CN112646228B

CN112646228B - 一种单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵及其制备方法

Info

Publication number: CN112646228B
Application number: CN202011520641.1A
Authority: CN
Inventors: 林祥松; 姜暘; 沈建祥; 李雪; 陈洪旭
Original assignee: Jiaxing University
Current assignee: Jiaxing University
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2023-01-13
Anticipated expiration: 2040-12-21
Also published as: CN112646228A

Abstract

本发明属于功能材料技术领域，公开了一种单宁酸交联壳聚糖明胶吸液止血抗菌海绵及其制备方法。本发明是将壳聚糖通过酯化反应与明胶化学交联形成一级交联网络，得到改性的超亲水型明胶；再以单宁酸为交联剂，在强氧化剂作用下进一步交联，形成二级交联网络；然后添加医用辅料、羟基磷灰石和海藻酸钠进行物理性机械发泡、冷冻干燥，得到多孔海绵状的壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵。本发明采用单宁酸交联壳聚糖/明胶得到的海绵状多孔材料机械性能良好、结构多孔细致、表面柔和，人体接触时无需提前浸润，原料来源广泛、市场价格便宜，具有很好的生物相容性、无毒及可生物降解；且制备方法简单高效，利于大规模生产，具有很好的市场应用前景。

Description

一种单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵及其制备方法

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种单宁酸交联壳聚糖明胶吸液止血抗菌海绵及其制备方法。

背景技术

目前，临床外科手术用的吸液止血敷料通常有医用脱脂棉或纤维、缩醛化聚乙烯醇海绵和缩醛化明胶海绵，但上述敷料通常有以下缺点：医用脱脂棉或纤维含有纤维丝及纤维头，手术中常常会因纤维脱落而影响手术视野，也不利于伤口愈合；缩醛化海绵生物相容性较差，且制造过程使用的戊二醛、甲醛等醛类交联剂具有较大的生物毒性，易残留，生产过程环境污染严重。因此，找到一种具有良好的止血效果、较强抗菌性且生产过程安全环保的止血敷料就成为了研究人员的研究热点。

壳聚糖因其具有止血、抑菌的生理功能和良好的组织相容性、较高的生物活性而受到了很多研究者的关注。但是，壳聚糖的溶解度仅为3％～4％，较低的溶解度一方面影响止血材料的止血效果，另一方面也会影响止血材料的机械性能。为了提高其溶解度，一般选用醋酸溶液作为其溶解体系。但是，醋酸对人体有较大刺激性，作为最终产品的溶解剂增加了材料使用的安全风险。因此，现行有效的解决途径就是选择合适的材料与其进行共混，以降低醋酸在最终产品中的含量。然而，物理共混系统的不稳定性又带来了新的材料安全风险。

并且，止血敷料中常用的单宁酸含有多酚羟基结构，极易与明胶交联。二者的结合反应是多点疏水键和氢键共同作用的结果，其中，含疏水基的单宁酸分子以疏水反应形式与明胶结合，单宁酸的酚羟基与明胶的极性基团发生两点氢键结合，酚羟基作为氢键供体，肽键上的羰基氧作为受体，形成明胶-单宁酸一维网状络合物。这样的交联结构虽然可以满足止血医用组织胶的胶粘性，却无法提供止血敷料所需的机械性能。

因此，开发一种机械性能良好、生物安全性高且使用时无需提前浸润的可生物降解的液止血抗菌海绵以及制备该材料的方法成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种机械性能良好、生物安全性高且使用时无需提前浸润的可生物降解的液止血抗菌海绵。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵，其特征在于，是将壳聚糖通过酯化反应到与明胶化学交联形成一级交联网络，得到改性的超亲水型明胶；再以单宁酸为交联剂，在强氧化剂作用下进一步交联，形成二级交联网络；然后添加医用辅料、羟基磷灰石和海藻酸钠进行物理性机械发泡、冷冻干燥，得到多孔海绵状的壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵；其中，

所述强氧化剂为高碘酸钠；

所述医用辅料包括保湿剂和非离子表面活性剂；

所述壳聚糖为～400mPa.s。

优选的，所述保湿剂包括丙二醇，所述非离子表面活性剂包括司盘系列。

优选的，所述医用辅料还包括抗菌材料和止血药物。

进一步优选的，所述抗菌材料包括氧化锌纳米颗粒，所述止血药物包括止血酶或维生素K3。

值得说明的是，本发明首先通过酯化反应实现壳聚糖与明胶的化学交联，得到改性的亲水性明胶，在有效提升了壳聚糖在最终产物中的溶解度的同时，还通过共价网络提高了敷料的机械性能；接着，以单宁酸为交联剂，在强氧化剂作用下形成二级交联网络，提高了敷料的生物相容性。

并且，考虑到单宁酸的多酚羟基结构与明胶发生一级交联，同时也为了提升壳聚糖的溶解量，降低醋酸在最终产品中的含量，本发明设计了两步合成方法，首先利用壳聚糖中的羟基与明胶中的羧基进行占位反应，确保壳聚糖化学交联的比例，再利用强氧化剂进行单宁酸与明胶剩余反应位点进行充分反应，通过调整三者之间的反应比例，本发明可以实现单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵中壳聚糖含量、机械性能及孔隙形貌的精确调控。

本发明的另一目的在于，提供一种单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵的制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵的制备方法，包括以下步骤：

S1、将壳聚糖用醋酸溶解后，磁力搅拌2h后离心收集上清液；用NaOH调节收集到的上清溶液pH值至9，静止放置使壳聚糖完全析出，冷冻干燥12h，得到纯化后的壳聚糖，备用；

S2、取适量明胶溶于醋酸中，缓慢搅拌下加热至60±0.5℃，明胶完全溶解后加入EDCI，搅拌15min后一次加入步骤S1中纯化后的壳聚糖及DMAP，持续搅拌加热反应6h，得到反应液；

S3、将步骤S2得到的反应液在40℃下用MW＝10000的半透析袋透析120h，每12h换一次透析液，将所收集的透析袋中的液体离心30min，将上清液体室温下放置2h；然后，用稀盐酸水溶液浸泡和清洗含有上清液的透析袋48h，每12h换一次溶液，在-45～-55℃冷冻干燥6h得到超亲水性壳聚糖改性的明胶；

S4、将步骤S3得到的超亲水性壳聚糖改性明胶、单宁酸、羟基磷灰石、海藻酸钠和医用辅料溶于去离子水中，50℃搅拌1h，加入强氧化剂，调节混合液体pH值至7.2，继续搅拌5h，然后在1400～1600r/min下机械搅拌45～50min进行发泡，得到发泡后的混合液；

S5、将步骤S4得到的发泡后的混合液倒入模具中，置于-65～-75℃预冷1h，然后于-45～-55℃冷冻干燥5h，得到单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵。

优选的，所述步骤S1中的醋酸溶液配制为质量分数20±5％，NaOH溶液配制为0.5M；且，

所述步骤S2中的醋酸溶液配制为质量分数20±5％，明胶、壳聚糖、EDCI、DMAP质量比为8:(3～5):2:(2-3)。

优选的，所述步骤S4中的强氧化剂为高碘酸钠，医用辅料为保湿剂和非离子表面活性剂；且，

所述超亲水改性明胶、单宁酸、医用辅料、去离子水和高碘酸钠的质量比为(5～25):(5～20):(0.1～10):150:(1～3)；且，

所述羟基磷灰石占超亲水改性明胶质量分数的5％，所述海藻酸钠占超亲水改性明胶质量分数的0.5％。

进一步优选的，所述保湿剂为丙二醇；非离子表面活性剂为司盘系列。

进一步优选的，所述医用辅料还包括抗菌材料和止血药物。

更进一步优选的，所述所述抗菌材料包括氧化锌纳米颗粒，所述止血药物包括止血酶或维生素K3，且所述止血药物与去离子水的质量比为(0.01～0.1)：150。

值得说明的是，多孔明胶作为一种多孔微观结构，虽然可以激活血小板，快速形成凝血快，但明胶也会作为细菌的培养基导致伤口感染的风险大幅度增加，且明胶吸水后会产生松散的结构，粘附性大幅度降低；而壳聚糖可以使肌原纤维代替胶原纤维，加快血管内皮的生长速度，减少瘢痕出现。因此，考虑到明胶、壳聚糖各自的性质，本发明在止血海绵中加入了海藻酸钠、羟基磷灰石以控制止血海绵的孔隙形貌，添加抗菌材料和止血药物以提升止血海绵的生物性能。

与现有技术相比，本发明采用单宁酸交联壳聚糖/明胶的方法得到海绵状多孔材料，机械性能良好，结构多孔细致，表面柔和，人体接触时无需浸润，原料来源广泛、市场价格便宜，具有很好的生物相容性、无毒及可生物降解。该制备方法及流程简单、利于大规模生产，有很好的市场应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为实施例1制备得到的单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵截面的SEM图。

图2为实施例2制备得到的单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵截面的SEM图。

图3为实施例3制备得到的单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵截面的SEM图。

图4为实施例4制备得到的单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵截面的SEM图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为更好地理解本发明，下面通过以下实施例对本发明作进一步具体的阐述，但不可理解为对本发明的限定，对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的一些非本质的改进与调整，也视为落在本发明的保护范围内。

实施例1：

一种单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵及其制备方法，具体包括以下步骤：

S1、将3g壳聚糖用质量分数为22％的醋酸溶解后，磁力搅拌2h，离心收集上清液；用0.5M NaOH调节收集到的上清溶液pH值至9，静止放置使壳聚糖完全析出，冷冻干燥12h，得到纯化后的壳聚糖，备用；

S2、取8g明胶溶于质量分数为20％的醋酸中，缓慢搅拌，加热至60±0.5℃，明胶完全溶解后加入2g EDCI，搅拌15min后一次加入步骤S1中纯化后的壳聚糖及2g DMAP，持续搅拌加热反应6h，得到反应液；

S4、将步骤S3得到的超亲水性壳聚糖改性明胶25g、单宁酸20g、羟基磷灰石2.25g、海藻酸钠0.23g和医用辅料5g溶于150g去离子水中，50℃搅拌1h，加入高碘酸钠2g，调节混合液体pH值至7.2，继续搅拌5h，然后在1400～1600r/min下机械搅拌45～50min进行发泡，得到发泡后的混合液；

其中，医用辅料包括丙二醇、司盘、氧化锌纳米颗粒和0.01g维生素K3。

制备得到的单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵截面的SEM图如图1所示。

实施例2：

S4、将步骤S3得到的超亲水性壳聚糖改性明胶5g、单宁酸5g、羟基磷灰石0.5g、海藻酸钠0.05g和医用辅料5g溶于150g去离子水中，50℃搅拌1h，加入高碘酸钠2g，调节混合液体pH值至7.2，继续搅拌5h，然后在1400～1600r/min下机械搅拌45～50min进行发泡，得到发泡后的混合液；

其中，医用辅料包括丙二醇、司盘和0.1g止血酶。

制备得到的单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵截面的SEM图如图2所示。

实施例3：

S4、将步骤S3得到的超亲水性壳聚糖改性明胶10g、单宁酸20g、羟基磷灰石1.5g、海藻酸钠0.15g和医用辅料5g溶于150g去离子水中，50℃搅拌1h，加入高碘酸钠2g，调节混合液体pH值至7.2，继续搅拌5h，然后在1400～1600r/min下机械搅拌45～50min进行发泡，得到发泡后的混合液；

其中，医用辅料包括丙二醇、司盘、氧化锌纳米颗粒和0.08g止血酶。

制备得到的单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵截面的SEM图如图3所示。

实施例4：

S1、将30g壳聚糖用质量分数为25％的醋酸溶解后，磁力搅拌2h，离心收集上清液；用0.5M NaOH调节收集到的上清溶液pH值至9，静止放置使壳聚糖完全析出，冷冻干燥12h，得到纯化后的壳聚糖，备用；

S2、取80g明胶溶于质量分数为20％的醋酸中，缓慢搅拌，加热至60±0.5℃，明胶完全溶解后加入20g EDCI，搅拌15min后一次加入步骤S1中纯化后的壳聚糖及20g DMAP，持续搅拌加热反应6h，得到反应液；

S4、将步骤S3得到的超亲水性壳聚糖改性明胶50g、单宁酸200g羟基磷灰石12.5g、海藻酸钠1.25g和医用辅料50g溶于1500g去离子水中，50℃搅拌1h，加入高碘酸钠20g，调节混合液体pH值至7.2，继续搅拌5h，然后在1400～1600r/min下机械搅拌45～50min进行发泡，得到发泡后的混合液；

其中，医用辅料包括丙二醇、司盘、氧化锌纳米颗粒和1g维生素K3。

制备得到的单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵截面的SEM图如图4所示。

为了证明本发明的技术效果，对本发明实施例1～7所得的单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵及市售无菌纱布、市售缩醛化聚乙烯醇海绵进行止血性能测试。

性能测试一：

将上述实施例1～4所制备的单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵及市售无菌纱布、市售缩醛化聚乙烯醇海绵剪为30×30×5mm规格备用，进行大鼠背部止血实验，SD大鼠54只，随机分9组，实施例1～4为1～4组，市售无菌纱布为第5组，市售缩醛化乙烯醇海绵为第6组。将大鼠麻醉，切开背侧皮肤，暴露出一侧竖脊肌，使其完全离断，擦去浮血，将1～6组的单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵及市售无菌纱布、市售缩醛化聚乙烯醇海绵覆盖出血部位，轻轻按压，然后取200g重物压在止血海绵上，同时开始计时，至5秒不见渗血时停止计时，得到出血时间和出血量，结果如表1所示。

表1 SD大鼠的背部创面的止血性能效果表

性能测试二：

将上述实施例1～4所制备的单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵及市售无菌纱布、市售缩醛化聚乙烯醇海绵剪为30×30×5mm规格备用，进行耳动脉止血实验，取新西兰实验大白兔54只，随机分9组。实施例1～4为1～4组，市售无菌纱布为第5组，市售缩醛化乙烯醇海绵为第6组。将新西兰实验大白兔麻醉，剃去兔左耳动脉上的毛，距耳尖7cm处割断耳动脉，使其完全离断，擦去浮血，将1～6组的单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵及市售无菌纱布、市售缩醛化聚乙烯醇海绵覆盖出血部位，轻轻按压，然后取200g重物压在止血海绵上，同时开始计时，至5秒不见渗血时停止计时，得到出血时间和出血量，结果如表2所示。

表2

性能测试三：

将上述实施例1～4所制备的单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵及市售无菌纱布、市售缩醛化聚乙烯醇海绵剪为30×30×5mm规格备用，进行耳动脉止血实验，取新西兰实验大白兔54只，随机分6组。实施例1～4为1～4组，市售无菌纱布为第5组，市售缩醛化乙烯醇海绵为第6组。将新西兰实验大白兔麻醉，剃去兔腹部的毛，在腹部中上肝脏部分，割大约4cm长的伤口，取出肝脏，在肝脏上割1cm深，1cm长的伤口，擦去浮血，将1～6组的单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵及市售无菌纱布、市售缩醛化聚乙烯醇海绵覆盖出血部位，轻轻按压，然后取100g重物压在止血海绵上，同时开始计时，至5秒不见渗血时停止计时，得到出血时间和出血量，结果如表3所示。

表3

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵，其特征在于，是将壳聚糖通过酯化反应与明胶化学交联形成一级交联网络，得到改性的超亲水型明胶；再以单宁酸为交联剂，在强氧化剂作用下进一步交联，形成二级交联网络；然后添加医用辅料、羟基磷灰石和海藻酸钠进行物理性机械发泡、冷冻干燥，得到多孔海绵状的壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵；其中，

所述强氧化剂为高碘酸钠；

所述医用辅料包括保湿剂和非离子表面活性剂；

所述壳聚糖为400 mPa·s。

2.根据权利要求1所述的一种单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵，其特征在于，所述保湿剂包括丙二醇，所述非离子表面活性剂包括司盘系列。

3.根据权利要求1所述的一种单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵，其特征在于，所述医用辅料还包括抗菌材料和止血药物。

4.根据权利要求3所述的一种单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵，其特征在于，所述抗菌材料包括氧化锌纳米颗粒，所述止血药物包括止血酶或维生素K3。

5.一种如权利要求1~4任一所述的单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将壳聚糖用醋酸溶解后，磁力搅拌2 h后离心收集上清液；用NaOH调节收集到的上清溶液pH值至9，静止放置使壳聚糖完全析出，冷冻干燥12 h，得到纯化后的壳聚糖，备用；

S3、将步骤S2得到的反应液在40℃下用MW=10000的半透析袋透析120 h，每12 h换一次透析液，将所收集的透析袋中的液体离心30min，将上清液体室温下放置2h；然后，用稀盐酸水溶液浸泡和清洗含有上清液的透析袋48 h，每12 h换一次溶液，在-45～-55℃冷冻干燥6h得到超亲水性壳聚糖改性明胶；

S4、将步骤S3得到的超亲水性壳聚糖改性明胶、单宁酸、羟基磷灰石、海藻酸钠和医用辅料溶于去离子水中，50℃搅拌1 h，加入强氧化剂，调节混合液体pH值至7.2，继续搅拌5h，然后在1400～1600 r/min下机械搅拌45～50 min进行发泡，得到发泡后的混合液；

S5、将步骤S4得到的发泡后的混合液倒入模具中，置于-65～-75℃预冷1 h，然后于-45～-55℃冷冻干燥5 h，得到单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵。

6.根据权利要求5所述的一种单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的醋酸溶液配制为质量分数20±5%，NaOH溶液配制为0.5M；且，

所述步骤S2中的醋酸溶液配制为质量分数20±5%，明胶、壳聚糖、EDCI、DMAP质量比为8:(3～5):2:(2-3)。

7.根据权利要求5所述的一种单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵的制备方法，其特征在于：

所述步骤S4中的强氧化剂为高碘酸钠，医用辅料为保湿剂和非离子表面活性剂；且，

所述超亲水性壳聚糖改性明胶、单宁酸、医用辅料、去离子水和高碘酸钠的质量比为(5～25):(5～20):(0.1～10):150:(1～3)；且，

所述羟基磷灰石占超亲水性壳聚糖改性明胶质量分数的5%，所述海藻酸钠占超亲水性壳聚糖改性明胶质量分数的0.5%。

8.根据权利要求7所述的一种单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵的制备方法，其特征在于，所述保湿剂为丙二醇；非离子表面活性剂为司盘系列。

9.根据权利要求7所述的一种单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵的制备方法，其特征在于，所述医用辅料还包括抗菌材料和止血药物。

10.根据权利要求9所述的一种单宁酸交联壳聚糖/明胶吸液止血抗菌海绵的制备方法，其特征在于，所述抗菌材料包括氧化锌纳米颗粒，所述止血药物包括止血酶或维生素K3，且所述止血药物与去离子水的质量比为（0.01～0.1）：150。