CN1727011A

CN1727011A - 新型的介孔分子筛止血材料及其制备方法

Info

Publication number: CN1727011A
Application number: CN 200510026838
Authority: CN
Inventors: 余承忠; 严晓霞; 赵东元
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2025-06-16
Also published as: CN100345597C

Abstract

本发明属生物医学材料技术领域，具体为一种介孔分子筛止血材料及其制备方法。本发明通过利用表面活性剂的自组装性质和模板作用，经过溶胶－凝胶过程合成了具有高效止血功能的介孔分子筛。这类新型的止血材料具有均匀的纳米孔且可调(1～30nm)、较高的比表面积(～1000m²/g)和孔体积(～1.5cm³/g)，同时其介观结构(立方、六方、层状、囊泡等)和宏观形貌(膜、纤维、单片、粉末等)均可控，同时其组成可调(二氧化硅、氧化钙、氧化铝等)。因此，可以用于不同医用场合的止血，与其它医用材料、医疗器械组合，可制成创可贴、输液贴、自粘敷料、片剂和胶囊芯料、手术包、急救包等，同时利用其介孔的特点可吸附抗菌素和止痛药于其中，从而得到更好的疗效。

Description

新型的介孔分子筛止血材料及其制备方法

技术领域

本发明属于生物医学材料技术领域，具体涉及一类具有不同介观结构、组成、形貌等的介孔分子筛止血材料及其制备方法。

技术背景

1992年Mobil公司研究人员利用表面活性剂的自组装和模板作用，成功地合成出世界上首例孔径均匀可调、比表面积较大的M41S系列氧化硅(铝)基有序介孔分子筛材料。以MCM-41和SBA-15为代表的介孔氧化硅材料引起了人们的广泛兴趣，对于介孔材料的研究不断深入和拓展。由于介孔材料具有高的表面积和孔容、均一可调的孔径、高度有序易于调变的介孔结构(如孔径、维数、孔道连接方式等)，丰富而易于设计的表面基团，以及可调控的宏观形貌(如膜、纤维、球、单晶等)，因而在催化、吸附、蛋白质分离、生物传感器和微电子等领域显示了独特的发展潜力。

很显然，介孔材料具有一系列优异的物理化学性质，但是如何探索其进一步的实际应用，这个问题将直接制约介孔材料这一新型纳米功能材料的进一步发展。在介孔分子筛合成出来之前，人们已经发现沸石类硅(铝)酸盐微孔分子筛材料经脱水、消毒后，可成为一种强力吸收剂，并选择性吸收多种气体和液体，也可吸收血液中的水分。20世纪80年代，Francis X.Hursey无意发现了沸石分子筛具有优良的止血作用并于1989年申请了专利。2002年初，Z-Medica公司成立，专门开发生产商品名为QuikClot的新型止血材料。使用沸石分子筛材料为主体的新型止血材料QuikClot目前已经获得美国FDA批准上市，无论在实验室还是在实际应用中(尤其是在野战战场)，其止血效果及提高存活率两方面都优于传统止血材料。其止血机理主要是依赖于分子筛材料超常的吸附能力，可在数秒钟内吸干伤口流出血液中的水分，而不吸收红细胞、血小板和其他凝血因子，因而使凝血因子浓缩并立即发挥止血作用。QuikClot在吸收血液中水分的同时还释放一定热量，使伤口感觉微麻，不仅镇痛而且还加强了止血效果。由于QuikClot不具备物理及化学活性，因而不会引起任何过敏反应，也不会引起伤口感染，使用非常安全。美国海军的一个研究室采用猪股动脉和静脉两组失血动物模型，以军用止血带作为标准对照，对QuikClot做了验证试验。结果表明，QuikClot组死亡率为0，存活率为100％，在止血效果及提高存活率两方面都优于标准对照组。美军在阿富汗和伊拉克的军事行动中都已经使用了QuikClot，效果令人非常满意。更重要的是，由于使用方便，效果远远优于传统止血类产品，QuikClot正在进入普通家庭，其市场前景十分光明。

由于介孔氧化硅(铝)分子筛材料与传统沸石分子筛相似，遇血(含渗出液)可迅速吸收、溶胀，经物理、化学、生物等作用促进凝血因子活化并粘附血小板，促进血栓形成。同时，在某些方面具有更为优越的性质，以确保其可以用作新型止血材料的研究。因为新型介孔分子筛材料具有非常高的表面积和孔容，分别可达2000cm²/g和3.2cm³/g；可以吸附更多的水分子。尽管其孔径大于传统沸石分子筛材料，但是大多凝血因子的分子量较高。因此，通过调节孔径大小，不仅可以做到只吸收水分子而不吸收凝血因子，达到富集后者的目的，更可以加快吸附水分子的速度，达到快速止血的效果。而且，在介孔氧化硅材料中加入钙离子更有助于材料发挥凝血作用。介孔材料还具有宏观形貌可调控的特点，这点对于改变其吸附性能，以及进一步成型使用具有重要的意义。此外，还可以利用新型介孔分子筛止血材料考察不同组成、形貌(不同粉体颗粒大小、膜、片等)、孔道结构(立方、六方、无序)以及孔径大小(1～30nm)等结构因素对小分子水、内源性凝血因子(如Hageman因子，分子量82,000)或与其具有类似分子量以及等电点的模型蛋白质的吸附作用(如吸附量以及吸附动力学)。利用其介孔具有较大孔容、孔径的特点，可用于吸附抗菌素或止痛药，以得到更好的疗效。

研究表明，介孔分子筛具有高效的止血功能，具有良好的市场应用前景。目前为止，未见有将介孔材料应用于凝血材料、伤口处理和外创修复以及介孔材料与医用绷带、医用粘合剂等不同形式结合，用于外创修复的国内外专利文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新型介孔分子筛止血材料及其制备方法。

本发明提出的新型介孔分子筛止血材料，利用结构导向剂自组装，通过典型的溶胶-凝胶过程制备获得；其组成的主要成分为二氧化硅和其它氧化物，摩尔比为二氧化硅：其它氧化物为(50～100)∶(0～50)。具有可控的介观结构(立方、六方、层状、囊泡等)，孔径分布均一可调(1～30nm)，比表面100～1000m²/g，孔体积0.3～1.5cm³/g。形貌为颗粒(粉末状、棒状、球状、单晶状等)、单片、薄膜、纤维等可控。其他氧化物可以为氧化铝、氧化钙、氧化钠、氧化镁、氧化锌、五氧化二磷等。

本发明的新型介孔分子筛止血材料的制备方法包括水相合成和非水相合成两种，具体步骤如下：

1)水相合成

a)先将结构导向剂溶解在含有合成介质的去离子水中，在搅拌状态下得到均匀的溶液；

b)加入无机前驱物，继续搅拌得到稳定的溶胶；

c)将得到的凝胶在室温～100℃温度下水热或溶剂热，进行老化、陈化处理；

d)然后冷却至室温，过滤、洗涤，干燥；

e)最后在550℃～800℃温度下焙烧、萃取，微波消解，脱除结构导向剂。

2)非水相合成

a)先将结构导向剂溶解在含有合成介质的有机溶剂中，在搅拌状态下得到均匀的溶液；

b)加入无机前驱物，继续搅拌得到稳定的溶胶；

c)将溶胶倒入器皿中，使溶剂进行充分挥发；

d)当得到的凝胶充分干燥后，在550℃～800℃温度下焙烧、萃取，微波消解，脱除结构导向剂。

上述方法中，所述的在水相合成中步骤(a)、(b)的温度为室温到60℃；在非水相合成的温度为室温。

上述方法中，所述的表面活性剂为非离子型表面活性剂，如嵌段共聚物(其分子式为EO_nPO_mEO_n、EO_nBO_mEO_n、EO_nBO_m)和Brij系列(其分子式为C_mEO_n)或离子型表面活性剂(其分子式为C_nH_2n+1N(R)₃X，n＝10～20，R＝-CH₃，C₂H₅，X＝Cl^-，Br^-)等。

上述方法中，所述的无机前驱物，包括硅源、钙源、铝源或镁源等。其中，硅源为正硅酸乙酯(TEOS)、正硅酸甲酯(TMOS)或硅酸钠(Na₂SO₄)，钙源为硝酸钙、氯化钙等，铝源为硝酸铝、氯化铝，镁源为硝酸镁、氯化镁等。

上述方法中，所述的合成介质为酸性或碱性介质，酸性介质为非离子型和离子型表面活性剂作为结构导向剂时共同采用，碱性介质为离子型表面活性剂作为结构导向剂时采用。

上述方法中，所述的合成中可以加入与结构导向剂相近质量的无机盐(如氯化钾、氯化钠等)和有机膨胀剂(如三甲苯等)。

本发明具有如下优点：

1、反应条件温和、操作简便易行、原料廉价易得。

2、选用商品化离子型表面活性剂或非离子型嵌段共聚物(其分子式为EO_nPO_mEO_n、EO_nBO_mEO_n、EO_nBO_m)和Brij系列(其分子式为C_mEO_n)表面活性剂为结构导向剂，选用有机的正硅酸乙酯或无机的硅酸钠为硅源。通过选择结构导向剂的亲水/疏水体积比、控制反应温度、加入无机盐、加入有机膨胀剂如三甲苯等手段来控制所合成介孔二氧化硅材料的介观结构(立方、六方、等)；通过水热后处理方法来控制介孔材料的孔径大小(1～30nm)；通过选择合成体系(如水体系或者乙醇体系)，使用无机盐等手段来制备不同形貌的介孔材料(单片，球，棒等)。使用不同焙烧温度完全除去表面活性剂物种并得到不同浓度的表面硅羟基。利用合成时直接加入钙源或铝源等制备不同组分的介孔分子筛材料。选用不同成型剂将粉体介孔材料成型或者直接涂布在医用绷带上。

3、介孔材料特有的孔性质，可吸附一些抗菌素或止痛药等，有助于伤口的治疗。本发明材料可以用于不同医用场合的止血，与其它医用材料、医疗器械组合，可制成创可贴、输液贴、自粘敷料、片剂和胶囊芯料、手术包、急救包等。

附图说明

图1为由P123为结构导向剂水相合成的介孔氧化硅分子筛止血材料的XRD谱图。

图2为由P123为结构导向剂水相合成的介孔氧化硅分子筛止血材料的透射电镜图。

图3为由P123为结构导向剂水相合成的介孔氧化硅分子筛止血材料的氮气吸附-脱附曲线以及孔分布曲线。其中，图2(a)为氮气吸附-脱附曲线，图2(b)为孔分布曲线。

图4为含氧化钙的介孔氧化硅分子筛止血材料与其他止血材料对比的纤维蛋白原测试结果。其中，对照组为没有用止血材料的情况；实验组为用止血材料的情况。

图5为含氧化钙的介孔氧化硅分子筛止血材料与其他止血材料对比的凝血酶原时间测试结果。其中，对照组为没有用止血材料的情况；实验组为用止血材料的情况。

图6为含氧化钙的介孔氧化硅分子筛止血材料与其他止血材料对比的部分凝血活酶时间测试结果。其中，对照组为没有用止血材料的情况；实验组为用止血材料的情况。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明。

实施例1

2.08g(10mmol)TEOS溶于10g乙醇，向此溶液中加入0.5g水和0.4g 0.1M HCl，室温下搅拌1小时后，混合均匀后再与含0.9g三嵌段共聚物表面活性剂P123(EO₂₀PO₇₀EO₂₀)，室温下搅拌1个小时和乙醇溶液混合。将上述澄清溶液转移至大的培养皿中，自然挥发除去溶液乙醇后(完全干燥，一般需要1天)，得到无色透明柔软的厚膜。将膜从培养皿底部分开后，加入100ml聚四氟乙烯的瓶中，加入约70ml水，在100℃烘箱中水热处理72小时。得到白色不透明的厚膜，抽滤分离，室温干燥500℃焙烧6小时除去表面活性剂后，就可得到二维六方相(p6mm结构)的纯氧化硅介孔分子筛块状材料。其凝血效果良好。

实施例2

在室温下将0.40g EO₃₉BO₄₇EO₃₉(B50-6600)溶解于30g 0.5mol/L的HCl溶液中，将2.08g TEOS加入所得澄清溶液中，各反应物的摩尔比为TEOS/EO₃₉BO₄₇EO₃₉/HCl/H₂O＝1∶0.0074∶6∶166。反应物室温搅拌一天后，在100℃条件下水热1天。所得白色沉淀物经过滤，去离子水洗三次后，室温干燥。在550℃空气气氛下焙烧6小时除去模板剂，升温速率控制在2℃/min，最终得到三维立方相(Im3m结构)的纯氧化硅介孔分子筛粉末状材料。其凝血效果良好。

实施例3

将4.0g非离子表面活性剂EO₂₀PO₇₀EO₂₀(P123)，1.4g硝酸钙(Ca(NO₃)₄·4H₂O)，6.7g正硅酸乙酯(TEOS)溶于60g乙醇中，再加入1.0g 0.5M盐酸溶液，室温下搅拌24h，倒入培养皿中，陈化约72h，使水解-缩聚反应充分进行，形成凝胶，将凝胶置于干燥器中。干燥后得到的凝胶块在马弗炉内于700℃焙烧5h，即可得到二维六方相(p6mm结构)的含氧化钙的氧化硅介孔分子筛材料。其凝血效果良好。

实施例4

首先利用恒温水浴装置对反应体系的温度进行控制，在38℃时将2.0g(0.4mmol)的EO₂₀PO₇₀EO₂₀(P123)，2.2g(30mmol)KCl溶解于60g 2.0M HCl溶液中。剧烈搅拌下向该澄清溶液中加入4.2g(20mmol)的TEOS.搅拌8分钟后，在相同温度下保持反应混合物静置一天，然后将反应物转移到水热釜中，在100℃条件下水热一天。过滤在水洗三次除去合成时加入的无机盐，室温下干燥。最后，在空气下550℃焙烧4小时除去有机模板剂，得到二维六方相(p6mm结构)棒状的介孔分子筛材料。其凝血效果良好。

实施例5

先将2.0g EO₁₀₆PO₇₀EO₁₀₆(F127)、2.0g三甲苯(TMB)和5.0g KCl溶于120ml浓度为2M的HCl溶液中，搅拌至澄清后再将8.3gTEOS加入到此溶液中，混合物在～40℃温度下强烈搅拌24h。混合溶液转移到水热釜中在一定温度下水热72h。过滤洗涤，在空气中干燥后，得到的产物，再于550℃下焙烧6h，冷却至室温后即得到所需的三维立方相(Fm3m结构)、大孔径(～12nm)的介孔分子筛材料。其凝血效果良好。

实施例6

先将0.5g C₁₈EO₁₀₀(Brij700)溶于50g 2M的HCl溶液中，搅拌至澄清后再将适量TMB(0.2～1.0g)以及3.5g TEOS加入到此溶液中，混合物在一定温度下(4～40℃)强烈搅拌24h，然后转移到水热釜中在100℃下水热24h到72h。过滤洗涤，在空气中干燥后，得到的产物再于450～550℃下焙烧6h，冷却至室温后即得到所需的三维立方相(Im3m结构)、小孔径(～3nm)的介孔分子筛材料。其凝血效果良好。

实施例7

在恒定搅拌下用5mol/L H₂SO₄调节硅酸钠水溶液的pH值为10左右，15min后加入十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)水溶液，然后再搅拌30min，反应混合物摩尔组成如下：SiO₂∶0.96Na₂O∶0.89H₂SO₄∶0.20CTMAB∶122H₂O，然后转移到水热釜中在100℃下水热24h到72h，过滤洗涤，在空气中干燥后，得到的产物，再于550℃下焙烧6h，冷却至室温后即得到所需的二维六方相(p6mm结构)的介孔氧化硅分子筛白色粉末材料。其凝血效果良好。

Claims

1、一种介孔分子筛止血材料，其特征在于利用结构导向剂自组装，通过典型的溶胶-凝胶过程制备获得；其组成的主要成分为二氧化硅和其它氧化物，摩尔比为二氧化硅∶其它氧化物为(50～100)∶(0～50)；这里的其它氧化物为氧化铝、氧化钙、氧化钠、氧化镁、氧化锌或五氧化二磷。

2、根据权利要求1所述的介孔分子筛止血材料，其特征在于具有可控的介观结构，孔径为1～30nm分布均一可调，比表面为100～1000m²/g，孔体积为0.3～1.5cm³/g。

3、根据权利要求1所述的介孔分子筛止血材料，其特征在于形貌为颗粒、单片、薄膜、纤维。

4、一种如权利要求1所述的介孔分子筛止血材料的制备方法，其特征在于包括水相合成和非水相合成两种，具体步骤如下：

1)水相合成

b)加入无机前驱物，继续搅拌得到稳定的溶胶；

d)然后冷却至室温，过滤、洗涤，干燥；

2)非水相合成

b)加入无机前驱物，继续搅拌得到稳定的溶胶；

c)将溶胶倒入器皿中，使溶剂进行充分挥发；

5、根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于在水相合成中步骤(a)、(b)的温度为室温到60℃；在非水相合成的温度为室温。

6、根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于所用的结构导向剂为非离子型表面活性剂或离子型表面活性剂。

7、根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述的无机前驱物，包括硅源、钙源、铝源或镁源，其中，硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯或硅酸钠，钙源为硝酸钙、氯化钙，铝源为硝酸铝、氯化铝，镁源为硝酸镁、氯化镁。

8、根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述的合成介质为酸性或碱性介质，酸性介质为非离子型和离子型表面活性剂作为结构导向剂时共同采用，碱性介质为离子型表面活性剂作为结构导向剂时采用。

9、根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于合成过程中还可以加入无机盐和有机膨胀剂。