CN112933287A - 一种接枝多烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃粉末及其制备方法与应用 - Google Patents

一种接枝多烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃粉末及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种接枝多烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃粉末及其制备方法与作为止血粉末的应用，包括：制备壳聚糖溶液；壳聚糖与十二醛发生席夫碱反应实现接枝；熔融法生物活性玻璃制备；接枝十二烷基的壳聚糖与生物活性玻璃混合实现包裹生物活性玻璃。本发明将多烷基接枝到壳聚糖上，并实现了对生物活性玻璃的包覆。本发明的止血作用是多种多烷基锚定血细胞使血小板围绕颗粒形成血凝块，壳聚糖表面正电荷吸附血细胞使血凝块更加稳固，同时生物活性玻璃释放Ca离子促进凝血，以及其他离子促进伤口愈合，有利于市场化推广利用，具备广阔的应用前景。

Description

一种接枝多烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃粉末及其制备方法 与应用
技术领域
本发明涉及组织工程、生物医用材料领域，具体涉及一种接枝多烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃粉末及其制备方法与作为止血粉末的应用。
背景技术
难以控制性出血是造成战争、交通事故及其他意外伤害死亡的最重要原因，同时也是在创伤急救和外科手术中经常要面对的难题。伤口止血过程可分为两个部分，第一部分为凝血级联生成纤维蛋白，第二部分为血细胞在伤口处聚集主要为血小板的激活与黏附。凝血过程实际可看作是纤维蛋白连接血小板等血细胞在伤口处形成血凝块。
壳聚糖是自然界中存在的少有带正电荷的碱性多糖，其来源广泛可从虾、蟹的壳以及鱿鱼、真菌等生物中获得。它是一种具有优异止血性能、良好生物相容性、无免疫原性、无皮肤刺激的多功能材料。壳聚糖表面带正电荷，可以吸附表面带负电的血小板、血红细胞等，且自身能够发生一定的聚集，从而生成血凝块。壳聚糖遇血液后有一定的粘性，对组织有一定的粘附性，封闭创面，促进止血完成。然而，纯壳聚糖的止血效果并不稳定，因此可将壳聚糖进行一定优化和改进。
生物活性玻璃是具有良好生物相容性的玻璃材料，一般由SiO2、P2O5、B2O3等组成。生物活性玻璃与体液接触释放的Ca离子、其带有负电荷的表面以及带有极性的骨架都对凝血有着促进作用。
多烷基官能团由于其疏水性能够锚定细胞膜，将其与材料结合能够增加材料对红细胞、血小板等凝血细胞的吸附，增加凝血稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种接枝多烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃粉末及其制备方法与应用。本发明提供的止血粉末具有优异的止血性能、生物相容性，同时具有可降解、能黏附的性能。
本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种止血粉末，包括生物活性玻璃止血核与壳聚糖止血壳；所述生物活性玻璃止血核由包括B2O3、CaCO3等多种氧化物高温烧结制得；所述壳聚糖壳由包括壳聚糖和十二醛的原料制备得到。
本发明的止血作用是多种多烷基锚定血细胞使血小板围绕颗粒形成血凝块，壳聚糖表面正电荷吸附血细胞使血凝块更加稳固，同时生物活性玻璃释放Ca离子促进凝血，以及其他离子促进伤口愈合。
本发明为一种接枝多烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃粉末的制备方法，包括如下步骤：
S1:通过熔融法将B2O3:CaCO3:Na2CO3:P2O5:MgO:K2CO3烧结制备生物活性玻璃；
S2:将壳聚糖混于醋酸水溶液中搅拌至完全溶解，后调节pH值至5.0-6.5，得到壳聚糖溶液；
S3:将液态十二醛溶于乙醇中，得到十二醛溶液；
S4:将S1所得生物活性玻璃、S2所得壳聚糖溶液、S3所得十二醛溶液混合并加入氰基硼氢化钠搅拌反应，反应后将所得产物离心、洗涤、烘干研磨后得到产品。
进一步地，所述S1中，所述的B2O3:CaCO3:Na2CO3:P2O5:MgO:K2CO3的摩尔比例为51～55：10～30：5～7：3～5：4～6：10～14，所述的烧结的条件为：烧结温度1100～1300℃，烧结时间20～40min；最优选的，所述的B2O3:CaCO3:Na2CO3:P2O5:MgO:K2CO3的摩尔比例为53:20:6:4:5:12，烧结温度1200℃，烧结时间30min。
进一步地，所述S2中，所述的醋酸水溶液的体积百分数浓度为5％～15％(v/v)。最优选的，所述的醋酸水溶液采用体积百分数为10％(v/v)的醋酸水溶液。
后用氢氧化钠水溶液调节pH值至5.5-6.0，所述的氢氧化钠水溶液的浓度为8～12mol/L，最优选为10mol/L，用10M氢氧化钠水溶液调节pH值。
所述的壳聚糖溶液中壳聚糖的浓度为10～20g/L(最优选为15g/L)。所制备的壳聚糖溶液的质量浓度为1.5％-2％，壳聚糖溶液的溶剂为醋酸水溶液，所述醋酸水溶液中醋酸的体积浓度为5％-10％，pH调节至5.5-6.0。
所述S3中，液态十二醛与乙醇的用量之比为0.1g：2mL～8mL，最优选为0.1g：4mL。
所述S4中，所述的生物活性玻璃、壳聚糖溶液中的壳聚糖与十二醛溶液中十二醛的用量之比为1g：0.03g～0.15g：0.05g～0.2g，最优选为1g：0.075g：0.1g。
所述的氰基硼氢化钠与壳聚糖的摩尔比为2～4:1，最优选为3:1，所述的离心的条件为：离心机的转速为8000～12000转，时间为3～10min，最优选地，离心机的转速为10000转，时间为5min。所述的搅拌反应的时间为36h～60h，最优选为48h。
所述的壳聚糖溶液和十二醛溶液的体积比为5:4，离心机转速为10000rpm，洗涤用水以及酒精进行洗涤，搅拌反应的时间为48h。
所述的制备方法制备的接枝多烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃粉末在作为止血粉末的应用。接枝十二烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃19-93B3的止血粉末在止血过程中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明中，壳聚糖与十二醛发生席夫碱反应实现接枝；接枝十二烷基的壳聚糖与生物活性玻璃混合实现包裹生物活性玻璃。本发明将多烷基接枝到壳聚糖上，并实现了对生物活性玻璃的包覆。
本发明的止血作用是多种多烷基锚定血细胞使血小板围绕颗粒形成血凝块，壳聚糖表面正电荷吸附血细胞使血凝块更加稳固，同时生物活性玻璃释放Ca离子促进凝血，以及其他离子促进伤口愈合，有利于市场化推广利用，具备广阔的应用前景。
附图说明
图1(a)生物活性玻璃低倍扫描电镜图片，(b)生物活性玻璃的高倍扫描电镜图片，(c)十二烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃材料低倍扫描电镜图，(d)十二烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃材料高倍扫描电镜图。
图2(a)(b)(c)中x为B2O3:CaCO3:Na2CO3:P2O5:MgO:K2CO3的摩尔比例为53:x:6:4:5:12所制备生活活性玻璃，x-C为壳聚糖包裹生物活性玻璃，x-C-L为接枝十二烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃傅里叶红外光谱图(x分别为10、20、30)，(d)为不同Ca占比的生物活性玻璃的XRD图。
具体实施方式
以下结合附图和下述实施方式仅有必须说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
S1:通过熔融法将B2O3:CaCO3:Na2CO3:P2O5:MgO:K2CO3按照摩尔比例为53:20:6:4:5:12混合均匀，在1200℃烧结30min制备得生物活性玻璃
S2：将0.075g壳聚糖混于5mL10％(v/v)的醋酸溶液中搅拌过夜至完全溶解，后用10M氢氧化钠溶液调节pH值至5.5～6。
S3：将0.1g十二醛溶于4mL乙醇。
S4：将S1、S2、S3中所得产物混合搅拌并加入与壳聚糖的摩尔比为3：1的氰基硼氢化钠，将所得产物置于离心机中得到固体样品，烘干研磨后得到产品。
下面通过实施例以详细说明本发明。应理解为以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述十里具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1：
将B2O3:CaCO3:Na2CO3:P2O5:MgO:K2CO3按照53:20:6:4:5:12摩尔比混合置于研钵加入酒精研磨均匀至酒精蒸发后置于1200℃烧结30min后取出倒入水中淬冷，收集样品后置于80℃烘2h至完全干燥，将干燥后样品置于研钵中研磨得生物活性玻璃。
将0.075g壳聚糖溶解于5mL10％(v/v)的醋酸溶液，配制浓度为15g/L的壳聚糖溶液，并用10M NaOH水溶液调节pH至5.5。将0.1g十二醛溶于4mL乙醇中。将两者混合并加入1g制得的生物活性玻璃，加入与壳聚糖的摩尔比为3：1的氰基硼氢化钠(即氰基硼氢化钠与壳聚糖的摩尔比为3：1)，搅拌48h后分别用去离子水和乙醇离心洗涤。离心机的转速为10000转，时间为5min，得到的固体干燥后磨碎。
实施例2：
实施例2与实施例1的不同之处为：实施例2中B2O3:CaCO3:Na2CO3:P2O5:MgO:K2CO3的摩尔比为53:10:6:4:5:12，如下：
将B2O3:CaCO3:Na2CO3:P2O5:MgO:K2CO3按照53:10:6:4:5:12混合置于研钵加入酒精研磨均匀至酒精蒸发后置于1200℃烧结30min后取出倒入水中淬冷，收集样品后置于80℃烘2h至完全干燥，将干燥后样品置于研钵中研磨得生物活性玻璃。
将0.075g壳聚糖溶解于5mL10％(v/v)的醋酸溶液，配制浓度为15g/L的壳聚糖溶液，并用10M NaOH溶液调节pH至5.5。将0.1g十二醛溶于4mL乙醇中。将两者混合并加入1g制得的生物活性玻璃，加入与壳聚糖的摩尔比为3：1的氰基硼氢化钠，搅拌48h后分别用去离子水和乙醇离心洗涤。离心机的转速为10000转，时间为5min，得到的固体干燥后磨碎。
实施例3：
实施例3与实施例1的不同之处为：实施例3中B2O3:CaCO3:Na2CO3:P2O5:MgO:K2CO3的摩尔比为53:30:6:4:5:12，如下：
将B2O3:CaCO3:Na2CO3:P2O5:MgO:K2CO3按照53:30:6:4:5:12混合置于研钵加入酒精研磨均匀至酒精蒸发后置于1200℃烧结30min后取出倒入水中淬冷，收集样品后置于80℃烘2h至完全干燥，将干燥后样品置于研钵中研磨得生物活性玻璃。
将0.075g壳聚糖溶解于5mL10％(v/v)的醋酸溶液，配制浓度为15g/L的壳聚糖溶液，并用10M NaOH溶液调节pH至5.5。将0.1g十二醛溶于4mL乙醇中。将两者混合并加入1g制得的生物活性玻璃，加入与壳聚糖的摩尔比为3：1的氰基硼氢化钠，搅拌48h后分别用去离子水和乙醇离心洗涤。离心机的转速为10000转，时间为5min，得到的固体干燥后磨碎。
实施例4(作为对比)：
实施例4与实施例1的不同之处为：实施例4中未加入十二醛溶液以及氰基硼氢化钠。pH值调节为6。如下：
将B2O3:CaCO3:Na2CO3:P2O5:MgO:K2CO3按照53:20:6:4:5:12混合置于研钵加入酒精研磨均匀至酒精蒸发后置于1200℃烧结30min后取出倒入水中淬冷，收集样品后置于80℃烘2h至完全干燥，将干燥后样品置于研钵中研磨得生物活性玻璃。
将0.075g壳聚糖溶解于5mL10％(v/v)的醋酸溶液，配制浓度为15g/L的壳聚糖溶液，并用10M NaOH溶液调节pH至6，加入1g制得的生物活性玻璃。搅拌48h后分别用去离子水和乙醇离心洗涤。离心机的转速为10000转，时间为5min，得到的固体干燥后磨碎。
实施例5(作为对比)：
实施例5与实施例4的不同之处为：实施例5中B2O3:CaCO3:Na2CO3:P2O5:MgO:K2CO3的摩尔比为53:30:6:4:5:12，如下：
将B2O3:CaCO3:Na2CO3:P2O5:MgO:K2CO3按照53:30:6:4:5:12混合置于研钵加入酒精研磨均匀至酒精蒸发后置于1200℃烧结30min后取出倒入水中淬冷，收集样品后置于80℃烘2h至完全干燥，将干燥后样品置于研钵中研磨得生物活性玻璃。
将0.075g壳聚糖溶解于5mL10％(v/v)的醋酸溶液，配制浓度为15g/L的壳聚糖溶液，并用10M NaOH溶液调节pH至6，加入1g制得的生物活性玻璃。搅拌48h后分别用去离子水和乙醇离心洗涤。离心机的转速为10000转，时间为5min，得到的固体干燥后磨碎。
实施例6(作为对比)：
实施例6与实施例4的不同之处为：实施例6中B2O3:CaCO3:Na2CO3:P2O5:MgO:K2CO3的摩尔比为53:10:6:4:5:12，如下：
将B2O3:CaCO3:Na2CO3:P2O5:MgO:K2CO3按照53:10:6:4:5:12混合置于研钵加入酒精研磨均匀至酒精蒸发后置于1200℃烧结30min后取出倒入水中淬冷，收集样品后置于80℃烘2h至完全干燥，将干燥后样品置于研钵中研磨得生物活性玻璃。
将0.075g壳聚糖溶解于5mL10％(v/v)的醋酸溶液，配制浓度为15g/L的壳聚糖溶液，并用10M NaOH溶液调节pH至6，加入1g制得的生物活性玻璃。搅拌48h后分别用去离子水和乙醇离心洗涤。离心机的转速为10000转，时间为5min，得到的固体干燥后磨碎。
表1.本发明对实施例1～6得到的止血粉末的凝血时间测试结果
空白对照 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
凝血时间(s) 195 110 115 120 130 150 130

Claims (10)

1.一种接枝多烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃粉末的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:通过熔融法将B2O3:CaCO3:Na2CO3:P2O5:MgO:K2CO3烧结制备生物活性玻璃；
S2:将壳聚糖混于醋酸水溶液中搅拌至完全溶解，后调节pH值至5.0-6.5，得到壳聚糖溶液；
S3:将液态十二醛溶于乙醇中，得到十二醛溶液；
S4:将S1所得生物活性玻璃、S2所得壳聚糖溶液、S3所得十二醛溶液混合并加入氰基硼氢化钠搅拌反应，反应后将所得产物离心、洗涤、烘干研磨后得到接枝多烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃粉末。
2.根据权利要求1所述的接枝多烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃粉末的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述的B2O3:CaCO3:Na2CO3:P2O5:MgO:K2CO3的摩尔比例为51～55：10～30：5～7：3～5：4～6：10～14。
3.根据权利要求1所述的接枝多烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃粉末的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述的烧结的条件为：烧结温度1100～1300℃，烧结时间20～40min。
4.根据权利要求1所述的接枝多烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃粉末的制备方法，其特征在于，所述S2中，所述的醋酸水溶液的体积百分数浓度为5％～15％；
所述的壳聚糖溶液中壳聚糖的浓度为10～20g/L。
5.根据权利要求1所述的接枝多烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃粉末的制备方法，其特征在于，所述S2中，后用氢氧化钠水溶液调节pH值至5.5-6.0，所述的氢氧化钠水溶液的浓度为8～12mol/L。
6.根据权利要求1所述的接枝多烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃粉末的制备方法，其特征在于，所述S3中，液态十二醛与乙醇的用量之比为0.1g：2mL～8mL。
7.根据权利要求1所述的接枝多烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃粉末的制备方法，其特征在于，所述S4中，所述的生物活性玻璃、壳聚糖溶液中的壳聚糖与十二醛溶液中十二醛的用量之比为1g：0.03g～0.15g：0.05g～0.2g；
所述的氰基硼氢化钠与壳聚糖的摩尔比为2～4:1。
8.根据权利要求1所述的接枝多烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃粉末的制备方法，其特征在于，所述S4中，所述的搅拌反应的时间为36h～60h。
9.根据权利要求1～8任一项所述的制备方法制备的接枝多烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃粉末。
10.根据权利要求9所述的接枝多烷基壳聚糖包裹生物活性玻璃粉末在作为止血粉末的应用。
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