CN113481621B

CN113481621B - 一种伤口止血复合材料、制备方法及其应用

Info

Publication number: CN113481621B
Application number: CN202110968423.2A
Authority: CN
Inventors: 刘明焕; 付博飞; 杨大鹏; 焦福星; 刘凯; 李志悦; 施伟章
Original assignee: Quanzhou Normal University
Current assignee: Quanzhou Normal University
Priority date: 2021-08-23
Filing date: 2021-08-23
Publication date: 2023-03-10
Anticipated expiration: 2041-08-23
Also published as: CN113481621A

Abstract

本发明属于医用材料技术领域，具体涉及一种伤口止血复合材料的制备及其应用，所述的伤口止血复合材料是以废弃蛋膜为原料，再以壳聚糖为抗菌剂，碳点为止血增强剂、抗氧化剂和荧光发光剂，蛋壳粉为血管生成促进剂和生物矿化剂制备得到。该复合材料具有优良的抗菌性能，能够有效杀灭伤口附近的病原菌，阻止伤口感染；同时具有止血性能和促进血管生成性能，能够有效止血和促进血管生成，其制备材料易收集，制备过程及设备要求简单，对环境无污染，易降解，成本低廉。

Description

一种伤口止血复合材料、制备方法及其应用

技术领域

本发明属于医用材料技术领域，具体涉及一种废弃蛋壳膜为原料的止血组合物制备方法和配备手持式电纺丝仪用于皮肤的治疗。

背景技术

意外伤害或外科手术的出血可能会导致很多健康风险，严重时可能会致死，因此，发展止血材料或方法是迫切的，因为大多数的止血方法是被动的相互作用，比如绷带、止血带、凝胶等，它们都不能主动止血，并且长期使用止血带会导致严重的并发症，如缺血再灌注损伤，从而导致肌肉坏死甚至截肢。

现有的止血材料存在着止血能力低，力学性能差，愈合能力有限，制造成本高等问题，限制其试剂的应用。许多合成或天然大分子被用作伤口敷料的基质，以促进止血和伤口愈合的过程，如壳聚糖已被证明可以止血和促进伤口愈合，但是壳聚糖的止血性能和愈合能力需要进一步提高，以扩大其作为伤口敷料材料的应用。

近年来，一种天然的生物质资源-蛋壳膜（英文简写:ESM），引起了研究者们的广泛关注。它是一种可持续再生的生物材料，由高度交联的蛋白质纤维组成，呈现三维分层多孔网络结构，有利于分子交换，具有良好的透气性及生物相容性。ESM具有多种天然活性成分，如氨基酸（主要为谷氨酸、甘氨酸和脯氨酸），以及氨基葡萄糖、软骨素和透明质酸，是一种重要的潜在生物组织修复材料。此外，其独特的结构可作为原液被用于制备新型纳米材料。本申请将鸡蛋膜、壳聚糖与聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶液混合，并添加适当比例碳点（CDs），配置成电纺丝溶液，采用静电纺丝法，再伤口模板原位制备敷料，使用小鼠作为实验对象，在8天作用伤口愈合面积达90%以上，并且通过鼠尾止血实验表明出血量降低69.4%，止血时间缩短约2 min，证明该敷料具有优异的快速止血和促进伤口愈合、抗感染的功效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好的粘附性、可持续性、生物相容性、多功能性的伤口止血复合材料，包含以废弃蛋壳膜、蛋壳、壳聚糖和碳点为原材料在电纺丝设备的作用下交联得到的产物。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

所述一种伤口止血复合材料，具体是以废弃蛋膜为原料，再以壳聚糖为抗菌剂，碳点为止血增强剂、抗氧化剂和荧光发光剂，蛋壳粉为血管生成促进剂制备得到。其中是将废弃蛋壳膜为原料，经选料、清洗后，用HCl浸泡软化表层蛋壳，用镊子将蛋壳膜由蛋壳上撕下，浸泡于NaOH中，得到蛋壳膜溶液，用于促进伤口愈合。壳聚糖通过乙酸进行溶解，起到杀灭伤口表面菌群的作用。通过使用鸡蛋膜为原材料，经水热法制得碳点材料，起到止血、抗氧化的作用。蛋壳粉可以促进血管生成，加速伤口愈合。

本发明所述的一种伤口止血复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）蛋壳膜预处理：收集废弃的蛋壳，将收集的蛋壳反复清洗，在室温条件下浸泡1-8 h，用镊子将蛋壳膜由蛋壳上撕下，清洗备用；

（2）蛋壳膜载体的制备：取步骤（1）所得的蛋壳膜，将其进入盐酸溶液中，浸泡12-24 h，取出烘干后磨碎，置于NaOH溶液中5-10 h，得到2 wt%蛋壳膜溶液；

（3）使用脱乙酰度大于70%的壳聚糖溶解于醋酸中，得到2 wt %的壳聚糖溶液，保证壳聚糖的高分子量和高粘度的特性；

（4）碳点溶液的制备：取鸡蛋膜溶液于柠檬酸溶液中，置于反应釜中水热10-15 h，水热温度为150-220 ℃，反应结束后经过滤、离心、稀释后得到1 wt%碳点溶液，备用；

（5）蛋壳粉的制备：取步骤（1）撕下蛋壳膜后的蛋壳（100 g）于球磨机中，使用水磨法将蛋壳磨成粉末，球磨时间为3-8 h；

（6）聚乙烯吡咯烷酮PVP溶液的制备：将PVP溶解在乙醇中搅拌，以形成均匀15-20wt% PVP乙醇溶液；

（7）将蛋壳膜溶液（500 μL）、壳聚糖溶液（1 mL）、碳点溶液（500μL）和蛋壳粉（1mg）与PVP（5 mL）溶液混合，形成电纺丝前体溶液，将电纺丝溶液吸入注射器中用于电纺丝，纺丝电压为5-10 kV，纺丝喷嘴的直径为0.4 mm，纺丝喷嘴与收集器之间的距离为10-15cm。

本发明的显著优点在于：

本发明在小鼠伤口愈合和止血实验中，具有较强的粘附性，能够快速凝血，形成凝胶和粘附性较强的机制，为止血提供屏障，促进伤口愈合。本发明中蛋膜液主要促进伤口愈合；壳聚糖主要杀灭伤口表面的菌群，避免伤口进一步发炎，导致病情恶化；碳点不仅能够止血，还能够有效抗氧化；蛋壳粉能够促进血管的生成，加速伤口的愈合，除此之外，还可起到生物矿化的作用。

附图说明

图1为手持式电纺丝原理图。

图2通过测量小鼠断尾实验中失血量和止血时间来评价止血复合材料的止血能力。

图3通过动物实验，观察小鼠伤口随时间的变化图。

图4通过测量小鼠断尾实验中失血量和止血时间来评价止血复合材料的止血能力。

图5通过动物实验，观察小鼠伤口随时间的变化图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

其中本发明制备的电纺丝纳米纤维被收集在铝箔上或原位成型于小鼠皮肤伤口上和鼠尾出血伤口处。

本发明中小鼠尾巴止血实验是使用将小鼠尾部切断模型，测定由不同材料制备的电纺丝纤维的止血性能。首先，麻醉9只小鼠，将其随机分为对照组；蛋壳膜/壳聚糖/蛋壳粉组（ESM/Chitosan/ESP）；蛋壳膜/壳聚糖/蛋壳粉/碳点组（CDs-ESM/Chitosan/ESP），然后切掉其尾巴末端约1/4，使用手持静电纺丝设备在伤口处电纺不同的纤维膜，进行原位止血治疗，并计算止血时间和出血量。

本发明皮肤伤口造模和治疗实验使用的小鼠由厦门大学动物室提供，所有动物均按照中国政府卫生部动物实验监督管理委员会的指导方针进行处理，将小鼠进行局部麻醉后，用手术刀在小鼠背部和肩部两侧造模，人为切出直径为7 mm的圆形伤口，用细菌悬液感染小鼠伤口组织，24 h后，在感染的伤口上观察到脓液，之后将小鼠分为三组：对照组；ESM/Chitosan/ESP；CDs-ESM/Chitosan/ESP，对伤口进行不同的处理，观察伤口恢复情况。

实施例1

（1）将废弃的鸡蛋壳膜经浓度为0.02 M的HCl浸泡12 h，使用蒸馏水清洗至中性后，取出烘干磨碎后再置于0.02 M的NaOH溶液中3 h，得到2 wt%蛋壳膜溶液。

（2）使用脱乙酰度大于70%的壳聚糖溶解于醋酸中，得到2 wt%的壳聚糖溶液，保证壳聚糖的高分子量和高粘度的特性。

（3）以鸡蛋膜为原料，将其溶解于柠檬酸中，置于160 ℃环境中水热5 h，反应结束后经过滤、离心、稀释后得到1 wt%的碳点溶液，备用。

（4）将洗净后的蛋壳置于球磨机中（100 g），使用水磨法将蛋壳磨成粉末，时间为3h，取出蛋壳粉，经清洗后烘干备用。

（5）将PVP溶解在适量乙醇中搅拌2 h，以形成均匀15 wt% PVP乙醇溶液。

（6）将步骤（1）鸡蛋壳膜溶液（500 μL）与步骤（2）壳聚糖溶液（1 mL）混合，搅拌均匀之后，加入步骤（3）碳点溶液（500 μL）和步骤（4）蛋壳粉（1 mg），继续搅拌至体系稳定。

（7）所得到的溶液即为电纺丝前体溶液，将该前体溶液通过专用注射器吸入，装载于手持式电纺丝中，用于电纺，纺丝电压为10 kV，纺丝喷嘴的直径为0.4 mm，纺丝喷嘴与收集器之间的距离为10 cm。

其中电纺丝纳米纤维被收集在铝箔上或原位成型于小鼠皮肤伤口上和鼠尾出血伤口处。

本发明中小鼠尾巴止血实验是使用将小鼠尾部切断模型，测定由不同材料制备的电纺丝纤维的止血性能。首先，麻醉9只小鼠，将其随机分为对照组；ESM/Chitosan/ESP；CDs-ESM/Chitosan/ESP，然后切掉其尾巴末端约1/4，使用手持静电纺丝设备在伤口处电纺不同的纤维膜，进行原位止血治疗，并计算止血时间和出血量，结果见图2、图3。

实施例2

（1）将废弃的鸡蛋壳膜经浓度为0.04 M的HCl浸泡18 h，使用蒸馏水清洗至中性后，取出烘干磨碎后再置于0.04 M的NaOH溶液中4 h，得到蛋壳膜溶液（2 wt%）。

（2）使用脱乙酰度大于70%的壳聚糖溶解于乙酸中，得到2 wt%的壳聚糖溶液，保证壳聚糖的高分子量和高粘度的特性。

（3）以鸡蛋膜为原料，将其溶解于柠檬酸中，置于180 ℃环境中水热8 h，反应结束后经过滤、离心、稀释后得到2 wt%碳点溶液，备用。

（4）将洗净后的蛋壳（100 g）置于球磨机中，使用水磨法将蛋壳磨成粉末，时间为5h，取出蛋壳粉，经清洗后烘干备用。

（5）将PVP溶解在乙醇中搅拌2 h，以形成均匀15 wt% PVP乙醇溶液。

（6）将步骤（1）鸡蛋壳膜溶液（500 μL）与步骤（2）壳聚糖溶液（1 mL）按比例混合，搅拌均匀之后，加入步骤（3）碳点溶液（500 μL）和步骤（4）蛋壳粉（1 mg），继续搅拌至体系稳定。

本发明中小鼠尾巴止血实验是使用将小鼠尾部切断模型，测定由不同材料制备的电纺丝纤维的止血性能。首先，麻醉9只小鼠，将其随机分为对照组；ESM/Chitosan/ESP；CDs-ESM/Chitosan/ESP，然后切掉其尾巴末端约1/4，使用手持静电纺丝设备在伤口处电纺不同的纤维膜，进行原位止血治疗，并计算止血时间和出血量，结果见图4、图5。

图1为手持式电纺丝原理图，伤口止血复合材料通过电纺丝设备，将由蛋壳膜、壳聚糖、碳点、蛋壳粉和PVP所组成的电纺丝前体溶液通过手持式电纺丝设备纺出形成止血复合材料。

图2通过测量小鼠断尾实验中失血量和止血时间来评价止血复合材料的止血能力，由图2中的（A、B和C）直观的看到，和对照组相比，ESM/Chitosan/ESP的失血量仅有微量的降低，而CDs-ESM/Chitosan/ESP的纱布表面的血量远少于其他两组，由图2中的（D、E）统计的止血时间和是失血量也验证了观察结果。相对于对照组（约5.7 min）和ESM/Chitosan/ESP（约5.1 min）止血所需要的时间，CDs-ESM/Chitosan/ESP将止血时间减少为4.1 min，大大缩短了止血时间，从而可以进一步加快伤口愈合。除此之外，和对照组相比，ESM/Chitosan/ESP的失血量无明显变化，仅降低了5.7%，可能是由于纤维膜对伤口覆盖的作用。而添加了碳点的纤维膜出血量降低了69.4%，验证了这种复合纤维膜的优异的止血性能。

图3通过动物实验，观察小鼠伤口随时间的变化图。具体为：开始时（第0天），每组小鼠经细菌感染伤口均显示脓肿。4天后，除了CDs-ESM/Chitosan/ESP伤口面积缩小，具有明显愈合的趋势外，其他组的伤口没有明显变化，随着时间增加，到第10天，与其他组相比，CDs-ESM/Chitosan/ESP在减少伤口大小和脓肿方面显示出最佳效果，观察到该组的伤口面积降低。这可能是因为CDs-ESM/Chitosan/ESP中鸡蛋膜能够促进伤口愈合，壳聚糖能够杀灭伤口表面病原菌群，碳点能够起到止血和抗氧化，鸡蛋壳粉能够促进血管生成。

图4通过测量小鼠断尾实验中失血量和止血时间来评价止血复合材料的止血能力，由图2中的（A、B和C）直观的看到，和对照组相比，ESM/Chitosan/ESP的失血量仅有微量的降低，而CDs-ESM/Chitosan/ESP的纱布表面的血量远少于其他两组，由图2中的（D、E）统计的止血时间和是失血量也验证了观察结果。相对于对照组（约5.7 min）和ESM/Chitosan/ESP（约5.5 min）止血所需要的时间，CDs-ESM/Chitosan/ESP将止血时间减少至4.3 min，大大缩短了止血时间，从而可以进一步加快伤口愈合。除此之外，和对照组相比，ESM/Chitosan/ESP的失血量无明显变化，仅降低了10.6%，可能是由于纤维膜对伤口覆盖的作用。而添加了碳点的纤维膜出血量降低了67.5%，验证了这种复合纤维膜的优异的止血性能。

图5通过动物实验，观察小鼠伤口随时间的变化图。具体为：开始时（第0天），每组小鼠经细菌感染伤口均显示脓肿。4天后，除了CDs-ESM/Chitosan/ESP伤口面积缩小，具有明显愈合的趋势外，其他组的伤口没有明显变化，随着时间增加，到第10天，与其他组相比，CDs-ESM/Chitosan/ESP在减少伤口大小和脓肿方面显示出最佳效果，观察到该组的伤口面积降低。这可能是因为CDs-ESM/Chitosan/ESP中鸡蛋膜能够促进伤口愈合，壳聚糖能够杀灭伤口表面病原菌群，碳点能够起到止血和抗氧化，鸡蛋壳粉能够促进血管生成。

Claims

1.一种伤口止血复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

（1）蛋壳膜预处理：收集废弃的蛋壳，将收集的蛋壳反复清洗，在室温条件下浸泡1-8h，用镊子将蛋壳膜由蛋壳上撕下，清洗备用；

（2）蛋壳膜载体的制备：取步骤（1）所得的蛋壳膜，将其浸入盐酸溶液中，浸泡12-24 h，取出烘干后磨碎，置于NaOH溶液中3-10 h，得到2 wt% 蛋壳膜溶液；

（3）使用脱乙酰度大于70%的壳聚糖溶解于醋酸中，得到2 wt%的壳聚糖溶液，保证壳聚糖的高分子量和高粘度的特性；

（4）碳点溶液的制备：取蛋壳膜溶液于柠檬酸溶液中，置于反应釜中水热8-15 h，水热温度为150-220 ℃，反应结束后经过滤、离心、稀释后得到1 wt%碳点溶液，备用；

（5）蛋壳粉的制备：取步骤（1）撕下蛋壳膜后的100 g蛋壳于球磨机中，使用水磨法将蛋壳磨成粉末，球磨时间为3-8 h；

（6）聚乙烯吡咯烷酮PVP溶液的制备：将PVP溶解在乙醇中搅拌，以形成均匀15-20 wt%PVP乙醇溶液；

（7）将500 μL蛋壳膜溶液、1 mL壳聚糖溶液、500 μL碳点溶液和1 mg蛋壳粉与5 mLPVP溶液混合，形成电纺丝前体溶液，将电纺丝溶液吸入注射器中用于电纺丝。

2.根据权利要求1所述的伤口止血复合材料的制备方法，其特征在于，所述蛋壳膜包括鸡蛋膜、鸭蛋膜、鹅蛋膜中的任一种。

3.根据权利要求1所述的伤口止血复合材料的制备方法，其特征在于，所述盐酸溶液浓度为0.01-0.1 M。

4.根据权利要求1所述的伤口止血复合材料的制备方法，其特征在于，所述NaOH溶液的浓度为0.01-0.1 M。

5.根据权利要求1所述的伤口止血复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（7），电纺丝具体条件为：纺丝电压为5-10 kV，纺丝喷嘴的直径为0.4 mm，纺丝喷嘴与收集器之间的距离为10-15 cm。

6.一种如权利要求1-5任一项方法制备获得的伤口止血复合材料。