一种具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵的制作方法

本发明属于止血、抗菌材料技术领域，也涉及生物医用高分子材料及生物相容性改性领域，具体涉及一种具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵及制备方法及应用。

背景技术：

伤口愈合是由止血、炎症反应、细胞增生以及组织重塑四部分构成的复杂的过程。其中，不可控的出血以及伤口的长期感染会严重影响伤口的愈合过程甚至导致患者的死亡。一方面是机体自身的凝血作用无法作用于在突发性事故的急救、手术以及在战争中引起的大出血；另一方面，伤口出血部位容易感染如金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌和溶血性链球菌等革兰氏阳性菌与阴性菌，而一些传统的止血材料，它们对伤口出血部位的止血能力有限，止血效果并不十分理想，并且往往不具备持久有效的抗菌功能。因此，开发出止血效果好、生物安全性高且高效抗菌的止血材料及产品已经成为目前研究的热点以及亟需解决的问题。

目前，常见的止血材料有纤维蛋白胶、凝血酶、明胶、海藻酸盐、壳聚糖、氧化纤维素、淀粉等。其中，以纤维蛋白原、凝血酶或含有纤维蛋白原及止血酶的蛋白类止血制剂，可以主动激活体内生理凝血级联反应的终末阶段，促使纤维蛋白凝块的形成，具有较好的止血功效。但是，这类产品价格一般比较昂贵，需要冷冻保存，并且具有潜在的病毒源性。另外一类以纤维素类、天然多聚糖类、明胶等为主要成分的止血产品，它们不具备生物活性，而是通过吸收血液中的水分来浓缩血液中有效成分，或封堵出血创面，达到快速止血的目的。通常这类原料具有良好的生物相容性，并且其制备成本低廉，制备工艺简便。然而，针对一些不可控的大出血，其存在止血效果差的问题。

其次，目前市面上大部分止血产品无法同时实现止血与抗菌的功能。壳聚糖是自然界中唯一带正电荷的碱性多糖，并且具有止血、抑菌、抗癌、促进创伤愈合等多种功能，但是其较长的降解周期，较差的溶解性能限制了其应用范围，并且壳聚糖的抗菌功效仅仅针对某些特定的细菌，且效果没有十分显著。为了解决止血材料抗菌功效差的问题，科研工作者会将抗菌制剂如银颗粒、抗生素等负载到凝胶、无纺布、海绵等止血产品中，从而赋予止血材料有效的抗菌功效。然而，这种方法不可避免的就是银颗粒的生物毒性以及使用抗生素而引起耐药性的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有生物相容性好，生物可降解的具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵。

本发明的第二个目的是提供一种具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵的制备方法。

本发明的第三个目的是提供一种具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵的用途。

本发明的技术方案概述如下：

一种具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵，包括以下步骤：

(1)将多聚糖分散到有机溶剂中，配置成质量分数为1％-5％的悬浊液；加热至50-150℃，搅拌1-3h，冷却至室温；加入多聚糖质量5％-25％的含碳碳不饱和双键的活性有机物，反应24-48h；置于截留分子量为3500-10000的透析袋中，透析2-7天，冷冻干燥；

(2)将步骤(1)所得产物分散于ph＝7.4-8.0的磷酸盐缓冲液中，配置成质量分数为5％-20％的溶液；加入步骤(1)所得产物质量0.1％-1％的光引发剂，10％-50％双巯基交联剂，搅拌均匀，在光照强度为10-200μw/cm²紫外光辐照60-300s，利用ph＝7.4-8.0的磷酸盐缓冲液清洗3-5次，冷冻干燥，得到多孔海绵状产物；

(3)将所述多孔海绵状产物浸泡在质量分数为0.1％-1％的光引发剂溶液中，加入多孔海绵状产物质量5％-25％抗菌多肽，在光照强度为100-500μw/cm²紫外光辐照100-500s，利用ph＝7.4-8.0的磷酸盐缓冲液清洗3-5次，冷冻干燥，得到一种具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵；所述光引发剂溶液的溶剂为ph＝7.4-8.0的磷酸盐缓冲液。

优选地，多聚糖为重均分子量5000-80000的葡聚糖、玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、豌豆淀粉、海藻酸钠和重均分子量10000-200000的透明质酸钠中至少一种。

有机溶剂优选为三乙胺、甲苯、三氯甲烷、二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺和n,n-二甲基乙酰胺中至少一种。

含碳碳不饱和双键的活性有机物优选为降冰片烯酸酐、马来酸酐、甲基丙烯酸酐、甲基丙烯酰氯、丙烯酰氯和丙烯酸中的一种或多种。

光引发剂优选为光引发剂184、光引发剂1173、光引发剂2959、光引发剂369和光引发剂784中至少一种。

双巯基交联剂优选为二硫苏糖醇、重均分子量为400-10000的巯基-聚乙二醇-巯基中至少一种。

抗菌多肽优选氨基酸序列是seqidno.1、seqidno.3和seqidno.3中的一种。

上述方法制备的具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵。

具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵，孔隙率为60％-90％，吸水倍率为10-50倍。

具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵在制备止血敷料中的应用。

本发明采用天然多糖基高分子为主要材料，赋予其良好的生物相容性和生物降解性能；并且采用化学交联的方法，控制材料的力学性能以及赋予其溶胀特性，从而可以有效的封堵出血伤口；通过冷冻干燥技术，制备得到多孔的海绵结构，可以高效的吸收血液中的水分，从而富集血小板、红细胞以及凝血因子等成分，加强血液凝固效果；同时采用光点击化学表面修饰的方法，将一段具有广谱抗菌功效的多肽高效定量的修饰到海绵表面上，从而赋予其持久有效的抗菌能力，直到材料被体内降解为止。本发明彻底解决了传统海绵止血材料止血时间长、止血效果差的问题，同时，在保证生物安全性的前提下，从根本上赋予了海绵止血材料的抗菌性能。本发明有望实现海绵类止血敷料的快速止血和长效抗菌功效。此外，该止血海绵通过改变固含量以及交联剂的用量，可以控制其在体内的降解行为，不会产生因材料自身原因而引起的炎症反应。

附图说明

图1为多孔海绵状产物的fi-tr图谱。

图2为具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵的接枝多肽含量的统计结果。

图3为具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵孔隙率测试统计结果。

图4为具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵最大吸水倍率测试统计结果。

图5为具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵降解速率测试统计结果。

图6为具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵全血凝血指数测试统计结果。

图7为具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵表面形貌sem图。

图8为具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵在止血过程中，大量吸附血小板和红细胞后表面形貌sem图。

图9为实施例4所得的具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵的抗菌效果测试统计结果。(a)实施例4止血海绵抗金黄色葡萄球菌结果，(b)实施例4止血海绵抗大肠杆菌结果。

图10为实施例1所得的具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵在肝脏损伤模型中出血时间统计(a)，止血海绵在肝脏损伤模型中出血量统计(b)。

图11为实施例1所得的具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵的股动脉出血时间统计(a)，止血海绵的股动脉出血量统计(b)。

图12为具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵与l929细胞培养24h和48h后的细胞毒性分析。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，本发明实施例是为了使本领域的技术人员能够更好地理解本发明，但并不对本发明进行任何限制。

实施例1

一种具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵的制备方法，包括如下步骤：

(1)将重均分子量40000的葡聚糖分散到二甲基亚砜中，配置成质量分数为1％的悬浊液；加热至150℃，搅拌1h，冷却至室温；加入多聚糖(重均分子量40000的葡聚糖)质量5％的降冰片烯酸酐，反应24h；置于截留分子量为3500的透析袋中，透析2天，冷冻干燥；

(2)将步骤(1)所得产物分散于ph＝7.4的磷酸盐缓冲液中，配置成质量分数为5％的溶液；加入步骤(1)所得产物质量0.1％的光引发剂184，10％的重均分子量为600的巯基-聚乙二醇-巯基，搅拌均匀，在光照强度为10μw/cm²紫外光辐照300s，利用ph＝7.4的磷酸盐缓冲液清洗3次，冷冻干燥，得到多孔海绵状产物，其fi-tr图谱见图1中曲线1；

(3)将多孔海绵状产物浸泡在质量分数为0.1％的光引发剂184溶液中，加入多孔海绵状产物质量25％的抗菌多肽(seqidno.1)，在光照强度为100μw/cm²紫外光辐照500s，利用ph＝7.4的磷酸盐缓冲液清洗3次，冷冻干燥，得到一种具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵；所述光引发剂184溶液的溶剂为ph＝7.4的磷酸盐缓冲液。所述多肽序列seqidno.1为arg-leu-trp-lys-lys-ile-arg-lys-val-ile-arg-cys。

实施例2

一种具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵的制备方法，包括如下步骤：

(1)将玉米淀粉分散到n,n-二甲基甲酰胺中，配置成质量分数为2.5％的悬浊液；加热至80℃，搅拌2.5h，冷却至室温；加入多聚糖(玉米淀粉)质量12.5％的甲基丙烯酸酐，反应30h；置于截留分子量为5000的透析袋中，透析4天，冷冻干燥；

(2)将步骤(1)所得产物分散于ph＝7.6的磷酸盐缓冲液中，配置成质量分数为10％的溶液；加入步骤(1)所得产物质量0.4％的光引发剂1173，25％的重均分子量为1000的巯基-聚乙二醇-巯基，搅拌均匀，在光照强度为75μw/cm²紫外光辐照200s，利用ph＝7.6的磷酸盐缓冲液清洗4次，冷冻干燥，得到多孔海绵状产物，其fi-tr图谱见图1中曲线2；

(3)将多孔海绵状产物浸泡在质量分数为0.4％的光引发剂1173溶液中，加入多孔海绵状产物质量17.5％的抗菌多肽(seqidno.2)，在光照强度为250μw/cm²紫外光辐照350s，利用ph＝7.6的磷酸盐缓冲液清洗4次，冷冻干燥，得到一种具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵；所述光引发剂1173溶液的溶剂为ph＝7.6的磷酸盐缓冲液。所述seqidno.2为arg-ser-met-arg-leu-ser-phe-arg-ala-arg-gly-tyr-gly-phe-arg-cys。

实施例3

一种具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵的制备方法，包括如下步骤：

(1)将马铃薯淀粉分散到n,n-二甲基乙酰胺中，配置成质量分数为3.5％的悬浊液；加热至120℃，搅拌1.5h，冷却至室温；加入多聚糖(马铃薯淀粉)质量20％的甲基丙烯酰氯，反应40h；置于截留分子量为7500的透析袋中，透析6天，冷冻干燥；

(2)将步骤(1)所得产物分散于ph＝7.8的磷酸盐缓冲液中，配置成质量分数为15％的溶液；加入步骤(1)所得产物质量0.7％的光引发剂2959，35％的重均分子量为2000的巯基-聚乙二醇-巯基，搅拌均匀，在光照强度为125μw/cm²紫外光辐照100s，利用ph＝7.8的磷酸盐缓冲液清洗4次，冷冻干燥，得到多孔海绵状产物，其fi-tr图谱见图1中曲线3；

(3)将多孔海绵状产物浸泡在质量分数为0.7％的光引发剂2959溶液中，加入多孔海绵状产物质量10％的抗菌多肽(seqidno.3)，在光照强度为350μw/cm²紫外光辐照200s，利用ph＝7.8的磷酸盐缓冲液清洗4次，冷冻干燥，得到一种具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵；所述光引发剂2959溶液的溶剂为ph＝7.8的磷酸盐缓冲液。所述多肽序列seqidno.3为gly-arg-arg-arg-arg-ser-val-gln-trp-cys。

实验证明，用重均分子量5000葡聚糖、重均分子量80000葡聚糖、小麦淀粉、豌豆淀粉、海藻酸钠、重均分子量10000透明质酸钠或重均分子量200000透明质酸钠替代本实施例的马铃薯淀粉，其它同本实施例，分别制备出具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵。

实验证明，用三氯甲烷替代本实施例的n,n-二甲基乙酰胺，其它同本实施例，制备出具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵。

实验证明，用马来酸酐或丙烯酰氯分别替代本实施例中的甲基丙烯酰氯，其它同本实施例，分别制备出具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵。

实验证明，用重均分子量为400的巯基-聚乙二醇-巯基或重均分子量为10000的巯基-聚乙二醇-巯基替代本实施例的重均分子量为2000的巯基-聚乙二醇-巯基，其它同本实施例，分别制备出具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵。

实施例4

一种具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵的制备方法，包括如下步骤：

(1)将多聚糖(质量比为4:1的木薯淀粉和重均分子量为70000的透明质酸钠)分散到体积比为9:1的甲苯和三乙胺中，配置成质量分数为5％的悬浊液；加热至50℃，搅拌3h，冷却至室温；加入多聚糖质量25％的丙烯酸，反应48h；置于截留分子量为10000的透析袋中，透析7天，冷冻干燥；

(2)将步骤(1)所得产物分散于ph＝8的磷酸盐缓冲液中，配置成质量分数为20％的溶液；加入步骤(1)所得产物质量1％的质量比为1:1的光引发剂369和光引发剂784的混合物，步骤(1)所得产物质量50％的质量比为4:1的重均分子量为3400的巯基-聚乙二醇-巯基和二硫苏糖醇，搅拌均匀，在光照强度为200μw/cm²紫外光辐照60s，利用ph＝8的磷酸盐缓冲液清洗5次，冷冻干燥，得到多孔海绵状产物，其fi-tr图谱见图1中曲线4；

(3)将多孔海绵状产物浸泡在质量分数为1％的光引发剂(光引发剂为质量比为1:1的光引发剂369和光引发剂784)溶液中，加入多孔海绵状产物质量5％的质量比为1:1的抗菌多肽(seqidno.1和seqidno.2)，在光照强度为500μw/cm²紫外光辐照100s，利用ph＝8.0的磷酸盐缓冲液清洗5次，冷冻干燥，得到一种具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵；所述质量比为1:1的光引发剂369和光引发剂784溶液的溶剂为ph＝8.0的磷酸盐缓冲液。所述seqidno.1为arg-leu-trp-lys-lys-ile-arg-lys-val-ile-arg-cys。seqidno.2为arg-ser-met-arg-leu-ser-phe-arg-ala-arg-gly-tyr-gly-phe-arg-cys。

实验例1

对实施例1、2、3、4中步骤(2)获得的多孔海绵状产物进行了fi-tr表征分析。图1所示为不同实施例下多孔海绵状产物的红外图谱分析。

实验例2

对实施例1、2、3、4中接枝抗菌多肽的含量进行定量测试。

具体实验步骤：吸取各实施例步骤(3)的多孔海绵状产物浸泡在光引发剂溶液中，加入抗菌多肽后的20μl，加入到96孔板中(紫外辐照前)；

另吸取各实施例步骤(3)的多孔海绵状产物浸泡在光引发剂溶液中，加入抗菌多肽后的20μl，加入到96孔板中，进行紫外辐照(紫外辐照后)，

分别在紫外辐照前后的反应溶液中，分别加入200μl的ellman试剂反应15min，测试在412nm下的吸光度，并根据公式[sh]＝a412nm/14150计算多肽中巯基的摩尔质量，从而确定具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵上多肽的接枝量。图2所示为不同实施例下形成的具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵的表面多肽含量结果。

实验例3

对实施例1、2、3、4中具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵孔隙率进行测试。具体实验步骤：切割一块体积为v0的海绵并称重，记为w0。将海绵浸没于无水乙醇中30min，取出后再次称重并记为w1。通过公式p(％)＝(w1-w0)/ρv0计算海绵的孔隙率。图3所示为不同实施例下形成的具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵的孔隙率结果。实验结果表明，实施例1中得到的海绵具有最大的孔隙率，可以达到92％。

实验例4

对实施例1、2、3、4中具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵最大吸水量进行测试。具体实验步骤：在载玻片上放入1g材料，倾斜45°后放置于针头底部，用蠕动泵控制超纯水的滴加速度为5ml/min，直至第一滴水从载玻片上流动，记录最大吸水量。实验结果如图4所示，多聚糖海绵吸水量可以达到自身重量的10-20倍以上，并且实施例1中材料具有最大的吸水倍率，可以达到1800％。

实验例5

对实施例1、2、3、4中一种具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵降解速率进行测试。具体实验步骤：将事先称重的海绵放置于含有α-淀粉酶的pbs溶液中，37℃恒温震荡，每隔12h取出海绵烘干称重，其中，每隔24h更换一次培养介质。实验结果如图5所示，不同实施例下的海绵具有不同的降解速率，分析原因可能是由海绵的固含量以及交联试剂的用量有关。其中，实施例1中得到的海绵具有最快地降解行为，5天降解90％以上，实施例4中得到的海绵具有最慢的降解行为。

实验例6

对实施例1、2、3、4一种具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵全血凝血指数进行测试。具体实验步骤：将20mg样品放置于表面皿中，37℃下培养5min中，200μl抗凝血缓慢滴加到样品表面，然后加入20μl0.2mol氯化钙，继续37℃培养5min。过后，25ml蒸馏水小心加入到玻璃片中(尽量不破坏形成的血凝块)并在摇床中30rpm震荡培养10min，没有交联的红细胞被蒸馏水洗掉，所得的血红蛋白溶液的吸光度在540nm处测得的a，抗凝血在去离子水中的吸光度用作参考b，血液凝固指数计算公式为：a/b×100％。如图6所示，结果表明，实施例1-4中的具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵可以很好的固定血液中的红细胞，从而有利于血液凝固。

实验例7

对实施例1、2、3、4具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵利用sem观察其微观形貌，以及海绵完成止血后，表面的红细胞及血小板的吸附情况。如图7所示，从sem结果中看出，冻干后的止血海绵微观结构呈现多孔结构。

具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵在完成止血功能后，利用sem观察实施例1、2、3、4中交联后多聚糖海绵对血小板以及红细胞的吸附情况。如图8所示，从sem图中可以观察到，实施例1-4中的止血海绵可以很好的富集血小板和红细胞于材料表面。

实验例8

对实施例4具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵进行了抗菌实验研究，实验结果如图9所示，实施例4制备的海绵对金黄色葡萄球菌以及大肠杆菌都具有强效的抗菌作用，并且7天内可以持续实现大于95％的抗菌率。

实验例9

对实施例1一种具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵的止血效果进行表征。采用肝脏渗血模型进行定性和定量的表征。实验步骤：以sd大鼠的肝脏损伤出血为模型，通过水合氯醛水溶液腹腔注射麻醉及腹毛而剃掉，在腹部被打开，露出肝脏。用手术刀开一个长度0.5cm，深度0.1cm的伤口。用0.1g材料直接放置在出血肝脏的顶部，盖上纱布垫，同时实施常规的按压操作。每隔5s抬起纱布，观察出血情况直到止血，统计出血时间和出血量。结果如图10所示，肝脏损伤出血模型实验结果表明，实施例1的具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵可以有效的缩短止血时间，降低出血量。

实验例10

对实施例1的具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵进行大量出血止血实验表征，采用sd大鼠股动脉出血模型。具体实验步骤：以sd大鼠的股动脉损伤出血为模型，麻醉后剃掉腿部毛，露出腹股沟与后肢，横切大腿皮肤和肌肉，露出动脉，手术针刺穿动脉制造大出血。将0.5g样品立即填塞到伤口处，并用纱布按压操作，每隔30s抬起纱布观察，直到止血结束。统计止血时间和出血量。结果如图11所示，股动脉损伤出血模型实验结果表明，针对大出血模型，实施例1的止血海绵也可以有效的缩短止血时间，降低出血量。

实验例11

对实施例1、2、3、4的一种具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵进行了细胞毒性的测试分析。如图12所示，细胞毒性实验表明，实施例1-4中多聚糖止血海绵对l929细胞具有很好的细胞相容性。

序列表

<110>天津大学

<120>一种具有快速止血和长效抗菌功效的多聚糖基止血海绵

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