基于天然多糖的复合凝胶止血粉、其制备方法及应用

本发明涉及生物医药材料领域，尤其涉及一种基于天然多糖的复合凝胶止血粉、其制备方法及应用。
背景技术：
：创伤出血是导致患者高死亡率的主要原因之一，高效的止血材料能够有效控制伤口出血程度，同时起到减轻患者痛苦、促进伤口愈合的作用。研究表明止血材料的使用能够大幅度地提高患者生存几率。目前，急救中常用的纱布、纸巾和止血带由于缺乏止血功能，通常无法及时达到预期效果。因此制备成本低廉，安全有效，生物相容性好的高效止血材料具有极为重要的临床意义。止血粉作为一种有效的止血策略，因为其良好的适应性，特别是对于不规则伤口的适应性，在止血过程中得到了广泛的应用。天然多糖因其经济、易得、无毒、可生物降解等优点，已广泛应用于免疫调节、抗肿瘤、抗菌、制药等领域，并作为制备止血粉的原料。壳聚糖作为带正电的天然多糖高分子材料，不但具有来源丰富、价格低廉、无毒、生物相容性好、可生物降解等优点，还能吸附带负电的血细胞，促进血液凝固，是优良的止血敷料基材。然而壳聚糖在中性ph条件难溶于水，限制了其应用。羧甲基壳聚糖(cmc)是壳聚糖的衍生物，具有良好的水溶性，在生物材料领域有巨大的应用潜力。海藻酸钠(sa)是一种水溶性的天然阴离子多糖，主要来源于褐藻。其本身具有良好的性能，包括生物相容性、无毒、无刺激和成胶性，以及自身能够保留大量液体的能力，已被广泛应用于生物医学和组织工程领域。作为止血材料，一方面海藻酸钠能够增强复合止血剂与出血创面的粘连；另一方面，由于其优异的吸水性能，海藻酸钠能增加血小板和凝血因子浓度，加速凝血过程。理想的止血材料应当具备：(1)可直接应用到出血创面，有效止血；(2)可直接使用，无须用前准备工作；(3)可长期储存，携带方便；(4)成本低廉，易于制备；(5)生物相容性好，可吸收，无需清理，组织损伤和感染风险。目前，临床上使用的止血材料主要包括纤维蛋白胶、胶原蛋白、明胶海绵及纤维素等等，但或多或少存在一些不足，比如纤维蛋白粘合剂进入血管可能会引起血栓形成，伴有低血压，甚至致死；胶原则来源于动物组织，属于异种蛋白，容易出现排异反应等等。因此，有效安全的止血方法是采用生物相容性的可吸收性止血材料，在外科手术、急救等止血过程中提供一种安全、有效、使用方便、成本低廉的止血材料显得尤为重要。技术实现要素：本发明的目的之一，就在于提供一种基于天然多糖的复合凝胶止血粉，以解决上述问题。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种基于天然多糖的复合凝胶止血粉，其原料由下述重量份计的组分组成：羧化壳聚糖10～20份，海藻酸钠1～10份，氢氧化钠10～30份，环氧氯丙烷30～60份，氯化钙20～50份，去离子水200～400份，其中，所述羧化壳聚糖的羧化度≥60％。作为优选的技术方案，其原料由下述重量份计的组分组成：羧化壳聚糖16份，海藻酸钠4份，氢氧化钠20份，环氧氯丙烷40份，氯化钙30份，去离子水250份。本发明的目的之二，在于提供上述的基于天然多糖的复合凝胶止血粉的制备方法，采用的技术方案为：包括以下步骤：a.将所述羧化壳聚糖、海藻酸钠分别溶解于氢氧化钠溶液中，得到两种碱性多糖溶液；b.将步骤a所得的两种碱性多糖溶液混合，加入环氧氯丙烷，充分混合均匀，得到混合溶液；其中，环氧氯丙烷在混合多糖溶液中的重量百分比为10～20％；c.将步骤b所得混合溶液在50～60℃水浴中加热形成预凝胶，反应时间为1～1.5h；d.将步骤c所述预凝胶浸泡在0.5～1.0mol/l氯化钙溶液中30min-2h后，放入-24～-80℃℃条件中放置12h～36预冷；e.将预冷好的预凝胶，冻干12h～36；f.将冻干后的凝胶研磨，得到白色凝胶粉末。作为优选的技术方案：将研磨得到的粉末再次浸泡在1mol/l的氯化钙溶液中，重复步骤d，e，f，最终得到白色凝胶粉末。本发明采用了特殊的制备方法，具体而言，是采用碱性多糖溶液体系用环氧氯丙烷交联后生成无毒产物，未反应完的多余碱与钙离子发生离子反应，生成氢氧化钙沉淀，并结合适当的原料及配比，制得了一种具有微孔结构的天然多糖复合高效止血粉。用于创面渗血时，该止血粉内部的孔隙结构具有强大的吸液能力，能够瞬间吸收血液中的水分，促使血液中孔径大的物质如红细胞、纤维蛋白、血小板等聚集在材料表面，高浓度的凝血因子能够有效地加速创面止血。此外，凝胶粉可与伤口渗出液发生离子交联，在钙离子释放启动内源性凝血机制的同时形成凝胶屏障，覆盖在创面上保护创面，维持创面的湿润环境，促进创面愈合。该复合凝胶止血粉能封堵出血点，在短时间内发挥优良的止血作用。作为优选的技术方案，步骤a中：所述两种碱性多糖溶液分别为:将羧化壳聚糖溶解在预先配置的2.5mol/l氢氧化钠溶液中得到质量百分比8％的羧化壳聚糖碱性溶液；将海藻酸钠溶解在0.4mol/l氢氧化钠溶液中得到质量百分比4％的海藻酸钠碱性溶液。作为优选的技术方案，步骤b中：所述羧化壳聚糖溶液与海藻酸钠溶液体积比为4:1，搅拌转速为800rpm/min。本发明的目的之三，在于提供上述的基于天然多糖的复合凝胶止血粉的应用，应用于快速止血、促进创面愈合的生物医药材料领域。作为优选的技术方案：使用前，对所述凝胶止血粉进行消毒处理。作为进一步优选的技术方案：消毒处理的方法为：先用75％的乙醇溶液浸泡4～6小时后，脱除乙醇，再加入pbs缓冲溶液充分浸泡4～8小时，期间更换3～4次pbs缓冲溶液。与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明通过简单易行的一锅法制备了环氧氯丙烷交联的碱性天然多糖预凝胶；并利用交联过程中未完全消耗的氢氧化钠与氯化钙进行反应，在凝胶表面和内部生成氢氧化钙沉淀，有利于酸性条件下的钙离子缓释；(2)本发明采用的原料均为生物相容性好的天然多糖高分子，反应体系中引入的环氧氯丙烷虽然被列入2a类致癌物，但在多糖交联体系中反应完全后仅生成无毒的氯化钠；因此，合理地调控环氧氯丙烷和氢氧化钠的配比后制备得到的止血粉不含毒性化学剂，实验体系具有生物安全性；(3)本发明可以通过调节各原料的配比和反应过程调整材料的相关性能(例如，羧化壳聚糖和海藻酸钠比例、环氧氯丙烷的添加量、混合溶液搅拌时间、水浴加热温度和时间，氯化钙溶液浓度等)，使止血凝胶粉满足患者需求，对于不同创口的止血和愈合进行个性化设计，天然多糖基材的选择也为药物包载提供可能性；(4)本发明所制备的基于天然多糖的高效凝胶止血凝胶粉内部富含多孔结构，可以快速吸收血液中的水分，有效聚集血液中的有形成分，富集和激活内源性凝血因子，同时形成物理屏障提供润湿性环境，起到促进创口止血和愈合的作用；止血粉的微米结构能够适应不同形状和深度的创口，在临床使用中具有普适性。附图说明图1为本发明实施例1制得的天然多糖复合高效止血粉的电镜图(放大650倍)。具体实施方式下面将结合附图对本发明作进一步说明。下述实施例中，所以原料均为市购，其中，羧化壳聚糖购自阿拉丁，牌号c105800，羧化度≥60％，分子量mw＝18～25万，粘度15～18mpa.s。实施例1：一种基于天然多糖的高效止血凝胶粉，该配方包括下述重量份数的原料：羧化壳聚糖16份，海藻酸钠4份，氢氧化钠20份，环氧氯丙烷40份，去离子水250份，其制备方法，包括以下步骤：a.将羧化壳聚糖溶解在2.5mol/l的氢氧化钠溶液中得到8％的羧化壳聚糖碱性溶液；将海藻酸钠溶解在0.4mol/l的氢氧化钠溶液中得到4％的海藻酸钠碱性溶液；b.将上述两种碱性多糖溶液以体积比4:1混合，加入环氧氯丙烷，搅拌15分钟，使其混合均匀；c.将步骤b所述混合溶液在60℃水浴中加热形成预凝胶，反应时间为1.5小时；d.将步骤c所述预凝胶浸泡在1mol/l氯化钙溶液，预凝胶与氯化钙的溶液体积比为1:10中30分钟后，放入-24℃冰箱放置12小时；e.将预冷好的预凝胶，放入冻干机中冻干12小时；f.将冻干后的凝胶研磨成粉；g.进一步地，将研磨得到的粉末再次浸泡在1mol/l的氯化钙溶液中，重复步骤d，e，f得到最终白色凝胶粉末，其尺寸为50～300μm，所得粉末的电镜图如图1所示，从图1中可以看出：凝胶粉的微观结构为带有大量微孔的不规则粉末，有利于对液体的快速吸收；在微孔结构中具有氢氧化钙形成的分级纳米结构，钙离子的释放，有利于激活凝血级联，加速止血。实施例2：一种基于天然多糖的高效止血凝胶粉，该配方包括下述重量份数的原料：羧化壳聚糖14份，海藻酸钠6份，氢氧化钠16份，环氧氯丙烷30份，去离子水300份；其制备方法，包括以下步骤：a.将羧化壳聚糖溶解在2mol/l的氢氧化钠溶液中得到8％的羧化壳聚糖碱性溶液；将海藻酸钠溶解在0.5mol/l的氢氧化钠溶液中得到4％的海藻酸钠碱性溶液；b.将上述两种碱性多糖溶液以体积比4:1混合，加入环氧氯丙烷，搅拌15分钟，使其混合均匀；c.将步骤b所述混合溶液在60℃水浴中加热形成预凝胶，反应时间为1小时；d.将步骤c所述预凝胶浸泡在1mol/l氯化钙溶液中30分钟后，放入-24℃冰箱中放置12小时；e.次日将预冷好的预凝胶，放入冻干机中冻干12小时；f.将冻干后的凝胶研磨成粉；g.进一步地，将研磨得到的粉末再次浸泡在1mol/l的氯化钙溶液中，重复步骤d，e，f得到最终白色凝胶粉末，其尺寸为50～300μm。实施例3：一种基于天然多糖的高效止血凝胶粉，该配方包括下述重量份数的原料：羧化壳聚糖12份，海藻酸钠2份，氢氧化钠12份，环氧氯丙烷20份，去离子水200份；其制备方法，包括以下步骤：a.将羧化壳聚糖溶解在2.5mol/l的氢氧化钠溶液中得到8％的羧化壳聚糖碱性溶液；将海藻酸钠溶解在0.6mol/l的氢氧化钠溶液中得到4％的海藻酸钠碱性溶液；b.将上述两种碱性多糖溶液以体积比4:1混合，加入环氧氯丙烷，搅拌15分钟，使其混合均匀；c.将步骤b所述混合溶液在60℃水浴中加热形成预凝胶，反应时间为1小时；d.将步骤c所述预凝胶浸泡在1mol/l氯化钙溶液中30分钟后，放入-24℃冰箱中放置12小时；e.次日将预冷好的预凝胶，放入冻干机中冻干12小时；f.将冻干后的凝胶研磨成粉；g.进一步地，将研磨得到的粉末再次浸泡在1mol/l的氯化钙溶液中，重复步骤d，e，f得到最终白色凝胶粉末，其尺寸为50～300μm。实施例4：一种基于天然多糖的高效止血凝胶粉，该配方包括下述重量份数的原料：羧化壳聚糖18份，海藻酸钠8份，氢氧化钠25份，环氧氯丙烷50份，去离子水350份；其制备方法，包括以下步骤：a.将羧化壳聚糖溶解在3mol/l的氢氧化钠溶液中得到8％的羧化壳聚糖碱性溶液；将海藻酸钠溶解在0.2mol/l的氢氧化钠溶液中得到4％的海藻酸钠碱性溶液；b.将上述两种碱性多糖溶液以体积比4:1混合，加入环氧氯丙烷，搅拌15分钟，使其混合均匀；c.将步骤b所述混合溶液在60℃水浴中加热形成预凝胶，反应时间为1.5小时；d.将步骤c所述预凝胶浸泡在1mol/l氯化钙溶液中30分钟后，放入-24℃冰箱中放置12小时；e.次日将预冷好的预凝胶，放入冻干机中冻干12小时；f.将冻干后的凝胶研磨成粉；g.进一步地，将研磨得到的粉末再次浸泡在1mol/l的氯化钙溶液中，重复步骤d，e，f得到最终白色凝胶粉末，其尺寸为50～300μm。为了证明本发明的原料组分之间的相互协同增效作用，以及特殊的制备方法的技术贡献，发明人进行了下述对比试验：对比例a：与实施例1相比，仅不加入羧化壳聚糖16份，其余组分和制备方法与实施例1相同。对比例b：与实施例1相比，仅不加入海藻酸钠4份，其余组分和制备方法与实施例1相同。对比例c：与实施例1相比，不加入环氧氯丙烷作为交联剂，即仅使用氯化钙作为交联剂，其余组分和制备方法与实施例1相同。对比例d：与实施例1相比，仅步骤b中“搅拌30分钟，使其混合均匀”，其余组分和制备方法与实施例1相同。对比例e：与实施例1相比，仅步骤c中“反应时间为2小时”，其余组分和制备方法与实施例1相同。对比例f：与实施例1相比，仅步骤c中“50℃水浴中加热”，其余组分和制备方法与实施例1相同。对比例g：与实施例1相比，仅步骤d中“浸泡在0.5mol/l氯化钙溶液”，其余组分和制备方法与实施例1相同。对比例h：中国专利公开号cn201610865770实施例1的止血粉。对比例i：中国专利公开号cn201410332254实施例1的敷料。对比例j：一种现有市售止血粉：八新壳聚糖护创粉。对比例k：医用纱布。效果检测试验1.吸水率检测1.1检测对象：前述的实施例1-4的复合凝胶止血粉，以及对比例a-k；1.2检测方法：吸水率测试按照标准的测试方法：将一定质量的复合凝胶止血粉ms(g)，浸入ph＝7.4的模拟体液(pbs)中，浸泡1h使溶液充满凝胶粉；之后，通过7000rpm离心10min，弃去多余的水分后，对湿凝胶粉进行称重，质量记为mw(g)，吸水率按照如下公式计算吸水率＝(mw-ms)/ms*100％其结果见表1。2.止血效果检测2.1检测对象：前述的实施例1-4的复合凝胶止血粉，以及对比例a-k；2.2检测方法：兔肝出血模型止血实验将新西兰大白兔麻醉后，暴露腹部，固定在兔台上，减去腹部兔毛，正中开腹，游离、暴露肝脏，在肝脏上造0.5*0.5cm的出血模型；分别用已精准称重的纱布、凝胶止血粉和商业化的止血粉(八新，主要成分为羧化壳聚糖和壳聚糖)覆盖在出血部位，直至出血停止，记录出血时间及出血量，其结果见表1.表1各实施例及对比例的效果检测结果饱和吸水率出血时间出血量实施例116001001100实施例215001201300实施例313001301400实施例412001601600对比例a14003002800对比例b6002702200对比例c6502802500对比例d13001801600对比例e14001601400对比例f13001501700对比例g16001601600对比例h11001601800对比例i11001701900对比例j8002302200对比例k4805500以上对本发明进行了详细介绍，文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的一般技术人员来说，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围内还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以举例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的其他变形或简化，凡在本发明的精神和原则之内的，都可以适当的应用于本发明，并且应包含在本发明权利要求的保护范围。当前第1页12