一种天然多糖水凝胶在止血领域中的应用

1.本申请涉及一种天然多糖水凝胶在止血领域中的应用，属于生物医用高分子材料领域。


背景技术：

2.止血是紧急医疗救治中的一个重要环节。在战争中，及时的止血救治对于降低阵亡率和提高战伤救治水平起着十分关键的作用。而在和平时期因创伤出血、急性大出血致死的案例数见不鲜，如交通事故、无法避免的自然灾害等。因此，研制快速止血材料，在事故发生的第一时间迅速止血，减少出血量，降低死亡率，为后续的治疗争取时间，具有非常重要的意义和价值。
3.传统的止血带及加压包扎止血方法存在着止血效果不确切、肢体缺血性坏死等诸多弊端，已经不适合作为紧急救治止血的首选方法。如何针对不同出血创面，合理构建新型急救止血材料，实现出血伤口的快速封堵，为后续的治疗争取更多的时间，成为亟待解决的问题。近年来，关于新型急救止血材料的研究非常多，水凝胶材料因其具有特定的高分子网络结构，具有半通透性、防止创面感染、允许氧气和水通过等功能特点成为急救止血材料的重要发展方向之一。


技术实现要素：

4.根据本申请的一个方面，提供了一种天然多糖水凝胶在止血领域中的应用，主要涉及该天然多糖水凝胶作为止血材料或与其他止血材料联合使用，用于止血，该天然多糖水凝胶具有良好的止血效果。
5.一种天然多糖水凝胶在止血领域中的应用，所述天然多糖水凝胶的组成成分包括壳聚糖衍生物、醛基化天然多糖、改性嵌段共聚物胶束和光引发剂。
6.可选地，所述天然多糖水凝胶在出血伤口处理30s
‑
10min以内的总出血量在12～98mg/150～250μl；
7.优选地，所述水凝胶在出血伤口处理120s的总出血量在 46～57mg/200μl。
8.可选地，所述天然多糖水凝胶的使用方法包括：
9.(1)将所述天然多糖水凝胶注射至出血部位；
10.(2)对出血部位的所述天然多糖水凝胶进行光照交联固化。
11.具体地，所述天然多糖水凝胶的使用方法包括：
12.(1)用注射器吸取所述天然多糖水凝胶，注射至出血部位；
13.(2)用蓝光或紫外光照射所述出血部位的天然多糖水凝胶，进一步交联固化。
14.可选地，所述光引发剂选自酰基磷氧化物、烷基苯酮类物质中的至少一种；
15.优选地，所述酰基磷氧化物包括苯基(2，4，6
‑
三苯基甲酰基)磷酸盐；
16.优选地，所述烷基苯酮类物质选自2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基丙酮、2
‑
羟基
ꢀ‑4′‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮中的至少一种。
17.可选地，按照质量百分比，所述天然多糖水凝胶的各组成成分的用量为：
18.壳聚糖衍生物0.17
‑
2.4wt％；醛基化天然多糖0.4～5wt％；改性嵌段共聚物胶束的浓度为0.5～9wt％；光引发剂的浓度为0.02～1wt％。
19.具体地，壳聚糖衍生物的含量下限可独立选自0.17wt％、0.2wt％、 0.5wt％、0.8wt％、1wt％；壳聚糖衍生物的含量上限可独立选自1.2wt％、 1.5wt％、1.8wt％、2wt％、2.4wt％，或上述两点之间的任意数值。
20.具体地，醛基化天然多糖的含量下限可独立选自0.4wt％、0.5wt％、 1wt％、1.5wt％、2wt％；醛基化天然多糖的含量上限可独立选自2.5wt％、 3wt％、3.5wt％、4wt％、5wt％。
21.具体地，改性嵌段共聚物胶束的含量下限可独立选自0.5wt％、1wt％、 2wt％、3wt％、4wt％，改性嵌段共聚物胶束的含量上限可独立选自5wt％、 6wt％、7wt％、8wt％、9wt％。
22.具体地，光引发剂的含量可独立选自0.02wt％、0.1wt％、0.2wt％、 0.5wt％、0.7wt％、0.9wt％、1wt％，或上述两点之间的任意数值。
23.可选地，所述改性嵌段共聚物由嵌段共聚物丙烯酰化后自组装得到。
24.可选地，所述改性嵌段共聚物两端的端基上含有碳碳双键。
25.可选地，所述嵌段共聚物为聚氧乙烯
‑
聚氧丙烯醚嵌段共聚物；
26.优选地，所述嵌段共聚物选自普朗尼克f127、普朗尼克f123中的任意一种。
27.可选地，所述壳聚糖衍生物含有碳碳双键；
28.优选地，所述壳聚糖衍生物包括甲基丙烯酰化壳聚糖；
29.所述天然多糖选自透明质酸、硫酸软骨素、木葡聚糖中的至少一种。
30.可选地，所述天然多糖水凝胶的制备方法，至少包括以下步骤：
31.将含有壳聚糖衍生物、醛基化天然多糖、改性嵌段共聚物胶束、光引发剂的混合物，光照交联反应，得到所述天然多糖水凝胶。
32.可选地，所述方法包括：
33.步骤1、分别获取壳聚糖衍生物、醛基化天然多糖和改性嵌段共聚物胶束；
34.步骤2、分别配制含有壳聚糖衍生物的溶液a，含有醛基化天然多糖、改性嵌段共聚物胶束、光引发剂的溶液b；
35.步骤3、将所述溶液a和所述溶液b混合，光照交联反应，得到所述天然多糖水凝胶。
36.可选地，所述溶液a中，壳聚糖衍生物的浓度为1～3wt％；
37.所述溶液b中，醛基化天然多糖的浓度为2～6wt％；改性嵌段共聚物胶束的浓度为0.5～9wt％；光引发剂的浓度为0.02～1wt％；
38.所述溶液a与所述溶液b的体积比为1～20:5；
39.优选地，所述溶液a和所述溶液b中的溶剂可独立选自水。
40.进一步优选地，溶液a和所述溶液b的溶剂相同。
41.具体地，壳聚糖衍生物的浓度可独立选自1wt％、1.5wt％、2wt％、 2.5wt％、3wt％，或上述两点之间的任意数值。
42.具体地，醛基化天然多糖的浓度可独立选自2wt％、2.5wt％、3wt％、 3.5wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％、5.5wt％、6wt％、，或上述两点之间的任意数值。
43.具体地，改性嵌段共聚物胶束的浓度下限可独立选自0.5wt％、1wt％、 2wt％、3wt％、4wt％，改性嵌段共聚物胶束的浓度上限可独立选自5wt％、 6wt％、7wt％、8wt％、9wt％。
44.具体地，光引发剂的浓度可独立选自0.02wt％、0.1wt％、0.2wt％、 0.5wt％、0.7wt％、0.9wt％、1wt％，或上述两点之间的任意数值。
45.具体地，溶液a与溶液b的体积比下限可独立选自1:5、2:5、5:5、 7:5、10:5；溶液a与溶液b的体积比上限可独立选自12:5、14:5、15:5、 17:5、20:5。
46.可选地，所述光照交联反应的条件为：
47.光照交联反应的光源为紫外光、蓝光中的任意一种；
48.光照交联反应的时间为10s～10min。
49.可选地，光照交联反应的时间下限可独立选自10s、15s、30s、1min、 3min；光照交联反应的时间下限可独立选自4min、5min、6min、8min、 10min。
50.可选地，所述光照交联反应的光源的波长为350～395nm或405～435nm。
51.可选地，所述溶液b或/和溶液a中还包括磷酸缓冲盐、氯化钙中的至少一种。
52.具体地，本申请一种实施方式，将醛基化天然多糖、改性嵌段共聚物胶束、光引发剂加入磷酸缓冲盐溶液(pbs缓冲溶液)中，得到溶液b；
53.本申请一种实施方式，将醛基化天然多糖、改性嵌段共聚物胶束、光引发剂加入氯化钙水溶液中，得到溶液b。
54.具体地，采用的天然多糖为透明质酸时，采用溶液a、b的溶剂可以采用水；采用的天然多糖为硫酸软骨素，则采用pbs缓冲溶液或氯化钙水溶液为溶剂，若采用水则会发生絮沉，无法形成凝胶。
55.可选地，所述pbs缓冲溶液的ph值为7.3
‑
7.5；
56.所述氯化钙水溶液的浓度为200～800mmol/l。
57.本申请中，甲基丙烯酰化壳聚糖(chma)，和氧化多糖(醛基化天然多糖)可以通过席夫碱反应形成动态共价交联网络水凝胶，具有可注射性和自愈合性。壳聚糖作为阳离子多糖，具有一定的抗菌性能，但其仅在酸性水溶液中溶解，通过甲基丙烯酰化改性可以改善其水溶性并且赋予其可光交联特性；多糖如透明质酸、硫酸软骨素和木葡聚糖，来源于动植物体，具有良好的生物相容性和可降解性，其氧化产物可与壳聚糖中的胺基进行席夫碱反应以形成动态共价键。丙烯酰化普朗尼克f127胶束与席夫碱反应的动态共价网络混合后其优缺点可以互补，动态共价网络可以稳定胶束，而胶束可以调节动态共价网络结构，赋予其更好的可注射效果。同时chma和丙烯酰化普朗尼克f127胶束的双键，在光引发剂催化下，通过光交联反应可以进一步形成稳定的共价交联网络，提高了水凝胶的支撑稳定性。
58.本申请中，“ch”，是指壳聚糖；“chma”，是指甲基丙烯酰化壳聚糖；“oha”，是指氧化透明质酸；“ocs”是指氧化硫酸软骨素，“oxg”是指氧化木葡聚糖，“f127da”，是丙烯酰化普朗尼克f127；光引发剂“lap”，是指苯基(2，4，6
‑
三苯基甲酰基)磷酸锂；光引发剂“1173”，是指2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基丙酮；光引发剂“2959”，是指2
‑
羟基
‑4′‑
(2
‑ꢀ
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮。
59.本申请能产生的有益效果包括：
60.1)本申请所提供的用于止血领域的水凝胶，是基于胶束交联、动态共价交联和共
价交联方式共同作用的水凝胶材料，一方面在共价交联之前 (光固化前，即光照反应前)可提供优良的可注射性、携带方便，受到剪切力时，呈现流动的状态，剪切力撤去后，能瞬时凝胶化成型，操作简单，固化时间短，满足急救场所的需求，可用于各种形状的创面；另一方面，在共价交联之后(光固化后，即光照反应后)可进一步加强水凝胶的强度，增强水凝胶的稳定性。
61.2)本申请所提供的用于止血领域的水凝胶，具有良好的止血效果，一方面，该水凝胶材料能够发生瞬时溶胶
‑
凝胶的转变，可以实现对出血点的物理封堵进而止血；另一方面，该水凝胶材料具有生物功能止血效果，原因是壳聚糖带有一定量的电荷，它的分子可以直接将创面上的血小板激活引发凝血反应，促使血液凝固，从而达到止血效果。
附图说明
62.图1为本申请实施例1所得水凝胶的流变性能图；
63.图2为本申请实施例2所得水凝胶的流变性能图；
64.图3为本申请实施例1
‑
3和对比例1
‑
2所得水凝胶的止血性能图；
65.图4为本申请实施例3和对比例2所得水凝胶的流变性能图。
具体实施方式
66.下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
67.如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。
68.本申请中，甲基丙烯酰化壳聚糖的制备：首先，称取一定量的壳聚糖，倒入体积百分比为1％
‑
1.5％的乙酸水溶液中，室温搅拌，直至完全溶解，形成1％(wt/v)壳聚糖溶液；随后，将上述溶液加热至60℃，向溶液中滴加甲基丙烯酸酐，每100ml溶液滴加4
‑
5ml甲基丙烯酸酐，恒温搅拌 3h
‑
6h；然后，将上述溶液移入到烧杯中，滴加碳酸氢钠水溶液调节ph值至6
‑
6.5；最后，将溶液装入截留分子量为12000
‑
14000da的透析袋中，透析5
‑
10天，在
‑
65℃条件下进行冷冻干燥，得到甲基丙烯酰化壳聚糖 (chma)，
‑
18℃冷藏待用。
69.醛基化天然多糖的制备：称取一定量的天然多糖，倒入去离子水中，室温搅拌直至完全溶解，得到浓度为1％(wt/v)的天然多糖水溶液；随后，加入高碘酸钠，按照每克天然多糖加入0.25
‑
0.35g高碘酸钠的比例进行添加，避光反应1
‑
3h；然后，加入等体积的乙二醇，继续搅拌1
‑
2h；最后，将上述溶液装入透析袋中，透析3
‑
6天，在
‑
65℃条件下进行冷冻干燥，得到醛基化天然多糖，
‑
18℃冷藏待用。
70.f127da的制备：将普朗尼克f127溶解于无水二氯甲烷中，获得浓度为10％(wt/v)普朗尼克f127的溶液，并置于0℃～4℃的冰水浴中，加入三乙胺，通入氮气保护15～30min，得到混合液a；其中f127和三乙胺的摩尔比为至多为1：3；按每秒1滴～2滴的速度向溶液a中滴加丙烯酰氯，其中f127和丙烯酰氯的摩尔比为至多为1：3，之后置于0℃～4℃的冰水浴中反应24
‑
48h，反应结束后，先用中速定量滤纸过滤反应液，然后将反应液倒入石油醚中，搅拌至沉淀，并反复过滤沉淀两次，所得产物放入真空干燥中干燥24
‑
48h，除去有机溶剂，得到白色固体。将白色固体溶解在去离子水中，得到浓度为5
‑
10wt％的水溶液，倒入截留分子量为 7000da的再生纤维素透析袋里，在室温下置于2l去离子水中透析3
‑
5天。然后将透析袋中的保留液冻干，得到最终产物f127da。
71.实施例1
72.甲基丙烯酰化壳聚糖制备：首先，称取3g壳聚糖，倒入300ml体积百分比为1％的乙酸水溶液中，室温搅拌，直至完全溶解，形成1％(wt/v) 壳聚糖溶液；随后，将上述溶液在油浴锅中加热至60℃，向溶液中滴加甲基丙烯酸酐，每100ml溶液滴加14ml甲基丙烯酸酐，恒温搅拌3h；然后，将上述溶液移入到烧杯中，滴加碳酸氢钠水溶液调节ph值至6.2；最后，将溶液装入透析袋中，透析6天，在
‑
65℃条件下进行冷冻干燥，得到甲基丙烯酰化壳聚糖(chma)，
‑
18℃冷藏待用。
73.醛基化天然多糖：称取2g硫酸软骨素或透明质酸，倒入200ml去离子水中，室温搅拌直至完全溶解，得到浓度为1％(wt/v)的硫酸软骨素水溶液；随后，加入高碘酸钠，按照每克硫酸软骨素或透明质酸加入0.5 克高碘酸钠的比例进行添加，避光反应2h；然后，加入0.5g的乙二醇，继续搅拌1h；最后，将上述溶液装入透析袋中，透析3天，在
‑
65℃条件下进行冷冻干燥，得到氧化硫酸软骨素(ocs)，
‑
18℃冷藏待用。
74.f127da的制备：将10g普朗尼克f127溶解于100ml无水二氯甲烷中，并置于0℃～4℃的冰水浴中，加入三乙胺，通入氮气保护30min，得到混合液a；其中普朗尼克f127和三乙胺的摩尔比为为1：3；按每秒1 滴～2滴的速度向溶液a中滴加丙烯酰氯，其中f127和丙烯酰氯的摩尔比为1：3，之后置于0℃的冰水浴中反应24h，反应结束后，先用中速定量滤纸过滤反应液，然后将反应液倒入石油醚中，搅拌至沉淀，并反复过滤沉淀两次，所得产物放入真空干燥中干燥48h，除去有机溶剂，得到白色固体。将白色固体溶解在去离子水中，得到浓度为5wt％的水溶液，倒入截留分子量为7000da的再生纤维素透析袋里，在室温下置于2l去离子水中透析3天。然后将透析袋中的保留液冻干，得到最终产物f127da。
75.水凝胶材料的制备：称取一定量的甲基丙烯酰化壳聚糖，溶于 300mmol/l的氯化钙溶液中，得到浓度为1.5％(wt/v)甲基丙烯酰化壳聚糖水溶液；随后，称取一定量的氧化硫酸软骨素和f127da和光引发剂溶于300mmol/l的氯化钙溶液中，其中氧化硫酸软骨素浓度为6％(wt/v)， f127da的浓度为2wt％，光引发剂为1173，浓度为0.1wt％；分别量取上述两种溶液，按体积比1:5进行混合，得到可注射水凝胶材料，进一步在 375nm紫外光下照射3min，得进一步共价交联的天然多糖水凝胶。记作样品1。
76.实施例2
77.甲基丙烯酰化壳聚糖、醛基化天然多糖和f127da的制备方法同实施例1，不同之处在于：天然多糖采用透明质酸；在水凝胶材料过程，甲基丙烯酰化壳聚糖浓度为1％(wt/v)，氧化透明质酸浓度为2％(wt/v)， f127da的浓度为9wt％，光引发剂为2959，浓度为0.02wt％；量取两种溶液时，两种溶液的体积比20:5进行混合，得到可注射水凝胶材料，进一步在375nm紫外光下照射10min，得进一步共价交联的天然多糖水凝胶。记作样品2。
78.实施例3
79.甲基丙烯酰化壳聚糖、醛基化天然多糖和f127da的制备方法同实施例1，不同之处在于：天然多糖采用木葡聚糖；在水凝胶材料过程，甲基丙烯酰化壳聚糖浓度为3％(wt/v)，氧化透明质酸浓度为5％(wt/v)， f127da的浓度为0.5wt％，光引发剂为lap，浓度为1wt％；量取两种溶液时，两种溶液的体积比15:5进行混合，得到可注射水凝胶材料，进一步在405nm紫外光下照射10s，得进一步共价交联的天然多糖水凝胶。记作样品3。
80.对比例1
81.将实施例2中甲基丙烯酰化壳聚糖、醛基化天然多糖混合，不添加f127da，得到水凝胶，记作样品4。
82.对比例2
83.将实施例3甲基丙烯酰化壳聚糖、醛基化天然多糖、双键修饰的f127 混合，得到水凝胶(不进行光交联)，记作样品5。
84.对所得样品进行性能测试
85.1、采用美国ta仪器dhr
‑
2流变仪对所得水凝胶材料样品的流变性能进行测试，结果表明，本申请制备得到的天然多糖水凝胶具有良好的可注射性。典型地以实施例1所得样品1和实施例2所得样品2进行说明。
86.图1为样品1的储能模量g’和损耗模量g”随剪切应变的变化曲线。从图1可以看出，该水凝胶材料在低剪切应变(<10％)下，其储能模量g’大于损耗模量g”，呈现典型的凝胶态，不流动；当剪切应变超过43％，其损耗模量g”大于储能模量g’，表现为溶胶态，具有流动性，展现出良好的可注射性。
87.图2为样品2的储能模量g’和损耗模量g”在1％和1000％应变交替时间扫描下变化曲线。由图2可以发现，该水凝胶材料在1％应变和1000％应变交替时间扫描时，1％应变时，其储能模量g’大于损耗模量g”，呈现凝胶态，当施加1000％的应变时，其损耗模量g”大于当储能模量g’，表现为溶胶态。当撤去剪切力时，水凝胶又恢复到凝胶态；这样的凝胶可以反复剪切变稀，并在凝胶态和溶胶态之间反复转换。这种现象跟水凝胶的网络结构相关，通过动态席夫碱反应在甲基丙烯酰化的壳聚糖和氧化透明质酸之间构筑了动态共价键，同时，胶束的疏水缔合作用形成物理交联网络。该动态共价键和胶束形成的物理交联在受到应力的时候会破坏，表现为溶胶态，可流动，出现剪切变稀的现象；当撤去应力时，该动态共价键和胶束形成的物理交联可以重建，表现为凝胶态，不流动。
88.采用注射器进行注射，样品1展示了良好的可注射性，见图1。由此可见，通过构筑动态共价键和胶束疏水缔合形成的物理交联赋予材料良好的可注射性能。
89.2、止血性能测试：使用小鼠出血性肝模型来控制止血研究。
90.在手术前先对小鼠进行麻醉。腹部切开后，小心地暴露小鼠肝脏，将预先称重过的石蜡膜滤纸置于肝脏下方。用针刺破肝脏，使肝脏出血。立即用200μl注射的水凝胶或预先称重的无菌纱布治疗出血部位。未治疗组被认为是阴性对照。通过用吸收的血液称量滤纸来估计失血量。
91.在受血伤口处理120s的总出血量结果如下：未治疗组的总出血量为 215mg，无菌纱布总出血量为186mg，注射本申请水凝胶样品1的总出血量为53mg，注射本申请水凝胶样品2的总出血量为46mg，注射本申请水凝胶样品3的总出血量为57mg，注射本申请对比例1水凝胶样品4的总出血量为126mg，注射对比例2水凝胶样品5的总出血量为109mg，如图 3所示，可见本申请天然多糖水凝胶具有良好的止血效果。
92.3、支撑性测试：
93.采用美国ta仪器dhr
‑
2流变仪对所得水凝胶材料样品的流变性能进行测试，结果表明，本申请制备得到的天然多糖水凝胶具有良好的支撑性，典型地，选用实施例3和对比例2的配比所得的水凝胶进行说明，如图4 所示。实施例3和对比例2的水凝胶配方相同，区别在于对比例没有进行光照交联。
94.从图4可以看出，在第1区域，损耗模量g”大于储能模量g’，表现为溶胶态；在第2区域，储能模量g’大于损耗模量量g”，表现为凝胶态，，在第1和第2区域主要是基于席夫碱的动态共价键形成和胶束疏水缔合作用形成的物理交联；进一步光照后，进入到第3区域，在席夫碱动态共价键和胶束的物理交联的基础上，f127da和chma上的双键进一步形成共价键交联和胶束交联，对材料起到增强增韧的作用，与第2区域相比，第 3区域凝胶的模量大幅增加。由此可见，进一步光照后，水凝胶的模量大幅提高，材料的自支撑性能进一步增强。
95.另外，对对比例1中样品4的支撑性能进行了评估发现，光照之后，样品4的储能模量g’的值为832pa，与样品3的强度(储能模量为3178pa) 有较大的区别，进一步证实f127da的加入增强了水凝胶的支撑稳定性。
96.以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。