一种多孔淀粉复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及材料领域，尤其涉及一种多孔淀粉复合材料及其制备方法和应用。
背景技术：
：失血是日常生活中经常发生的事，尤其是各种急性大出血可大大增加伤员的死亡率。而能否在受伤现场或者前往医院的路上给予伤员创伤出血进行快速有效地控制，将对提高伤员存活率有着巨大的意义。传统的止血方式主要有缝扎、按压、敷料等，主要止血材料包括止血绷带或者止血带等。随着科学技术的高速发展，以凝血酶、纤维蛋白胶、氧化纤维素、壳聚糖、多孔沸石等为代表的止血材料也相继问世，按照止血机制的不同，这些止血材料主要分为活性止血材料、惰性止血材料以及两者兼之的止血材料，正由于止血机制的不同，这些止血材料的止血效果也互不相同，应用方式也互有差异，但是由于在生物相容性、降解性、止血效果、致热等方面多多少少存在一定的缺陷，这些止血材料在临床止血方面的应用受到了很大的限制。由于廉价的价格、广泛的来源、良好的体内降解性和生物相容性，多孔淀粉在生物材料领域渐渐受到关注。多孔淀粉是由天然淀粉经水解反应处理而来，是变形淀粉之一。多孔淀粉具有以下特点：颗粒表面是含有多个孔道的蜂窝状结构，孔的分布不均，直径大约为1微米，容积大约为整个颗粒体积的一半，比表面积较大；具备超强的吸附能力；堆积密度较低；无毒，使用安全；生产简便，无需添加使用任何化学试剂。其中，良好的吸附性能是多孔淀粉得以在止血方面应用最为突出的原因。但现有的多孔淀粉材料作为止血材料应用的缺陷有1、止血速度慢，效果不理想；2、无抗菌效果，容易引起炎症反应；3、制备工艺繁琐复杂，成本高。因此，亟需开发出一种综合性能优异的止血材料。技术实现要素：本发明的目的就是为了克服目前止血材料制备成本高，生物相容性差，止血效果差，难以体内降解等不足以及目前的多孔淀粉止血材料制备工艺复杂，止血效果不佳，容易引起炎症反应等缺陷，提供一种多孔淀粉复合材料及其制备方法和应用。本发明的多孔淀粉复合材料具有快速强效的止血效果，且可以持续抗菌，生物相容性好，可在体内持续的降解，且制备方法简单，具有很好的应用前景。本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。本发明提供了一种多孔淀粉复合材料的制备方法，其包括下述步骤：将多孔淀粉与介孔硅酸钙锌混合均匀，溶解在乙醇溶液中，超声分散，离心，过滤，将沉淀物干燥，即可；所述的多孔淀粉与介孔硅酸钙锌的质量比为1：(0.2～0.4)。发明人经过反复研究发现，多孔淀粉与介孔硅酸钙锌的质量比是较为关键的，如果两者的配比不在本发明的上述范围内，对最终产品的性能有不利影响。一方面，如果介孔硅酸钙锌比例低于上述范围，会导致钙离子与锌离子含量过低，而起不到预期的止血和抗菌的效果。另外一方面，如果介孔硅酸钙锌比例超过上述范围，会导致复合材料整体的吸水率降低，从而引起吸血效果不佳。其中，所述的干燥的温度较佳地为20～50℃，更佳地为30～45℃。其中，所述的乙醇溶液的质量百分比浓度较佳地为65％～85％。本发明中，所述的多孔淀粉较佳地通过下述制备方法得到：将淀粉和酶的混合物加入到磷酸盐缓冲液中，搅拌条件下进行酶解反应，离心分离，干燥即得到多孔淀粉。其中，所述的淀粉可为本领域常规使用的各种淀粉，较佳地为马铃薯淀粉、绿豆淀粉、木薯淀粉、豌豆淀粉、玉米淀粉和小麦淀粉中的一种或多种。其中，所述的酶可为本领域中常规使用的可以分解淀粉的各种酶，较佳地为α-淀粉酶、β-淀粉酶、异淀粉酶、糖化酶、脱支酶和磷酸化酶中的一种或多种。其中，所述的酶解反应的温度较佳地为50～65℃；所述的酶解反应的pH值较佳地为5～7；所述的酶解反应的时间较佳地为4～9小时。其中，所述的淀粉和酶的质量比较佳地为1：(0.02～0.1)；所述的淀粉与磷酸盐缓冲液的质量体积比较佳地为100g：(250～1000)mL。其中，所述的磷酸盐缓冲液较佳地为磷酸一氢钠-磷酸缓冲液。本发明中，所述的介孔硅酸钙锌较佳地通过下述制备方法得到：在P123与水的混合物中，加入酸性催化剂混合均匀，然后加入可溶性钙盐和可溶性锌盐，将TEOS滴加至溶液中，搅拌至溶液出现白色浑浊后，继续搅拌，得到溶胶凝胶白色乳浊液；将所述的白色乳浊液陈化，抽滤去除上层液体，将沉淀物干燥，烧结，即得介孔硅酸钙锌。其中，所述P123为本领域公知的聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物(EO20PO70EO20)，购于Aldrich-sigma试剂公司。其中，所述的水为本领域常规使用的水，一般为去离子水。其中，所述的加入酸性催化剂的温度较佳地为25～55℃，更佳地为45℃。其中，所述的酸性催化剂的浓度较佳地为1～4mol/L，更佳地为2mol/L。其中，所述的酸性催化剂较佳地为盐酸、硝酸和硫酸中的一种或多种。其中，所述的可溶性钙盐可为本领域常规使用的各种易溶于水的可溶性钙盐，本发明优选为氯化钙、四水硝酸钙、磷酸氢钙、醋酸钙、溴化钙和氟化钙中的一种或多种。其中，所述的可溶性锌盐可为本领域常规使用的各种易溶于水的可溶性锌盐，本发明优选为六水硝酸锌。其中，所述的P123与所述的水的质量比较佳地为1∶(7～8.6)，所述的P123与所述的酸性催化剂的质量体积比较佳地为1g∶(28～35)mL，所述的P123与所述的TEOS的质量体积比较佳地为1g∶(2～3.3)mL，所述的P123与所述的可溶性钙盐、可溶性锌盐的质量比较佳地为1∶(2.2～3.0)∶(3.2～4.6)。其中，所述TEOS即为本领域常规使用的正硅酸乙酯。所述的滴加的速度较佳地为8滴/min～20滴/min。其中，所述的继续搅拌的时间较佳地为5～12小时。其中，所述烧结的方法和条件为本领域常规的方法和条件。所述的烧结的温度较佳地为550～650℃；所述的烧结的时间较佳地为5～7小时。本发明还提供了一种由上述制备方法制得的多孔淀粉复合材料。本发明还提供了一种所述的多孔淀粉复合材料在制备止血材料中的应用。其中，所述的止血材料较佳地为用于制备人体表皮、体内组织的止血材料。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。本发明所用试剂和原料均市售可得。本发明的积极进步效果在于：(1)本发明的多孔淀粉复合材料具有的止血功能来自两个方面：化学止血和物理压迫止血；复合材料用于流血伤口，接触血液时，释放出少量钙离子，促进血液凝结，达到止血效果。且复合材料中的介孔材料接触血液时，吸水后形成防水凝胶状，封堵创口；同时材料吸水膨胀后，对周围血管形成一定压力而促进止血。而多孔淀粉有较强的吸附性能，可快速吸收血液中的水分，聚集血液中的有形成分于颗粒表面，并且形成的血栓具有较高的粘性，可牢固粘附于创面。从而具有快速强效的止血效果。(2)复合材料中的介孔硅酸钙锌接触血液时，其会释放少量的锌离子，锌离子也具备很强的抗菌性能，它可通过结合细菌细胞膜及膜蛋白，破坏细胞结构以及细胞内的酶达到抗菌，从而使所述的复合止血材料具有一定的消炎、抗菌的效果。(3)复合材料中的介孔硅酸钙锌与多孔淀粉，都具有良好的生物活性和可降解性，从而使所述的复合材料在止血时具有良好的生物活性和良好的降解性，可用于人体表皮、体内组织的出血部位的止血。(4)本发明的复合材料吸水率达到130％以上，抗菌率达到93％以上。而单独的多孔淀粉的吸水率只有120％左右，无抗菌效果。附图说明图1为本发明实施例1中的多孔淀粉的扫描电镜照片。图2为本发明实施例1中的介孔硅酸钙锌的透射电镜照片。图3为本发明实施例1中的多孔淀粉复合材料的扫描电镜照片。图4为本发明实施例1中的多孔淀粉复合材料的抗菌实验结果，其中a为空白对照组，b为复合材料的实验组。图5为本发明实施例1中的多孔淀粉复合材料的兔耳缘静脉止血模型照片。图6为本发明实施例1中的多孔淀粉复合材料的兔背部皮肤止血模型照片。图7为本发明实施例1中的多孔淀粉复合材料的兔肝脏止血模型照片。图8为本发明实施例1制得的复合材料的降解数据图。具体实施方式下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。下述实施例中，乙醇溶液的质量百分比浓度为70％。实施例1一种多孔淀粉/介孔硅酸钙锌复合止血材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：(1)多孔淀粉的制备将100g玉米淀粉和2gα-淀粉酶、3g糖化酶加入到250ml磷酸盐缓冲液(磷酸一氢钠-磷酸缓冲液)中，在温度为50℃和pH为5.8的条件下搅拌进行酶解反应，6小时后，离心分离，干燥得到多孔淀粉；(2)介孔硅酸钙锌的制备在4.0gP123与30mL水的混合物中，控制温度45℃，加入120mL的2mol/L盐酸混合均匀，然后加入15.8g六水硝酸锌和10.71g的四水硝酸钙，将9.12mL的TEOS以15滴/min的速度滴加至溶液中，搅拌12小时至溶液出现白色浑浊后，继续搅拌，得到溶胶凝胶白色乳浊液。将白色乳浊液陈化，抽滤去除上层液体，然后将沉淀物干燥，在600℃温度下的马弗炉中烧结6小时，即得介孔硅酸钙锌。(3)多孔淀粉/介孔硅酸钙锌复合材料的制备将10g多孔淀粉和3g介孔硅酸钙锌混合均匀，溶解在乙醇溶液中进行超声分散，离心，过滤，将沉淀物在45℃的烘箱中干燥，即得多孔淀粉/介孔硅酸钙锌复合材料。实施例2一种多孔淀粉/介孔硅酸钙锌复合止血材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：(1)多孔淀粉的制备将100g玉米淀粉和2gα-淀粉酶、3g糖化酶加入到250ml磷酸盐缓冲液(磷酸一氢钠-磷酸缓冲液)中，在温度为50℃和pH为5.8的条件下搅拌进行酶解反应，9小时后，离心分离，干燥得到多孔淀粉。(2)介孔硅酸钙锌的制备在4.0gP123与30mL水的混合物中，控制温度45℃，加入120mL的2mol/L盐酸混合均匀，然后加入17.6g六水硝酸锌和11.76g的四水硝酸钙，将9.12mL的TEOS以15滴/min的速度滴加至溶液中，搅拌12小时至溶液出现白色浑浊后，继续搅拌，得到溶胶凝胶白色乳浊液。将白色乳浊液陈化，抽滤去除上层液体，然后将沉淀物干燥，在600℃温度下的马弗炉中烧结6小时，即得介孔硅酸钙锌。(3)多孔淀粉/介孔硅酸钙锌复合材料的制备将10g多孔淀粉和3g介孔硅酸钙锌混合均匀，溶解在乙醇溶液中进行超声分散，离心，过滤，将沉淀物在45℃的烘箱中干燥，即得多孔淀粉/介孔硅酸钙锌复合材料。实施例3一种多孔淀粉/介孔硅酸钙锌复合止血材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：(1)木薯淀粉的制备将100g木薯淀粉和2gβ-淀粉酶、3g脱支酶加入到500ml磷酸盐缓冲液(磷酸一氢钠-磷酸缓冲液)中，在温度为50℃和pH为5.8的条件下搅拌进行酶解反应，6小时后，离心分离，干燥得到多孔淀粉。(2)介孔硅酸钙锌的制备在4.0gP123与30mL水的混合物中，控制温度45℃，加入120mL的2mol/L盐酸混合均匀，然后加入13.1g六水硝酸锌和9.761g的四水硝酸钙，将9.12mL的TEOS以15滴/min的速度滴加至溶液中，搅拌12小时至溶液出现白色浑浊后，继续搅拌，得到溶胶凝胶白色乳浊液。将白色乳浊液陈化，抽滤去除上层液体，然后将沉淀物干燥，在600℃温度下的马弗炉中烧结6小时，即得介孔硅酸钙锌。(3)多孔淀粉/介孔硅酸钙锌复合材料的制备将10g多孔淀粉和3g介孔硅酸钙锌混合均匀，溶解在乙醇溶液中进行超声分散，离心，过滤，将沉淀物在30℃的烘箱中干燥，即得多孔淀粉/介孔硅酸钙锌复合材料。实施例4一种多孔淀粉/介孔硅酸钙锌复合止血材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：(1)多孔淀粉的制备将100g木薯淀粉和4gα-淀粉酶、5g糖化酶加入到250ml磷酸盐缓冲液(磷酸一氢钠-磷酸缓冲液)中，在温度为60℃和pH为6.2的条件下搅拌进行酶解反应，9小时后，离心分离，干燥得到多孔淀粉。(2)介孔硅酸钙锌的制备在4.0gP123与30mL水的混合物中，控制温度45℃，加入120mL的2mol/L盐酸混合均匀，然后加入14.1g六水硝酸锌和9.861g的四水硝酸钙，将9.12mL的TEOS以15滴/min的速度滴加至溶液中，搅拌12小时至溶液出现白色浑浊后，继续搅拌，得到溶胶凝胶白色乳浊液。将白色乳浊液陈化，抽滤去除上层液体，然后将沉淀物干燥，在600℃温度下的马弗炉中烧结6小时，即得介孔硅酸钙锌。(3)多孔淀粉/介孔硅酸钙锌复合材料的制备将10g多孔淀粉和2g介孔硅酸钙锌混合均匀，溶解在乙醇溶液中进行超声分散，离心，过滤，将沉淀物在40℃的烘箱中干燥，即得多孔淀粉/介孔硅酸钙锌复合材料。实施例5一种多孔淀粉/介孔硅酸钙锌复合止血材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：(1)多孔淀粉的制备将100g玉米淀粉和2gα-淀粉酶、3g糖化酶加入到750ml磷酸盐缓冲液(磷酸一氢钠-磷酸缓冲液)中，在温度为50℃和pH为6.8的条件下搅拌进行酶解反应，6小时后，离心分离，干燥得到多孔淀粉。(2)介孔硅酸钙锌的制备在4.0gP123与30mL水的混合物中，控制温度45℃，加入120mL的2mol/L盐酸混合均匀，然后加入16.2g六水硝酸锌和9.761g的四水硝酸钙，将9.12mL的TEOS以15滴/min的速度滴加至溶液中，搅拌12小时至溶液出现白色浑浊后，继续搅拌，得到溶胶凝胶白色乳浊液。将白色乳浊液陈化，抽滤去除上层液体，然后将沉淀物干燥，在600℃温度下的马弗炉中烧结6小时，即得介孔硅酸钙锌。(3)多孔淀粉/介孔硅酸钙锌复合材料的制备将10g多孔淀粉和4g介孔硅酸钙锌混合均匀，溶解在乙醇溶液中进行超声分散，离心，过滤，将沉淀物在45℃的烘箱中干燥，即得多孔淀粉/介孔硅酸钙锌复合材料。效果实施例1凝血酶原时间(PT)和活化部分凝血活酶时间(APTT)测定：分别通过测定PT和APTT来阐释多孔淀粉/介孔硅酸钙锌复合材料对外、内源性凝血系统的影响。新鲜血液取自SD大鼠，并以1：9的体积比例与0.109mol/L的枸橼酸钠溶液进行混合抗凝处理，在3000转/分钟的转速下离心分离15分钟得到贫血小板血浆(PPP)。PT的测试方法如下：37℃下分别预温大鼠血浆0.1ml、PT试剂0.2ml，预温后将其加入到含待测材料的EP管中，混匀，记录凝固时间。APTT的测试方法按照以下步骤：将0.1mLAPTT加入到含待测材料的EP管中，混匀，加入0.1mLPPP，37℃预温孵育5min，5min后于EP管中加入0.1mL的CaCl2溶液，记录血浆的凝固时间。表1为本发明中的多孔淀粉/介孔硅酸钙锌复合材料的活化部分血凝活酶时间(APTT)结果，如下表所示。表1APTT测定待测材料结果表2为本发明中的多孔淀粉/介孔硅酸钙锌复合材料的凝血酶原时间(PT)结果，如下表所示。表2PT测定待测材料结果从表1、2中可以看出，实施例1制得的复合材料有较快的血液凝集时间，适合用作凝血止血材料。实施例2～5得到的复合材料也同样有较快的血液凝集时间。效果实施例2(1)抗菌方法测定(振荡法)取0.75g样品，放入75mL稀释后的大肠杆菌菌液(105CFU/ML)中，在37℃恒温条件下充分振荡接触24h，取该菌液0.1mL涂布到琼脂平板上，将平板培养基放在37℃恒温振荡箱中培养24h后进行活菌平板计数。同时做空白样品对照实验，每个样品平行测定5次，抑菌率(Y)按下式计算：Y＝(A-B)/A其中，A为空白样品中菌落数，B为抗菌样品中菌落数。(2)材料的吸水率测试材料的吸水性能主要是通过计算单位质量的样品在人体模拟液体(SBF)中吸收的最大液体量。实验前将待测样品放入80℃烘箱内过夜烘干，充分去除样品中的残存水分。称取一定量的样品(W0)，将其平铺于含滤纸的漏斗中，用滴管吸取一定量的SBF，以8mL/min的速率挤滴于样品表面，待第一滴液体从漏斗滴下时停止挤滴，称量记录此时样品的质量(W1)。吸水率(A％)的计算公式如下：A％＝[(W1-W0)/W0]×100％A％：材料的吸水率；W1：材料吸水后的质量，g；W0：材料的吸水前的质量，g。检测实施例制得的复合材料的吸水性能和抗菌效果，结果如下表3所示：表3实施例制得的复合材料的吸水率和抗菌率名称吸水率抗菌率实施例1的复合材料145％93.8％实施例2的复合材料152％94.5％实施例3的复合材料132％93.1％实施例4的复合材料137％94.7％实施例5的复合材料131％96.5％由上表3可以看出，本发明的复合材料吸水率达到130％以上，抗菌率达到93％以上。图1为本发明实施例1中的多孔淀粉的扫描电镜照片，从图中可以看出，经过酶解反应后，淀粉颗粒的表面布满了孔洞，使得淀粉具有较高的吸水率(实施例2～5中的多孔淀粉同实施例1)。图2为本发明实施例1中的介孔硅酸钙锌的透射电镜照片。从图中看出，介孔硅酸钙锌具有贯通而有序的孔道结构，大幅度地增加了材料的孔容积和比表面积(实施例2～5中的介孔硅酸钙锌同实施例1)。图3为本发明实施例1中的多孔淀粉复合材料的扫描电镜照片，从中可以看出，复合材料表面变得崎岖不平，淀粉的孔径和比表面积都有所增大，并且多孔淀粉与硅酸钙锌混合均匀。图4为本发明实施例1中的多孔淀粉复合材料的抗菌实验结果，其中a为空白对照组，b为复合材料的实验组。从图中可以看出，空白组的培养皿上都已长满大肠杆菌，而复合材料实验组的培养皿上得大肠杆菌的菌落很少，可以目数。锌离子具有抗菌效果，硅酸钙锌会释放少量的锌离子，有助于发挥抗菌作用。根据抗菌材料的标准规定，抗菌率在90％以上的抗菌材料具有抗细菌作用。实施例中的复合材料的抗菌率都达到93％以上，说明复合材料具有抗细菌作用。图5为本发明实施例1中的多孔淀粉复合材料的兔耳缘静脉止血模型照片。兔耳缘出血模型是对小型创伤出血的模拟。从图中可以看出，当血流完全控制时，钙络合性微孔淀粉与血液混在一起，形成血痂，紧紧地粘附于创伤表面。图6为本发明实施例1中的多孔淀粉复合材料的兔背部皮肤止血模型照片。从图中看出，血液已完全阻止，血痂完全粘附于创伤，出血已完全控制。图7为本发明实施例1中的多孔淀粉复合材料的兔肝脏止血模型照片。肝脏止血模型是对脏器型出血的一个模拟，由于脏器处聚集了很多静动脉，血流量十分丰富，且脆性大，创伤出血的控制非常困难，因此实施肝脏止血模型可权威地评价材料的止血性能。从图中可以看出，“+”型伤口引发的大血流已经完全止住，样品止血完成后，形成血痂，牢固粘附于伤口处。(实施例2～5中的复合材料的止血效果同实施例1)。效果实施例3降解实验方法体外的降解性主要模拟材料在体内的吸收情况。作为一种止血材料，良好的降解性可使生物体避免细菌的感染。本实验通过选取一周作为降解周期，测定材料在模拟体液中的失重来评价样品的降解性能。由于人体内的α-淀粉酶正常浓度在40～220u/L范围内，故本实验选取含100u/Lα-淀粉酶浓度的模拟人体体液(Simulatedbodyfluid，SBF)(严格按照顺序准确称量以下药品：氯化钠7.996g，碳酸氢钠0.353g，氯化钾0.224g，磷酸氢二钾0.228g，氯化镁0.305g，1mol/L盐酸45mL，氯化钙0.278g，硫酸钠0.071g，三羟甲基氨基甲烷0.657g配成1000mL，并调节溶液pH至7.4)作为降解液。准确称取一定量的待测样品(W0)，以0.25g样品/50mL降解液的比例置于聚乙烯瓶中，并将其放入具有37℃、5％CO2、100％湿度环境的振荡培养箱内以100r/min的速度振荡。在设定的时间点取出待测样品，依次过滤、洗涤、烘干，并记录其最终的质量(Wt)。材料的失重率(W％)的计算公式如下：W％＝[(W0-Wt)/W0]×100％W％：材料的失重率；W0：待测样品浸泡前的质量，g；Wt：待测样品浸泡后的质量，g。图8为实施例1制得的复合材料的降解数据图，从图中可以看出，经过180小时后复合材料的降解率能达到80％以上，具有良好的降解效果。由于复合材料中的两种主要成分，多孔淀粉和介孔材料，都具有贯通的孔结构，使得复合材料具有大的比表面积，大大提高了材料与降解液的接触面积，使得材料能够迅速的降解。同样，实施例2～5制得的复合材料的降解率也高达80％以上。当前第1页1 2 3