CN1970090B

CN1970090B - 纳米介孔硅基干凝胶止血材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN1970090B
Application number: CN200610116061.XA
Authority: CN
Inventors: 刘昌胜; 袁媛; 石恒松
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2026-09-14
Also published as: CN1970090A; US20090232902A1; US8703208B2; WO2008034304A1

Abstract

本发明公开了一种纳米介孔硅基干凝胶止血材料及其制备方法和应用。该材料具有均匀可调的纳米孔(1～50nm)、较高的比表面积(100～1400m²/g)、宏观形貌(粉末、膜、片状、柱状等)和组成(氧化硅、氧化钙、氧化磷等)可调以及良好的生物降解性。本发明所制备的介孔硅基干凝胶可以用于不同医用场合的止血，包括缓慢出血和快速、大量出血，尤其骨缺损渗血等难止血部位。材料不仅能够快速止血，止血效果好，而且吸水后形成的具有一定弹性和力学性能的硅基凝胶网络可以调控细胞的行为和组织的形成，加速创伤组织的愈合。同时可利用其介孔结构的特点负载药物、凝血酶及生物活性因子，以提高治疗的效果。

Description

纳米介孔硅基干凝胶止血材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种止血材料及其制备方法和应用，特别涉及一种具有纳米介孔结构的硅基干凝胶止血材料及其制备方法和应用。

技术背景

出血是任何创伤均可发生的并发症，是威胁人体生命的主要原因之一。同时，快速而有效地止血也是临床手术、战伤急救的重要环节。据不完全统计，目前每年我国用于临床的各类止血药约为500吨。因此，寻找有效的适合各科手术中伤口及野战急救中创伤愈合的止血材料一直是国内外研究的热点。

传统的伤口止血材料主要是急救包、四头带、止血带和绷带，以及用于弥补急救包包扎止血不足的无菌敷料等。这些材料尽管具有一定的止血作用，但存在以下显著问题：对大面积伤口以及复合伤、多发伤伤口的覆盖、止血效果欠佳；材料过多，且使用过程比较复杂，不利于现场急救等。因而目前在临床上使用的越来越少。

近年来，随着科技的迅速发展，出现了一系列新型的止血材料，并先后应用于临床。按照其主要组成材料可分为：1)血纤维蛋白胶(FibrinGlue，FG)，其作用机制是模拟天然血液的凝固过程，材料具有良好的止血、粘合性和组织相容性，尤其是其止血作用不依赖血小板或凝血因子，对合并有凝血功能紊乱的实质器官出血效果明显。自1998年ImmunoAG公司(奥地利)制造的Tisseel/TiSSUCOI纤维蛋白胶被美国FDA批准上市后得到了快速的发展，目前国外上市的生物血纤维蛋白胶有BeriplastP、Hemaseel、Biocol、Boheal及Quixil等，它们都是以纤维蛋白为基础的产品。2)氧化纤维素(OxidizedCellulose，OC)和氧化再生纤维素(Oxidizedregeneratedcellulose，ORC)，该类材料具有良好的降解性、抗菌性和止血性，尤其对缓慢出血具有理想的治愈效果。目前市售的OC和ORC止血材料主要是Oxycel系列和Surgicel系列。这类材料的止血机理为分子中酸性羧基与血红蛋白中Fe³⁺结合，使血液产生酸性正铁血红素，形成红棕色胶块，封闭毛细血管末端而止血。3)矿物质沸石止血剂，20世纪80年代，FrancisX.Hursey发现了由惰性颗粒状矿物质沸石具有优良的止血效果，并于1989年申请了专利US4,822,349。2002年，Z-Medica公司成立专门生产这种由沸石组成的新型止血材料QuikClot^TM。目前该材料已经获得美国FDA批准上市。已有的研究和应用结果表明，这种新型的沸石材料无论是在止血效果，还是提高存活率方面均优于其它止血材料。其止血机理主要是依赖多孔材料超常的吸附能力，以及对水份的选择性吸收，而不吸收红细胞、血小板和其它的凝血因子，因而在损伤部位能够快速浓缩凝血因子并立即发挥止血作用。在此基础上，CN1727011A设计研制出具有介孔结构沸石止血剂，该材料独特的介孔结构和孔径可调控性使其的止血功能更强，止血速度更快，并可通过吸附抗菌素或止痛药等进一步提高疗效。因而与传统沸石止血剂相比，介孔分子筛具有更加广阔的市场前景。

尽管上述新型止血剂在一定程度上克服了传统止血材料的缺陷，在临床上获得了一定的应用，但同时也存在着明显的不足。如FG生产成本高、可能带来人体或动物血源性疾病感染、使用较复杂、止血速度慢以及对大血管出血的止血成功率低等。氧化再生纤维素在骨及颅内易吸收血液，导致体积膨胀而压迫神经。矿物质沸石止血剂不能够生物降解，使用后长期以“异物”形式在体内存在，且材料吸水后存在明显的放热反应，在大面积出血伤口上使用时会产生组织热灼伤。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是公开一种纳米介孔硅基干凝胶止血材料及其制备方法和应用，以克服现有的止血材料和技术存在的一些缺陷。

本发明的技术构思是这样的：多孔结构所导致的超常吸附能力，以及对水份的选择性吸收是沸石止血材料止血的真正原因。介孔结构和孔径可调控性是纳米介孔分子筛快速止血和超强止血效果的本质；而硅基干凝胶是集生物降解性和生物活性于一体的新型生物材料。因此，本发明将纳米介孔和硅基干凝胶的优势有机结合起来，设计研制具有纳米介孔结构的硅基干凝胶新型止血材料，使之不仅能够快速止血，具有良好的止血效果，而且材料能够生物降解，同时，材料降解时能释放Si等离子，调控细胞的行为，加速组织愈合，以克服现有止血材料的缺陷。

本发明所设计的纳米介孔硅基干凝胶止血材料，其主要组成成分为氧化硅、氧化钙和五氧化二磷，摩尔比为：

氧化硅∶氧化钙∶五氧化二磷＝50～100∶0～25∶0～25；

孔径大小为1～50nm，比表面为100～1400m²/g；

材料的宏观形貌为粉末、膜、片状或柱状等。

本发明的纳米介孔硅基干凝胶止血材料的制备方法包括如下步骤：

1)将硅源、磷源和钙源前驱体溶解在重量浓度为10～60％的乙醇水溶液中；

2)滴加盐酸，使体系保持pH为2～8，优选4～6，搅拌1～4小时，获得溶胶；

3)将所说的溶胶在20～100℃温度下进行老化、陈化5～20小时，然后干燥2～48小时；干燥方法包括常温干燥、冷冻干燥、真空干燥、梯度升温干燥等，干燥温度为20～180℃；

4)最后，在500～700℃温度下焙烧2～10小时，脱除溶剂，获得产品；

所说的硅源选自正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丁酯、硅酸钠、硅酸钾或硅酸锂等；

所说的钙源选自氯化钙、硝酸钙、醋酸钙、甲氧基钙、乙氧基钙或甲氧基乙氧基钙等；

所说的磷源为磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸钾、磷酸氢钾或磷酸二氢钾等。

硅源、钙源、磷源的摩尔比＝50～100∶0～25∶0～25；

所述的纳米介孔硅基干凝胶止血材料可用于不同医用场合的止血，包括缓慢出血和快速、大量出血，以及骨缺损渗血等难止血部位。

将本发明所研制的纳米介孔硅基干凝胶止血材料用于兔耳静脉止血，分别考察了在自然和压迫条件下的止血时间，并以等量的云南白药作为对照。结果显示，采用本发明的方法制备的纳米介孔硅基干凝胶在自然无压情况下具有与云南白药相当的止血时间，而在压迫情况下，止血时间要明显短于云南白药。同时，一周、两周及一月后伤口的愈合情况均显著优于云南白药。

本发明所制备的介孔硅基干凝胶可以用于不同医用场合的止血，包括缓慢出血和快速、大量出血，尤其骨缺损渗血等难止血部位。将介孔硅基干凝胶均匀地撒在创面上，能很快吸附水分，浓缩凝血因子，在创伤表面形成一层屏障，快速结痂止血，止血效果好；而且吸水后形成的具有一定弹性和力学性能的硅基凝胶网络可以调控细胞的行为和组织的形成，加速创伤组织的愈合，同时在创面组织生长愈合的同时，材料被人体降解吸收。另外，可利用其介孔结构的特点负载药物和生物活性因子，以提高治疗的效果，是一种理想的止血材料。

附图说明

图1为合成纳米介孔硅基干凝胶的外形图。

图2为合成纳米介孔硅基干凝胶的XRD谱图。

图3为合成纳米介孔硅基干凝胶的扫描电镜图。

图4为合成纳米介孔硅基干凝胶的氮气吸附-脱附曲线。1-吸附曲线，2-脱附曲线。

图5为合成纳米介孔硅基干凝胶的孔分布曲线。

图6为不同条件下合成纳米介孔硅基干凝胶的降解性能。

图7为纳米介孔硅基干凝胶止血材料与云南白药止血时间的测试结果。

其中1为云南白药，2为纳米介孔硅基干凝胶。

图8纳米介孔硅基干凝胶止血材料与云南白药止血一周后伤口的愈合情况比较。

其中1为纳米介孔硅基干凝胶止血后的情况，2为云南白药止血后的情况。

图9纳米介孔硅基干凝胶止血材料与云南白药止血二周后伤口的愈合情况比较。

图10纳米介孔硅基干凝胶止血材料与云南白药止血一月后伤口的愈合情况比较。

具体实施方式

下面将结合实例进一步阐明本发明的内容，但这些实例并不限制本发明的保护范围。

实施例1

称取10g正硅酸乙酯，溶于5.4g去离子水和2g无水乙醇的混合溶剂中，混合搅拌10分钟；滴加1N盐酸，保持pH值为3，连续搅拌2小时。将溶胶注入聚乙烯模具中密闭陈化2天，然后逐级升温至180℃保温4小时。光学显微镜下见合成的硅基干凝胶为光滑、透明的块体(见附图1)。进一步氮气吸附-脱附实验测试结果显示该无钙硅基干凝胶材料的孔径大小为3nm，比表面为670m²/g，记为L-1。

实施例2

称取10g正硅酸乙酯、3.36g磷酸三甲酯和2.67g氯化钙，溶于8g去离子水和8g无水乙醇的混合溶剂中，在室温条件下，混合搅拌10分钟；滴加1N盐酸，保持pH值为4，连续搅拌2小时。将溶胶注入聚乙烯模具中密闭陈化2天，然后冷冻干燥10小时。样品装入刚玉坩埚，用程控电炉加热到700℃，自然冷却后粉磨过150目标准筛，密封备用。该粉末为含钙硅基干凝胶止血材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和BET法分别测试了所制备粉末的相组成、形貌和孔径大小和孔分布进行了测试，结果分别见附图2、图3、图4、图5。结果表明，所合成的硅基干凝胶在结构上属于无定型二氧化硅；由大小均匀的孔构成。由氮气吸附-脱附等温线(1-吸附曲线，2-脱附曲线)可见其呈现出IV型吸附等温线以及H型滞后环，在相对压力P_s/P₀在0.43～0.67之间存在明显的台阶.这与二维六方介孔结构特征相吻合，表明样品具有有序介孔结构，孔道分布窄，孔径大小为3.8nm，比表面为850m²/g，该含钙硅基干凝胶记为L-2。

实施例3

称取15g正硅酸乙酯、2.16g磷酸三甲酯和1.71g氯化钙，溶于8g去离子水和8g无水乙醇的混合溶剂中，在室温条件下，混合搅拌10分钟，缓慢滴加1N盐酸，保持pH值为6，连续搅拌2小时。将溶胶注入聚乙烯模具中密闭陈化2天，然后冷冻干燥10小时。样品装入刚玉坩埚，用程控电炉加热到700℃，自然冷却后粉磨过150目标准筛，密封备用。该粉末为含钙硅基干凝胶止血材料。氮气吸附-脱附实验该粉末为孔径大小为50nm，比表面为650m²/g的含钙硅基干凝胶，记为L-3。

实施例4

称取10g正硅酸乙酯、3.36g磷酸三甲酯和2.67g氯化钙，溶于10g去离子水和10g无水乙醇的混合溶剂中，在室温条件下，混合搅拌10分钟；缓慢滴加1N盐酸，保持pH值为6，连续搅拌2小时。将溶胶注入聚乙烯模具中密闭陈化2天，然后冷冻干燥10小时，样品装入刚玉坩埚，用程控电炉加热到500℃，自然冷却后粉磨过150目标准筛，密封备用。该块状含钙硅基干凝胶止血材料孔径大小为30nm，比表面为1100m²/g，记为L-4。

实施例5

研究实施例1、2和3合成硅基干凝胶止血材料L-1、L-2和L-3的体外降解性能。分别将L-1、L-2和L-3材料放入盛有25mL模拟体液的密闭容器中，然后将上述容器置于37的恒温培养箱中，分别在1天、3天、7天、14天、21天、28天、35天、42天和49天将样品取出，过滤、去离子水清洗，然后放入烘箱中，100℃左右加热2小时，冷却后称重，通过对其失重数据的计算来观察材料的降解。结果见附图6。可以看出所合成的硅基干凝胶止血材料在初始7天降解较快，达60％以上，之后缓慢下降，40天左右基本完全降解。由此可见，采用该法合成的介孔硅基干凝胶材料具有良好的生物降解性。

实施例6

通过动物实验对实施例2制备的纳米介孔硅基干凝胶L-2的止血性能性能进行评价。

①评价方法：

止血时间的测定

实验动物：雄性新西兰大白兔，六月，2.24Kg，清洁级(复旦大学医学院动物中心提供)。

对照组：云南白药；

实验方法1-自然止血：用5毫升塑料注射器针头刺破兔左耳内侧耳缘静脉中部使出血，迅速以棉球擦拭一次，立刻洒上凝胶或云南白药，并启动秒表计时，观察伤口周围血液流出情况，直至出血停止并立刻计时。

实验方法2-压迫止血：将兔耳缘静脉横断1/3，伤口立即出血，先用单一棉球按压(此时一松手即有血液流出)，然后取下棉球，迅速将撒有100mg干凝胶粉末或云南白药的棉球(棉球重约100mg)压在伤口上约1分钟，松开施压手，观察棉球以及周围有无血液渗出。重复压迫伤口直至出血停止，并记录压迫时伤口时间。

伤口愈合实验

用剪刀和电动剃刀将兔子背部去毛，用手术刀在皮肤上划出深约3毫米，张口宽约5毫米的井字型伤口(水平伤口浅且窄)。在左侧纵向伤口处撒上干凝胶粉，右侧纵向伤口撒云南白药粉(右上角独立短伤口也撒云南白药粉)，适当按压使粉末充分接触伤口部位；水平两道伤口均做空白。裸露伤口部位，笼养观察伤口愈合情况。

评价结果

止血时间的测定

实验结果见附图7。其中1为云南白药，2为纳米介孔硅基干凝胶，A为自然无压，B为压迫情况。由图可见，在自然无压情况下，纳米介孔硅基干凝胶具有与云南白药的止血时间相当，而在压迫情况下，纳米介孔硅基干凝胶的止血时间要明显短于云南白药。也就是说，采用本发明所制备的纳米介孔硅基干凝胶具有较好的止血效果。

伤口愈合实验

纳米介孔硅基干凝胶止血材料与云南白药止血一周、二周及一月后伤口的愈合情况分别见附图8、图9和图10。其中1为纳米介孔硅基干凝胶止血后的情况，2为云南白药止血后的情况。由图中可以看出，在一周内，左侧的伤口结痂为淡黄色，未出现肿胀现象，伤口较平；右侧伤口愈合较慢，结痂面积较大，颜色为黑色，划痕周围出现明显肿胀，有的地方肿的很高。二周后，左侧伤口已无明显结痂，划痕基本愈合，新生组织生长良好，新生皮肤组织略高于皮肤表面；而右侧伤口干燥收缩，结痂没有完全退去，伤口没有完全愈合。一月后，左侧划痕愈合情况良好，皮肤已比较平整；右侧对照部分愈合不如左侧完全。由此可见，使用纳米介孔硅基干凝胶的伤口愈合情况显著好于云南白药。

实施例7

称取10g正硅酸乙酯、3.36g磷酸三甲酯和2.67g氯化钙，溶于10g去离子水和10g无水乙醇的混合溶剂中，在室温条件下，混合搅拌10分钟，缓慢滴加1N盐酸，保持pH值为6，连续搅拌2小时。在体系中加入20mL0.5％妥布霉素水溶液，再搅拌1小时，将上述含有药物的溶胶注入聚乙烯模具中密闭陈化2天，然后冷冻干燥10小时，密封备用。该粉末为含钙硅基干凝胶止血材料，孔径为30nm，比表面为1100m²/g。进一步的动物实验结果显示，该含妥布霉素的介孔硅基干凝胶的止血效果更佳。

实施例8

称取5g正硅酸乙酯、1.68g磷酸三甲酯和1.34g氯化钙，溶于4g去离子水和4g无水乙醇的混合溶剂中，在室温条件下，混合搅拌10分钟；缓慢滴加1N盐酸，保持pH值为4，连续搅拌2小时。将上述溶胶注入聚乙烯模具中密闭陈化2天，然后冷冻干燥10小时，样品装入刚玉坩埚，用程控电炉加热到500，自然冷却后粉磨过150目标准筛，得到硅基干凝胶粉末。进一步将上述合成的硅基干凝胶浸入10mL0.5％凝血酶的水溶液中，吸附5小时，然后冷冻干燥10小时即得含凝血酶的硅基干凝胶材料。进一步的动物实验结果显示，该含凝血酶的介孔硅基干凝胶的止血速度更快，效果更佳。

Claims

1.一种无定型的纳米介孔硅基干凝胶止血材料，其特征在于，包括氧化硅、氧化钙和五氧化二磷，摩尔比为：

氧化硅∶氧化钙∶五氧化二磷＝50～100∶0～25∶0～25，条件是该摩尔比中0排除在外，

其中所述干凝胶止血材料通过包括如下步骤的方法制备：

①将硅源、磷源和钙源前驱体溶解在乙醇水溶液中；

②滴加盐酸，使体系保持pH为2～8，搅拌1～4小时，获得溶胶；

③将所说的溶胶在20～100℃温度下进行老化、陈化5～200小时，然后干燥；

④最后，在500～700℃温度下焙烧2～10小时，脱除溶剂，获得产品。

2.根据权利要求1所述的无定型的纳米介孔硅基干凝胶止血材料，其特征在于，其孔径大小为1～50nm。

3.根据权利要求2所述的无定型的纳米介孔硅基干凝胶止血材料，其特征在于，比表面为100～1400m²/g。

4.根据权利要求1、2或3所述的无定型的纳米介孔硅基干凝胶止血材料，其特征在于，材料的宏观形貌为粉末、膜、片状或柱状。

5.制备权利要求1～4任一项所述的无定型的纳米介孔硅基干凝胶止血材料的方法，包括如下步骤：

①将硅源、磷源和钙源前驱体溶解在乙醇水溶液中；

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所说的硅源选自正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丁酯、硅酸钠、硅酸钾或硅酸锂。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所说的钙源选自氯化钙、硝酸钙、醋酸钙、甲氧基钙、乙氧基钙或甲氧基乙氧基钙。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所说的磷源为磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸钾、磷酸氢钾或磷酸二氢钾。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，硅源、钙源、磷源的摩尔比＝50～100∶0～25∶0～25，条件是该摩尔比中0排除在外。

10.根据权利要求1～4任一项所述的无定型的纳米介孔硅基干凝胶止血材料在制备用于不同医用场合的止血的药物中的应用，所述不同医用场合的止血为缓慢出血，快速、大量出血，以及骨缺损渗血。