一种快速自凝胶及生物黏附的水凝胶止血粉末及其制备方法、应用

本发明属于功能止血材料领域，更具体地，涉及一种快速自凝胶及生物黏附的水凝胶止血粉末及其制备方法、应用，能够实现快速可靠止血，在医学治疗及研究领域极具应用前景，也可作为超吸水粉末应用。

背景技术：

1、止血旨在通过物理或化学的手段，最大程度减少病人伤口处的出血量，有效的止血可以降低医疗过程中输血的可能性，缩短手术时间的同时降低手术风险，减少术后并发症的发生。现有的止血剂大多通过快速吸水和浓缩凝血因子或是通过局部输送促凝血剂来实现，然而，由于血凝块的形成具有固有的渐进性，通过凝血止血不能快速控制出血。此外，血液流经伤口可能会冲洗掉已经形成的血凝块，限制凝血止血的效果。通过对伤口进行黏附密封可以克服凝血止血的缺陷，然而现有的组织胶粘剂黏附效果并不理想，往往需要长期按压甚至紫外照射以形成黏附，且当出血量较大或是伤口形状非常复杂时，组织黏附剂很难实现强的黏附，很容易被血液冲掉。与传统止血方法相比，止血粉末可直接沉积在形状不规则、不可压缩的出血伤口上，通过吸收血液促进止血，同时，止血粉末方便携带，易于使用，是理想的止血材料。然而，传统的止血粉末主要通过吸收血液中的非凝血成分，提高凝血因子的浓度来止血，并不能形成稳定的凝血块，甚至会溶解在血液中，不能阻止动脉和静脉出血。

2、本发明发明人所在课题组前期研究得到了一种快速止血用水凝胶粉末及制备方法与应用(可参见中国专利cn114767919a)，该水凝胶粉末由壳聚糖类成分及接枝有n–羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸类水凝胶成分组成，该粉末可快速吸收血液的其他成分，通过壳聚糖类成分与聚丙烯酸类成分之间的分子间相互作用，通过壳聚糖的胺基与聚丙烯酸类成分中的n–羟基琥珀酰亚胺酯及羧基，分别形成酰胺键及氢键进行交联，并与生物组织迅速黏附，与现有技术相比能够有效解决现有止血材料粘附效果差、需要按压辅助止血等问题，是种绿色安全的、生物相容性好、组织粘附性强、快速止血的止血粉末，并且由于该止血粉末能够有效加强与组织的粘附，无需按压辅助即可快速止血。然而考虑到临床中出血量更大更凶猛的恶性出血情况，就需要粉末形成更强韧的机械性能，之前的粉末主要依靠于粉末之间的分子间作用力来发生凝胶化，存在机械不足的问题，而且消耗了n–羟基琥珀酰亚胺酯会影响粉末与生物组织上的氨基反应。

3、本发明发明人前期的研究得到的一系列止血材料，包括一种可注射快速止血的水凝胶粘合剂及制备方法、应用，一种可快速止血的止血材料及制备方法(可参见中国专利cn114712550a、cn114887110a)，它们都使用了羧乙基壳聚糖与接枝有n–羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸水凝胶体系。但是在材料制备过程中，都需将羧乙基壳聚糖添加到丙烯酸单体、交联剂、n-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺和光引发剂中引发聚合，经冷冻干燥后研磨得到成分为混合态的粉末(也就是说，对于其中的任意一个粉末颗粒，其成分往往不是单一成分，而是同时包括多种不同成分)，难以实现聚丙烯酸壳聚糖粉末，聚丙烯酸粉末等各个组分的独立包装与运输，生产与存储成本较高，还会由于有效化学基团的提前反应而降低其性能。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种快速自凝胶及生物黏附的水凝胶止血粉末及其制备方法、应用，其中通过对水凝胶止血(或超吸水)粉末的组成进行改进，使用羧乙基壳聚糖粉末颗粒、氧化海藻酸钠粉末颗粒及接枝有n-羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸水凝胶粉末颗粒这三种粉末颗粒整体构建水凝胶止血粉末，任意一个粉末颗粒是干燥且成分单一的(成分为(i)壳聚糖或其衍生物、(ii)氧化海藻酸钠、(iii)接枝有n-羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸类高分子中的唯一一者)，相应得到的水凝胶止血粉末能够快速自凝胶，且具有良好的生物黏附，相较于前期研发得到的可注射快速止血的双组份水凝胶粘合剂，止血更迅速，止血效果持久可靠、且使用更便捷，适用于急救及紧急止血的水凝胶止血粉末(也可以作为超吸水粉末应用)。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种能够快速自凝胶及生物黏附的水凝胶止血粉末，其特征在于，该粉末为干燥状态，包括第一粉末颗粒、第二粉末颗粒和第三粉末颗粒，其中，所述第一粉末颗粒为壳聚糖或其衍生物粉末，所述第二粉末颗粒为氧化海藻酸钠粉末，所述第三粉末颗粒为接枝有n-羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸类高分子粉末；

3、对于所述能够快速自凝胶及生物黏附的水凝胶止血粉末中的每一个功能粉末颗粒，其成分为以下成分的唯一一者：

4、(i)壳聚糖或其衍生物；

5、(ii)氧化海藻酸钠；

6、(iii)接枝有n-羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸类高分子；

7、在使用时，通过将干燥且混合均匀的所述能够快速自凝胶及生物黏附的水凝胶止血粉末施加于湿润或存在流动液体的待止血区域，能够快速吸收待止血区域的血液进行自凝胶，进而抑制出血。

8、按照本发明的另一方面，提供了一种能够快速自凝胶及生物黏附的水凝胶超吸水粉末，其特征在于，该粉末为干燥状态，包括第一粉末颗粒、第二粉末颗粒和第三粉末颗粒，其中，所述第一粉末颗粒为壳聚糖或其衍生物粉末，所述第二粉末颗粒为氧化海藻酸钠粉末，所述第三粉末颗粒为接枝有n-羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸类高分子粉末；

9、对于所述能够快速自凝胶及生物黏附的水凝胶超吸水粉末中的每一个功能粉末颗粒，其成分为以下成分的唯一一者：

10、(i)壳聚糖或其衍生物；

11、(ii)氧化海藻酸钠；

12、(iii)接枝有n-羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸类高分子；

13、在使用时，通过将干燥且混合均匀的所述能够快速自凝胶及生物黏附的水凝胶超吸水粉末施加于湿润或存在流动液体的待吸水区域，能够快速吸收待吸水区域的液体进行自凝胶，进而实现超吸水。

14、作为本发明的进一步优选，所述壳聚糖或其衍生物粉末选自壳聚糖、羧甲基壳聚糖、羧乙基壳聚糖中的一种或多种的混合物；

15、优选的，所述第一粉末颗粒为羧乙基壳聚糖粉末。

16、作为本发明的进一步优选，所述羧乙基壳聚糖粉末、所述氧化海藻酸钠粉末和所述接枝有n-羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸类高分子粉末三者的质量之比满足(7.5-69.0)：(2.3-20.7)：(10.3-90.2)；

17、优选的，所述羧乙基壳聚糖粉末、所述氧化海藻酸钠粉末和所述接枝有n-羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸类高分子粉末三者的质量之比满足1：0.3：(5.2-12)。

18、作为本发明的进一步优选，所述羧乙基壳聚糖粉末是按以下方法合成得到的：

19、将1-10wt％壳聚糖溶解于丙烯酸溶液中，在20～50℃下反应24～72h，加入氢氧化钠溶液调节ph在10-13的范围内，然后在去离子水中透析得到羧乙基壳聚糖溶液，接着将所述羧乙基壳聚糖溶液干燥即可得到羧乙基壳聚糖，接着研磨成粉，即可得到羧乙基壳聚糖粉末；

20、优选的，所述干燥包括冷冻干燥，液体直接烘干，或是在乙醇中沉淀后真空干燥。

21、作为本发明的进一步优选，所述氧化海藻酸钠粉末是按以下方法合成得到的：

22、在10℃～25℃的温度条件下，将海藻酸钠溶解于去离子水中，得到海藻酸钠浓度为1～4wt％的海藻酸钠溶液，然后向其中加入氧化剂，所述氧化剂的用量与所述海藻酸钠的质量比为0.8-2，接着避光反应0.5-24h，然后加入聚乙二醇反应0.5-2h，该聚乙二醇的用量为与所述氧化剂质量比为1-2；然后在去离子水中透析1-3天，干燥后研磨，即可得到氧化海藻酸钠粉末；

23、所述氧化剂为高碘酸钾或高碘酸钠，优选为高碘酸钠。

24、作为本发明的进一步优选，所述接枝有n-羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸类高分子粉末是按以下方法合成得到的：

25、将光引发剂、交联剂、n-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺和单体溶解于去离子水中，紫外光条件下进行聚合反应，然后干燥、研磨，即可得到n-羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸类高分子粉末；其中，所述单体为丙烯酸单体，所述交联剂优选为甲基丙烯酸酰化明胶；

26、或者，是先将光引发剂、交联剂、n-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺和单体溶解于去离子水中得到预凝胶溶液，接着将预凝胶溶液倒入模板中并在紫外光下交联形成水凝胶，然后干燥、研磨得到的；其中，所述单体为丙烯酸单体，所述交联剂优选为甲基丙烯酸酰化明胶。

27、按照本发明的又一方面，提供了上述能够快速自凝胶及生物黏附的水凝胶止血粉末或者所述能够快速自凝胶及生物黏附的水凝胶超吸水粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

28、制备羧乙基壳聚糖粉末的步骤：将1-10wt％壳聚糖溶解于丙烯酸溶液中，在20～50℃下反应24～72h，加入氢氧化钠溶液调节ph在10-13的范围内，然后在去离子水中透析得到羧乙基壳聚糖溶液，接着将所述羧乙基壳聚糖溶液干燥后研磨成粉即可得到羧乙基壳聚糖粉末；优选的，所述干燥包括冷冻干燥，液体直接烘干，或是在乙醇中沉淀后真空干燥；

29、制备氧化海藻酸钠粉末的步骤：在10℃～25℃的温度条件下，将海藻酸钠溶解于去离子水中，得到海藻酸钠浓度为1～4wt％的海藻酸钠溶液，然后向其中加入氧化剂，所述氧化剂的用量与所述海藻酸钠的质量比为0.8-2，接着避光反应0.5-24h，然后加入聚乙二醇反应0.5-2h，该聚乙二醇的用量为与所述氧化剂质量比为1-2；然后在去离子水中透析1-3天，干燥后研磨即可得到氧化海藻酸钠粉末；

30、制备接枝有n-羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸类高分子粉末的步骤：先将光引发剂、交联剂、n-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺和单体溶解于去离子水中，紫外光条件下进行聚合反应，然后干燥、研磨即可得到n-羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸类高分子粉末；其中，所述单体为丙烯酸单体；

31、优选的，还包括混合步骤：将所述羧乙基壳聚糖粉末、所述氧化海藻酸钠粉末、所述n-羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸类高分子粉末在干态下混合。

32、按照本发明的再一方面，提供了上述能够快速自凝胶及生物黏附的水凝胶止血粉末在制备医用止血材料中的应用，或者上述能够快速自凝胶及生物黏附的水凝胶超吸水粉末作为超吸水粉末的应用。

33、作为本发明的进一步优选，所述医用止血材料是将所述能够快速自凝胶及生物黏附的水凝胶止血粉末附着在载体表面得到的。

34、通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明中能够快速自凝胶及生物黏附的水凝胶止血(或超吸水)粉末，呈干燥状态，主要由成分单一的三种粉末颗粒组成，分别为壳聚糖衍生物(或壳聚糖)粉末、氧化海藻酸钠粉末和聚丙烯酸水凝胶粉末，其中壳聚糖衍生物例如可以为丙烯酸与高粘度壳聚糖反应所得的羧乙基壳聚糖，聚丙烯酸水凝胶中接枝有n-羟基琥珀酰亚胺酯。对于其中的任意一个粉末颗粒，其成分为(i)壳聚糖或其衍生物、(ii)氧化海藻酸钠、(iii)接枝有n-羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸类高分子中的唯一一者。以应用于止血为例(超吸水应用也相似)，在使用时，将整体混合均匀的水凝胶粉末(仍保持干燥状态)，涂敷在出血口处，粉末会迅速吸收血液中的非凝血成分，提高凝血因子的浓度，同时在出血口处成胶，形成一层牢固的物理屏障，进而实现快速可靠的止血。本发明的水凝胶粉末，制备工艺简单，实现了化学和物理层面的协同止血，同时具备良好的生物相容性。

35、以止血应用为例，本发明得到的用于快速可靠止血的水凝胶粉末，其主要由壳聚糖或其衍生物(如，羧乙基壳聚糖)粉末颗粒、氧化海藻酸钠粉末颗粒及接枝有n-羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸水凝胶粉末颗粒这3种成分单一的粉末颗粒组成；例如，可以包括7.5-69.0wt％的羧乙基壳聚糖，2.3-20.7wt％的氧化海藻酸钠，10.3-90.2wt％的n-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺接枝的聚丙烯酸组成。该粉末整体在使用时，其中的羧乙基壳聚糖中的氨基可以与氧化海藻酸钠中的醛基发生希夫碱反应，促进粉末在液体环境下的自成胶形成具有网络结构的水凝胶，加速血液中的凝血因子的聚集，促进凝血，另外在伤口处快速形成的一道牢固的、可自愈合的物理屏障，可进一步促进凝血。聚丙烯酸上接枝的n-羟基琥珀酰亚胺酯可以与组织上的基团发生酯交换反应，使形成的水凝胶屏障与组织间可保持强黏附，进而实现长期、稳定的伤口密封及止血。

36、本发明得到的水凝胶止血粉末具有更好的机械性能。不同于前期成果cn114767919a，本发明不仅具备接枝有n–羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸类水凝胶成分及壳聚糖成分，并且每一个粉末颗粒的成分单一，在干燥状态下不会提前发生反应，避免了壳聚糖类成分过早消耗n–羟基琥珀酰亚胺酯的问题，并且向其中引入了氧化海藻酸钠粉末，三种颗粒均可以研磨为颗粒尺寸均一的粉末状态。因此本发明的粉末不仅可发生壳聚糖类成分与聚丙烯酸类成分之间的分子间相互作用，氧化海藻酸钠中的醛基还可以与壳聚糖类成分中的胺基反应形成席夫碱，进而提高粉末形成凝胶后的机械性能。本发明得到的快速自凝胶及生物黏附的水凝胶止血粉末，相较于前期研发得到的快速止血用水凝胶粉末(cn114767919a)，从力学设计上，增加了另一交联网络，而且其与其余两种材料均为粉末成分，在使用时，利用均匀混合的粉末整体，可保证形成均一的水凝胶，提高水凝胶的均一性，进而有效提高水凝胶的机械性能，从材料合成方法上，预先将三种有效成分通过干燥进行了有效的分离，避免了储存期间有效成分的自我消耗，这有利于本发明的快速自凝胶及生物黏附的水凝胶止血粉末成为止血效果持久可靠、且使用更便捷，更符合医生使用习惯，适用于急救及紧急止血的水凝胶止血粉末。

37、与传统止血材料相比，本发明具有以下优势：

38、1、本发明提供的用于快速可靠止血的水凝胶粉末，既可以吸收血液中的液体并提高凝血因子的浓度，促进血凝块的形成，同时也可以在伤口处形成牢固水凝胶屏障，并紧密黏附于组织处，从而综合了各种传统止血方式的优势，凝血效果更佳。

39、2、该水凝胶粉末在伤口处形成的物理屏障十分强韧，可承受较大压力，同时水凝胶屏障具有自愈合的功能，即使由于特殊情况发生破裂，也可在一定时间后愈合继续保持强韧的性能。

40、3、该水凝胶粉末使用方便，可适用于各种治疗场合、各种类型伤口下的止血，而且采用小分子交联剂，降解速度快。

41、4、该水凝胶粉末的研发为后续各种治疗药物的研发提供了新思路。向该粉末中添加凝血药物粉末可进一步加强止血能力，向其中添加抗生素等药物可实现对伤口的消炎杀菌。

42、5、止血水凝胶粉末相较于止血可注射水凝胶和止血水凝胶贴片难点在于力学性能的提升，因为水凝胶粉末颗粒需要通过水凝胶的自愈合性能形成一整块水凝胶。为克服这一难题，以使用羧乙基壳聚糖为例，基于本发明可以同时使用聚丙烯酸、具有醛基的氧化海藻酸钠以及具有氨基的羧乙基壳聚糖，利用氢键作用和席夫碱反应赋予材料自愈合性能，通过调整三个组分的比例可优化材料自身的内聚能与界面处的粘附强度进而达到水凝胶与生物组织界面的最佳力学性能。本发明止血水凝胶粉末中，羧乙基壳聚糖粉末、氧化海藻酸钠粉末和接枝有n-羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸类高分子粉末三者的最优质量比为1：0.3：(5.2-12)。

43、6、将n-羟基琥珀酰亚胺酯接枝到聚丙烯酸以实现黏附。针对体内不同的要求，可通过调整n-羟基琥珀酰亚胺酯的含量来实现不同程度的粘附及吸血率，例如为了实现强黏附，需要接枝尽可能多的n-羟基琥珀酰亚胺酯，然而酯含量过高会影响丙烯酸溶液聚合形成水凝胶，以及会影响粉末的吸血速度及吸血量，这是利于实现高吸血率的，因此基于本发明，可通过调整比例来实现强粘附和高吸血率的特点。