一种多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶及其制备方法和应用

1.本发明属于生物医药技术领域，具体涉及一种基于纤维素基的止血材料，更具体地说，本发明涉及一种多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶及其制备方法和应用。


背景技术：

2.在日常生活、医疗手术等方面，意外性出血的情况时有发生，失控性出血可能导致严重的后果。在紧急情况下，急性出血超过800-1000ml时，即会引起失血性休克，微生物感染，多器官功能衰竭，严重时甚至危及生命。所以，及时使用安全有效的止血材料控制出血对于避免严重并发症、降低死亡率等方面至关重要。在创口产生造成出血的情况发生后，机体自身的修复机制是通过血管、血小板、纤溶平衡系统和凝血系统共同作用的。血管壁通过收缩来减缓血液流动速度，血小板黏附到异物表面变形，并释放出凝血因子来激活血液中的凝血活酶，生成的凝血酶作用到血液中溶解态的纤维蛋白原，使之转变为固态的纤维蛋白联结成网状结构吸附红细胞，最终在纤维蛋白网和血小板的共同作用下在伤口表面形成血栓抑制出血情况。
3.目前，临床上使用的止血材料主要分无机止血材料和天然有机高分子聚合物止血材料，用于制备止血材料的无机成分主要是沸石、粘土、高岭土、介孔硅等，但是鉴于无机材料存在生物相容性和降解性差的问题，天然成分的有机止血材料更受欢迎，主要由壳聚糖、纤维素、明胶、淀粉、海藻酸钠等组成。今市面上常使用的止血材料为普通棉纱布、止血绷带、明胶海绵、再造氧化纤维素海绵、celox止血粉等。
4.作为临床常用的局部止血材料，固体胶原材料具有良好的止血性能，通过与血小板结合，促进血小板集聚，直接激活内源性凝血途径，产生凝血作用，同时血细胞粘附形成血栓凝块，有效阻止血液冲开伤口。此外，胶原可促进肉芽组织生成，加速创面愈合。大量研究表明，胶原材料的止血活性明显优于其他多糖类止血材料，还可与细胞和伤口愈合过程中的生长因子存在很强的亲和力，促进创面修复和组织再生。
5.近年来，明胶海绵在药物缓释、医用敷料、细胞培养和组织工程等领域得到广泛的应用。作为应用于生物体系的医用海绵需满足下面要求，良好的生物相容性，细胞相容性和组织相容性。生物相容性是生物材料在人体应用首先面临的问题，也是能否进入临床应用的关键。一种理想的止血海绵，具有多孔性、亲水性好，透气率和吸水率较高，机械强度适中，其止血效能高，具有良好的生物相容性和可降解吸收性，易于被组织吸收，原料丰富等特点。目前，常用医用海绵的还不能达到此要求。
6.现如今市面上的棉纱布和绷带只能暂时压迫止血、明胶海绵只能局部吸收少量血液、再造氧化纤维素海绵价格昂贵且只能控制小流量出血，celox止血粉可以较为有效的控制大流量的出血，但材料难降解，手术前必须清除残余在伤口里的材料。而研发具有多种功能的理想止血材料是国内外科研工作者所关注并重视的工作。有鉴于此，有必要设计一种多孔纤维复合止血材料。


技术实现要素：

7.基于上述理由，针对现有技术中存在的问题或缺陷，本发明的目的在于提供一种多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶及其制备方法和应用，解决或至少部分解决现有技术中存在的上述技术缺陷。
8.为了实现本发明的上述其中一个目的，本发明采用的技术方案如下：
9.一种多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
10.(1)预处理：将微晶纤维素和硅藻土进行干燥处理；将明胶粉碎，得到明胶粉；
11.(2)混合处理：以离子液体(氯化-1-丁基-3-甲基咪唑)为溶剂，加入步骤(1)制得的干燥微晶纤维素、硅藻土以及明胶粉，混合均匀，得到混合溶液a；
12.(3)热处理：对步骤(2)中的混合溶液a进行搅拌加热处理，得到纤维素复合溶液b；
13.(4)再生反应：将步骤(3)制得的纤维素复合溶液b用落球法滴落于水中，制得复合纤维素水凝胶球c；
14.(5)清洗：使用去离子水将步骤(4)制得的复合纤维素水凝胶球c中残余的溶剂进行洗涤，得到复合纤维素水凝胶球d；
15.(6)冷冻干燥：将步骤(5)制得的复合纤维素水凝胶球d进行冷冻干燥，得到所述的多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶。
16.进一步地，上述技术方案，步骤(1)中所述干燥处理可以是热风干燥或真空干燥。例如，在本发明的优选实施例中，所述干燥处理的工艺具体如下：干燥的温度为45-120℃，干燥时间为6-24h。
17.进一步地，上述技术方案，步骤(1)中所述明胶为生物技术级明胶，例如可以是商购i型明胶。
18.进一步地，上述技术方案，步骤(1)中所述明胶粉的尺寸优选为60-100目。
19.进一步地，上述技术方案，步骤(2)中所述氯化-1-丁基-3-甲基咪唑在溶剂中的质量分数为99％。
20.进一步地，上述技术方案，步骤(2)中加入的微晶纤维素、明胶和硅藻土在混合溶液a中的总质量分数为3-8％。
21.进一步地，上述技术方案，步骤(2)中加入的微晶纤维素、明胶和硅藻土的质量比为(3-7)：(1-2)：1。例如在本发明的优选实施例中，所述加入的微晶纤维素、明胶和硅藻土的质量比可以为4：1：1，7：2：1，3：1：1。
22.进一步地，上述技术方案，步骤(3)中加热温度为80-120℃，搅拌速度为300-800rpm，搅拌加热处理的时间为20-120min。
23.进一步地，上述技术方案，步骤(5)中洗涤步骤具体为：利用去离子水取代4-8次，即利用去离子水置换4-8次至滴入agno3溶液无白色沉淀产生，每次1-3h。
24.优选地，上述技术方案，所述取代的次数为6次，每次取代时间为2h。
25.进一步地，上述技术方案，步骤(6)中所述冷冻干燥优选真空冷冻干燥，所述真空冷冻干燥的温度为-65℃至-35℃，时间为24-48h。
26.进一步地，上述技术方案，制备方法还包括离子液体回收的步骤，具体操作是：将剩余溶剂过滤除杂、旋转蒸发，从而回收离子液体。
27.优选地，上述技术方案，所述旋转蒸发的温度为80℃，旋转速度为120-240rpm。
28.进一步地，上述技术方案，步骤(2)中所述的离子液体或离子液体的一部分为上述回收的离子液体。
29.本发明的第二个目的在于提供采用上述所述方法制备得到的多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶。所述气凝胶孔径为6-20μm，拥有较丰富的内部孔隙结构。
30.本发明的第三个目的在于提供采用上述所述方法制备得到的多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶作为快速止血材料的应用。
31.一种快速止血材料，包括本发明上述所述方法制备得到的多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶。
32.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
33.1.本发明制得的纤维素基复合水凝胶球是复合溶液在反溶剂体系中缓慢的将溶液置换出去，而纤维素和明胶分子在反溶剂体系中再生得到拥有高度丰富的空间网络结构，通过冷冻干燥去除凝胶体系中的水分，得到拥有丰富孔径的气凝胶材料。首先纤维素经过溶解再生，其结晶度降低，释放出大量游离羟基，进一步提高纤维素的吸收液体的能力；其次通过物理共混，将明胶和硅藻土引入到纤维素体系内，能够在凝胶体系内部引入亚氨基以及硅氧基，进一步提高气凝胶的止血性能。最后纤维素和明胶是可再生、可降解的天然的高分子材料，拥有优异的生物相容性和可降解性，是一种真正的优质环保的止血材料。
34.2.本发明使用氯化-1-丁基-3-甲基咪唑离子液体作为溶解体系，以纤维素为原料制备多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料，简化了纤维素基止血材料制备的工艺，而且所得产品性能优良，不需要特殊设备的投入，且其中离子液体可以回收处理，进而反复使用，具有环保、无污染的优势。
附图说明
35.图1为本发明实施例1制备的多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料的扫描电镜(sem)图片；
36.图2为血液在本发明实施例1制备的多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料的作用下快速凝固图；
37.图3为红细胞在本发明实施例1制备的多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料空隙间的附着凝固图。
具体实施方式
38.本发明制得的多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶由i型明胶、微晶纤维素和硅藻土复合而成；首先将定量的微晶纤维素、明胶和硅藻土添加进离子液体溶剂中去并搅拌均匀，然后将混合溶液置于油浴锅中加热处理后，利用注射器将所得溶液滴落到去离子水中，利用去离子水置换多次至滴入agno3溶液无白色沉淀产生，最后进行无预冻冷冻干燥，即可得到多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶。该气凝胶材料孔径为6-20μm，拥有较丰富的内部孔隙结构，能够快速吸收血液中的水分，起到浓缩血液，快速激活凝血机制，从而显著提高止血速率。氨基、亚氨基以及硅氧基的引入能够快速的吸附血液中的带电成分，从而使得出血部位的血液中血小板快速黏附聚集形成血栓子，并使得红细胞聚集而起到稳定血凝块的
作用，最终达到快速止血的效果。经本发明的方法制得的止血材料，可直接用于出血创面，止血迅速，效果好，且具有一定粘性封堵作用。并且本发明制备方法简单，工艺要求低，能耗小，易于进行规模化的工业生产。
39.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
40.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
41.本发明中所采用的设备和原料等均可从市场购得，或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
42.本发明下述实施例中采用的i型明胶采购自麦克林，cas号：9000-70-8，生物技术级；微晶纤维素采够自安徽山河药用辅料股份有限公司，产品型号sh-102；硅藻土采购自郑州明珠实业电商营销部，食品级。
43.实施例1
44.本实施例提供一种多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料的制备方法，具体步骤如下：
45.(1)预处理：将微晶纤维素和硅藻土在45℃下真空干燥24h；将i型明胶进行粉碎，得到尺寸为60-200目的明胶粉；
46.(2)混合处理：将氯化-1-丁基-3-甲基咪唑进行脱水融化处理，然后在溶剂中加入真空干燥后的微晶纤维素、硅藻土和明胶(微晶纤维素、明胶、硅藻土的质量比为＝4:1:1)，得到混合溶液，其中微晶纤维素、明胶和硅藻土在混合溶液中的总质量分数为5％；
47.(3)热处理：将步骤(2)混合处理得到的混合溶液，置于80℃的保温装置中，搅拌速度为300rpm下隔绝水处理120min；
48.(4)再生反应：将经过步骤(3)热处理后所得的混合溶液，利用注射器滴落于去离子水中，其水温为25℃，混合溶液温度为80℃，滴加高度为10cm，滴加速度为10ml/min，利用反溶剂的原理将混合溶液中的离子液体洗出，得到纤维素复合水凝胶球；
49.(5)充分清洗：利用纯净水取代6次，每次2h，得到纯净的纤维素复合水凝胶球；
50.(6)冷冻干燥：将纯净纤维素水凝胶进行真空冷冻干燥，冷冻干燥温度为-55℃，时间为24h，得到最终产品，即多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料；
51.(7)离子液体回收：把离子液体和水的混合溶液经过过滤除杂后，放入到旋转蒸发仪中，设置温度80℃，旋转速度为120rpm，直至冷凝回流装置中无液滴滴落为结束，取出所得的离子液体冷却至室温，转移到锥形瓶中回用。
52.本实施例制备的多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料，利用反溶剂法，使得溶解的纤维素和明胶分子进行再生反应，使其拥有丰富的孔隙结构，且结构分布均匀，构成三维空间立体的网络结构(如附图1所示)。这些三维空间立体的网络孔隙结构，能够大量吸收液体，最大吸附量可达到自重的24倍。最后本实施例所用的离子液体可以进行回收利用，使用过后止血气凝胶材料可以在灭菌后，可在自然环境完全自然降解且不会产生任何污染物。
53.实施例2
54.本实施例提供一种多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料的制备方法，具体步骤如下：
55.(1)预处理：将微晶纤维素和硅藻土在120℃下干燥6h；将i型明胶进行粉碎，得到尺寸为60-200目的明胶粉；
56.(2)混合处理：将氯化-1-丁基-3-甲基咪唑进行干燥处理，然后在溶剂中加入真空干燥后的微晶纤维素、硅藻土和明胶(微晶纤维素、明胶、硅藻土的质量比为7:2:1)，得到混合溶液，其中微晶纤维素、明胶和硅藻土在混合溶液中的总质量分数为8％；
57.(3)热处理：将步骤(2)混合处理得到的混合溶液，置于120℃的保温装置中，隔绝水处理20min，搅拌速度为480rpm；
58.(4)再生反应：将经过步骤(3)热处理后所得的纤维素溶液，利用落球法滴落于去离子水中，水温为25℃，纤维素的溶液温度为120℃，滴加高度为10cm，滴加速度为5ml/min，利用反溶剂的原理将混合溶液中的离子液体洗出，得到纤维素复合水凝胶球；
59.(5)充分清洗：使用纯净水取代6次，每次2h，得到纯净的纤维素复合水凝胶球；
60.(6)冷冻干燥：将充分取代后得到的纤维素水凝胶球进行真空冷冻干燥，冷冻干燥温度为-40℃，时间为24h，得到最终产品，即多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料；
61.(7)离子液体回收：把离子液体和水的混合溶液经过过滤除杂后，转移到旋转蒸发仪中，设置温度85℃，旋转速度为120rpm，直至冷凝回流装置中无液滴滴落为结束，取出所得的离子液体冷却至室温，转移到锥形瓶中回用。
62.本实施例制备的多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料，在较高的温度下，纤维素只需要较短时间就可溶于离子液体中，所得到的多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料其孔隙结构丰富，且孔隙结构分布较为均匀，构成三维空间立体的网络孔隙结构，能够较快的吸收液体，其最大吸附量达到了16.5倍。本实施例所用的离子液体可以进行回收利用，使用过后止血气凝胶材料在灭菌后，可在自然环境完全自然降解且不会产生任何污染物。
63.实施例3
64.本实施例提供一种多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料的制备方法，具体步骤如下：
65.(1)预处理：将微晶纤维素和硅藻土在80℃下干燥12h；将i型明胶进行粉碎，得到尺寸为60-200目的明胶粉；
66.(2)混合处理：将氯化-1-丁基-3-甲基咪唑进行脱水融化处理，然后在溶剂中加入干燥后的微晶纤维素、硅藻土和明胶(微晶纤维素、明胶、硅藻土的质量比为4:1:1)，得到混合溶液，其中微晶纤维素、明胶和硅藻土在混合溶液中的总质量分数为7％；
67.(3)热处理：将步骤(2)混合处理得到的混合溶液，置于100℃的保温装置中，隔绝水处理60min，搅拌速度为600rpm；
68.(4)再生反应：将经过步骤(3)热处理后所得的纤维素溶液，利用落球法滴落于去离子水中，水温为25℃，纤维素的溶液温度为100℃，滴加高度为10cm，滴加速度为8ml/min，利用反溶剂的原理将混合溶液中的离子液体洗出，得到纤维素复合水凝胶球；
69.(5)充分清洗：利用纯净水取代6次，每次2h，得到纯净的纤维素复合水凝胶球；
70.(6)冷冻干燥：将纯净的纤维素复合水凝胶球进行真空冷冻干燥，冷冻干燥温度
为-45℃，时间为24h，得到最终产品，即多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料；
71.(7)离子液体回收：把离子液体和水的混合溶液经过过滤除杂后，转移到旋转蒸发仪中，设置温度85℃，旋转速度为120rpm，直至冷凝回流装置中无液滴滴落为结束，取出所得的离子液体冷却至室温，转移到锥形瓶中回用。
72.本实施例制备的多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料，随着纤维素的含量增加，热处理的时间会随之增长，且所制备多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料的孔隙结构的大小会较5％的有少许减小，但是其孔隙结构分布依旧较为均匀，构成三维空间立体的网络孔隙结构，能够较好的吸收液体，最大平衡吸附量达到了19.4倍。本实施例所用的离子液体可以进行回收利用，使用过后止血气凝胶材料在灭菌后，可在自然环境完全自然降解且不会产生任何污染物。
73.实施例4
74.本实施例提供一种多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料的制备方法，具体步骤如下：
75.(1)预处理：将微晶纤维素和硅藻土在45℃下干燥18h；将i型明胶进行粉碎，得到尺寸为60-200目的明胶粉；
76.(2)混合处理：将氯化-1-丁基-3-甲基咪唑进行干燥处理，然后在溶剂中加入干燥后的微晶纤维素、硅藻土和明胶(微晶纤维素、明胶、硅藻土的质量比为3:1:1)，得到混合溶液，其中微晶纤维素、明胶和硅藻土在混合溶液中的总质量分数为5％；
77.(3)热处理：将步骤(2)混合处理后得到的混合溶液，置于90℃的保温装置中，隔绝水处理80min，搅拌速度为480rpm；
78.(4)再生反应：将经过步骤(3)热处理后所得的纤维素溶液，利用落球法滴落于去离子水中，其水温为20℃，纤维素的溶液温度为90℃，滴加高度为15cm，滴加速度为4ml/min，利用反溶剂的原理将混合溶液中的离子液体洗脱出，得到纤维素复合水凝胶球；
79.(5)充分清洗：利用纯净水取代6次，每次2h，得到纯净的纤维素复合水凝胶球；
80.(6)冷冻干燥：将充分取代后得到的纤维素水凝胶球进行真空冷冻干燥，冷冻干燥温度为-50℃，时间为24h，得到最终产品，即多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料；
81.(7)离子液体回收：把离子液体和水的混合溶液经过过滤除杂后，转移到旋转蒸发仪中，设置温度80℃，旋转速度为120rpm，直至冷凝回流装置中无液滴滴落为结束，取出所得的离子液体冷却至室温，转移到锥形瓶中回用。
82.本实施例制备的多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料，随着热处理的温度的降低，热处理的时间会随之增长，且所制备多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料的内部孔隙会有所提高，孔隙结构分布均匀，构成三维空间立体的网络孔隙结构，且吸液能力有一定的提高，达到了22.5倍。本实施例所用的离子液体可以进行回收利用，使用过后止血气凝胶材料在灭菌后，可在自然环境完全自然降解且不会产生任何污染物。
83.实施例5
84.本实施例提供多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料的制备方法，具体步骤如下：
85.(1)预处理：将微晶纤维素和硅藻土在60℃下干燥24h；将i型明胶进行粉碎，得到尺寸为60-200目的明胶粉；
86.(2)溶液的回收再用：取实施例1-4回收的离子液体作为溶剂；
87.(3)混合处理：对回用的氯化-1-丁基-3-甲基咪唑进行干燥处理，然后在溶剂中加入干燥后的微晶纤维素、硅藻土和明胶(纤维素、明胶、硅藻土的质量比为3:1:1)，得到混合溶液，其中微晶纤维素、明胶和硅藻土在混合溶液中的总质量分数为5％；
88.(4)热处理：将步骤(2)混合处理后得到混合溶液，置于100℃的保温装置中，隔绝水处理80min，搅拌速度为480rpm；
89.(5)再生反应：将经过步骤(4)热处理后所得的纤维素复合溶液，利用落球法滴落于纯净水中进行，其水温为25℃，纤维素的溶液温度为100℃，滴加高度为15cm，滴加速度为5ml/min，利用反溶剂的原理将混合溶液中的离子液体洗脱出，得到纤维素复合水凝胶球；
90.(6)充分清洗：利用纯净水取代6次，每次2h，得到纯净的纤维素复合水凝胶球；
91.(7)冷冻干燥：将充分取代后得到的纤维素复合水凝胶进行真空冷冻干燥，冷冻干燥温度为-65℃，时间为24h，得到最终产品，即多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料；
92.(8)离子液体回收：把离子液体和水的混合溶液经过过滤除杂后，转移到旋转蒸发仪中，设置温度80℃，旋转速度为120rpm，直至冷凝回流装置中无液滴滴落为结束，取出所得的离子液体冷却至室温，转移到锥形瓶中回用。
93.本实施例是利用回收的离子液体制备的多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料，根据实验结果可得，回收的离子液体在纤维素溶解方面没有影响，一样可以在较短的时间内将纤维素溶解。且所制备多孔性纤维素/明胶复合止血气凝胶材料的内部依旧形成丰富的孔隙结构，且结构分布均匀，孔径结构丰富，拥有6-20μm的多种孔径结构，大孔有利于血浆的吸收，小孔可以实现血细胞的阻拦分级，有利于血栓凝块的形成，提高止血止血效果。另外，该气凝胶材料形成的立体网络孔隙结构，其吸液能力与普通离子液体制备所得到的产品质量一致，达到18.7倍，能够及时的吸收血液中的水分，达到浓缩血液，迅速止血的目的。