一种水触发形状快速回复的淀粉基复合海绵及其制备方法和应用

本发明属于生物医用材料领域，具体地，涉及一种水触发形状快速回复的有效止血的淀粉基复合海绵。

背景技术：

1、因创伤导致的不可控失血是造成人员伤亡的主要原因之一，能够及时有效止血是减少死亡率的关键。现有止血产品性能单一、操作复杂；因子弹穿透、高空坠落等所造成的贯穿伤口不仅出血量大，而且往往因野外环境伴随创面的感染问题。传统的粉末状止血产品虽可以喷洒进伤口部位，但易被血流冲出，无法有效止血。凝胶类止血材料因成胶速率慢或施用步骤复杂而难以使用。这些止血材料，面对组织缺损造成的大出血，因为无法接触到真正的出血部位而无法有效止血。海绵类止血材料虽具有良好的吸水性能但无法控制吸水膨胀而易压迫神经。由此可见，在兼具抗菌性的基础上，设计开发可控快速形状回复的淀粉止血材料对于贯穿伤的出血控制具有重要的临床应用价值。

2、淀粉是一种来源广泛、生物相容性好、可降解的植物多糖，是一种理想的生物材料。然而，市售淀粉止血材料多为粉剂，在伤口处组织粘附性差、易被血流冲走。此外，常用的淀粉止血材料对血液的吸收有限，止血机制单一——通过浓缩血液成分达到止血目的，止血效果有限，并存在弱抗菌性或者无抗菌性的缺陷。

3、因此，本领域迫切需要开发出一种制备简单、安全、快速有效封堵、加速止血、可应对伤口深且出血量大的创伤部位、生物相容性好且可降解的抗菌型淀粉基止血材料。

技术实现思路

1、本发明的目的就是提供一种制备简单、生产效率高、可快速封堵伤口、高效促进凝血、粘附性好、抑菌效果优异的淀粉基复合止血海绵及制备方法。

2、在本发明的第一方面，提供了一种淀粉基止血材料，所述止血材料是交联淀粉海绵与季铵化淀粉复合得到的止血海绵。

3、在另一优选例中，所述交联淀粉海绵的质量分数为50％-99％，例如60％、70％、80％、90％、95％。

4、在另一优选例中，所述季铵化淀粉的质量分数为1％-50％，例如5％、10％、20％、30％、40％。

5、在另一优选例中，所述止血材料是水触发形状快速回复的淀粉基复合止血海绵。

6、在另一优选例中，所述止血材料以淀粉为基体材料。

7、在另一优选例中，所述止血材料是交联淀粉海绵与季铵化淀粉发生聚电解质复合得到的止血海绵。

8、在另一优选例中，所述止血材料通过如本发明第二方面所述的方法得到。

9、在另一优选例中，所述交联淀粉海绵通过淀粉依次与二酸酐、二缩水甘油醚反应得到。

10、在另一优选例中，所述交联淀粉海绵通过羧基淀粉与二缩水甘油醚交联得到。

11、在另一优选例中，所述羧基淀粉通过将淀粉经羧基化修饰得到。

12、在另一优选例中，所述羧基淀粉通过将淀粉与二酸酐反应得到。

13、在另一优选例中，所述羧基淀粉中，羧基的接枝率超过30％，优选超过40％，更优选超过50％，例如55％、60％、65％。

14、在另一优选例中，所述二酸酐接枝到淀粉的接枝率为至少10％且不超过100％。

15、在另一优选例中，所述淀粉选自下组：豌豆淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉，或其组合。

16、在另一优选例中，所述玉米淀粉为高直链玉米淀粉。

17、在另一优选例中，所述二酸酐选自下组：琥珀酸酐、辛烯基琥珀酸酐、戊二酸酐、马来酸酐、邻苯二甲酸酐，或其组合，优选琥珀酸酐。

18、在另一优选例中，所述二缩水甘油醚选自下组：乙二醇二缩水甘油醚、二甘醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚(pegde)、聚丙二醇二缩水甘油醚，或其组合，优选聚乙二醇二缩水甘油醚。

19、在另一优选例中，所述聚乙二醇二缩水甘油醚的分子量为mn＝300-2000，优选mn＝500-1000。

20、在另一优选例中，所述季铵盐接枝到淀粉的接枝率为至少10％且不超过100％。

21、在另一优选例中，所述季铵化淀粉通过将淀粉经季铵化修饰得到。

22、在另一优选例中，所述季铵化淀粉经淀粉与季铵盐经醚化反应得到。

23、在另一优选例中，所述季铵盐选自下组：3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵、n-(2,3-环氧丙基)三甲基氯化铵，或其组合。

24、在另一优选例中，所述淀粉基止血材料的孔径大小为60-200μm。

25、在另一优选例中，所述淀粉基止血材料为全固态形式的冻干海绵。

26、在另一优选例中，所述冻干海绵在与水接触后，可快速吸水膨胀。

27、在另一优选例中，所述淀粉基止血材料为吸有大量水分的吸水海绵。

28、在另一优选例中，所述淀粉基止血材料为可注射海绵，可通过注射器推进伤口部位。

29、在另一优选例中，所述淀粉基止血材料具有以下的一个或多个特征：

30、1)所述材料具有多级孔结构，a孔尺寸为100-300μm，较佳地为150-200μm，b孔尺寸为25-80μm，较佳地为30-60μm；

31、2)所述材料在5-60s内(优选5-30s)的吸水率为750％-2000％，较佳地为1000％-1500％；

32、3)所述材料的压缩强度为20-60kpa，优选30-60kpa；

33、4)所述材料的形变回复时间为<5s，较佳地为<3s；

34、5)所述材料的形变回复率为90％以上，较佳地为95％以上；

35、6)所述材料在5分钟的体外凝血bci指数为低于50％，较佳地10-30％，较佳地为<20％；

36、7)所述材料在体液环境中，在3天后可降解50％以上，较佳地70％以上；

37、8)所述材料的溶血率低于0.25％，较佳地低于0.1％；

38、9)所述材料无细胞毒性；

39、10)所述材料在6h后对e.coli和s.aureus抗菌率分别达到90％和80％以上；

40、11)所述材料封堵体内伤口的失血量相比商业明胶海绵降低为0.6倍，优选0.5倍，更优选0.4倍；

41、12)所述材料封堵体内伤口的止血时间相比商业明胶海绵缩短为0.7倍，优选0.6倍，更优选0.5倍。

42、在本发明的第二方面，提供了一种如本发明第一方面所述的淀粉基止血材料的制备方法，包括以下步骤：

43、(a)在催化剂存在下，将淀粉与二酸酐混合，进行反应，得到羧基淀粉；

44、(b)在第一碱试剂存在下，将所述羧基淀粉与二缩水甘油醚混合，进行反应，得到交联淀粉海绵；

45、(c)提供季铵化淀粉，所述季铵化淀粉由淀粉与季铵盐反应得到；

46、(d)将步骤(b)中得到的交联淀粉海绵与季铵化淀粉混合，得到所述淀粉基止血材料。

47、在另一优选例中，所述淀粉、二酸酐、二缩水甘油醚、季铵盐各自独立地如本发明第一方面所述。

48、在另一优选例中，步骤(a)中，所述催化剂选自下组：三乙胺、咪唑、吡啶，或其组合。

49、在另一优选例中，步骤(a)中，所述淀粉、二酸酐、催化剂的质量比为1-10:0.1-2:0.3-5，较佳地为1-5:0.2-1.5:0.3-3，较佳地3-5:0.2-0.5:0.3-0.6，例如3.26:0.2:0.46。

50、在另一优选例中，步骤(a)中，所述淀粉、二酸酐的摩尔比为0.5-5:0.5-5，优选0.5-2:0.5-2，例如2:1、3:2、1:1。

51、在另一优选例中，步骤(a)中，所述反应在40-80℃进行3-12h，转移至室温进行18-24h，优选在60℃下进行6h，之后转移至室温反应24h。

52、在另一优选例中，所述步骤(a)在第一溶剂中进行，其中所述第一溶剂选自下组：二氯甲烷、二甲基亚砜，或其组合。

53、在另一优选例中，所述步骤(a)包括：将淀粉溶于第一溶剂，升温搅拌溶解，降温至40-80℃后恒温一段时间，之后向其中加入催化剂和二酸酐，反应一段时间，之后转移至室温继续反应。

54、在另一优选例中，所述步骤(a)包括：将高直链玉米淀粉分散到第一溶剂中，搅拌均匀并升温至70℃，待溶液完全溶解(溶液颜色浑浊变为透明)后，降温至60℃并恒温10min，加入催化剂和二酸酐，继续在60℃下反应6h，随后降至室温反应24h，将反应后的溶液逐滴滴加到异丙醇中，0℃搅拌过夜，5000rpm离心5min并用异丙醇洗涤数次，经冷冻干燥后，即可得到羧基改性淀粉(st-cooh)。

55、在另一优选例中，所述步骤(a)还包括将得到的羧基淀粉沉淀、洗涤、干燥的后处理步骤。

56、在另一优选例中，所述步骤(a)还包括以下后处理步骤：将反应后的混合物逐滴分散到异丙醇中，离心沉淀，用异丙醇洗涤沉淀数次至产物纯净，冷冻干燥得羧基淀粉。

57、在另一优选例中，所述步骤(b)中，所述二缩水甘油醚与羧基淀粉质量比为3:5-20，较佳地为3:8-15，例如3:10。

58、在另一优选例中，所述步骤(b)包括：将羧基淀粉溶于第一碱试剂的水溶液中，加入二缩水甘油醚进行反应，得到交联淀粉海绵。

59、在另一优选例中，所述第一碱试剂的水溶液选自下组：氢氧化钠水溶液、碳酸钠水溶液，或其组合。

60、在另一优选例中，所述第一碱试剂的水溶液中第一碱试剂的浓度为0.05-0.5m。

61、在另一优选例中，所述羧基淀粉在第一碱试剂的水溶液中的质量体积浓度为20-100g/l，例如50g/l。

62、在另一优选例中，所述羧基淀粉在第一碱试剂的水溶液中的质量体积浓度为3％-10％，较佳地为3％-5％。

63、在另一优选例中，步骤(b)中，所述反应在25-30℃进行18-24h，例如在25℃进行24h。

64、在另一优选例中，所述步骤(b)还包括将得到的交联淀粉海绵冷冻干燥、用水洗涤的后处理步骤。

65、在另一优选例中，步骤(c)中，所述淀粉与季铵盐的质量比为1:0.5-5，优选1:1-1.5，例如1:1.25。

66、在另一优选例中，所述步骤(c)包括：将淀粉溶于第二碱试剂的水溶液中，升温搅拌至无颗粒状，之后滴加季铵盐进行反应，得到季铵化淀粉。

67、在另一优选例中，所述第二碱试剂选自下组：氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钾，或其组合。

68、在另一优选例中，所述第二碱试剂的水溶液中第二碱试剂的浓度为20-70g/l，例如50g/l。

69、在另一优选例中，所述淀粉在第二碱试剂的水溶液中的质量体积浓度为20-100g/l，例如80g/l。

70、在另一优选例中，步骤(c)中，所述反应在40-80℃进行4-10h，例如在60℃反应6h。

71、在另一优选例中，所述步骤(c)包括：配制第二碱试剂的水溶液，加入淀粉，升温至40℃混合溶解，之后向溶液中滴加季铵盐，在40-80℃下反应4-10h，得到所述季铵化淀粉。

72、在另一优选例中，所述步骤(c)还包括将得到的季铵化淀粉沉淀、洗涤、冷冻干燥的后处理步骤。

73、在另一优选例中，步骤(c)中，将得到的反应混合物用无水甲醇沉淀，抽滤后产物用80％甲醇-水溶液洗涤数次，用硝酸银溶液检测滤液中无沉淀后，将产物冷冻干燥得到所述季铵化淀粉。

74、在另一优选例中，步骤(d)中，所述季铵化淀粉为溶解在水中的季铵化淀粉溶液。

75、在另一优选例中，步骤(d)中，所述季铵化淀粉溶液的质量体积浓度为0.6-2％(wt/v)。

76、在另一优选例中，所述季铵化淀粉溶液中，季铵化淀粉的浓度为0.1-5％(wt/v)，更佳地为1％(wt/v)。

77、在另一优选例中，步骤(d)中，所述交联淀粉海绵与季铵化淀粉的质量比为5:0-4，优选5:0.1-4。

78、在另一优选例中，步骤(d)中，所述交联淀粉海绵与季铵化淀粉溶液的质量体积比例为10mg:1-20ml，优选10mg：1-5ml，例如10mg：2ml。

79、在另一优选例中，所述步骤(d)在37-40℃下进行。

80、在另一优选例中，所述步骤(d)包括：将步骤(b)中得到的交联淀粉海绵浸泡在季铵化淀粉溶液中振荡，洗涤、冷冻干燥后得到所述淀粉基止血材料。

81、在另一优选例中，所述制备方法包括以下步骤：

82、(a)将淀粉溶于二甲基亚砜后，加入琥珀酸酐和咪唑，淀粉、琥珀酸酐和咪唑的质量比为1-10:0.1-2:0.3-5，反应得到羧基化淀粉。

83、(b)将所述羧基淀粉溶于氢氧化钠溶液后，加入乙二醇二缩水甘油醚，乙二醇二缩水甘油醚与羧基淀粉质量比为3:5-20，反应得到交联淀粉海绵。

84、(c)将氢氧化钠溶于水中，加入淀粉，搅拌至无颗粒状，逐滴向溶液中加入季铵盐，所述淀粉与季铵盐的质量比为16:5-30，后处理后得到季铵化淀粉。

85、(d)将步骤(b)得到的交联淀粉海绵浸泡在的季铵化淀粉溶液中，37℃下震荡30min,用超纯水清洗3次，冷冻干燥得到淀粉基复合海绵。

86、在另一优选例中，所述制备方法包括以下步骤：

87、1)将淀粉溶解在二甲基亚砜中，升温至70℃搅拌使其充分溶解，降温至60℃使其充分溶解后，加入二酸酐和催化剂反应6h，转移至室温环境反应24h，逐滴沉淀于异丙醇中,洗涤，干燥，得到羧基淀粉，其中淀粉、二酸酐、催化剂的质量比为1-10:0.1-2:0.3-5；

88、2)将羧基淀粉溶解在0.1m氢氧化钠溶液中，同乙二醇二缩水甘油醚混合均匀，转移至固定容器中，反应24h，冷冻干燥后用超纯水洗涤干净，再次冷冻干燥得到交联淀粉海绵，其中乙二醇二缩水甘油醚与羧基淀粉质量比为3:5-20；

89、3)将淀粉分散在氢氧化钠溶液中，于40℃下搅拌溶解，加入季铵盐升温至60℃反应6h，用甲醇沉淀，并用80％甲醇-水溶液清洗沉淀，冷冻干燥，得到季铵化淀粉，其中淀粉与季铵盐的质量比为16:5-30；

90、4)将2)得到的淀粉海绵浸泡于季铵化淀粉溶液中一定时间，取出清洗得到水触发形状快速回复淀粉基复合止血海绵。

91、在本发明的第三方面，提供了一种淀粉基止血材料，所述止血材料是一种交联淀粉海绵，通过淀粉依次与二酸酐、二缩水甘油醚反应得到。

92、在另一优选例中，所述止血材料是水触发形状快速回复的交联淀粉海绵。

93、在另一优选例中，所述止血材料以淀粉为基体材料。

94、在另一优选例中，所述止血材料通过如本发明第四方面所述的方法得到。

95、在另一优选例中，所述交联淀粉海绵、二酸酐、二缩水甘油醚各自独立地如本发明第一方面所述。

96、在另一优选例中，所述淀粉基止血材料的孔径大小为60-200μm。

97、在另一优选例中，所述淀粉基止血材料为全固态形式的冻干海绵。

98、在另一优选例中，所述冻干海绵在与水接触后，可快速吸水膨胀。

99、在另一优选例中，所述淀粉基止血材料为吸有大量水分的吸水海绵。

100、在另一优选例中，所述淀粉基止血材料为可注射海绵，可通过注射器推进伤口部位。

101、在另一优选例中，所述淀粉基止血材料具有以下的一个或多个特征：

102、1)所述材料具有多级孔结构，a孔尺寸为100-300μm，较佳地为150-200μm，b孔尺寸为25-80μm，较佳地为30-60μm；

103、2)所述材料在5-60s内(优选5-30s)的吸水率为750％-2000％，较佳地为1000％-1500％；

104、3)所述材料的压缩强度为10-30kpa；

105、4)所述材料的形变回复时间为<5s，较佳地为<3s；

106、5)所述材料的形变回复率为90％以上，较佳地为95％以上；

107、6)所述材料在5分钟的体外凝血bci指数为低于50％，较佳地10-30％，较佳地为<20％；

108、7)所述材料在体液环境中，在3天后可降解50％以上，较佳地70％以上；

109、8)所述材料的溶血率低于0.25％，较佳地低于0.1％；

110、9)所述材料无细胞毒性；

111、10)所述材料对于体内伤口相比商业明胶海绵显著降低了伤口出血量和止血时间。

112、在本发明的第四方面，提供了一种如本发明第三方面所述的淀粉基止血材料的制备方法，包括以下步骤：

113、(a)在催化剂存在下，将淀粉与二酸酐混合，进行反应，得到羧基淀粉；

114、(b)在第一碱试剂存在下，将所述羧基淀粉与二缩水甘油醚混合，进行反应，得到交联淀粉海绵。

115、在另一优选例中，所述淀粉、二酸酐、二缩水甘油醚如本发明第一方面所述。

116、在另一优选例中，所述步骤(a)、(b)各自独立地如本发明第二方面所述。

117、在本发明的第五方面，提供了一种如本发明第一方面所述的淀粉基止血材料或本发明第三方面所述的淀粉基止血材料的用途，用于制备一材料，所述材料用于急救止血、创面愈合或组织修复。

118、在另一优选例中，所述材料用于组织缺损伤口、组织贯穿伤口或狭深伤口而引起的出血控制。

119、在另一优选例中，所述狭深深口包括因子弹穿透、高空坠落等所造成的四肢深处(如腋下，腹股沟和颈部)的伤口或穿透性伤口。

120、在本发明的第六方面，提供了一种止血材料、组织工程材料或创伤修复材料，包含本发明第一方面所述的淀粉基止血材料，或本发明第三方面所述的淀粉基止血材料。

121、在另一优选例中，所述止血材料、组织工程材料或创伤修复材料还包含药学上或材料学上可接受的载体。

122、在本发明的第七方面，提供了一种快速止血的方法，所述方法包括将本发明第一方面所述的淀粉基止血材料，本发明第三方面所述的淀粉基止血材料，或如本发明第六方面所述的止血材料、组织工程材料或创伤修复材料施用于有此需要的对象。

123、在另一优选例中，所述对象为人或非人哺乳动物，例如大鼠、小鼠、兔、牛、羊、猪、马。

124、应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。