CN114272426A - 一种氧化石墨烯改性医用脱脂棉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及脱脂棉技术领域，提供了一种氧化石墨烯改性医用脱脂棉的制备方法，包括以下步骤：S1.大片层氧化石墨烯包裹棉纤维；S2.中片层氧化石墨烯填充缝隙；S3.表面处理：向容器中缓慢滴加Tris溶液，调节反应体系溶液pH至8～9；然后在反应体系溶液中加入交联剂、分散剂，搅拌混合均匀；S4.冷冻处理：将S3得到的溶液进行冷冻干燥处理；S5.灭菌封装：在无菌条件下，将S4得到的氧化石墨烯脱脂棉灭菌后封装，即得成品。本发明制备得到的氧化石墨烯改性脱脂棉具有疏松多孔的结构，因而具有优异的吸水和止血效果及机械强度，且不增加感染概率、不影响组织愈合、价格便宜等，适合于目前外科止血领域。

Description

一种氧化石墨烯改性医用脱脂棉及其制备方法

技术领域

本发明涉及脱脂棉技术领域，具体而言，涉及一种氧化石墨烯改性医用脱脂棉及其制备方法。

背景技术

止血是外科基本操作技术的核心之一。当下，几乎所有涉及人体任何部位的外科操作无一例外地存在着从出血与止血的过程，理想的生物止血材料应具备以下特点：止血迅速、无毒性、无抗原性、不增加感染概率、不影响组织愈合、价格便宜等。目前常用的止血材料有纤维蛋白胶、胶原蛋白、壳聚糖、多微孔类无机材料、羧甲基纤维素等，它们的作用机理和使用方法不尽相同，止血效果也有差别。目前止血棉行业生产附加值不高，用于临床止血效果不强。因此急需一种可以高效促进凝血的止血棉。

现有专利公开了CN201610285122.9一种石墨烯医用棉及其制备方法，公开了其采用棉散纤维、石墨烯、纳米银以及中药组合物提取液制备而成，其最后将冻干的棉散纤维与石墨烯混合，经混棉、清花、梳理、铺网后制备得到石墨烯医用棉；但是其将棉纤维与石墨烯直接混合，石墨烯分布不均匀，所得的产品很容易出现分层现象，且所得的棉纤维的止血、吸收率远不够止血时的使用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化石墨烯改性医用脱脂棉的制备方法，其制备得到的氧化石墨烯改性脱脂棉具有疏松多孔的结构，因而具有优异的吸水和止血效果，且不增加感染概率、不影响组织愈合、价格便宜等，适合于目前外科止血领域。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

一种氧化石墨烯改性医用脱脂棉的制备方法，包括以下步骤：

S1.大片层氧化石墨烯包裹棉纤维：在容器中先后加入棉纤维溶液、大片层氧化石墨烯溶液，超声后，搅拌混合均匀；

S2.中片层氧化石墨烯填充缝隙：搅拌结束后，向容器中加入1.0～2.0mg/mL的中片层氧化石墨烯水溶液，继续搅拌混合均匀；

S3.表面处理：向容器中缓慢滴加Tris溶液，调节反应体系溶液pH至8～9；然后在反应体系溶液中加入交联剂、分散剂，搅拌混合均匀；

S4.冷冻处理：将S3得到的溶液进行冷冻干燥处理；

S5.灭菌封装：在无菌条件下，将S4得到的氧化石墨烯脱脂棉灭菌后封装，即得成品。

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

1、本发明首先用大片层氧化石墨烯包裹棉纤维后，棉纤维具有与氧化石墨烯相类似的表面结构，然后再用中片层氧化石墨烯，从而可更容易地填充于上述包裹后的大片层氧化石墨烯与棉纤维之间、石墨烯与石墨烯之间以及棉纤维之间的空隙中，使得棉纤维外表面可以更充分地被氧化石墨烯包覆，搭建疏松多孔的结构，足够多的疏松多孔的结构有助于良好的止血效果、吸水率及机械强度；最重要的是，本发明通过上述分次包覆并控制大片层氧化石墨烯溶液、中片层氧化石墨烯水溶液及棉纤维溶液的质量比很好地解决了产品分层问题，使得棉纤维与氧化石墨烯刚好反应完全且相互交织在一起，节约成本且产品交互性更好。

2、本发明通过对包裹后的脱脂棉表面利用Tris溶液及交联剂、分散剂进行表面处理；从而大大地增加了棉纤维之间、棉纤维与石墨烯之间以及石墨烯与石墨烯之间的相互连接的化学键的强度，增大了其机械强度。由此，既增加单位质量棉花的比表面积，又提升了其机械强度，大大提高了产品质量及作用效果。

3、本发明在表面处理后进行冷冻干燥处理，从而使得处理后的脱脂棉可以生成更多疏松多孔的结构，相比较于传统地干燥的样品，冷冻干燥能够吸附的水分子更多，大大增加产品使用时的吸水率和凝血性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例3制备得到的产品的实物图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例提供的一种氧化石墨烯改性医用脱脂棉及其制备方法进行具体说明。

一种氧化石墨烯改性医用脱脂棉的制备方法，包括以下步骤：

S1.大片层氧化石墨烯包裹棉纤维：准备2.0～3.0mg/mL的大片层氧化石墨烯溶液，在容器中先后加入棉纤维溶液、大片层氧化石墨烯溶液，超声处理后，搅拌混合均匀，利用光照法处理得到的氧化石墨烯巨大的表面积特性更全面且均匀地包裹棉纤维；

S2.中片层氧化石墨烯填充缝隙：搅拌结束后，向容器中加入1.0～2.0mg/mL的中片层氧化石墨烯水溶液，继续搅拌混合均匀；大片层氧化石墨烯的直径约为200um，中片层法制得的氧化石墨烯片层直径约为20um，用大片层包裹棉纤维后，棉纤维具有与氧化石墨烯相类似的表面结构，然后再用具有环氧基官能团的中片氧化石墨烯，搭建疏松多孔的结构，从而可更容易地填充于上述包裹后的氧化石墨烯棉纤维之间的空隙中，使得棉纤维外表面可以更充分地被氧化石墨烯包覆，足够多的疏松多孔的结构有助于良好的止血吸水率及机械强度；另外，本发明通过上述分次包覆并控制大片层氧化石墨烯溶液、中片层氧化石墨烯水溶液及棉纤维溶液的质量比很好地解决了产品分层问题，使得棉纤维与氧化石墨烯刚好反应完全且相互交织在一起，节约成本且产品交互性更好。

最重要的是，本发明通过在棉纤维外再包覆带有高负电荷的大片层及中片层氧化石墨烯，利用高负电荷所诱发的内源性凝血途径，从而大大增强了改性脱脂棉的凝血效果；另外，大片层氧化石墨烯表面sp2区域的低电子密度特性，能够促进血小板伪足放射状生长，也可提升凝血效率；最后，本发明选用具有环氧基官能团的中片氧化石墨烯的特性可增强脱脂棉材料的止血、凝血、抑菌能力。高浓度含氧官能团以及大面积特征的氧化石墨烯，用物理包覆和化学键合连用方法，发挥优异的吸水及凝血效果。

S3.表面处理：向容器中缓慢滴加Tris溶液，调节反应体系溶液pH至8～9；然后在反应体系溶液中加入交联剂、分散剂，搅拌混合均匀；从而大大地增加了棉纤维之间、棉纤维与石墨烯之间以及石墨烯与石墨烯之间的相互连接的化学键的强度，增大了其机械强度。由此，既增加单位质量棉花的比表面积，又提升了其机械强度，大大提高了产品质量及作用效果。

S4.冷冻处理：将S3得到的溶液进行冷冻干燥处理；发明人创新性地在表面处理后进行冷冻干燥处理，从而使得处理后的脱脂棉可以生成更多疏松多孔的结构，既保持了对水分子与血液的吸附性能，又克服了其在处理过程中棉纤维可能发生流失的缺点，相比较于传统地干燥的样品，冷冻干燥能够吸附的水分子更多，大大增加产品使用时的吸水率和凝血性能。

S5.灭菌封装：在无菌条件下，将S4得到的氧化石墨烯脱脂棉灭菌后封装，即得成品。

进一步地，所述棉纤维溶液的制备方法如下：称取所需的医用脱脂棉，并破碎，然后加入10％的硫酸，边加热边搅拌，直至棉纤维完全溶解，并调节棉纤维溶液pH为6.5～7.0，然后停止加热，自然冷却至室温。

进一步地，所述大片层氧化石墨烯溶液的制备方法参照CN202010495638.2一种光照法制得的氧化石墨烯的说明书内容。

进一步地，所述大片层氧化石墨烯溶液、中片层氧化石墨烯水溶液及棉纤维溶液的质量比为1：0.5-1：5-10。

进一步地，所述大片层氧化石墨烯的直径为100-300um，中片层氧化石墨烯水片层直径为10um-50μm。

进一步地，所述Tris溶液的制备方法如下：称取适量的Tris固体粉末，与去离子水充分溶解，并超声处理5-10min，即得Tris溶液。

进一步地，所述交联剂为多巴胺浓溶液和小分子交联剂浓溶液的混合溶液。

进一步地，多巴胺浓溶液的浓度为2-6mmol/L，小分子交联剂浓溶液的浓度为0.5-1.5mmol/L，多巴胺浓溶液和小分子交联剂浓溶液的体积比为1:1。

进一步地，所述小分子交联剂浓溶液为：二氨基丙氨酸盐酸盐浓溶液。

需要特别声明的是，S3中搅拌混合时，需在避光条件下搅拌2-3h，避光条件下搅拌能够保证合成出来的氧化石墨烯具有完整的表面结构。

进一步地，所述分散剂包括甲壳素纳米晶、甲壳素纳米纤维中的一种或多种；

进一步地，所述分散剂与棉纤维的质量比例为1:10-50。

进一步地，S4中先将溶液在-50～-100℃条件下预冷冻15-20h，然后再放入冷冻干燥器中进行冷冻干燥，冷冻干燥5-7天。

实施例1

一种氧化石墨烯改性医用脱脂棉的制备方法，包括以下步骤：

S1.大片层氧化石墨烯包裹棉纤维：在容器中先后加入60mL、40mg/mL中性酸解棉纤维溶液、200mL、2.4mg/mL的大片层氧化石墨烯溶液(具体地，参照CN202010495638.2中实施例1的制备方法，制备得到大片层氧化石墨烯的直径为300um)，超声后，搅拌混合均匀；

S2.中片层氧化石墨烯填充缝隙：搅拌结束后，向容器中加入120mL、1.4mg/mL的中片层氧化石墨烯水溶液(中片层氧化石墨烯片层直径为30um)，继续搅拌混合均匀；

S3.表面处理：吸取Tris溶液1mL向容器中逐滴滴加，开始时每滴5滴后检测pH，当pH接近8.5时每滴2滴后检测pH，直至反应体系溶液pH至8.5；然后在反应体系溶液中加入4mL、4mM的多巴胺浓溶液和入4mL、1mM的二氨基丙氨酸盐酸盐浓溶液的混合溶液、甲壳素纳米纤维，搅拌混合均匀；

S4.冷冻处理：将S3得到的溶液进行冷冻干燥5天；

S5.灭菌封装：在无菌条件下，将S4得到的氧化石墨烯脱脂棉灭菌后封装，即得成品。

实施例2

一种氧化石墨烯改性医用脱脂棉的制备方法，包括以下步骤：

S1.大片层氧化石墨烯包裹棉纤维：在容器中先后加入50mL、40mg/mL中性酸解棉纤维溶液、200mL、3mg/mL的大片层氧化石墨烯溶液(具体地，参照CN202010495638.2中实施例1的制备方法，制备得到大片层氧化石墨烯的直径为250um)，超声后，搅拌混合均匀；

S2.中片层氧化石墨烯填充缝隙：搅拌结束后，向容器中加入150mL、2mg/mL的中片层氧化石墨烯水溶液(中片层氧化石墨烯片层直径为30um)，继续搅拌混合均匀；

S3.表面处理：吸取Tris溶液1mL，向容器中逐滴滴加，开始时每滴5滴后检测pH，当pH接近8.5时每滴2滴后检测pH，直至反应体系溶液pH至9；然后在反应体系溶液中加入4mL、4mM的多巴胺浓溶液和入4mL、1mM的二氨基丙氨酸盐酸盐浓溶液的混合溶液、甲壳素纳米纤维，搅拌混合均匀；

S4.冷冻处理：将S3得到的溶液进行冷冻干燥5天；

S5.灭菌封装：在无菌条件下，将S4得到的氧化石墨烯脱脂棉灭菌后封装，即得成品。

实施例3

一种氧化石墨烯改性医用脱脂棉的制备方法，包括以下步骤：

S1.大片层氧化石墨烯包裹棉纤维：在容器中先后加入50mL、60mg/mL中性酸解棉纤维溶液、250mL、2mg/mL的大片层氧化石墨烯溶液(具体地，参照CN202010495638.2中实施例1的制备方法，制备得到大片层氧化石墨烯的直径为200um)，超声后，搅拌混合均匀；

S2.中片层氧化石墨烯填充缝隙：搅拌结束后，向容器中加入170mL、2mg/mL的中片层氧化石墨烯水溶液(中片层氧化石墨烯片层直径为20um)，继续搅拌混合均匀；

S3.表面处理：吸取Tris溶液1mL向容器中逐滴滴加，开始时每滴5滴后检测pH，当pH接近8.5时每滴2滴后检测pH，直至反应体系溶液pH至8.5；然后在反应体系溶液中加入4mL、4mM的多巴胺浓溶液和入4mL、1mM的二氨基丙氨酸盐酸盐浓溶液的混合溶液、甲壳素纳米纤维，搅拌混合均匀；

S4.冷冻处理：将S3得到的溶液进行冷冻干燥5天；

S5.灭菌封装：在无菌条件下，将S4得到的氧化石墨烯脱脂棉灭菌后封装，即得成品，见附图1。

对比例1

与实施例3的区别在于：无步骤S2，即无中片层氧化石墨烯填充缝隙。

对比例2

与实施例3的区别在于：无步骤S3，即无表面处理。

对比例3

与实施例3的区别在于：多巴胺浓度1mM。

实验例1-吸水实验

1、实验步骤：

1.1称量空白表面皿质量：将直径9cm空白表面皿放入万分之一天平中称量并记录数据M1。

1.2称量装有止血棉的表面皿质量：将制得的止血棉放入空白表面皿中，然后放入万分之一天平中进行称量并记录数据M2。

1.3称量吸水完全的止血棉表面皿的质量：将装有止血棉的表面皿30-45度放置，用一次性塑料吸管吸取蒸馏水滴加在止血棉中，直至止血棉吸水达到饱满，没有成股的水流流下和水滴滴落为止。将装有吸水完全的止血棉表面皿放入万分之一天平中称量并记录数据M3。

2、计算吸水率

按照上述实验步骤计算实施例1-3及对比例1-3制得的止血棉的吸水率，结果如表1所示，其中吸水率＝(M3-M2)/(M2-M1)。

表1止血棉的吸水性能检测数据

空白组即普通医用脱脂棉。由表1数据可知：本发明止血棉的吸水率可以达到49％以上，而对比例1没有中片层氧化石墨烯填充缝隙，其吸水率远远低于本实施例脱脂棉的吸水率；对比例2没有进行表面处理，其吸收率低于本实施例脱脂棉的吸水率；对比例3减小了多巴胺浓度、即会交联不够，其吸水率远远低于本实施例脱脂棉的吸水率；无论是对比例1-3的脱脂棉的吸水率约达到20％-25％之间，其吸收效果原低于本实施例的改性脱脂棉的吸水率，由此可知，本实施例改性后的脱脂棉具有优异的吸水效果。

实验例2-凝血指数实验

(1)采集血液：采集无抗凝剂新鲜全血。

(2)分组处理：①用微量加样枪取新鲜血液50μL加到一个空白培养皿中，作为空白对照组；②在空白对照组的基础上，加入4μLCaCl₂，作为加钙组；③在空白对照组的基础上，加入0.1g普通医用脱脂棉，作为脱脂棉组；④在空白对照组的基础上，加入0.1g本实施例3的氧化石墨烯改性医用脱脂棉，作为GO棉组。

(3)测试分析：在300s时向反应体系中缓慢加入10ml去离子水，并轻微摇晃以溶解未凝固的血红蛋白。使用紫外分光光度计分别在415nm、540nm波长下测量每组样品的吸光度，每组各做四组平行实验，结果如表2所示，凝血指数(BCI)＝A样品/A空白*100％；BCI越低，凝血效果越好。

表2各实验组的凝血指数数据

由表2数据可知：本发明氧化石墨烯改性医用脱脂棉在415nm时凝血指数为8.55％，相对普通脱脂棉及加钙组具有突出的促凝血效果，即使在540nm条件下，相对普通脱脂棉及加钙组也具有较好的促凝血效果；说明本发明改性脱脂棉具备优异的促凝血效果，止血效果优异。

综上所述，本发明通过采用大片层及中片层氧化石墨烯包裹棉纤维，制备得到的氧化石墨烯改性脱脂棉具有优异的吸水和止血效果、不增加感染概率、不影响组织愈合、价格便宜等，适合于目前外科止血领域。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.氧化石墨烯改性医用脱脂棉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.大片层氧化石墨烯包裹棉纤维：在容器中先后加入棉纤维溶液、大片层氧化石墨烯溶液，超声后，搅拌混合均匀；

S2.中片层氧化石墨烯填充缝隙：搅拌结束后，向容器中加入中片层氧化石墨烯水溶液，继续搅拌混合均匀；

S3.表面处理：向容器中缓慢滴加Tris溶液，调节反应体系溶液pH至碱性；然后在反应体系溶液中加入交联剂、分散剂，搅拌混合均匀；

S4.冷冻处理：将S3得到的溶液进行冷冻干燥处理；

S5.灭菌封装：在无菌条件下，将S4得到的氧化石墨烯脱脂棉灭菌后封装，即得成品。

2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性医用脱脂棉的制备方法，其特征在于，所述棉纤维溶液的制备方法如下：称取所需的医用脱脂棉，并破碎，然后加入10％的硫酸，边加热边搅拌，直至棉纤维完全溶解，并调节棉纤维溶液pH为6.5～7.0，然后停止加热，自然冷却至室温。

3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性医用脱脂棉的制备方法，其特征在于，所述大片层氧化石墨烯溶液、中片层氧化石墨烯水溶液及棉纤维溶液的质量比为1：0.1-1：5-10。

4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性医用脱脂棉的制备方法，其特征在于，所述大片层氧化石墨烯的直径为100-300um，中片层氧化石墨烯水片层直径为10um-50μm。

5.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性医用脱脂棉的制备方法，其特征在于，所述交联剂为多巴胺浓溶液和小分子交联剂浓溶液的混合溶液。

6.根据权利要求5所述的氧化石墨烯改性医用脱脂棉的制备方法，其特征在于，所述多巴胺浓溶液的浓度为2-6mmol/L，小分子交联剂浓溶液的浓度为0.5-1.5mmol/L，多巴胺浓溶液和小分子交联剂浓溶液的体积比为1:1。

7.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性医用脱脂棉的制备方法，其特征在于，S3中搅拌混合时，在避光条件下搅拌2-3h。

8.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性医用脱脂棉的制备方法，其特征在于，所述分散剂包括甲壳素纳米晶、甲壳素纳米纤维中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性医用脱脂棉的制备方法，其特征在于，S4中先将溶液预冷冻15-20h，然后再放入冷冻干燥器中进行冷冻干燥，冷冻干燥5-7天。

10.一种氧化石墨烯改性医用脱脂棉，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的氧化石墨烯改性医用脱脂棉的制备方法制备得到。

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