CN115252879A

CN115252879A - 一种壳聚糖止血材料的制备方法和应用

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Publication number: CN115252879A
Application number: CN202210828258.5A
Authority: CN
Inventors: 肖地生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-07-13
Filing date: 2022-07-13
Publication date: 2022-11-01

Abstract

本发明公开了一种壳聚糖止血材料的制备方法和应用，将壳聚糖复合溶液的pH值调节成中性，凝胶化后经冷冻干燥工艺制备得到壳聚糖止血材料；所述壳聚糖复合溶液为壳聚糖醋酸溶液、羧甲基壳聚糖水溶液与甘油水溶液的混合溶液；冷冻干燥时间为12‑48小时。本发明具有韧性好、吸液率高、弹性恢复率高等优点。

Description

一种壳聚糖止血材料的制备方法和应用

技术领域

本发明属于医疗技术领域，主要涉及一种壳聚糖止血材料的制备方法和应用。

背景技术

日常生活中交通事故、股动脉出血等各种紧急突发事件中，大量出血成为死亡的主要原因。因此在短时间内安全且便捷止血成为成为学者研究热点。甲壳素(Chitin)在自然界虾蟹、昆虫甲壳，菌藻类细胞膜，高等植物的细胞壁中广泛存在，是大自然中储量仅次于纤维素的第二大天然高分子。壳聚糖(Chitosan,CS)为甲壳素脱乙酰度大于55％的产物，而羧甲基壳聚糖(Carboxymethyl Chitosan,CMCS)为壳聚糖的衍生物，根据壳聚糖被取代官能团的不同可以分为N,O-羧甲基壳聚糖、N-羧甲基壳聚糖、O-羧甲基壳聚糖。因壳聚糖类材料具有价格低廉、生物相容性好、无毒副作用、促凝性好等优点，成为医用敷料材料的热点研究材料。

目前，以壳聚糖作为原材料制备医用敷料材料，根据成型方式的不同已开发出微球、海绵、膜、水凝胶、气凝胶等诸多形态的止血材料。然而壳聚糖止血材料目前主要存在两个不足：一是壳聚糖的的醋酸溶解体系会导致终产品中有醋酸残留，从而会带来生物毒性问题，不适用于作为生物医疗行业使用；二是纯壳聚糖止血材料的韧性不足，脆性明显，不可随意折叠，带来使用不便、对深伤口或腔内出血治疗效果差等问题。针对以上问题，大多学者均是采用壳聚糖与其他高分子材料复配的方法来解决纯壳聚糖材料韧性低的问题，专利201510990788.X采用壳聚糖与其他高分子材料复合，即采用壳聚糖、明胶、甘油作为复配溶液，同时引入单宁酸作为交联剂，提高成型后产品的机械性能，但此方法依旧采用的是壳聚糖醋酸溶解体系，未能解决醋酸残留带来的细胞毒性问题，同时单宁酸的引入也加大了危害人体的风险。专利CN201010148730.8采用壳聚糖、羧甲基壳聚糖、甘油作为复配，基础材料均为壳聚糖类，在保持壳聚糖基本材料特性的同时，引入甘油增塑剂，解决了纯壳聚糖止血材料机械性能、韧性不佳的问题，但此方法依旧未能解决壳聚糖残留问题，且此方法对于甘油的添加量要求甚高，虽工艺方法简单，但工艺过程控制也成为了此技术方案的难点。而且现有壳聚糖止血材料还存在吸液率低，在应对出血量大的创伤时治疗效果大幅下降，如图1所示。故针对上述问题，目前急需要开发一种新型的壳聚糖止血材料的制备方法。

发明内容

本发明目的是：提供一种壳聚糖止血材料的制备方法，具有韧性好、吸液率高、弹性恢复率高等优点。

本发明的一技术方案是：一种壳聚糖止血材料的制备方法，所述方法是将壳聚糖复合溶液的pH值调节成中性，凝胶化后经冷冻干燥工艺制备得到壳聚糖止血材料；其中所述壳聚糖复合溶液为壳聚糖酸溶液、羧甲基壳聚糖水溶液与增塑剂水溶液的混合溶液。

在上述技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案：

优选地，所述方法的具体步骤如下：

S1：将称取的壳聚糖溶解在重量百分比为0.2-5％酸溶液中，得到壳聚糖酸溶液；将称取的羧甲基壳聚糖、增塑剂分别溶解在水中并得到对应的羧甲基壳聚糖水溶液、增塑剂水溶液；且优选在室温环境下；

S2：将配制好的碱性剂水溶液缓慢加入壳聚糖酸溶液中直到溶液pH值达到中性后，继续搅拌0.5-2小时；且优选在室温环境下；

S3：将步骤S2所得的壳聚糖中性溶液与步骤S1所得的羧甲基壳聚糖水溶液、增塑剂水溶液混合搅拌0.5-2小时后得到中性凝胶，且优选在10-60℃环境下；

S4：将步骤S3所得的中性凝胶置于-2--55℃下冷冻6-35小时，然后再将其置于冷冻干燥机中干燥12-48小时，得到壳聚糖止血材料至结束。

优选地，所述壳聚糖复合溶液中壳聚糖与羧甲基壳聚糖的重量比为0.5-7，且所述壳聚糖酸溶液浓度重量百分比为0.5-5％，所述碱性剂水溶液浓度重量百分比为2-20％，冷冻干燥时间为12-48小时，以获得韧性好、吸液率高、弹性恢复率高等效果。

优选地，所述增塑剂水溶液的浓度重量百分比为0.5-4％，以获得韧性。

优选地，所述壳聚糖的脱乙酰度为60％-95％，所述羧甲基壳聚糖为O-羧甲基壳聚糖、N-羧甲基壳聚糖、N,O-羧甲基壳聚糖，以采用价格低廉的生物可降解材料。

优选地，所述冷冻干燥工艺的预冻温度为-2--55℃，以进行冷冻。

优选地，所述方法的具体步骤如下：

S11、称取1份壳聚糖溶解在27-199份浓度重量百分比为0.2-5％酸溶液中，搅拌0.2-5小时得到壳聚糖酸溶液；称取0.14-2份羧甲基壳聚糖溶解在27-199份水中，搅拌0.2-5小时得到羧甲基壳聚糖水溶液；称取1份增塑剂溶解在24-199份水中，搅拌0.5-1小时得到增塑剂水溶液；

S12、将配制好的碱性剂水溶液缓慢加入壳聚糖酸溶液中直到溶液pH值达到中性后，继续搅拌0.5-2小时；

S13、取1份步骤S12所得的壳聚糖中性溶液，1份步骤S11所得的羧甲基壳聚糖水溶液、1份步骤S11所得的增塑剂水溶液于10-60℃下混合搅拌0.5-2小时后得到中性凝胶；

S14、将步骤S13所得的中性凝胶置于-2--55℃下冷冻6-35小时，然后再将其置于冷冻干燥机中干燥12-48小时，得到壳聚糖止血材料。

优选地，所述酸溶液中的酸为醋酸、盐酸、甲酸、乙酸、乳酸、苹果酸、抗坏血酸、硝酸、磷酸；所述增塑剂为甘油、聚乙二醇、三元醇；所述碱性剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁，以获得韧性好、吸液率高、弹性恢复率高等效果。

本发明的另一技术方案是：一种应用上述方法制备得到的壳聚糖止血材料。

本发明的另一技术方案是：一种将壳聚糖止血材料在人体外、人体内止血或凝血的应用。

本发明的优点：不仅使得制备出的壳聚糖止血材料具有韧性好、吸液率高、弹性恢复率高等优点，还更加易于控制复配溶液中甘油的添加量，简便制备工艺操作难度，此外还解决了壳聚糖醋酸溶解体系因醋酸残留带来的人体毒性问题。而且采用价格低廉的生物可降解材料——壳聚糖、羧甲基壳聚糖为基本原料，性能更加优异，且更加复合生物医疗材料的要求，工艺方法简单，更加适合工业化生产。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中纯壳聚糖溶液制备壳聚糖止血材料的扫描电子显微镜图；

图2为本发明所制备壳聚糖止血材料的扫描电子显微镜图；

图3为本发明所制备壳聚糖止血材料的产品图；

图4为现有技术的制备方法流程图；

图5为本发明中的制备方法流程图；

图6为本发明中壳聚糖(CS)的化学结构式；

图7为本发明中O-羧甲基壳聚糖(O-CMCS)的化学结构式；

图8为本发明中N,O-羧甲基壳聚糖(N,O-CMCS)的化学结构式；

图9为本发明中N-羧甲基壳聚糖(N-CMCS)的化学结构式。

具体实施方式

实施例1：参考图5-9所示，本发明提供一种壳聚糖止血材料的制备方法的第一实施例，其包括如下步骤：

1)按下述溶液浓度配置复配溶液中各成分：

壳聚糖醋酸溶液 2wt％

羧甲基壳聚糖水溶液 2wt％，其中羧甲基壳聚糖优选为N-羧甲基壳聚糖；

甘油水溶液 0.5wt％

2)将配制好的碱性剂水溶液缓慢加入壳聚糖醋酸溶液中直到溶液pH值达到中性后，继续搅拌0.5小时，碱性剂水溶液优选为氢氧化钠溶液；

3)将步骤2)所得的壳聚糖中性溶液与步骤1)所得的羧甲基壳聚糖水溶液、甘油水溶液混合搅拌0.5小时后得到中性凝胶。

4)将步骤3)所得的中性凝胶置于-10℃下冷冻12小时，然后再将其置于冷冻干燥机中干燥12小时，得到韧性好且吸液率高的壳聚糖止血材料。

实施例2：参考图5-9所示，本发明提供一种壳聚糖止血材料的制备方法的第二实施例，其包括如下步骤：

1)按下述溶液浓度配置复配溶液中各成分：

壳聚糖醋酸溶液 1wt％

羧甲基壳聚糖水溶液 0.5wt％，其中羧甲基壳聚糖优选为O-羧甲基壳聚糖；

甘油水溶液 1wt％

2)将配制好的碱性剂水溶液缓慢加入壳聚糖醋酸溶液中直到溶液pH值达到中性后，继续搅拌1小时，碱性剂水溶液优选为氢氧化钠溶液；

4)将步骤3)所得的中性凝胶置于-20℃下冷冻7小时，然后再将其置于冷冻干燥机中干燥15小时，得到韧性好且吸液率高的壳聚糖止血材料。

实施例3：参考图5-9所示，本发明提供一种壳聚糖止血材料的制备方法的第三实施例，其包括如下步骤：

1)按下述溶液浓度配置复配溶液中各成分：

壳聚糖醋酸溶液 0.5wt％

羧甲基壳聚糖水溶液 0.25wt％，其中羧甲基壳聚糖优选为N,O-羧甲基壳聚糖；

甘油水溶液 2wt％

2)将配制好的碱性剂水溶液缓慢加入壳聚糖醋酸溶液中直到溶液pH值达到中性后，继续搅拌1.5小时，碱性剂水溶液优选为氢氧化钠溶液；

3)将步骤2)所得的壳聚糖中性溶液与步骤1)所得的羧甲基壳聚糖水溶液、甘油水溶液混合搅拌1小时后得到中性凝胶。

4)将步骤3)所得的中性凝胶置于-5℃下冷冻10小时，然后再将其置于冷冻干燥机中干燥17小时，得到韧性好且吸液率高的壳聚糖止血材料。

实施例4：参考图5-9所示，本发明提供一种壳聚糖止血材料的制备方法的第四实施例，其包括如下步骤：

1)按下述溶液浓度配置复配溶液中各成分：

壳聚糖醋酸溶液 3wt％

羧甲基壳聚糖水溶液 0.5wt％，其中羧甲基壳聚糖优选为N-羧甲基壳聚糖；

甘油水溶液 3wt％

2)将配制好的碱性剂水溶液缓慢加入壳聚糖醋酸溶液中直到溶液pH值达到中性后，继续搅拌2小时，碱性剂水溶液优选为氢氧化钠溶液；

3)将步骤2)所得的壳聚糖中性溶液与步骤1)所得的羧甲基壳聚糖水溶液、甘油水溶液混合搅拌2小时后得到中性凝胶。

4)将步骤3)所得的中性凝胶置于-30℃下冷冻20小时，然后再将其置于冷冻干燥机中干燥40小时，得到韧性好且吸液率高的壳聚糖止血材料。

实施例5：参考图5-9所示，本发明提供一种壳聚糖止血材料的制备方法的第五实施例，其包括如下步骤：

1)按下述溶液浓度配置复配溶液中各成分：

壳聚糖醋酸溶液 5wt％

羧甲基壳聚糖水溶液 7wt％，其中羧甲基壳聚糖优选为N-羧甲基壳聚糖；

甘油水溶液 4wt％

4)将步骤3)所得的中性凝胶置于-40℃下冷冻30小时，然后再将其置于冷冻干燥机中干燥24小时，得到韧性好且吸液率高的壳聚糖止血材料。

对比例1：参考图4所示的制备方法所制备，具体如下：

1)按下述溶液浓度配置复配溶液中各成分：

壳聚糖醋酸溶液 2wt％

甘油水溶液 0.5wt％

2)将步骤1)所得的壳聚糖醋酸溶液、羧甲基壳聚糖水溶液、甘油水溶液混合后搅拌0.5小时后得到酸性凝胶。

3)将步骤3)所得的酸性凝胶置于-10℃下冷冻12小时，然后再将其置于冷冻干燥机中干燥12小时，得到壳聚糖止血材料。

对比例2：参考图4所示的制备方法所制备，具体如下：

1)按下述溶液浓度配置复配溶液中各成分：

壳聚糖醋酸溶液 2wt％

羧甲基壳聚糖水溶液 2wt％，其中羧甲基壳聚糖优选为O-羧甲基壳聚糖；

甘油水溶液 3wt％

对比例3：参考图4所示的制备方法所制备，具体如下：

1)按下述溶液浓度配置复配溶液中各成分：

壳聚糖醋酸溶液 2wt％

甘油水溶液 2wt％

2)将步骤1)所得的壳聚糖醋酸溶液、甘油水溶液混合后搅拌0.5小时后得到酸性凝胶。

对比例4：参考图4所示的制备方法所制备，具体如下：

1)按下述溶液浓度配置复配溶液中各成分：

壳聚糖醋酸溶液 2wt％

对比例5：参考图5所示的制备方法所制备，具体如下：

1)按下述溶液浓度配置复配溶液中各成分：

壳聚糖醋酸溶液 2wt％

羧甲基壳聚糖水溶液 2wt％，其中羧甲基壳聚糖优选为N,O-羧甲基壳聚糖；

甘油水溶液 0.5wt％

4)将步骤3)所得的中性凝胶置于-10℃下冷冻2小时，然后再将其置于冷冻干燥机中干燥12小时，得到韧性好且吸液率高的壳聚糖止血材料。

对比例6：参考图5所示的制备方法所制备，具体如下：

1)按下述溶液浓度配置复配溶液中各成分：

壳聚糖醋酸溶液 2wt％

甘油水溶液 0.5wt％

4)将步骤3)所得的中性凝胶置于-10℃下冷冻2小时，然后再将其置于冷冻干燥机中干燥48小时，得到韧性好且吸液率高的壳聚糖止血材料。

表1不同工艺制备的壳聚糖止血材料的性能对比表

注：表中“-”表示无法测定的数据。

从表1可以看出：

对比例1和对比例2采用未将复配溶液pH值调节成中性的办法，而是采用将酸性凝胶冷冻干燥的工序，此方法可以发现存在以下弊端：甘油含量少时则制备出的壳聚糖止血材料韧性差，不易折叠且弹性恢复率降低，与实施例1相比下降了30％；甘油含量多时则制备出的壳聚糖吸液率降低，与实施例1相比下降了31％。

对比例3的复配溶液中只有壳聚糖醋酸溶液和甘油水溶液，没有羧甲基壳聚糖溶液，此时壳聚糖止血材料的吸液率大幅下降，与实施例1相比下降了55％。

对比例4的复配溶液中只有壳聚糖醋酸溶液，没有羧甲基壳聚糖溶液和甘油水溶液，此时壳聚糖止血材料韧性、弹性恢复率很差，在受到外力后立刻表面有碎裂，同时吸液率与实施例1相比下降48％。

从对比例5和对比例6可以看出，冷冻干燥时间过短，则吸液率相比实施例1相比下降26％，这是因为冷冻时间过短，中性凝胶中的固体水未来得及干燥，壳聚糖止血材料未形成良好的三维多孔结构导致的。冷冻干燥时间过长，则壳聚糖止血材料韧性下降，弹性恢复率相比实施例1也稍许下降，下降了17％。

测试方法

1、韧性测试：

判定样品是否可折叠：折叠样品后，样品需未发生有材料脱落，或样品断裂现象。

2、吸液率测试：

①裁剪样品：将样品剪成底面圆直径为2cm，高为1cm的圆柱体。

②烘干称重：将样品烘干至恒重，称量重量，用W0表示，放入干燥箱中待用。

③浸湿称重：用镊子夹住样品一角，浸没在37℃的生理盐水中，悬垂30s后称量重量，用W1表示。用样品吸收液体的重量比未吸收液体的重量之比表示吸液率(EQ)，即用公式

计算。

平行实验3次，取平均值作为最终结果。

3、弹性恢复率测试

①裁剪测试样品：将测试样品裁剪为长*宽*高＝10mm×10mm×10mm的统一尺寸。

②采用电子万能试验机(TH-8209ST，苏州拓博机械设备有限公司)对测试样品进行抗压强度和尺寸恢复测试，设置初始夹具距离为10mm，加载和卸载速率为50mm/min，压缩至初始高度的75％，记录75％形变时的抗压强度和弹性恢复率(弹性恢复率为测试样品卸除负载时的高度占原有高度的百分比)。平行实验3次，取平均值作为最终结果。

综上，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的壳聚糖止血材料无醋酸残留，对人体无毒性反应；本发明通过改进壳聚糖止血材料的制备方法，先将壳聚糖溶解在醋酸溶液后，然后将壳聚糖醋酸溶液调节成中性pH值，再将复配溶液进行凝胶化，经冷冻干燥工艺后得到无醋酸残留的壳聚糖止血材料。

(2)本发明的壳聚糖止血材料韧性好，可随意折叠，方便使用；本发明在复配溶液中增加并优化了增塑剂——甘油的比例，提高壳聚糖止血材料的韧性，使之具有折叠特性。

(3)本发明的壳聚糖止血材料吸液率高，短时间内的吸液率达吸液前质量的48倍，实现快速止血；本发明在复配溶液中增加并优化了壳聚糖衍生物——羧甲基壳聚糖的比例，制备出孔隙均匀且致密的三维网状结构，实现快速止血，如图2-3所示。

(4)本发明的止血材料，在人体内可降解，生物相容性好，且原料低廉，制备工艺简单，适合工业化生产：

本发明技术方案采用的“将复配溶液的pH值调节为中性后，再凝胶、冷冻干燥”的工艺方法，不仅使得制备出的壳聚糖止血材料具有韧性好、吸液率高、弹性恢复率高等优点，还更加易于控制复配溶液中甘油的添加量，简便制备工艺操作难度，此外还解决了壳聚糖醋酸溶解体系因醋酸残留带来的人体毒性问题。而且采用价格低廉的生物可降解材料——壳聚糖、羧甲基壳聚糖为基本原料，性能更加优异，且更加复合生物医疗材料的要求，工艺方法简单，更加适合工业化生产。

当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种壳聚糖止血材料的制备方法，其特征在于，所述方法是将壳聚糖复合溶液的pH值调节成中性，凝胶化后经冷冻干燥工艺制备得到壳聚糖止血材料；其中所述壳聚糖复合溶液为壳聚糖酸溶液、羧甲基壳聚糖水溶液与增塑剂水溶液的混合溶液。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法的具体步骤如下：

S1：将称取的壳聚糖溶解在重量百分比为0.2-5％酸溶液中，得到壳聚糖酸溶液；将称取的羧甲基壳聚糖、增塑剂分别溶解在水中并得到对应的羧甲基壳聚糖水溶液、增塑剂水溶液；

S2：将配制好的碱性剂水溶液缓慢加入壳聚糖酸溶液中直到溶液pH值达到中性后，继续搅拌0.5-2小时；

S3：将步骤S2所得的壳聚糖中性溶液与步骤S1所得的羧甲基壳聚糖水溶液、增塑剂水溶液混合搅拌0.5-2小时后得到中性凝胶；

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述壳聚糖复合溶液中壳聚糖与羧甲基壳聚糖的重量比为0.5-7，且所述壳聚糖酸溶液浓度重量百分比为0.5-5％，所述碱性剂水溶液浓度重量百分比为2-20％，冷冻干燥时间为12-48小时。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述增塑剂水溶液的浓度重量百分比为0.5-4％。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述壳聚糖的脱乙酰度为60％-95％，所述羧甲基壳聚糖为O-羧甲基壳聚糖、N-羧甲基壳聚糖、N,O-羧甲基壳聚糖。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷冻干燥工艺的预冻温度为-2--55℃。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法的具体步骤如下：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述酸溶液中的酸为醋酸、盐酸、甲酸、乙酸、乳酸、苹果酸、抗坏血酸、硝酸、磷酸；所述增塑剂为甘油、聚乙二醇、三元醇；所述碱性剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁。

9.一种应用权利要求1-8任一所述的方法制备得到的壳聚糖止血材料。

10.一种用于权利要求9所述的壳聚糖止血材料在人体外、人体内止血或凝血的应用。