CN115154647A

CN115154647A - 壳聚糖基复合止血海绵及其制备方法

Info

Publication number: CN115154647A
Application number: CN202210809024.6A
Authority: CN
Inventors: 周应山; 范朋珲; 石凯; 陈晓; 杨红军; 顾绍金; 徐卫林
Original assignee: Wuhan Textile University
Current assignee: Wuhan Textile University
Priority date: 2022-07-11
Filing date: 2022-07-11
Publication date: 2022-10-11
Anticipated expiration: 2042-07-11
Also published as: CN115154647B

Abstract

本发明提供了一种壳聚糖基复合止血海绵及其制备方法，包括以下步骤：S1.将羧基化壳聚糖短纤与壳聚糖酸溶液混合，然后预冻干，接着在碱性溶液中浸泡后，再次冻干，得到羧基化壳聚糖海绵基体；S2.将羧基化壳聚糖海绵基体在3,4‑二羟基苯甲醛溶液中浸渍吸附预设时间后，取出洗涤，再次冻干，得到邻苯二酚交联改性的壳聚糖基复合止血海绵。本发明将羧基化壳聚糖海绵基体浸渍吸附3,4‑二羟基苯甲醛后，再次冻干，使得3,4‑二羟基苯甲醛能够分别与海绵基体中的羧基化壳聚糖短纤及壳聚糖交联，提高海绵力学性能，并保证3,4‑二羟基苯甲醛不被氧化，从而在与创面接触时，实现良好的粘附和压迫止血性能。

Description

壳聚糖基复合止血海绵及其制备方法

技术领域

本发明涉及医用材料技术领域，尤其涉及一种壳聚糖基复合止血海绵及其制备方法。

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事故死亡的最重要原因，同时也是在创伤急救和外科手术中经常要面对的难题。在出现严重的组织损伤时，出血往往不受控制，也是造成受伤士兵和事故伤员死亡的主要原因。所以，快速有效的止血是避免失血性休克甚至死亡的最根本策略。要实现有效止血，就离不开止血材料的应用。传统的止血材料主要包括纱布、止血带或绷带，虽然可以在短时间内对抢救伤员和挽救生命中起到十分重要的作用，但是对于不可控制性出血几乎无效。

目前已经开发出一些运用于局部止血的材料，比如明胶止血海绵，但在实际应用中，仍存在一定不足。单一的壳聚糖止血材料在减少出血和延长存活方面，与其他止血材料相比没有明显的优势。在轻度出血创面的应用中效果很好，但是对于严重出血创伤的止血效果仍存在缺陷，要提高它的止血效果，需结合其他凝血因子和止血材料等来增强其止血效果。

专利CN202110772237.1公开了一种羧基化壳聚糖医用海绵及其制备方法，该方法将羧基化壳聚糖短纤与壳聚糖溶液混合制成海绵，并通过碱洗提高海绵力学性能，从而提高海绵吸液效果，加速血液凝固。但是该海绵主要依赖聚糖纤维上的羧基提高海绵的吸液速率和吸液量，从而提高血小板浓度实现止血，止血效果的提高有限。而且这种主要依靠快速吸液中的水分来实现快速止血的海绵，不可避免的会造成止血的同时，出血量也相应有所增大。因此，如何同时降低止血海绵的止血时间和出血量是亟待解决的问题。

有鉴于此，有必要设计一种改进的壳聚糖基复合止血海绵及其制备方法，以解决上述问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种壳聚糖基复合止血海绵及其制备方法，将羧基化壳聚糖海绵基体浸渍吸附3,4-二羟基苯甲醛后，再次冻干，使得3,4-二羟基苯甲醛同时与海绵基体中的羧基化壳聚糖短纤及壳聚糖交联，同时保证3,4-二羟基苯甲醛不被氧化，从而在与创面接触时，实现良好的粘附和压迫止血性能。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种壳聚糖基复合止血海绵的制备方法，包括以下步骤：

S1.将羧基化壳聚糖短纤与壳聚糖酸溶液混合，然后预冻干，接着在碱性溶液中浸泡后，再次冻干，得到羧基化壳聚糖海绵基体；

S2.将所述羧基化壳聚糖海绵基体在3,4-二羟基苯甲醛溶液中浸渍吸附预设时间后，取出洗涤，再次冻干，得到邻苯二酚交联改性的壳聚糖基复合止血海绵。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中，所述3,4-二羟基苯甲醛溶液的溶剂为无水乙醇和去离子水组成的混合溶剂，无水乙醇和去离子水的体积比为(2-5):1。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中，所述羧基化壳聚糖海绵基体和3,4-二羟基苯甲醛的质量比为(0.5-2):1；所述壳聚糖基复合止血海绵中邻苯二酚的质量含量为10％-50％。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中，浸渍吸附的时间为5-20h。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中，所述羧基化壳聚糖纤维是采用丙烯酸对壳聚糖纤维进行改性得到；所述丙烯酸的取代度为0.3-0.8。

作为本发明的进一步改进，所述丙烯酸的接枝包括：将丙烯酸加入到无水乙醇中，然后放入壳聚糖纤维，在60-80℃下反应24-50h；反应结束后，将羧基化壳聚糖纤维至强碱性，再用无水乙醇/去离子水混合溶液洗至中性，最后干燥得到羧基化壳聚糖纤维。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中，羧基化壳聚糖短纤的质量含量为0.5％-2％，壳聚糖的质量含量为2％-4％；所述羧基化壳聚糖短纤的直径为10-30μm，长度为300-600μm。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中，所述碱性溶液为1％-4％的氢氧化钠水溶液和无水乙醇组成的混合碱洗液，在碱洗液中浸泡洗涤至pH为7-8。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中，所述预冻干包括：在4℃的冰箱中冷冻4-8h，之后取出放入-21℃的冰箱中冷冻4-8h，最后放入-41℃的冰柜中冷冻12h以上；所述再次冻干包括：在-41℃的冰柜中冷冻10-15h，然后移入冷冻干燥机中冻干。

一种壳聚糖基复合止血海绵，采用上述任一项所述的制备方法制备得到。

本发明的有益效果是：

1.本发明提供的壳聚糖基复合止血海绵的制备方法，先将羧基化壳聚糖短纤与壳聚糖制成羧基化壳聚糖海绵基体，再浸渍吸附3,4-二羟基苯甲醛进行交联，一方面，可以防止3,4-二羟基苯甲醛的酚羟基被氧化，从而可以和创面组织上的胺基、巯基等基团形成共价键以及氢键，对血小板、红细胞形成良好的粘附效果，保证了邻苯二酚的粘附性能，促进伤口部位凝血；另一方面，3,4-二羟基苯甲醛可以分别和海绵基体中羧基化壳聚糖短纤及壳聚糖上的氨基反应，形成更丰富的交联结构，使得海绵在湿态下具有优异的回弹性，压缩后可以迅速回复，这对于不可控的伤口出血十分有益，吸液后可以快速封堵伤口，并产生一定的压力，促进伤口止血。因此，后浸渍交联相比先在羧基化壳聚糖短纤上接枝3,4-二羟基苯甲醛的效果更优。

2.本发明制备方法具有工艺成本低以及制备方法简单的特点，制备过程安全无毒，具有良好的生物相容性和可降解性。该方法极大的提高了邻苯二酚的接枝率，壳聚糖、羧基化壳聚糖和邻苯二酚相互协同，加快止血，使得复合海绵在止血性能方面更突出。

附图说明

图1为本发明制备的壳聚糖基复合止血海绵扫描电镜(SEM)图。

图2为海绵实物照片，左边为壳聚糖(CS)海绵，右边为壳聚糖基复合止血海绵(HS)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在具体实施例中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本发明提供的一种壳聚糖基复合止血海绵的制备方法，包括以下步骤：

如此操作，先将羧基化壳聚糖短纤与壳聚糖制成羧基化壳聚糖海绵基体，再浸渍吸附3,4-二羟基苯甲醛进行交联，一方面可以防止3,4-二羟基苯甲醛的酚羟基被氧化(羧基化海绵基体在乙醇/水溶液中属于中性，而3,4-二羟基苯甲醛在碱性条件下容易发生氧化，通过海绵和3,4-二羟基苯甲醛在乙醇/水混合溶液中反应，该反应过程在中性条件下发生，保证了反应过程中邻苯二酚结构的稳定，避免其发生氧化，保留了邻苯二酚自身优异的粘附性能)，从而可以和组织上的胺基、巯基等基团形成共价键以及氢键，对血小板、红细胞形成良好的粘附效果，促进伤口部位凝血；另一方面3,4-二羟基苯甲醛可以分别和海绵基体中羧基化壳聚糖短纤及壳聚糖上的氨基反应，形成更丰富的交联结构，使得海绵在湿态下具有优异的回弹性，压缩后可以迅速回复，这对于不可控的伤口出血十分有益，吸液后可以快速封堵伤口，并产生一定的压力，促进伤口止血。因此，后浸渍交联相比先在羧基化壳聚糖短纤上接枝3,4-二羟基苯甲醛的效果更优。

步骤S2中，所述3,4-二羟基苯甲醛溶液的溶剂为无水乙醇和去离子水组成的混合溶剂，无水乙醇和去离子水的体积比为(2-5):1。所述羧基化壳聚糖海绵基体和3,4-二羟基苯甲醛的质量比为(0.5-2):1；所述壳聚糖基复合止血海绵中邻苯二酚的质量含量为10％-50％，优选为25％-33％，即羧基化壳聚糖海绵基体与接枝的邻苯二酚的质量比为(1-8):1。

步骤S2中，浸渍吸附的时间为5-20h。

步骤S1中，所述羧基化壳聚糖纤维是采用丙烯酸对壳聚糖纤维进行改性得到；所述丙烯酸的取代度为0.3-0.8。

所述丙烯酸的接枝包括：将丙烯酸加入到无水乙醇中，然后放入壳聚糖纤维，在60-80℃下反应24-50h；反应结束后，将羧基化壳聚糖纤维至强碱性，再用无水乙醇/去离子水混合溶液洗至中性，最后干燥得到羧基化壳聚糖纤维。

基体可以为：取175g丙烯酸加入到800ml无水乙醇中，将50g壳聚糖(CS)纤维放入反应溶液中，在60℃恒温水浴中振荡反应48h；反应结束后，用氢氧化钠制备的碱液，碱洗羧基化壳聚糖至强碱性；再用无水乙醇/去离子水(体积比4:1)的混合溶液将碱洗后的壳聚糖洗至中性，再用无水乙醇醇洗3次；最后在50℃的烘箱中烘干，得到羧基化壳聚糖纤维。在此步骤中，丙烯酸的烯烃基与壳聚糖上的氨基发生加成反应，实现接枝。

步骤S1中，羧基化壳聚糖短纤的质量含量为0.5％-2％，壳聚糖的质量含量为2％-4％；所述羧基化壳聚糖短纤的直径为10-30μm，长度为300-600μm。

步骤S1中，所述碱性溶液为1％-4％的氢氧化钠水溶液和无水乙醇组成的混合碱洗液，在碱洗液中浸泡洗涤至pH为7-8。

步骤S1中，所述预冻干包括：在4℃的冰箱中冷冻4-8h，之后取出放入-21℃的冰箱中冷冻4-8h，最后放入-41℃的冰柜中冷冻12h以上；所述再次冻干包括：在-41℃的冰柜中冷冻10-15h，然后移入冷冻干燥机中冻干。

羧基化壳聚糖海绵基体的制备方法可以为：将壳聚糖(2-4％)和羧基化壳聚糖(0.5-2％)短纤(10-30μm)投入体积百分比浓度为2％的乙酸水溶液中，搅拌6-12h后，将其倒入烧杯中静置脱泡。待气泡完全消失，分装到特制的模具中，密封。先放入4℃的冰箱中6h，再放入-21℃冰箱冷冻6h，最后放入-41℃的冰柜中冷冻12h以上。冷冻后脱除模具，放入冷冻干燥机中冻干，取出冻干后的产物，进行后处理。将其放入质量百分比浓度(下同)为1％-4％的氢氧化钠(或者2％NaOH/无水乙醇(体积比1:2)，4％NaOH/无水乙醇(体积比1:4))溶液中浸泡12h，然后用去离子水将其洗涤至pH值为7-8，之后放入去离子水中浸泡6h。将处理好的海绵放入-41℃的冰柜中冷冻12h，然后移入冷冻干燥机中冻干，制备得到羧基化壳聚糖海绵。

实施例1-3

一种壳聚糖基复合止血海绵的制备方法，包括以下步骤：

(1)羧基化壳聚糖(CECS)纤维制备过程

取丙烯酸加入到800mL无水乙醇中，将壳聚糖(CS)纤维放入反应溶液中，在60℃恒温水浴中振荡反应48h；反应结束后，用氢氧化钠制备的碱液，碱洗羧基化壳聚糖至强碱性；再用无水乙醇/去离子水(体积比4:1)的混合溶液将碱洗后的壳聚糖洗至中性，再用无水乙醇醇洗3次；最后在50℃的烘箱中烘干，得到羧基化壳聚糖短纤。在此步骤中，丙烯酸的烯烃基与壳聚糖上的氨基发生加成反应，实现接枝，羧基取代度为0.53。

(2)羧基化壳聚糖(CS-CECS)海绵基体的制备过程

将羧基化壳聚糖短纤与壳聚糖乙酸水溶液混合均匀，静置脱泡，然后冻干；接着将其放入质量百分比浓度为2％NaOH/无水乙醇(体积比1:2)溶液中浸泡12h，然后用去离子水将其洗涤至pH值为7-8，之后放入去离子水中浸泡6h；将处理好的海绵再次冻干，得到CS-CECS海绵基体。

(3)制备邻苯二酚改性羧基化壳聚糖(HS)海绵

在450ml无水乙醇/去离子水(4：1)的混合溶液中，加入羧基化壳聚糖(CS-CECS)海绵和3,4-二羟基苯甲醛(HBA)，在室温下反应12小时。反应结束后，用无水乙醇/去离子水混合溶液洗2次，再用去离子水洗涤数次，放入冰柜中冷冻后移入冷冻干燥机中冻干，得到邻苯二酚改性的羧基化壳聚糖(HS)海绵。

如图1所示，可以看出，本发明制备的邻苯二酚改性的羧基化壳聚糖(HS)海绵具有较规整的孔隙结构，且孔隙较大，因此吸液效果良好。如图2所示，可以看出，浸渍吸附3,4-二羟基苯甲醛后，海绵变为橙色，说明成功接枝交联。且后浸渍交联与先在羧基化壳聚糖纤维上接枝3,4-二羟基苯甲醛的颜色不一样，间接说明两种接枝方法得到的海绵的结构有差异。

对比例1

一种壳聚糖止血海绵的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，未添加羧基化壳聚糖短纤和3,4-二羟基苯甲醛，即为单一的壳聚糖海绵。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。

对比例2

一种壳聚糖止血海绵的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，未浸渍3,4-二羟基苯甲醛，即为羧基化壳聚糖海绵基体。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。

对比例3

一种壳聚糖止血海绵的制备方法，与实施例2相比，不同之处在于，先在羧基化壳聚糖短纤上接枝邻苯二酚，再与壳聚糖制成复合海绵。邻苯二酚改性羧基化壳聚糖纤维中羧基与邻苯二酚的摩尔比为9:1，两者总取代度为0.7。

表1实施例1-3及对比例1-2的制备参数

对实施例1-3及对比例1-3得到的海绵及其他止血材料进行不同部位出血的止血性能测试，测试方法如下：

动物模型止血试验：

小鼠肝脏止血模型：将小鼠麻醉，剖开左腹部暴露肝脏。在肝脏切开一个伤口，长约1厘米，深0.3厘米，让其自由出血5s后，立即使用止血材料(CS、CS-CECS、HS)覆盖伤口，并轻轻按压进行止血。每隔10s记录一次出血状况，直至完全止血，记录止血时间和出血量。明胶(Gelatin)为商业对照样品，纱布(Gauze)作为控制组。每种样品随机取5个小鼠进行测试，实验结果取平均值。

兔子耳动脉模型：将兔子麻醉，然后固定四肢。剃掉兔子耳朵背面的兔毛，暴露耳动脉。消毒后，在距离耳尖顶端7cm将耳动脉切断，血液立刻不断地在伤口处涌出。在自由出血5s后，用灭菌纱布轻轻的将耳朵伤口上的浮血轻轻擦去，并立刻将止血材料(CS、CS-CECS、HS)按压于流血的伤口，并用100克的重物垂直加压，同时开始计时，每隔30s轻轻揭开止血材料，观察是否继续留血，若伤口继续流血，则继续按压止血，则直到出血停止，记录止血时间；明胶为商业对照样品，纱布作为控制组。止血完成后称重，计算失血量。每个样品重复实验5次，取平均值。

兔子股动脉出血模型：兔子被麻醉后，腹部朝上，剃去后腿根部兔毛，消毒后，找到大腿动脉，然后在大腿根部动脉处切开一个伤口，长约1厘米，深0.5厘米，将股动脉切断，让其自由出血5s后，轻轻擦去伤口上的浮血，并将止血材料(CS、CS-CECS、HS)按压在出血伤口上，200克的重量垂直加压在止血材料上方，并开始计时，每隔30s轻轻揭开止血材料，观察是否继续止血，若伤口继续流血，则继续按压止血，直到出血停止，记录止血时间。明胶为商业对照样品，纱布作为控制组。止血完成后，每个材料都称重，计算失血量。每个样品重复实验5次，取其平均值。

表2小鼠肝脏止血时间和失血量

样品	止血时间(s)	失血量(mg)
			纱布	118±9.3	1056±21
明胶	88±14.6	746±15
			对比例1	65±4.7	473±19
对比例2	45±3.2	238±16
			对比例3	34±4.3	196±21
实施例1	25±3.8	179±13
			实施例2	23±2.6	152±8
实施例3	30±3.5	188±17

表3兔子耳动脉止血时间和出血量

样品	止血时间(s)	失血量(g)
			纱布	179±13.4	3.83±0.43
明胶	105±15.3	2.76±0.38
			对比例1	93±8.7	2.45±0.23
对比例2	37±11.2	1.33±0.15
			对比例3	29±1.7	1.09±0.11
实施例1	26±3.3	0.91±0.20
			实施例2	18±5.1	0.62±0.18
实施例3	32±4.6	1.12±0.09

表4兔子股动脉止血时间和出血量

从表2-4可以看出，本发明制备的壳聚糖止血海绵止血时间和失血量均显著低于常规的纱布或明胶，且相比单纯的壳聚糖海绵或壳聚糖与羧基化壳聚糖短纤复合海绵也明显降低。当羧基化程度一定时，随着HBA接枝量的增加，止血时间和失血量先减小后增大，说明适宜的羧基取代度和邻苯二酚含量，有助于实现止血效果的最优化，邻苯二酚的接枝量优选为30％-50％。本发明相比先在羧基化壳聚糖短纤上接枝邻苯二酚的止血效果更优，可见通过先交联成型，再浸渍交联邻苯二酚对止血效果更有益。

实施例4-5及对比例4

一种壳聚糖止血海绵的制备方法，与实施例2相比，不同之处在于，羧基化壳聚糖短纤的羧基取代度依次为0.4、0.7、0(对比例4)，其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。

表5兔子耳动脉止血时间和出血量

样品	止血时间(s)	失血量(g)
			实施例4	35±2.4	1.23±0.21
实施例5	27±1.8	0.95±0.13
			对比例4	52±3.7	1.92±0.25

表6兔子股动脉止血时间和出血量

样品	止血时间(s)	失血量(g)
			实施例4	49±2.9	1.43±0.32
实施例5	41±2.5	1.19±0.18
			对比例4	82±3.6	2.18±0.26

从表5-6可以看出，当邻苯二酚接枝量一定时，随着羧基取代度的增加，止血时间和失血量先降低后增大，当羧基取代度为0.53，邻苯二酚接枝量为40％时，效果最优。羧基取代度在0.45-0.65，邻苯二酚接枝量在30％-50％区间内，均匀较优异的止血效果。

综上所述，本发明提供的壳聚糖基复合止血海绵及其制备方法，先将羧基化壳聚糖短纤与壳聚糖制成羧基化壳聚糖海绵基体，再浸渍吸附3,4-二羟基苯甲醛进行交联，一方面可以防止3,4-二羟基苯甲醛的酚羟基被氧化，从而可以和创面组织上的胺基、巯基等基团形成共价键以及氢键，对血小板、红细胞形成良好的粘附效果，保证了邻苯二酚的粘附性能，促进伤口部位凝血；另一方面3,4-二羟基苯甲醛可以分别和海绵基体中羧基化壳聚糖短纤及壳聚糖上的氨基反应，形成更丰富的交联结构，从而在与创面接触时，实现更优异的粘附和压迫止血性能。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种壳聚糖基复合止血海绵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的壳聚糖基复合止血海绵的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述3,4-二羟基苯甲醛溶液的溶剂为无水乙醇和去离子水组成的混合溶剂，无水乙醇和去离子水的体积比为(2-5):1。

3.根据权利要求1所述的壳聚糖基复合止血海绵的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述羧基化壳聚糖海绵基体和3,4-二羟基苯甲醛的质量比为(0.5-2):1；所述壳聚糖基复合止血海绵中邻苯二酚的质量含量为10％-50％。

4.根据权利要求1所述的壳聚糖基复合止血海绵的制备方法，其特征在于，步骤S2中，浸渍吸附的时间为5-20h。

5.根据权利要求1所述的壳聚糖基复合止血海绵的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述羧基化壳聚糖纤维是采用丙烯酸对壳聚糖纤维进行改性得到；所述羧基的取代度为0.3-0.8。

6.根据权利要求5所述的壳聚糖基复合止血海绵的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸的接枝包括：将丙烯酸加入到无水乙醇中，然后放入壳聚糖纤维，在60-80℃下反应24-50h；反应结束后，将羧基化壳聚糖纤维至强碱性，再用无水乙醇/去离子水混合溶液洗至中性，最后干燥得到羧基化壳聚糖纤维。

7.根据权利要求1所述的壳聚糖基复合止血海绵的制备方法，其特征在于，步骤S1中，羧基化壳聚糖短纤的质量含量为0.5％-2％，壳聚糖的质量含量为2％-4％；所述羧基化壳聚糖短纤的直径为10-30μm，长度为300-600μm。

8.根据权利要求1所述的壳聚糖基复合止血海绵的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述碱性溶液为1％-4％的氢氧化钠水溶液和无水乙醇组成的混合碱洗液，在碱洗液中浸泡洗涤至pH为7-8。

9.根据权利要求1所述的壳聚糖基复合止血海绵的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述预冻干包括：在4℃的冰箱中冷冻4-8h，之后取出放入-21℃的冰箱中冷冻4-8h，最后放入-41℃的冰柜中冷冻12h以上；所述再次冻干包括：在-41℃的冰柜中冷冻10-15h，然后移入冷冻干燥机中冻干。

10.一种壳聚糖基复合止血海绵，其特征在于，采用权利要求1至9中任一项所述的制备方法制备得到。