本发明属于生物医用材料
技术领域：
，具体涉及一种改性壳聚糖-海藻酸盐-龙血竭复合纳米止血材料及其制备方法。
背景技术：
外伤常发生于日常生活中遇到严重的事故、暴力冲突的民众以及在战场上受伤的士兵。外伤的发生时常危及生命，而外伤带来的非可控的出血是导致人体死亡的重要原因。通常，当伤者的失血量超过血液总血量的三分之一时，可以引起人体全身反应如低血溶性休克等。因此，对伤员进行快速有效的止血是避免人员伤亡的重要方式。目前，市场商用止血剂品类繁多，但各有各的缺点，如生产成本高，保质期短。此外这些商品有潜在的不良副作用：如放热反应，引起伤口灼伤；扩散至血液中，导致非正常凝血和引起过敏反应。因此开发一种天然无毒副作用的快速止血材料是十分必要的。从虾蟹等甲壳类动物的外壳中提取的天然高分子材料衍生物壳聚糖具有良好的生物相容性、生物可降解性、不具免疫原性、无毒性等优异性能，特别是由于其优异的止血性能，抑菌性能以及组织修复效果，在医用敷料、药物载体等领域具有良好的应用效果。壳聚糖一方面可以通其所粘附的血小板来加速血纤维蛋白的聚合来形成凝块；另一方面可以刺激血管收缩，诱导红细胞聚集来封合伤口，已经成为止血材料领域的研究热点。专利cn107596432a介绍了一种含有海藻酸钠和壳聚糖衍生物的止血微球的制备方法，虽提高了吸液率，但羧甲基壳聚糖止血能力有限；专利cn107596432a公开了一种负载介孔二氧化硅微球的壳聚糖多孔止血微球的制备方法，但所采用的壳聚糖未被改性，这就使得所制备的产品在使用时需要用酸溶液进行溶解，容易引入酸性物质对伤口造成一定刺激性和毒性。龙血竭，来源于百合科剑叶龙血树(dracaenacochinchinensis(lour.)s.c.chen)的树脂，龙血竭化学成分复杂，主要分为酚类、黄铜类、甾体皂苷类及甾醇类等，其中，黄酮类化合物占据主导地位，黄酮类化合物具有抗心律、软化血管、降血糖、降血脂、抗氧化、清除体内自由基等多种生理活性。作为一种中国传统中药，龙血竭常制成用于治疗肠胃溃疡等疾病的内服药剂，但在皮肤止血修复方面，还未见报道。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种天然无毒副作用的快速止血材料，以解决目前止血材料普遍存在的毒副作用、止血速度慢和止血效果不理想的问题。本发明的另一个目的在于提供上述快速止血材料的制备方法，以解决现有技术中因未改性壳聚糖需要用酸溶液进行溶解从而对伤口造成刺激和毒副作用的问题。根据本发明的一个方面，提供了一种改性壳聚糖-海藻酸盐-龙血竭复合纳米止血材料，为多孔微球结构，微球以改性壳聚糖通过静电作用与海藻酸盐复合作为包封壁材，以活性物质龙血竭作为芯材，芯材包埋于包封壁材中，包封壁材与芯材质量比为1～3:1～5；其中，改性壳聚糖为两亲性改性壳聚糖，改性壳聚糖与海藻酸盐通过静电作用结合在一起，同时将龙血竭包裹住，三种物质共混成一体。由此，改性壳聚糖可以改善芯材在制备过程中难溶的问题，提高龙血竭药物包封率，延长药物作用时间；海藻酸盐形成的凝胶可以为伤口提供一个较为湿润的环境，有利于伤口愈合；龙血竭中酚类化合物在皮肤创伤中起着重要作用，其可以在伤口表面形成一种闭塞膜，在此保护膜内，多酚阻止了外部微生物攻击伤口，从而达到创伤修复的目的；将三者复合用于止血，血液中的红细胞可以与弱酸条件下的改性壳聚糖发生静电相互作用，在伤口附近凝聚，从而达到止血的效果。在一些实施方式中，海藻酸盐为海藻酸钠或海藻酸镁中的一种。在一些实施方式中，纳米多孔微球粒径大小为100～500nm，孔隙率为30％～85％。由此，以纳米多孔微球作为活性物质龙血竭载体，起到长效缓释作用。在一些实施方式中，改性壳聚糖的制备方法如下：1)将聚乙二醇单甲醚溶解于水溶液中，依次加入四甲基哌啶氮氧化物(tempo)、溴化钠(nabr)、次氯酸钠(naclo)，调节反应体系ph为8-11，反应时间为30-50min，随后调节ph至1，用氯仿多次萃取，减压蒸馏后，放入乙醇中，在-20℃中重结晶8-12小时，过滤后得到羧基化聚乙二醇单甲醚；2)将壳聚糖(cs)和1-羟基苯并三唑(hobt)溶解于去离子水中，加入羧基化聚乙二醇单甲醚、n-乙酰-l异亮氨酸和碳二亚胺(edc)，室温反应24h，透析后冷冻干燥得到两亲性改性壳聚糖。其中，壳聚糖分子量为10～20万、脱乙酰度为85％～95％，冻干温度为-70～-80℃，冷冻干燥时间为24～48h。另外，上述步骤1)制备羧基化聚乙二醇单甲醚的反应式如下：其中，m为单甲氧基，peg为聚乙二醇，mpeg(式ⅰ)分子量为600-10000da；tempo为四甲基哌啶氮氧化物；nabr为溴化钠；naclo为次氯酸钠，mpeg-cooh为羧基化聚乙二醇单甲醚(式ⅱ)。上述步骤2)将n-乙酰-l异亮氨酸、羧基化聚乙二醇单甲醚(式ⅱ)与壳聚糖一步反应制备两亲性改性壳聚糖，反应式如下：其中，x为n-乙酰-l-异亮氨酸在壳聚糖链上的接枝数；y为羧基化聚乙二醇单甲醚在壳聚糖上的接枝数；hobt为1-羟基苯并三唑；r1为n-乙酰-l-异亮氨酸，r2为mpeg-cooh；将壳聚糖溶液与hobt混合搅拌溶解，形成cs-hobt混合溶液，随后加入0.5-1.5当量的n-乙酰-l-异亮氨酸、0.3-0.6当量的羧基化聚乙二醇单甲醚和1-3当量edc，室温反应过夜，将得到的粗产物透析24h后冷冻干燥得到两亲性改性壳聚糖(式ⅲ)。壳聚糖及其衍生物具有氨基、羧基、酰基等极易结合纳米粒子的基团，同时还有大量亲水性基团，利用化学改性，将疏水性链段、与亲水性链段接枝到壳聚糖结构上，制备成两亲性壳聚糖衍生物，将龙血竭封装在壳聚糖与海藻酸盐的壁材中形成纳米颗粒，不仅为利用纳米颗粒的特殊性质提供了载体，同时也为两亲性壳聚糖衍生物引入了崭新的物化性质。改性壳聚糖、海藻酸盐作为作为天然的海洋高分子材料，具有良好的生物相容性，可降解性等优异的生物学特性，结合龙血竭形成微球在止血、抗菌、伤口愈合领域有着广泛的应用。本发明所提供的改性壳聚糖-海藻酸盐-龙血竭复合纳米多孔止血微球，不仅可以迅速止血、阻塞伤口出血，而且可以持续释放药物、抑制伤口感染、促进伤口快速愈合；利用传统中药龙血竭作为主要药物活性物质，对环境无污染，生物相容性好，无毒副作用，其中的改性壳聚糖和海藻酸盐作为壁材可以改善芯材龙血竭在制备过程中难溶的问题，提高龙血竭药物包封率，延长药物作用时间。根据本发明的另一个方面，提供了一种改性壳聚糖-海藻酸盐-龙血竭复合纳米止血材料的制备方法，具体步骤如下：1)将改性壳聚糖溶于水中配成浓度为0.5～2.0wt％的改性壳聚糖溶液；将海藻酸盐溶于水中配成浓度为0.1～2wt％的溶液，在45℃下溶解后加入吐温-80搅拌形成均一的溶液，得海藻酸盐-吐温溶液；2)将龙血竭和司班-80混合均匀后加入海藻酸盐-吐温溶液中，然后在2500r/min下高速剪切5min，制成水包油乳液；3)在搅拌条件下将步骤2)的水包油乳液滴加到改性壳聚糖溶液中，然后调节ph，并搅拌20-50min；4)在30min内将30～50ml质量-体积分数为0.3-0.9w/v％的氯化钙溶液加入反应体系，45℃水浴反应后即得纳米多孔止血微球悬浮液，将悬浮液冷冻干燥即制得纳米止血材料。在一些实施方式中，步骤1)中吐温-80的用量是海藻酸盐溶液用量的1.0～5.0wt％。在一些实施方式中，步骤3)中搅拌速度为600r/min，使用5.0wt％氢氧化钠调节ph至4.0-7.0；司班-80的用量是海藻酸盐溶液用量的0.5～4.0wt％。在一些实施方式中，步骤4)中水浴反应时长2～3h，冰点预冻温度为-20℃，冷冻时间6～12h，冷冻干燥温度为-70～-80℃、干燥时长24～48h。在一些实施方式中，改性壳聚糖为两亲性改性壳聚糖，其制备方法如下：1)将聚乙二醇单甲醚溶解在水溶液中，依次加入四甲基哌啶氮氧化物(tempo)、溴化钠(nabr)、次氯酸钠(naclo)，调节反应体系ph为8-11，反应时间为30-50min，随后调节ph为1，用氯仿多次萃取，减压蒸馏后，放入乙醇中，在-20℃中重结晶8-12小时，过滤后得到羧基化聚乙二醇单甲醚；2)将壳聚糖和1-羟基苯并三唑(hobt)溶解于去离子水中，加入羧基化聚乙二醇单甲醚、n-乙酰-l异亮氨酸和碳二亚胺(edc)，室温反应24h，透析后冷冻干燥得到两亲性改性壳聚糖。在一些实施方式中，聚乙二醇单甲醚分子量为600～10000，壳聚糖分子量为10～20万、脱乙酰度为85％～95％，冻干温度为-70～-80℃，冷冻干燥时长24～48h。在实际应用中，改性壳聚糖-海藻酸盐-龙血竭复合纳米止血材料可以用于制备止血贴、止血粉等。本发明通过一锅法制备两亲性改性壳聚糖，随后通过复凝聚的方法，将海藻酸钠、龙血竭、改性壳聚糖复合制备成多孔止血微球，其表面凹凸不平的结构有利于血小板的粘附和激活，当壳聚糖微球负载龙血竭时，可以在血液中快速释放，并与多孔微球发生良好的协同作用，使壳聚糖微球的止血性能进一步的提升，形成了一种效果优秀的止血材料。本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1.本发明采用的是天然高分子多糖，具有良好生物相容性，生物可降解、无毒等特性，而且通过对壳聚糖进行两亲性改性后增强其水溶性，采用去离子水即可溶解两亲性壳聚糖，而未改性的壳聚糖需要使用酸溶液进行溶解，避免了引入对伤口有刺激性和毒性的酸性物质，因而，对人体具有很好的安全性。2.本发明将传统天然中药龙血竭作为药物活性物质，作为芯材，包埋于改性壳聚糖微球，这样微球有一定的缓释效果，延长药物对伤口的作用时间，可以抑制伤口感染，促进伤口愈合，提高止血和治疗效果。3.本发明将壳聚糖进行两亲性改性，制备而成的两亲性壳聚糖止血微球，可解决龙血竭不易溶解和包封率差的问题，提高龙血竭药物的包封率，拓展了龙血竭的应用领域和应用效果。4.本发明将改性壳聚糖与海藻酸钠作为壁材，利用复凝聚的方法制备具有多孔结构的纳米止血微球，纳米微球由于粒径小、比表面积大及多孔结构的特性，显著提高了其吸水性，从而缩短止血时间，达到快速止血的效果。5.改性壳聚糖与-海藻酸盐-龙血竭形成的止血微球，具有高吸水性、止血效果突出、毒副作用小等特点，能够克服传统止血材料的缺陷。附图说明图1为改性壳聚糖-海藻酸盐-龙血竭复合纳米止血材料sem图；图2为改性壳聚糖-海藻酸盐-龙血竭复合纳米止血材料表面多孔结构sem图；图3为改性壳聚糖-海藻酸盐-龙血竭复合纳米止血材料粒度大小与分布图。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。若无特殊说明，以下化学试剂均为市购。实施例1壁材与芯材质量比为1:1的复合纳米止血材料的制备1、羧基化聚乙二醇单甲醚的制备将3.895g分子量为2000da的mpeg溶于75ml去离子水中溶解，随后加入0.9925gnabr与0.094gtempo到mpeg水溶液中，待完全溶解后，加入46.75mlnaclo在室温下反应30min，随后用5mnaoh调节ph为10.6，反应20min后，加入hcl调节ph到1，随后用等体积氯仿多次萃取，减压蒸馏后放入250ml冰乙醇中，在-20℃重结晶12小时，过滤干燥即得羧基化聚乙二醇单甲醚。2、两亲性改性壳聚糖的制备将0.1g壳聚糖与0.1ghobt溶于50ml去离子水中，剧烈搅拌，形成澄清cs-hobt溶液，随后向溶液中加入0.2gn-乙酰-l异亮氨酸及0.9g羧基化聚乙二醇单甲醚，溶解后加入0.35gedc，室温反应过夜，将得到的粗产物用水透析24h，每两小时换一次水，冷冻干燥后得到两亲性改性壳聚糖。3、复合纳米止血材料的制备1)配置两种溶液：取0.5g改性壳聚糖溶于100ml水中，配置成改性壳聚糖溶液；将海藻酸钠粉末溶于水中配成2wt％的海藻酸钠溶液，在45℃下溶解后加入0.25g吐温-80形成均一的海藻酸钠-吐温溶液；2)将龙血竭(壁芯比为1:1)和0.25g的司班-80混合均匀后加入到海藻酸钠-吐温溶液中，然后在2500r/min的速度下高速剪切5min，制得水包油乳液；3)在600r/min的搅拌速度下把所得的水包油乳液滴加到装有改性壳聚糖溶液的三口烧瓶中，然后用5.0％氢氧化钠溶液调节ph至5.0，在室温下搅拌40min，随后在30min内把30ml质量分数为0.5w/v％的氯化钙溶液加入反应体系中，然后在45℃水浴下反应2h，得到纳米微球悬浮液，最后冷冻干燥得到改性壳聚糖-海藻酸盐-龙血竭复合纳米止血粉末材料。对实施例1所制备的改性壳聚糖-海藻酸盐-龙血竭复合多孔纳米微球进行电镜扫描，扫描结果如图1和图2所示，从图中可以清晰看出止血材料呈多孔微球结构，微球表面凹凸不平，呈网状多孔结构；对实施例1所制备的改性壳聚糖-海藻酸盐-龙血竭复合纳米止血材料经激光衍射法粒度分析仪检测，检测结果如图3所示，其粒度达到纳米级别，粒径分布在150nm～500nm，并且90％以上的微球粒径分布在200nm。实施例2壁材与芯材质量比为1:3的复合纳米止血材料的制备1、羧基化聚乙二醇单甲醚的制备将7.79g分子量为1000da的mpeg溶于150ml去离子水中溶解，随后加入1.82gnabr与0.18gtempo到mpeg水溶液中，待完全溶解后，加入86.91mlnaclo在室温下反应30min，随后用5mnaoh调节ph为10.8，反应20min后，加入hcl调节ph到1，随后用等体积氯仿多次萃取，减压蒸馏后放入250ml冰乙醇中，在-20℃重结晶12小时，过滤干燥即得羧基化聚乙二醇单甲醚。2、两亲性改性壳聚糖的制备将0.5g壳聚糖与0.5ghobt溶于100ml去离子水中，剧烈搅拌，形成澄清cs-hobt溶液，随后向溶液中加入1.0gn-乙酰-l异亮氨酸及4.5g羧基化聚乙二醇单甲醚，溶解后加入1.75gedc，室温反应过夜，将得到的粗产物用水透析24h，每两小时换一次水，冷冻干燥后得到两亲性改性壳聚糖。3、复合纳米止血材料的制备1)配置两种溶液：取0.8g改性壳聚糖溶于150ml水中，配置成改性壳聚糖溶液；将海藻酸镁粉末溶于水中配成2wt％的海藻酸镁溶液，在45℃下溶解后在海藻酸镁溶液加入0.25g吐温-80形成均一的海藻酸镁-吐温溶液；2)将龙血竭(壁芯比为1：3)和0.50g的司班-80混合均匀后加入到海藻酸镁-吐温溶液中，然后在3000r/min的速度下高速剪切8min，制得水包油乳液；3)在1000r/min的搅拌速度下把所得的水包油乳液滴加到装有改性壳聚糖溶液的三口烧瓶中，然后用氢氧化钠溶液调节ph到6.0，在室温下搅拌50min，随后在30min内把45ml质量-体积分数为0.6w/v％的氯化钙溶液加入反应体系中，然后在50℃水浴下反应2h，得到纳米微球悬浮液，最后冷冻干燥得到改性壳聚糖-海藻酸盐-龙血竭复合纳米止血粉末材料。对实施例2所制备的改性壳聚糖-海藻酸盐-龙血竭复合纳米止血材料进行电镜扫描和粒度大小分析，结果与实施例1保持一致。实施例3壁材与芯材质量比为1:5的复合纳米止血材料的制备1、羧基化聚乙二醇单甲醚的制备将5.84g分子量为4000da的mpeg溶于150ml去离子水中溶解，随后加入1.48gnabr与0.141gtempo到mpeg水溶液中，待完全溶解后，加入70.12mlnaclo在室温下反应30min，随后用5mnaoh调节ph为10.8，反应20min后，加入hcl调节ph到1，随后用等体积氯仿多次萃取，减压蒸馏后放入250ml冰乙醇中，在-20℃重结晶12小时，过滤干燥即得羧基化聚乙二醇单甲醚。2、两亲性改性壳聚糖的制备将0.3g壳聚糖与0.3ghobt溶于100ml去离子水中，剧烈搅拌，形成澄清cs-hobt溶液，随后向溶液中加入0.6gn-乙酰-l异亮氨酸及2.7g羧基化聚乙二醇单甲醚，溶解后加入1.05gedc，室温反应过夜，将得到的粗产物用水透析24h，每两小时换一次水，冷冻干燥后得到两亲性改性壳聚糖。3、复合多孔纳米微球粉末的制备1)配置两种溶液：取3.0g改性壳聚糖溶于150ml水中，配置成改性壳聚糖溶液；将海藻酸钠粉末溶于水中配成2wt％的海藻酸钠溶液，在45℃下溶解后在海藻酸钠溶液中加入0.25g吐温-80形成均一的海藻酸钠-吐温溶液；2)将龙血竭(壁芯比为1：5)和0.65g的司班-80混合均匀后加入到海藻酸钠-吐温溶液中，然后在5000r/min的速度下高速剪切10min，制得水包油乳液；3)在2000r/min的搅拌速度下把所得的水包油乳液滴加到装有改性壳聚糖溶液的三口烧瓶中，然后用10.0％氢氧化钠溶液调节ph到7.0，在室温下搅拌50min，随后在30min内把50ml质量分数为0.8w/v％的氯化钙溶液加入反应体系中，然后在60℃水浴下反应3h，得到纳米微球悬浮液，最后冷冻干燥得到改性壳聚糖-海藻酸盐-龙血竭复合纳米止血粉末材料。对实施例3所制备的改性壳聚糖-海藻酸盐-龙血竭复合纳米止血材料进行电镜扫描和粒度大小分析，结果与实施例1保持一致。试验1改性壳聚糖-海藻酸盐-龙血竭复合纳米止血材料的吸水性试验1、试验对象试验组：实施例1～3所制备的改性壳聚糖-海藻酸盐-龙血竭复合纳米止血粉末材料；对照组1：改性壳聚糖粉末；对照组2：海藻酸钠粉末；对照组3：云南白药粉末。2、试验方法取0.1g试验粉末放入500目药筛袋子中，用电子天平称重袋子，记为m1，缓慢滴加蒸馏水至试验粉末不再吸水为止，去掉多余水分，再用电子天平称重袋子，记为m2，按下列公式计算吸水率q：3、试验结果良好的吸水性是评价止血材料的一个重要指标，高吸水性的材料可以在较短的时间吸收伤口流出的血液，加速浓缩血液中红细胞、血小板、凝血因子等有形成分，从而实现快速止血的目的。吸水性试验结果如表1所示，从表1可以看出：实施例1～3得到的止血粉末材料的吸水性整体要强于纯改性壳聚糖粉末、海藻酸钠粉末和云南白药对照组；其中实施例3的止血粉末材料在3min内最大吸水率达到4650.0％，是云南白药对照组的20多倍，表明出非常优异的吸水性。表1吸水性试验试验组别吸水率(％)实施例14230实施例24120实施例34650改性壳聚糖826海藻酸盐1125云南白药210试验2改性壳聚糖-海藻酸盐-龙血竭复合纳米止血材料的止血性能测试1、试验对象150～250gsd大鼠21只，雌雄各半，分成7组，每组3只，在实验前先在实验环境下饲养一周。2、试验方法按照30mg/kg的剂量，采用3％的戊巴比妥钠麻醉剂腹腔注射对其麻醉，麻醉成功后将其四肢绑缚在手术台上，在距离尾部末端2cm处用剪刀一次性剪断，伤口自由出血20s后，立即施以止血粉，并且覆盖整个伤口。开始计时，随后用镊子夹住大鼠尾根部，1min后松开镊子观察出血情况，直至止血成功为止，停止计时。记录每组止血时间，取平均止血时间。其中：试验组：实施例1～3所制备的改性壳聚糖-海藻酸盐-龙血竭复合纳米止血粉末材料；对照组1：改性壳聚糖粉末；对照组2：海藻酸钠粉末；对照组3：云南白药粉末；空白对照：对小鼠伤口处不作任何处理。3、试验结果各种材料具体的止血时间如表2所示，从表中结果可以明显的看出，止血粉末材料止血效果较优于单纯的改性壳聚糖组和海藻酸钠，与云南白药组相比效果更明显，其中，当壁材与芯材质量比为1:5时止血时间最短，基本可以在1min左右完成止血，而相对常见的云南白药粉末则约3min后才成功止血。表2不同样品的止血时间比较以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。当前第1页12