酯或聚乙烯醇；
静电纺丝的参数为：滚筒转速为450～500r/min；接收距离为17～21cm；正极电压为10～12kV；负极电压为2～3kV。
优选地，所述预处理包括粉磨、水洗、离心处理。
优选地，所述柱撑具体为向预处理后的原矿高岭土中加入柱撑液，然后在热水浴中进行搅拌反应。
更优选地，所述柱撑液为二甲基亚砜水溶液。
优选地，所述超声破碎功率为400～800W，时间为100～150min。
优选地，超声破碎后的颗粒平均尺寸小于1μm。
优选地，静电纺丝的出液速度为0.05mL/min。
高岭石原矿在柱撑和超声破碎等预处理过程后，变为尺寸在1μm以下且分布均一的高岭石单层纳米片，易于成膜。高岭石纳米片为一层硅氧四面体与一层铝氧八面体共用一个氧原子平面组成的二维异质结构。纳米片两面分别具有大量的硅羟基与铝羟基，这就导致了其在血液的pH值下具有负表面电荷。
本发明制备高岭土改性的止血材料的过程中在无水乙醇(去离子水、N，N-二甲基甲酰胺和三氟乙醇等)溶剂中，将高岭石纳米片与高聚物(聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯、左旋聚乳酸、聚丙烯酸乙酯或聚乙烯醇等)混合制备为纺丝液，再经过静电纺丝制备成高岭石改性的止血材料。在止血材料中，经过预处理得到的高岭石纳米片，能够与大多数高聚物相互结合。在止血材料的单根纤维丝中，大量的高岭石纳米片被高聚物紧密联结，并堆积在纤维丝中。首先，纤维丝中的高岭石纳米片可以为材料提供负电荷，并且在血浆蛋白中，带负电荷的高岭石会优先吸附活化凝固因子XII并激活血小板，形成内源性止血；其次，在止血过程中高岭石还可以经过水合作用，吸收血液中水分并膨胀，从而使血液变稠并限制血液流动。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
(1)本发明首次将具备止血功能的天然矿物高岭石与静电纺丝技术结合，制得一种新型止血材料。高岭石改性的止血材料相比于止血敷料粉末，在对伤口止血时使用方便，且材料本身的吸水性和粘结性导致其能与创面贴合更加紧密，具有止血速度快，有利于伤口愈合，生物相容性好、成本低廉等优异性能。
(2)未加入高岭石的高聚物结构不稳定，极容易发生缩聚，导致孔道结构消失，比表面积降低，静电纺丝工艺所带来的结构优势被破坏。而经过高岭石改性后，高岭石纳米片镶嵌在纤维中支撑整体结构，能保持材料独特的3D网状结构。高岭石相比于其他矿石，由于其独特的片状结构与高聚物特异性结合，使整体结构更加稳定，不易收缩。且高岭石片与其他矿物颗粒相比，不容易团聚，在纺丝液的制备中容易分散从而更均匀的与高聚物相结合。
(3)原矿高岭石尺寸较大，高岭石片层堆叠情况严重且尺寸不一，成膜效果差。而本发明的高岭石通过柱撑和超声破碎剥片的方式，将高岭石层状结构打开，同时将高岭石片尺寸控制在一定范围内，所得高岭石改性止血材料状态好，且具有一定的机械强度。
附图说明
图1为本发明实施例3得到的高岭土改性的止血材料的SEM图；
图2为本发明对比例1的聚乙烯吡络烷酮静电纺丝薄膜的SEM图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
实施例1
(1)高岭石纳米片的制备：
称取10.0g经粉磨、水洗和离心后的原矿高岭石，加入90mL二甲基亚砜，10mL去离子水。在70℃下水域搅拌36h得到高岭石柱撑液。将高岭石柱撑液在1500W功率下超声破碎2h，即得高岭石纳米片，平均尺寸在1μm以下。
(2)高岭石改性止血材料的制备：
向10mL无水乙醇中溶解聚乙烯吡咯烷酮1.0g，加入高岭石纳米片2.40g，常温下水浴搅拌36h；进行静电纺丝设置滚筒转速为500r/min，针头距滚筒的距离(接收距离)为21cm，出液速度为0.05mL/min，正极电压为10kV，负极电压为2kV，制得高岭石改性止血材料。
(3)止血实验：
大鼠以10％水合氯醛(0.3mL/100g)腹腔内注射麻醉，仰卧位固定，消毒，取腹部正中切口长约5cm，逐层剪开皮肤、肌肉及腹膜，暴露肝脏。将肝脏右叶充分暴露后在其正中以尖刀划取1×1cm的正方形边界，深约0.5cm。以组织剪将边界内肝组织去除，并以组织镊刮除创面，使肝脏创面出现明显渗血。将预先准备好的止血材料置于创面，充分覆盖并贴附肝组织，以医用纱布于材料外侧创面上方适当压迫并计时，结果显示薄膜在100秒内成功止血。
实施例2
(1)高岭石纳米片的制备：
称取10.0g经粉磨、水洗和离心后的原矿高岭石，加入90mL二甲基亚砜，10mL去离子水。在70℃下水域搅拌36h得到高岭石柱撑液。将高岭石柱撑液在1500W功率下超声破碎2h，即得高岭石纳米片，平均尺寸在1μm以下。
(2)高岭石改性止血材料的制备：
向10mL无水乙醇中溶解聚乙烯吡咯烷酮1.0g，加入高岭石纳米片2.00g，常温下水浴搅拌36h；进行静电纺丝设置滚筒转速为500r/min，针头距滚筒的距离为21cm，出液速度为0.05mL/min，正极电压为10kV，负极电压为2kV。制得高岭石改性止血材料。
(3)止血实验：
大鼠以10％水合氯醛(0.3mL/100g)腹腔内注射麻醉，仰卧位固定，消毒，取腹部正中切口长约5cm，逐层剪开皮肤、肌肉及腹膜，暴露肝脏。将肝脏右叶充分暴露后在其正中以尖刀划取1×1cm的正方形边界，深约0.5cm。以组织剪将边界内肝组织去除，并以组织镊刮除创面，使肝脏创面出现明显渗血。将预先准备好的止血材料置于创面，充分覆盖并贴附肝组织，以医用纱布于材料外侧创面上方适当压迫并计时，结果显示薄膜在100秒内成功止血。
实施例3
(1)高岭石纳米片的制备：
称取1.50g经粉磨、水洗和离心后的原矿高岭石，加入13.5mL二甲基亚砜，1.5mL去离子水。在70℃下水域搅拌36h得到高岭石柱撑液。将高岭石柱撑液在1500W功率下超声破碎2h，即得高岭石纳米片，平均尺寸在1μm以下。
(2)高岭石改性的止血材料的制备：
向10mL无水乙醇中溶解聚乙烯吡咯烷酮1.0g，加入高岭石纳米片1.50g，常温下水浴搅拌36h；进行静电纺丝设置滚筒转速为500r/min，针头距滚筒的距离为21cm，出液速度为0.05mL/min，正极电压为10kV，负极电压为2kV，制得高岭土改性的止血材料。
所得止血材料的SEM图谱如图1所示，高岭石改性的止血材料为多根纤维束相互搭接形成的交错3D网状结构，所述纤维束以硅酸盐黏土作为基底，聚乙烯吡咯烷酮作为粘结剂，通过静电作用复合形成，纤维束内部的高岭土镶嵌在纤维中，支撑纤维束的整体结构；纤维束表面的高岭土的部分硅羟基与高聚物的氢键结合，剩余部分硅羟基在止血材料表面发挥止血与亲水作用。
高岭石不仅在止血性能上表现出优异的性能，其对于材料的整体结构起到了支撑作用，这也是其能够实际应用的基础。在不同高聚物纺丝膜中，高聚物由于其本身具有高分子材料的热收缩性，导致其在正常室温环境下会不断的收缩，最终导致其仅保留原面积的10％左右。而且纤维线之间的大量孔道也因为收缩而减少或消失。高岭石纳米片材料由于其独特的片状结构能够更加完美的与高分子材料相结合，在纤维丝中分布均匀，并且能够保留原薄膜面积的87％以上。
(3)止血实验：
大鼠以10％水合氯醛(0.3mL/100g)腹腔内注射麻醉，仰卧位固定，消毒，取腹部正中切口长约5cm，逐层剪开皮肤、肌肉及腹膜，暴露肝脏。将肝脏右叶充分暴露后在其正中以尖刀划取1×1cm的正方形边界，深约0.5cm。以组织剪将边界内肝组织去除，并以组织镊刮除创面，使肝脏创面出现明显渗血。将预先准备好的止血材料置于创面，充分覆盖并贴附肝组织，以医用纱布于材料外侧创面上方适当压迫并计时，结果显示薄膜在100秒内成功止血。
实施例4
(1)高岭石纳米片的制备：
称取1.50g经粉磨、水洗和离心后的原矿高岭石，加入13.5mL二甲基亚砜，1.5mL去离子水。在70℃下水域搅拌36h得到高岭石柱撑液。将高岭石柱撑液在1500W功率下超声破碎2h，即得高岭石纳米片，平均尺寸在1μm以下。
(2)高岭石改性的止血材料的制备：
向10mL无水乙醇中溶解聚乙烯吡咯烷酮1.0g，加入高岭石纳米片0.50g，常温下水浴搅拌36h；进行静电纺丝设置滚筒转速为500r/min，针头距滚筒的距离为21cm，出液速度为0.05mL/min，正极电压为10kV，负极电压为2kV，制得高岭土改性的止血材料。
(3)止血实验：
大鼠以10％水合氯醛(0.3mL/100g)腹腔内注射麻醉，仰卧位固定，消毒，取腹部正中切口长约5cm，逐层剪开皮肤、肌肉及腹膜，暴露肝脏。将肝脏右叶充分暴露后在其正中以尖刀划取1×1cm的正方形边界，深约0.5cm。以组织剪将边界内肝组织去除，并以组织镊刮除创面，使肝脏创面出现明显渗血。将预先准备好的止血材料置于创面，充分覆盖并贴附肝组织，以医用纱布于材料外侧创面上方适当压迫并计时，结果显示薄膜在100秒内成功止血。
对比例1
聚乙烯吡络烷酮静电纺丝薄膜制备：
向10mL无水乙醇中溶解聚乙烯吡咯烷酮1.0g，常温下水浴搅拌36h；进行静电纺丝设置滚筒转速为500r/min，针头距滚筒的距离为21cm，出液速度为0.05mL/min，正极电压为10kV，负极电压为2kV。制得埃洛石静电纺丝薄膜，SEM图谱如图2所示：由图2可知PVP膜收缩程度大，PVP丝严重缩聚导致膜中的孔道几乎全部消失。
止血实验：
大鼠以10％水合氯醛(0.3mL/100g)腹腔内注射麻醉，仰卧位固定，消毒，取腹部正中切口长约5cm，逐层剪开皮肤、肌肉及腹膜，暴露肝脏。将肝脏右叶充分暴露后在其正中以尖刀划取1×1cm的正方形边界，深约0.5cm。以组织剪将边界内肝组织去除，并以组织镊刮除创面，使肝脏创面出现明显渗血。将预先准备好的止血材料置于创面，充分覆盖并贴附肝组织，以医用纱布于材料外侧创面上方适当压迫并计时，结果显示薄膜止血时间超过300秒。
从实验结果中可看出，高岭土改性的止血材料的止血速度比聚乙烯吡络烷酮快，这是因为片状高岭石不仅仅增加在于提升其止血作用，还在于高岭石的片状结构能够对整体薄膜起到固定结构的作用，这使得材料本身具有使用方便、原料成本低廉和水溶性好等特点。用大鼠肝脏模型进行评估高岭石薄膜的止血特性，发现高岭石薄膜能够应用于急性大量出血，而且该材料具有良好的生物相容性、可生物降解性、粘附性等优良性能，有着良好的临床应用前景。
以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高岭土改性的止血材料，其特征在于，所述止血材料为若干纤维束组成的3D网状结构，由高岭土与高聚物经静电纺丝复合而成；所述高岭土与高聚物质量比为0.5～2.5:1；纤维束内部的高岭土镶嵌在纤维中，支撑纤维束的整体结构；纤维束表面的高岭土的部分硅羟基与高聚物的氢键结合，剩余部分硅羟基在止血材料表面发挥止血与亲水作用；所述高聚物包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯、左旋聚乳酸、聚丙烯酸乙酯或聚乙烯醇。
2.根据权利要求1所述的止血材料，其特征在于，所述高岭土为纳米片状结构，高岭土纳米片的直径为600～1000nm。
3.根据权利要求1所述的止血材料，其特征在于，所述纤维束的直径为0.5～15μm。
4.一种如权利要求1～3任意一项所述的高岭土改性的止血材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将原矿高岭土进行预处理、柱撑和超声破碎，得到高岭土纳米片；
(2)将高聚物溶于乙醇中，制成浓度为0.1～0.3g/mL高聚物乙醇溶液；
(3)将步骤(1)所得高岭土纳米片与步骤(2)所得高聚物乙醇溶液混合，得到静电纺丝液；
其中，高岭土纳米片与高聚物的质量比为0.5～2.5:1；
(4)将步骤(3)所得静电纺丝液进行静电纺丝，得到高岭土改性的止血材料；
其中，所述高聚物包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯、左旋聚乳酸、聚丙烯酸乙酯或聚乙烯醇；
静电纺丝的参数为：滚筒转速为450～500r/min；接收距离为17～21cm；正极电压为10～12kV；负极电压为2～3kV。
5.根据权利要求4所述的高岭土改性的止血材料的制备方法，其特征在于，所述预处理包括粉磨、水洗、离心处理。
6.根据权利要求4所述的高岭土改性的止血材料的制备方法，其特征在于，所述柱撑具体为向预处理后的原矿高岭土中加入柱撑液，然后在热水浴中进行搅拌反应。
7.根据权利要求6所述的高岭土改性的止血材料的制备方法，其特征在于，所述柱撑液为二甲基亚砜水溶液。
8.根据权利要求4所述的高岭土改性的止血材料的制备方法，其特征在于，所述超声破碎功率为400～800W，时间为100～150min。
9.根据权利要求4所述的高岭土改性的止血材料的制备方法，其特征在于，超声破碎后的颗粒平均尺寸小于1μm。
10.根据权利要求4所述的高岭土改性的止血材料的制备方法，静电纺丝的出液速度为0.05mL/min。
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