CN101883545B - 可再吸收的纳米增强型止血结构和绷带材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于纳米材料增强型止血医学装置的方法、***和设备。提供诱导因外伤、外科手术、溃疡或其它原因所致的伤口/开口处的血液凝固的止血材料和结构。所述止血材料和结构可合并纳米结构和/或诸如聚合物和/或玻璃珠等其它止血元件。所述止血材料和结构可再吸收。例示性实施例包括止血绷带、止血栓和止血调配物。

Description

可再吸收的纳米增强型止血结构和绷带材料
技术领域
本发明涉及合并诸如纳米结构等各种结构的止血材料。
背景技术
凝血是血液形成固体凝块的过程。凝血是止血(阻止血液流动的过程)的一个重要部分。自然止血期间，含血小板和含纤维蛋白的凝块覆盖损伤血管壁以阻止出血并开始修复损伤血管。已开发出各种称为“止血剂(hemostat)”或“止血材料”的材料来帮助阻止伤口过量出血并增加凝血速率。这些材料可例如用于外科手术中和/或由第一急救者(first responder)用于外伤事件。
一些已开发的止血材料是基于绷带的，包括氧化的可再吸收纤维素材料，或用于在施加压力之前包扎伤口的棉叠片纱布。这些基于绷带的材料通常原本并不止血，更通常是充当血液吸收剂并致使伤口堵塞。可获得通过合并天然生理学凝血级联的生物剂(诸如凝血酶)增加绷带材料的止血活性的产品。这些产品存在限制其使用的成本和稳定性问题。因此，需要增加绷带材料的止血速率，同时消除高成本和不稳定的常规问题。
存在一些倾入伤口中以使血液凝结的散装止血材料，诸如康涅狄格州瓦林福特的斯美迪卡公司(Z-Medica Corporation，Wallingford，CT)经销的QuikClot
Figure GPA00001143604800011
。这些散装止血剂存在一些缺点。举例来说，这些现有散装止血剂不能如所期望的快速起作用，可能难以施用，且并不是所有现有散装止血剂都能被人体吸收。此外，现有散装止血剂与血液发生放热反应。因此，需要克服至少一些这样的缺点的散装止血材料。
也使用生物相容性聚合物作为止血剂。举例来说，已使用可再吸收可膨胀聚合物进行伤口闭合以防止在内窥镜装置的进入点/出口点穿过血管处在内窥镜外科手术之后血液流失。这类装置的一个实例为由明尼苏达州圣保罗的圣犹达医疗用品公司(St.JudeMedical，St.Paul，MN)销售的AngiosealTM血管闭合装置。也使用诸如棉纱布或止血塞结构等吸收材料进行伤口闭合。在使用可膨胀材料的装置中，材料吸收血液和/或其它流体且材料溶胀以形成物理屏障。静态血液可截留在材料孔隙内，且所截留的血液接着因郁积而凝结。如果可使膨胀的材料内的血液更快地凝结，那么将会是有利的。一种增加凝血速率的可能性是使用凝固酶的生物技术。然而，这种技术将会是昂贵的。需要提高凝血速率同时控制装置成本的基于可膨胀和/或吸收材料的装置。
发明内容
提供用于纳米材料增强型止血医学敷料的方法、***和设备。提供诱导因外伤、外科手术、溃疡或其它原因所致的伤口/开口处的血液凝固的止血材料和结构。止血材料和结构可合并纳米结构和/或诸如聚合物和/或玻璃珠等其它止血元件。止血材料和结构可耐用或可再吸收。例示性纳米材料增强型止血医学装置实施例包括止血绷带、止血栓、湿敷料、生物敷料和止血调配物。
在本发明的第一个方面，提供一种止血结构。所述止血结构包括一种基础结构。所述基础结构可具有多种形式，包括编织材料(例如纤维编织物)或非编织材料形式。所述止血结构还包括纳米结构与基础结构合并(例如基础结构上的纳米结构涂层、纳米结构与基础结构材料的混合物等)。纳米结构经配置以在所述止血结构与血液接触时诱导止血。
在一个实例中，基础结构可能是绷带。材料可能是棉(例如纱布)或其它非可再吸收材料。在一个替代方面，材料可能是可再吸收材料，诸如氧化的再生纤维素、胶原蛋白、明胶或玻璃微纤维。
在本发明的另一方面，提供一种形成止血结构的方法。纳米结构与诸如编织或非编织衬底材料等材料合并以形成止血结构。举例来说，材料可经纳米结构涂布而形成止血结构。纳米结构的涂布经配置以在所述止血结构与血液接触时诱导止血。
在一个实例中，纳米结构的涂布可如下进行：形成纳米结构悬浮液。在框架中安装衬底。将安装的衬底浸泡在纳米结构悬浮液中。干燥浸泡过的衬底。
在一个替代实例中，可使用基于电荷的吸引给衬底材料涂布纳米结构。举例来说，衬底材料可带正电或带负电以吸引具有与衬底材料相反的电荷的纳米结构。在一个例示性方面，可将衬底材料浸泡在含有带正电聚合物的溶液中以赋予衬底材料正电荷。可洗涤衬底材料并干燥。可将含有纳米结构的溶液涂覆到衬底材料上。纳米结构因所赋予的正电荷而被从溶液中吸引到衬底材料上，从而涂布衬底材料。可保温涂布过的衬底材料并干燥。
除浸泡和/或基于电荷的吸引外，可替代使用其它技术合并纳米结构与衬底材料，包括纳米旋涂、编织和/或本文所述的其它技术。
在本发明的另一方面，止血剂包括可膨胀止血材料和多个纳米结构组合成混合物。所述混合物经配置以***伤口中以堵塞伤口。纳米结构经配置以诱导伤口中的血液凝固。
在本发明的另一方面，止血剂包括多个玻璃珠和多个纳米结构。玻璃珠和纳米结构组合形成混合物。所述混合物经配置以在止血剂与血液接触时诱导止血。
在又一个例示性方面，止血剂包括由多个止血粒子形成的衬底。各止血粒子是涂有外壳层的核心材料。外壳层经配置以诱导血液凝固。核心材料的再吸收速率大于外壳层的再吸收速率，从而增加止血粒子的总体再吸收速率。止血剂还可包括纳米结构、玻璃珠和/或其它材料与止血粒子混合。
在又一方面，止血绷带包括绷带材料和由具有薄氧化物外层的纳米粒子形成的纳米粉末。纳米线涂层可任选形成于绷带材料的表面上。纳米粉末分散于绷带材料中和/或绷带材料上。纳米粒子薄氧化物层可以是天然存在的氧化物层。
在又一方面，止血绷带包括绷带材料、第一多个形成为各具有第一长度的纳米线和第二多个形成为各具有第二长度的纳米线。第二长度大于第一长度。第一多个纳米线分散于绷带材料的第一区中，且第二多个纳米线分散于绷带材料的第二区中。
在又一方面，提供一种外科缝合钉。所述外科缝合钉的主体具有基础部分、第一腿和第二腿。第一腿从基础部分的第一表面的第一端以第一角度延伸，而第二腿从基础部分的第一表面的第二端以第二角度延伸。纳米结构层涂布所述主体的至少一部分。
在又一方面，提供一种外科缝合线。所述外科缝合线包括线和涂布所述线的至少一部分的纳米结构层。
下文参考随附图式详细描述本发明的其它实施例、特征和优点以及本发明各种实施例的结构和操作。
附图说明
参考随附图式描述本发明。在图式中，类似参考数字表示相同或功能上类似的元件。相应参考数字最左边的数字表示元件首次出现的图式。
图1A是纳米线的图。
图1B是具有核心-外壳(CS)结构的纳米线的图。
图1C是具有核心-外壳-外壳(CSS)结构的纳米线的图。
图2显示根据本发明的例示性实施例的形成止血结构的方法。
图3显示根据本发明的例示性实施例的呈纤维编织物的基础结构。
图4显示根据本发明实施例，根据图2的方法经纳米结构涂布过的图3所示的基础结构的一部分。
图5和图6显示根据本发明的实施例的执行图2方法的过程。
图7显示的流程图提供根据本发明的例示性实施例，用纳米纤维涂布加框基础材料的步骤。
图8显示根据本发明的例示性实施例的安装在框架中的图3基础结构。
图9和图10显示根据本发明的例示性实施例，按图7流程图的方式用纳米纤维涂布过的基础结构的图像。
图11显示的流程图提供根据本发明的例示性实施例，使用基于电荷的吸引用纳米纤维涂布基础材料的步骤。
图12和图13显示根据本发明的例示性实施例，按图11流程图的方式用纳米纤维涂布过的基础结构的图像。
图14显示的图说明根据本发明的例示性实施例，常规棉纱布绷带和经纳米纤维涂布过的棉纱布绷带的平均止血时间。
图15显示根据本发明的例示性实施例的形成止血剂的方法。
图16显示根据本发明的例示性实施例的混合***的方框图。
图17显示根据本发明的例示性实施例的***开口中穿过组织的止血剂的横截面视图。
图18显示根据本发明的例示性实施例的形成止血剂的方法。
图19显示根据本发明的例示性实施例的混合***的方框图。
图20显示根据本发明的例示性实施例的核心-外壳粒子的横截面视图。
图21显示根据本发明的例示性实施例的形成核心-外壳止血剂的方法。
图22和图23显示根据本发明的例示性实施例的止血绷带的方框图。
图24显示的图是根据本发明的例示性实施例的在硅纳米粉末存在下的凝血时间。
图25显示根据本发明的例示性实施例的形成止血绷带的流程图。
图26显示根据本发明的实施例的止血绷带制造***的方框图。
图27显示根据本发明的例示性实施例的经纳米线涂布过的止血绷带的方框图横截面视图。
图28显示根据本发明的例示性实施例的包括多种长度的纳米线的止血绷带的方框图。
图29显示根据本发明的例示性实施例的形成具有多种长度的纳米线的止血绷带的流程图。
图30显示根据本发明实施例的止血绷带制造***的方框图。
图31显示根据本发明实施例的止血绷带的方框图横截面视图。
图32显示根据本发明实施例的止血绷带的表面的视图。
图33显示例示性外科缝合钉的透视图。
图34显示根据本发明的例示性实施例的用止血纳米结构功能化外科缝合钉的方法。
图35显示根据本发明的例示性实施例的缝合钉涂布***。
图36显示根据本发明的例示性实施例的外科缝合钉的透视图，所述缝合钉是图33外科缝合钉的改良形式。
图37显示根据本发明的例示性实施例的部分经纳米结构涂布过的图36外科缝合钉的透视图。
图38显示根据本发明的例示性实施例的经纳米结构层涂布过的缝合线的一部分。
图39显示根据本发明实施例的经材料功能化的纳米纤维的实例。
现将参考随附图式描述本发明。在图式中，类似参考数字表示相同或功能上类似的元件。另外，参考数字最左边的数字标识参考数字首次出现的图式。
具体实施方式
应了解，本文所示和所述的特定实施是本发明的实例且无论如何不打算另外限制本发明的范围。实际上，为了简洁起见，本文中可能不详细描述常规制造和纳米线(NW)、纳米棒、纳米管和纳米带技术和***(和***个别操作组件的组件)的其它功能方面。此外，出于简洁的目的，本发明在本文中时常关于纳米线/纳米纤维加以描述。
应了解，虽然时常提及纳米线/纳米纤维，但本文所述的技术还适用于其它纳米结构，诸如纳米棒、纳米管、纳米四足管、纳米带和/或其组合。还应了解，本文所述的制造技术可用于产生任何类型的绷带或其它纳米结构容纳结构和其它医学装置类型。
如本文所使用的“纵横比”是纳米结构第一轴长度除以纳米结构第二和第三轴的长度平均值，其中第二和第三轴是两个彼此间长度最相近的轴。举例来说，理想棒状物的纵横比可以是长轴长度除以垂直于(正交于)长轴的横截面的直径。
术语“异质结构”当提及纳米结构使用时是指纳米结构的特征在于有至少两种不同和/或可区分的材料类型。通常，纳米结构的一个区包含第一材料类型，而纳米结构的第二区包含第二材料类型。在某些实施例中，纳米结构包含第一材料核心和至少一个第二(或第三等)材料外壳，其中不同材料类型关于例如纳米线长轴、分支纳米晶体的臂的长轴或纳米晶体中心放射状分布。外壳不需要完全覆盖视为外壳的相邻材料，或对纳米结构来说，视为异质结构的相邻材料。举例来说，特征在于一种材料的核心被第二材料的小岛覆盖的纳米晶体是异质结构。在其它实施例中，不同材料类型分布在纳米结构内的不同位置。举例来说，材料类型可沿纳米线的主(长)轴或沿分支纳米晶体的臂的长轴分布。异质结构内的不同区可包含完全不同的材料，或不同区可包含基础材料。
如本文所使用的“纳米结构”是至少一个区或特征尺寸的尺寸小于约500nm，例如小于约200nm，小于约100nm，小于约50nm，或甚至小于约20nm的结构。通常，所述区或特征尺寸是沿结构的最小轴。这些结构的实例包括纳米线、纳米棒、纳米管、分支纳米晶体、纳米四足管、三足管、两足管、纳米晶体、纳米点、量子点、纳米粒子、分支四足管(例如无机树枝状聚合物)等。纳米结构的材料性质可为实质上均质的，或在某些实施例中，可为异质的(例如异质结构)。纳米结构可为例如实质上结晶、实质上单晶、多晶、非晶或其组合。在一方面，纳米结构的三维中每一维的尺寸小于约500nm，例如小于约200nm，小于约100nm，小于约50nm或甚至小于约20nm。
术语“纳米纤维”和“纳米线”在本文中可互换使用。如本文所使用的术语“纳米纤维”和“纳米线”泛指任何细长的导体或半导体材料(或本文所述的其它材料)，其中至少一个横截面尺寸小于500nm，且优选等于或小于小于约100nm，且纵横比(长度∶宽度)大于10，优选大于50，且更优选大于100。用于实施本发明方法和***的例示性纳米纤维/纳米线的长度为10微米数量级(例如约10、20、30、40、50微米等)，且直径为约30-100nm。
本发明纳米线的材料性质可为实质上均质的，或在某些实施例中，可为异质的(例如纳米线异质结构)。纳米线基本上可由任何适宜的材料制造，且可为例如实质上结晶、实质上单晶、多晶或非晶的。纳米线可具有可变的直径或可具有实质上均一的直径，即直径在最大可变性范围内和在至少5nm的线性尺寸(例如至少10nm、至少20nm或至少50nm)内的变化小于约20％(例如小于约10％、小于约5％或小于约1％)。通常远离纳米线末端评估直径(例如在纳米线中心20％、40％、50％或80％内)。纳米线在其长轴的整个长度或其一部分内可为直的或可为例如曲线型或弯曲的。
这些纳米线的实例包括如公开国际专利申请案第WO 02/17362号、第WO 02/48701号和第WO 01/03208号中描述的半导体纳米线、碳纳米管和具有类似尺寸的其它细长导体或半导体结构，所述申请案以引用的方式并入本文中。
如本文所使用的术语“纳米棒”泛指类似于纳米线但纵横比(长度∶宽度)小于纳米线纵横比的任何细长的半导体材料(或本文所述的其它材料)。
纳米线、纳米棒、纳米管和纳米带可使用多种类型的材料，包括选自以下的半导体材料，例如Si、Ge、Sn、Se、Te、B、C(包括金刚石)、P、B-C、B-P(BP6)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn和Ge-Sn、SiC、BN、BP、BAs、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、BeS、BeSe、BeTe、MgS、MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgI、BeSiN2、CaCN2、ZnGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、CuSi2P3、(Cu，Ag)(Al，Ga，In，Tl，Fe)(S，Se，Te)2、Si3N4、Ge3N4、Al2O3、(Al，Ga，In)2(S，Se，Te)3、Al2CO和两种或两种以上这些半导体的适当组合。可采用其它现在已知或以后开发出的半导体材料。纳米结构可使用其它类型的材料，包括诸如钛、锆和钽等金属，诸如钴-铬或钢等金属组合/合金、这些金属的氧化物和其它材料类型。
另外，纳米线或纳米带可包括由半导体有机聚合物材料(例如并五苯)或过渡金属氧化物形成的纳米管。
因此，虽然出于说明性目的，本说明书中通篇提及术语“纳米线”，但打算本说明书还涵盖使用纳米管(例如具有轴向贯穿形成的中空管的纳米线样结构)。
应了解，本文所作的空间描述(例如“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”、“垂直”、“水平”等)仅出于说明性目的，且本发明装置在空间上可以任何定向或方式安置。
本发明实施例涉及任何类型的纳米线。图1A说明纳米线核心(下文称为“纳米线”)100。纳米线100是均一或不均一的单晶半导体或其它材料。图1B显示具有核心-外壳结构的纳米线110，其中外壳112包围纳米线核心。诸如氧化物涂层等绝缘层可形成于纳米线上作为外壳层。还可使用其它更复杂的NW核心-外壳结构以包括第一材料核心、第二材料内层外壳和第三材料的外层外壳，诸如图1C中所示。图1C显示具有核心-外壳-外壳结构的纳米线114，其中内层外壳112和外层外壳116包围纳米线核心。此可例如通过在Si/SiOx核心-外壳结构(上述)周围沉积TaAlN、WN或非晶硅层作为外闸外壳(outer-gate shell)来实现。应注意，虽然图1B和1C中显示有一段纳米线核心(纳米线核心末端)暴露在外(未覆盖)，但在实施例中，纳米线核心可被外壳112和116中的一个或两个完全覆盖。
一般来说，核心纳米结构可由任何金属或半导体材料制成，且一个或一个以上沉积于所述核心上的外壳层可由相同或不同材料制成。举例来说，第一核心材料可包含选自由以下组成的群组的第一半导体：第II-VI族半导体、第III-V族半导体、第IV族半导体和其合金。类似地，所述一个或一个以上外壳层的第二材料可包含氧化物层，一种与第一半导体相同或不同的第二半导体，例如选自由以下组成的群组：第II-VI族半导体、第III-V族半导体、第IV族半导体和其合金。例示性半导体包括(但不限于)CdSe、CdTe、InP、InAs、CdS、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgTe、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InSb、Si、Ge、AlAs、AlSb、PbSe、PbS和PbTe。
可利用许多可适于不同材料的适宜方法中的任一种制造纳米结构并控制其尺寸。举例来说，具有不同组成的纳米晶体的合成描述于以下文献中，例如彭(Peng)等人，(2000)“CdSe纳米晶体的形状控制(Shape Control of CdSe Nanocrystals)”自然(Nature)404，59-61；普恩茨(Puntes)等人，(2001)“胶体纳米晶体形状和尺寸控制：钴的案例(Colloidal nanocrystal shape and size control：The case of cobalt)”科学(Science)291，2115-2117；阿利维撒托斯(Alivisatos)等人的题为“形成成形的第III-V族半导体纳米晶体的方法和使用所述方法形成的产物(Process for forming shaped group III-Vsemiconductor nanocrystals，and product formed using process)”的美国专利第6,306,736号(2001年10月23日)；阿利维撒托斯(Alivisatos)等人的题为“形成成形的第II-VI族半导体纳米晶体的方法和使用所述方法形成的产物(Process for forming shaped groupII-VI semiconductor nanocrystals，and product formed using process)”的美国专利第6,225,198号(2001年5月1日)；阿利维撒托斯(Alivisatos)等人的题为“制备III-V半导体纳米晶体(Preparation of III-V semiconductor nanocrystals)”的美国专利第5,505,928号(1996年4月9日)；阿利维撒托斯(Alivisatos)等人的题为“使用自组装单层共价结合于固体无机表面的半导体纳米晶体(Semiconductor nanocrystals covalentlybound to solid inorganic surfaces using self-assembled monolayers)”的美国专利第5,751,018号(1998年5月12日)；盖勒(Gallagher)等人的题为“囊封的量子尺寸的掺杂半导体粒子和其制造方法(Encapsulated quantum sized doped semiconductor particlesand method of manufacturing same)”的美国专利第6,048,616号(2000年4月11日)；和威斯(Weiss)等人的题为“用于生物应用的有机发光半导体纳米晶体探针和所述探针的制造和使用方法(Organo luminescent semiconductor nanocrystal probes for biologicalapplications and process for making and using such probes)”的美国专利第5,990,479号(1999年11月23日)。
具有不同纵横比的纳米线(包括直径受控的纳米线)的生长描述于以下文献中，例如古迪森(Gudiksen)等人，(2000)“半导体纳米纤维的直径选择性合成(Diameter-selective synthesis of semiconductor nanowires)”美国化学协会杂志(J.Am. Chem.Soc.)122，8801-8802；崔(Cui)等人，(2001)“单晶硅纳米线的直径受控合成(Diameter-controlled synthesis of single-crystal silicon nanowires)”应用物理快报(Appl. Phys.Lett.)78，2214-2216；古迪森(Gudiksen)等人，(2001)“单晶半导体纳米线的直径和长度合成控制(Synthetic control of the diameter and length of single crystalsemiconductor nanowires)”物理化学杂志B(J.Phys.Chem.B)105，4062-4064；莫拉勒斯(Morales)等人，(1998)“结晶半导体纳米线合成的激光消融法(A laser ablationmethod for the synthesis of crystalline semiconductor nanowires)”科学(Science)279，208-211；段(Duan)等人，(2000)“化合物半导体纳米线的一般合成(General synthesisof compound semiconductor nanowires)”先进材料(Adv.Mater.)12，298-302；(Cui)等人，(2000)“硅纳米线中的掺杂和电传输(Doping and electrical transport in siliconnanowires)”物理化学杂志B(J.Phys.Chem.B)104，5213-5216；彭(Peng)等人，(2000)“CdSe纳米晶体的形状控制(Shape control of CdSe nanocrystals)”自然(Nature)404，59-61；普恩茨(Puntes)等人，(2001)“胶体纳米晶体形状和尺寸控制：钴的案例(Colloidal nanocrystal shape and size control：The case of cobalt)”科学(Science)291，2115-2117；阿利维撒托斯(Alivisatos)等人的题为“形成成形的第III-V族半导体纳米晶体的方法和使用所述方法形成的产物(Process for forming shaped group III-Vsemiconductor nanocrystals，and product formed using process)”的美国专利第6,306,736号(2001年10月23日)；阿利维撒托斯(Alivisatos)等人的题为“形成成形的第II-VI族半导体纳米晶体的方法和使用所述方法形成的产物(Process for forming shaped groupII-VI semiconductor nanocrystals，and product formed using process)”的美国专利第6,225,198号(2001年5月1日)；利伯(Lieber)等人的题为“制造金属氧化物纳米棒的方法(Method of producing metal oxide nanorods)”的美国专利第6,036,774号(2000年3月14日)；利伯(Lieber)等人的题为“金属氧化物纳米棒(Metal oxide nanorods)”的美国专利第5,897,945号(1999年4月27日)；利伯(Lieber)等人的题为“制备碳化物纳米棒(Preparation of carbide nanorods)”的美国专利第5,997,832号(1999年12月7日)；乌尔巴(Urbau)等人，(2002)“由钛酸钯和钛酸锶构成的单晶钙钛矿纳米线的合成(Synthesis of single-crystalline perovskite nanowires composed of barium titanateand strontium titanate)”美国化学协会杂志(J.Am.Chem.Soc.)，124，1186；和云(Yun)等人，(2002)“利用扫描探针显微术研究个别钛酸钯的铁电性质(FerroelectricProperties of Individual Barium Titanate Nanowires Investigated by Scanned ProbeMicroscopy)”纳米快报(Nanoletters)2，447。
分支纳米线(例如纳米四足管、三足管、两足管和分支四足管)的生长描述于以下文献中，例如军(Jun)等人，(2001)“使用单表面活性剂***的多臂CdS纳米棒结构的控制合成(Controlled synthesis of multi-armed CdS nanorod architectures usingmonosurfactant system)”美国化学协会杂志(J.Am.Chem.Soc.)123，5150-5151；和曼纳(Manna)等人，(2000)“可溶性和可加工杆状、箭状、泪滴状和四足状CdSe纳米 晶体的合成(Synthesis of Soluble and Processable Rod-，Arrow-，Teardrop-，and Tetrapod-Shaped CdSe Nanocrystals)”美国化学协会杂志(J.Am.Chem.Soc.)122，12700-12706。
纳米粒子的合成描述于以下文献中，例如小克拉克(Clark Jr.)等人的题为“制造半导体粒子的方法(Method for producing semiconductor particles)”的美国专利第5,690,807号(1997年11月25日)；肖(El-Shall)等人的题为“硅氧化物合金纳米粒子(Nanoparticles of silicon oxide alloys)”的美国专利第6,136,156号(2000年10月24日)；英(Ying)等人的题为“利用反胶束介导的技术的纳米尺寸粒子合成(Synthesis ofnanometer-sized particles by reverse micelle mediated techniques)”的美国专利第6,413,489号(2002年7月2日)；和刘(Liu)等人，(2001)“自立式铁电锆酸铅纳米粒子的溶胶-凝胶合成(Sol-Gel Synthesis of Free-Standing Ferroelectric Lead ZirconateTitanate Nanoparticles)”美国化学协会杂志(J.Am.Chem.Soc.)123，4344。以上关于纳米晶体、纳米线和分支纳米线的生长的引用文献中还描述了纳米粒子的合成，其中所得纳米结构的纵横比小于约1.5。
核心-外壳纳米结构异质结构(即纳米晶体和纳米线(例如纳米棒)核心-外壳异质结构)的合成描述于以下文献中，例如彭(Peng)等人，(1997)“具有光稳定性和电子可及性的高度发光的CdSe/CdS核心/外壳纳米晶体的指数生长(Epitaxial growth ofhighly luminescent CdSe/CdS core/shell nanocrystals with photostability and electronicaccessibility)”美国化学协会杂志(J.Am，Chem.Soc.)119，7019-7029；达波司(Dabbousi)等人，(1997)“(CdSe)ZnS核心-外壳量子点：一系列尺寸的高度发光的纳米晶体的合成和表征((CdSe)ZnS core-shell quantum dots：Synthesis and characterization of a sizeseries of highly luminescent nanocrysallites)”物理化学杂志B(J.Phys.Chem.B)101，9463-9475；曼纳(Manna)等人，(2002)“胶体CdSe纳米棒上分级CdS/ZnS外壳的指数生长和光化学退火(Epitaxial growth and photochemical annealing of graded CdS/ZnSshells on colloidal CdSe nanorods)”美国化学协会杂志(J.Am.Chem.Soc.)124，7136-7145；和曹(Cao)等人，(2000)“具有InAs核心的半导体核心/外壳纳米晶体的生长和性质(Growth and properties of semiconductor core/shell nanocrystals with InAscores)”美国化学协会杂志(J.Am.Chem.Soc.)122，9692-9702。类似方法可应用于其它核心-外壳纳米结构的生长。
不同材料沿纳米线长轴分布于不同位置的纳米线异质结构的生长描述于以下文献中，例如古迪森(Gudiksen)等人，(2002)“纳米级光子和电子的纳米线超晶格结构的生长(Growth of nanowire superlattice structures for nanoscale photonics and electronics)”自然(Nature)415，617-620；比约克(Bjork)等人，(2002)“电子实现的一维障碍赛(One-dimensional steeplechase for electrons realized)”纳米快报(Nano Letters)2，86-90；吴(Wu)等人，(2002)“单结晶Si/SiGe超晶格纳米线的逐区块生长(Block-by-blockgrowth of single-crystalline Si/SiGe superlattice nanowires)”纳米快报(Nano Letters)2，83-86；和恩培多克勒(Empedocles)的题为“编码信息的纳米线异质结构(Nanowireheterostructures for encoding information)”的美国专利申请案第60/370,095号(2002年4月2日)。类似方法可应用于其它异质结构的生长。
例示性止血材料/结构实施例
本发明实施例涉及医学装置，且具体来说，涉及用于降低/防止由外伤、外科手术、溃疡或需要血液凝固的其它应用所致的血液流失的材料和结构(“止血材料”和“止血结构”)。在实施例中，所述材料和结构可合并纳米结构和/或诸如玻璃珠、核心-外壳粒子等其它止血材料。这些纳米结构和/或其它止血材料还增强基础材料和结构的止血特征和/或对基础材料和结构提供止血性质。例示性实施例包括止血伤口敷料、止血栓和其它止血调配物，诸如液体、粉末、泡沫体和凝胶。基础材料/结构(例如基质、衬底等)可为绷带形式(例如纱布等)、可挤在伤口(例如出血部位)上的凝胶形式、可喷洒或喷射于伤口上的液体形式、可喷洒或喷射于伤口上的干粉、或可挤压/喷射/注射在伤口中/伤口上的泡沫体。由基础材料/结构和纳米结构的组合(纳米结构增强型材料/结构)形成的止血剂可呈固体、液体、粉末、泡沫体或凝胶形式。视特定实施例而定，呈非固体形式的止血剂可在与伤口接触后仍保持呈非固体形式，可在接触时固化或可在分配之后不久即硬化。
在实施例中，纳米结构增强型材料/结构在以下方面具有深刻影响：诱导止血；与常规凝血材料(诸如康涅狄格州瓦林福特的斯美迪卡公司(Z-Medica Corporation，Wallingford，CT)经销的QuikClot
Figure GPA00001143604800111
)相比，减少血液凝结时间。在一些实施例中，纳米结构增强型材料/结构可再吸收(被哺乳动物的身体溶解并吸收或***)。使用可再吸收材料(例如硅纳米线)诱导止血的一个优点在于使用所述材料后留下极少或不留残余物。此外，纳米结构增强型材料/结构在使用期间不引起温度大幅增加，而QuikClot
Figure GPA00001143604800112
恰相反，当其用于人体内/人体上时会引起温度增加约20℃或20℃以上。
下文描述例示性实施例，包括止血绷带实施例、可膨胀止血结构和止血材料。本文所述的这些例示性实施例仅出于说明性目的提供，且不具有限制性。此外，相关领域的技术人员由本文的教示将显而易知其它结构和操作实施例，包括修改/变化形式。本文所述的实施例的特征可以任何方式组合。以下小节中详细描述本发明的例示性实施例。
例示性止血绷带实施例
在一个实施例中，将诸如无机二氧化硅纳米纤维等纳米结构涂覆于绷带/绷带纤维的表面上。这些纳米结构(例如纳米纤维、纳米粒子等)有助于活化内在(接触)凝血级联，从而减慢或阻止出血。纳米结构的尺寸使得其提供活化接触路径的极佳表面，且从而提供增强绷带表面上的凝血的非生物方式。这些纳米结构可为纳米线、纳米纤维、纳米粒子和/或本文所述的任何其它纳米结构类型。这些纳米结构可由硅、具有薄氧化物层的硅、二氧化硅、钾(包括钾纳米纤维、纳米线或纳米粒子)、经钾功能化的硅纳米结构(例如经钾功能化的硅纳米纤维)等制成。
在例示性实施例中，可用纳米结构涂布和/或以其它方式增强的绷带材料包括可再吸收和/或非可再吸收衬底材料，诸如有机材料、无机材料、编织材料/织物、非编织材料/织物(例如非编织纤维材料，诸如棉球)、合成材料(例如人造丝、尼龙(nylon)/莱卡(lycra)、Gore-Tex
Figure GPA00001143604800121
、膜(诸如塑料膜)等)、天然材料(例如棉)、生物/生物来源的材料(例如壳聚糖(包括壳聚糖微粒)、胶原蛋白、明胶、纤维素等)、多孔材料、无孔材料和/或粒子(例如玻璃珠或聚合物珠)。举例来说，在实施例中，可将纳米纤维涂覆于可再吸收绷带材料，诸如氧化的再生纤维素(ORC)材料(例如Surgicel
Figure GPA00001143604800122
，由爱士康公司(Ethicon，Inc.)制造)、可再吸收生物聚合物、明胶绷带材料(例如Gelfoam
Figure GPA00001143604800123
，由辉瑞公司(Pfizer Inc.)制造)或玻璃微纤维材料。绷带材料可为止血或非止血绷带。在实施例中，可再吸收的纳米结构增强型绷带材料可施用于伤口作为止血绷带/栓以降低/防止血液流失，而无需后续去除整个绷带材料。在另一个实施例中，纳米纤维可涂覆于非可再吸收的替代绷带材料以产生防止血液流失的止血绷带/栓。这些非可再吸收绷带材料的实例为组合纳米纤维与常规脱脂棉纱布材料的“超薄纱布(supergauze)”。
图2显示根据本发明的例示性实施例的形成止血结构的步骤200。步骤200可用于形成止血结构，诸如止血绷带或止血栓。基于关于步骤200的论述，相关领域的技术人员将显而易知其它结构和操作实施例。
如图2中所示，在步骤200中，合并纳米结构与第一材料的纤维编织物以形成止血结构。举例来说，图3显示根据本发明的例示性实施例的基础结构300，即纤维编织物302。基础结构300可为纱布、ORC、诸如PGA(聚乙交酯)、PLA(聚乳酸)、PCLA(聚(己内酯-丙交酯)无规共聚物)或其它聚合物等生物相容性聚合物、玻璃微纤维编织物或其它类型的编织物。纤维302可为棉纤维、纤维素纤维、玻璃纤维、胶原蛋白或其它材料的纤维。应注意，在一个替代实施例中，基础结构300可为固体材料，包括不为纤维编织物的多层固体材料(例如层状ORC)；可为非编织纤维材料，诸如棉球；或可为上文或本文其它地方提及的另一材料(编织材料或非编织材料、止血材料或非止血材料等)。可以任何方式合并纳米结构与基础结构300(例如合并于基础结构300中和/或基础结构300上)，包括涂布在基础结构300上、与纤维编织物302混合等。
如本文所使用的“涂层”、“涂布”是定义材料和制备材料的方法的同一术语的各种形式，其中第一物质至少部分被第二物质覆盖或与第二物质缔合。第一物质与第二物质不必不同。另外，当如本文所使用，纳米结构经“涂布”时，涂布可可通过任何化学或机械结合或力(包括联结剂)实现。因此，包含第一物质的纳米线可经由作为第三物质的联结剂经第二物质“涂布”。如本文所使用，“涂布”不需要是完全的或不需要覆盖欲“涂布”的第一物质的整个表面。“涂布”也可以是完全的，即完全覆盖第一物质。可能存在多个涂层，且各涂层中具有多种物质。
图4显示图3的基础结构300的根据图2的步骤200经纳米结构402涂布过的部分400的放大视图。如图4中所示，部分400包括纤维302a-302f。纤维302a-302c与纤维302d-302f编织在一起。纤维302a-302c沿第一轴排列，纤维302d-302f沿与第一轴垂直的第二轴排列。纳米结构402涂布纤维302a-302f。虽然出于说明性目的，在图4中显示纳米结构402为纳米纤维，但在替代实施例中，纳米结构402可包括一种或一种以上本文其它地方描述或以其它方式已知的其它类型的纳米结构。
应注意，虽然步骤200叙述纤维编织物，但本文描述或以其它方式已知的任何适合的编织或非编织基础结构中均可合并纳米结构。图2的步骤200可以任何方式执行来合并纳米结构与基础结构。举例来说，图5和6显示根据本发明实施例的执行步骤200的例示性方法。在图5的实施例中，在步骤500中，可将纤维编织物安装(例如于框架中)并浸泡在纳米结构悬浮液中以用纳米结构涂布纤维编织物。在图6的实施例中，在步骤600中，使用基于电荷的吸引用纳米结构涂布纤维编织物。图5和6的实施例详细描述如下。
图5的步骤500可以任何方式执行。举例来说，可根据图7的流程图700执行步骤500。流程图700描述如下。应注意，流程图700的步骤不必需要按所示的顺序执行，且在所有情况下，不是图7中所示的所有步骤都需要执行。步骤702-706说明形成纳米结构悬浮液的方法。或者可使用相关领域的技术人员已知的形成纳米结构悬浮液的其它技术。
流程图700以步骤702开始。在步骤702中，在液体中声波处理经纳米结构涂布过的晶片。可使用任何尺寸的晶片和适合的液体。举例来说，可将经60纳米硅纳米线涂布过的双倍尺寸的4英寸晶片浸泡在乙醇中(例如浸泡在80毫升乙醇中4分钟)。
在步骤704中，过滤声波处理过的纳米结构。可使用任何适合的过滤技术。举例来说，在本实例中，可使用具有0.45微米过滤膜的真空过滤器过滤声波处理过的纳米线。
在步骤706中，将过滤的纳米结构悬浮于液体中以形成纳米结构悬浮液。步骤702中可使用任何适合的液体。举例来说，在本实例中，可从过滤膜上刮下纳米线，并悬浮于乙醇(例如6毫升)中。
在步骤708中，将纤维编织物安装于框架中。举例来说，图8显示根据本发明的例示性实施例的安装于框架802中的图3基础结构300。可将基础结构300夹在框架802的第一与第二部分之间，通过诸如胶带或环氧树脂等粘合材料粘附于框架802，或可以其它方式安装于框架802。框架802可由塑料、金属或其它材料制成。在本实例中，基础结构300是纱布。纱布可按需要折叠以适合框架802。举例来说，可按需要将纱布折叠成2英寸×2.5英寸的矩形或其它尺寸和/或形状。
在步骤710中，将安装的纤维编织物浸泡在纳米结构悬浮液中。举例来说，在本实例中，可将框架802和安装的纱布浸泡在步骤706形成的纳米结构悬浮液中维持任何适合的时间长度，诸如在本实例中为4分钟。在一个实施例中，可在框架802和安装的纱布浸泡在纳米结构悬浮液中的同时进行声波处理。在实施例中，纤维编织物可在步骤710期间吸收整个纳米结构悬浮液的一部分。
在步骤712中，干燥浸泡过的纤维编织物。可利用风干或施加热(例如快速干燥)来干燥浸泡过的纤维编织物维持任何长度的时间。举例来说，在本实例中，可将框架802和安装的纱布放置在烘箱中(例如121℃，15分钟)来干燥。
图9和图10显示根据本发明例示性实施例的按类似于图7的流程图700的方式用纳米纤维涂布过的基础结构902的放大图像900和1000。图像900和1000由扫描电子显微镜(SEM)捕捉，其中图像900的放大倍数小于图像1000。在图9和10中，基础结构902是由棉纤维束904形成的纱布绷带。如图9中所示，基础结构902的纤维束904上的二氧化硅纳米纤维涂层906稍分布不均，其中纳米纤维在多个位置凝成块。图10显示更高放大倍数下，以实质上均一的方式涂布纤维束904的个别纳米纤维1002。
可以任何方式实现根据图6的步骤600使用基于电荷的吸引(例如静电吸引)来用纳米结构涂布绷带结构或其它衬底材料。在实施例中，纤维编织物可带正电或带负电以吸引具有与纤维编织物相反的电荷的纳米结构。举例来说，可根据图11的流程图1100执行步骤600。流程图1100描述如下。应注意，流程图1100的步骤不必需要按所示的顺序执行，且在所有情况下，不是图11中所示的所有步骤都需要执行。
流程图1100以步骤1102开始。在步骤1102中，将纤维编织物浸泡在含有带正电聚合物的溶液中。步骤1102中可使用任何聚合物，包括本文其它地方提及或以其它方式已知的聚合物。举例来说，可将图3中所示的基础结构300浸泡(例如30分钟)在带正电聚合物(诸如聚1-赖氨酸。)的溶液中。带正电聚合物赋予纤维编织物正电荷。
在步骤1104中，洗涤纤维编织物。纤维编织物可以任何适合的方式洗涤且可洗涤一次或一次以上的任何次数。可使用任何适合的材料洗涤基础结构300，包括水、异丙醇、另一溶液或其它材料。在本实例中，将基础结构300从聚合物溶液中移出，并在水中洗涤两次和在异丙醇中洗涤一次。
在步骤1106中，干燥纤维编织物。可以任何方式干燥洗涤过的基础结构300任何长度的时间，所述方式诸如风干或施加热(例如快速干燥)。
在步骤1108中，将含有纳米结构的溶液涂覆于纤维编织物以涂布纤维编织物。溶液中的纳米结构可具有负电荷，且因此因纤维编织物上所赋予的正电荷(步骤1102)而被吸引到纤维编织物，从而涂布纤维编织物。可使用纳米结构的任何适合的溶液，包括本文其它地方描述或以其它方式已知的任何纳米结构溶液。举例来说，在本实例中，使用含有纳米纤维的乙醇溶液(例如10毫升)。纳米结构溶液可以任何方式涂覆于基础结构300上，包括将溶液倾倒在基础结构300上，将基础结构300浸渍或沉积在溶液中或其它方式。在本实例中，纳米纤维因基础结构300的正电荷而被吸引到基础结构300上，从而涂布基础结构300。
在步骤1110中，保温涂布过的纤维编织物。可以任何方式且在任何温度下保温涂布过的纤维编织物。举例来说，在本实例中，可在室温下保温涂布过的基础结构300维持20分钟
在步骤1112中，干燥涂布过的纤维编织物。可以任何方式干燥涂布过的纤维编织物维持任何长度的时间，所述方式诸如风干或施加热(例如快速干燥)。举例来说，在本实例中，可在100℃下干燥涂布过的基础结构300(例如10分钟)。
图12和13显示根据本发明例示性实施例的使用基于电荷的吸引以类似于图11的流程图1100的方式用纳米纤维涂布过的基础结构1202的放大图像1200和1300。图像1200和1300由SEM捕捉，且图像1200的放大倍数小于图像1300。在图12和13中，涂布过的基础结构1202是由棉纤维束1204形成的纱布绷带。如图12中所示，与上述图像900和1000(图9和10)中的纤维束904相比，纤维束1204经纳米纤维更均匀地涂布。图13显示更高放大倍数下，实质上均一的层中涂布纤维束1204的个别纤维1304的个别纳米纤维1302。除达成纳米纤维1302的实质上均匀的涂层外，所得涂布过的基础结构1202的处理性质(handling property)与未处理的棉纱布非常类似。涂布过的基础结构1202非常柔韧，且在处理涂布过的基础结构1202时，纳米纤维1302的额外脱落并不明显。
可比较根据本发明实施例的经纳米结构涂布过的基础结构的止血能力与非纳米结构增强型绷带的止血能力。在第一例示性比较中，当与无纳米纤维涂层的棉纱布相比时，经纳米纤维涂布过的基础结构902(棉纱布)开始凝血的时间(“R时间”)减少。涂布过的基础结构902在约9分钟后开始凝血，而未涂布的纱布在约12分钟后开始凝血。在另一个实例中，常规棉纱布绷带在平均约455秒时开始凝血，而经纳米纤维涂布过的基础结构902在平均约380秒时开始凝血，且经纳米纤维涂布过的基础结构1202在不到5分钟(约275秒)后开始凝血。图14显示图1400，说明如使用凝血弹性描记器(TEG)所测定的常规棉纱布绷带(图1402)、经纳米纤维涂布过的基础结构902(本实例中的棉纱布绷带)(图1404)和经纳米纤维涂布过的基础结构1202(本实例中的棉纱布绷带)(图1406)的平均止血时间。如图14中所示，根据图1402，测量到常规棉纱布绷带的止血在约450秒到570秒范围内发生。根据图1404，测量到经纳米纤维涂布过的基础结构902的止血在约380-390秒范围内发生。根据图1406，测量到经纳米纤维涂布过的基础结构1202的止血在约275-300秒范围内发生。
这些结果表明经纳米纤维涂布过的基础结构(诸如经纳米纤维涂布过的纱布)活化接触凝血路径。对启始接触级联来说重要的血液组分(即高分子量激肽原)很可能结合至纳米纤维表面，从而活化凝血级联中的早期因子(即前激肽释放酶和因子12)。一旦这些早期因子/元件被活化，则级联就可蔓延到血液主体中。因此，实现减少从经纳米纤维涂布过的纱布提取的血液的凝血时间。
应注意，作为浸泡(图5)和/或基于电荷的吸引(图6)的替代，还可使用其它技术来根据图2中的步骤200合并纳米结构与衬底材料，包括纳米旋涂、编织和/或本文所述的其它技术。
在一个实施例中，可合并纳米结构与纤维编织物或本文其它地方描述或以其它方式已知的其它绷带材料，遍布于整个绷带材料。在另一个实施例中，可合并纳米结构与纤维编织物或本文其它地方描述或以其它方式已知的其它绷带材料，仅合并于绷带材料的一部分。举例来说，可合并纳米结构与绷带材料，呈一定的图案(例如表面图案、位于绷带材料内部的图案)。举例来说，可在绷带材料的一部分中合并纳米结构，所述部分经配置以在绷带施用于个体时与伤口接触，且可能不在绷带材料的其它部分中合并纳米结构。在另一个实例中，可将纳米结构涂覆于不位于血管内腔内的闭合装置的一部分。可合并任何适合的纳米结构图案与绷带材料或其它医学装置，包括本文其它地方描述的图案。
例示性可膨胀且吸收性的止血材料实施例
已使用可膨胀聚合物进行伤口闭合以防止在内窥镜装置的进入点/出口点穿过血管处在内窥镜外科手术之后血液流失。这类装置的一个实例为明尼苏达州圣保罗(St.Paul，MN)的圣犹达医疗用品公司(St.Jude Medical)销售的AngiosealTM血管闭合装置。还使用诸如棉纱布或止血塞结构等吸收材料进行伤口闭合。在使用可膨胀材料的装置中，材料吸收血液和/或其它流体且材料溶胀以形成物理屏障。静态血液可截留在材料孔隙内，因郁积而凝结。如果可使膨胀的材料内的血液更快地凝结，那么将会是有利的。本发明实施例能够增加基于可膨胀材料和非可膨胀材料(例如基于棉的材料，诸如纱布、止血塞和其它这样的非膨胀材料)的装置的凝血速率。
在一个实施例中，共调配纳米结构(诸如纳米纤维)与一种或一种以上聚合物，使得聚合物的表面仍保持能够止血的，即聚合物被纳米纤维涂布的紧密程度未导致血液不能接近聚合物。具有外二氧化硅核心的硅纳米线因带负电二氧化硅表面的促凝血性质而可止血。通过将这些纳米线以被聚合物截留而不是紧密涂布聚合物的方式分散于材料内部，纳米线提供额外的可加速止血的表面。
图15显示根据本发明例示性实施例的形成止血剂的步骤1500。可使用步骤1500形成止血结构，诸如止血绷带或止血栓。基于关于步骤1500的论述，相关领域的技术人员将显而易知其它结构和操作实施例。
如图15中所示，在步骤1500中，混合可膨胀止血材料与多个纳米结构。举例来说，图16显示根据本发明例示性实施例的说明混合***1600的方框图。如图16中所示，混合机1602接收可膨胀止血材料1604和多个纳米结构1606。混合机1602混合可膨胀止血材料1604与纳米结构1606以产生止血剂1608，止血剂1608包括可膨胀止血材料与纳米结构的混合物1610。混合机1602可为任何类型的混合机，包括涡旋混合机、人工/人力混合或其它类型的混合机。
可膨胀止血材料1604可为任何类型的可膨胀止血材料，包括纱布(例如棉或其它材料)、止血塞(例如棉或其它材料)、诸如聚乙二醇(PEG)等聚合物或可因流体吸收和/或其它原因而膨胀的其它材料。纳米结构1606可为本文其它地方提及或以其它方式已知的任何类型的纳米结构。举例来说，在一个实施例中，纳米结构1606可包括纳米线。纳米结构1606中所包括的纳米线可类似于图1A中所示的纳米线100(核心纳米线结构)，或可为类似于图1B的纳米线110的核心-外壳纳米线，其中纳米线核心周围具有外壳112。当存在外壳112时，外壳112可为止血材料，诸如二氧化硅。
通过使用混合机1602混合具有止血材料外壳层的纳米线与可膨胀止血材料1604形成止血剂1608，形成与常规止血材料相比得以改良的止血材料。混合机1602可经配置以使得纳米结构1606被可膨胀止血材料1604截留但不紧密涂布可膨胀止血材料1604的方式(例如以特定比率)混合纳米结构1606与可膨胀止血材料1604。以此方式，纳米结构1606提供可加速止血而不阻断可膨胀止血材料1604的表面的额外表面。
可使用止血剂1608通过施用于伤口或***(例如塞入)伤口中来诱导凝血。举例来说，图17显示根据本发明例示性实施例的***开口1702(在导管1704上)中穿过组织1710的止血剂1608的横截面视图。举例来说，在动脉切开术期间，可形成开口1702以使导管1704穿过动脉壁1706进入动脉1708。止血剂1608可在从开口1702抽出导管1704之前，从导管1704的外鞘(图17中未图示)释放。在一个可膨胀止血材料1604是冷冻干燥的PEG的实施例中，在止血剂1608暴露于开口1702中之后，止血剂1608的多孔PEG材料快速溶胀成原始尺寸的约3到4倍的量，致使止血剂1608变成约5％PEG/纳米结构1606和95％血液和其它吸收流体。当止血剂1608膨胀时，止血剂1608与开口1702吻合形成密封并提供止血。血液收集在止血剂1608中并凝结，从而提供自然血管愈合的平台。
在一个实施例中，可膨胀止血材料1604和纳米结构1606是可再吸收材料，以便止血剂1608可再吸收。可膨胀止血材料1604的例示性可再吸收材料包括聚合物，诸如PEG和本文其它地方提及或以其它方式已知的其它可再吸收材料，且纳米结构1606的例示性可再吸收纳米结构包括硅纳米线，包括具有二氧化硅外壳的纳米线。
例示性止血材料实施例
已开发多种材料来帮助阻止伤口过度出血和增加凝血速率。这些材料可例如用于外科手术中和/或由第一急救者用于外伤事件。然而，现有散装止血剂存在缺点。举例来说，如果现有散装止血剂能更快地起作用、可再吸收和/或不与血液发生放热反应，那么将会是有利的。本发明实施例克服常规散装止血剂的这些局限性。
在一个实施例中，共调配纳米结构(诸如纳米纤维)与玻璃微球体(实心或多孔的)。这一共调配的材料具有增强的止血活性，这种止血活性不是单纯地相加，即纳米结构与玻璃微球体的组合的止血活性(例如当以TEG测量时)快于单独纳米结构或玻璃微球体，这未必能单纯用所得的止血剂表面积增加进行解释。
图18显示根据本发明例示性实施例的形成止血剂的步骤1800。可使用步骤1800来形成止血材料，诸如散装止血剂，其可呈颗粒、粉末或其它形式。基于关于步骤1800的论述，相关领域的技术人员将显而易知其它结构和操作实施例。
如图18中所示，在步骤1800中，混合多个玻璃珠与多个纳米结构。举例来说，图19显示根据本发明例示性实施例的说明混合***1900的方框图。如图19中所示，混合机1902接收玻璃珠1904和多个纳米结构1906。混合机1902混合玻璃珠1904与纳米结构1906产生止血剂1908，止血剂1908包括玻璃珠与纳米结构的混合物1910。混合机1902可为任何类型的混合机，包括涡旋混合机、人工/人力混合或其它类型的混合机。
玻璃珠1904可为实心或多孔的，且可具有任何尺寸，包括微球体。举例来说，在一个实施例中，玻璃珠1904的直径在3-10微米范围内。纳米结构1906可为本文其它地方提及或以其它方式已知的任何类型的纳米结构。举例来说，在一个实施例中，纳米结构1906可包括纳米线，诸如硅纳米线。纳米结构1906中所包括的纳米线可类似于图1A中所示的纳米线100(核心纳米线结构)，或可为类似于图1B的纳米线110的核心-外壳纳米线，其中纳米线核心周围具有外壳112。当存在外壳112时，外壳112可为止血材料，诸如二氧化硅。
可使用止血剂1908通过施用于伤口(诸如通过将止血剂1908倾倒在伤口上/伤口中)诱导凝血。通过混合具有止血材料外壳层的纳米线与玻璃珠1904形成止血剂1908，形成与常规止血材料相比得以改良的止血材料。
如上所述，在实施例中，玻璃珠1904可为实心或多孔的。在其它实施例中，玻璃珠1904可由均一玻璃材料形成，或可为具有第一材料核心和第二材料外壳层的核心-外壳结构。举例来说，图20显示根据本发明例示性实施例的止血核心-外壳粒子2000的横截面视图。核心-外壳粒子2000的核心部分2002被外壳2004包围。核心部分2002可具有任何形状，包括球状、细长状、不规则形状或其它形状。外壳2004具有厚度2006。如本文所述，核心部分2002和外壳2004可由止血材料制成以诱导血液凝固。举例来说，核心部分2002可为可再吸收聚合物，包括共聚物、掺合物或其它聚合物，诸如乳酸(例如聚乳酸(PLA))、乙醇酸(例如聚乙醇酸(PGA))、酰胺、酸酐、酯、二噁烷酮或本文其它地方提及或以其它方式已知的其它聚合物。外壳2004可为止血材料层，包括玻璃，诸如二氧化硅、旋涂玻璃或其它止血材料。或者，核心部分2002可为玻璃材料，且外壳可为非玻璃(例如聚合物)材料。
在一个实施例中，核心-外壳粒子2000可根据图21中所示的步骤2100形成。在步骤2100中，可再吸收核心材料的粒子经止血材料涂布，其中核心材料的再吸收速率大于止血材料的再吸收速率。在这一实施例中，外壳2004可经选择为止血性质大于核心部分2002的材料，而核心部分2002可经选择为再吸收速率大于外壳2004的材料。以此方式，核心-外壳粒子2000可适用于使血液凝结(归因于外壳2004)，同时被身体吸收的速率大于常规止血材料(归因于核心部分2002)。
举例来说，外壳2004可为玻璃，诸如二氧化硅、旋涂玻璃或在与血液接触时诱导凝血的其它玻璃或其它止血材料。核心部分2002可为再吸收速率大于二氧化硅再吸收速率的聚合物，以便核心-外壳粒子2000的总体再吸收速率相对于实心玻璃珠(例如由二氧化硅形成)有所增加。外壳2004的厚度2006可调整以使核心-外壳粒子2000的凝血功能(主要归因于外壳2004)与核心-外壳粒子2000的总体再吸收时间(归因于外壳2002和核心部分2002)达成平衡。
在实施例中，核心-外壳粒子2000可连同或替代纳米结构、玻璃珠和/或本文所述的其它粒子合并于(例如混合于)止血材料中，所述止血材料诸如止血剂1908和/或本文其它地方描述的其它止血材料/结构。
其它例示性止血绷带实施例
如上所述，可将纳米结构涂覆于绷带以有助于活化内在(接触)凝血级联，从而减慢或阻止出血。在实施例中，纳米结构可为纳米粒子，诸如硅纳米粒子。可将纳米粒子分散于绷带材料中以使绷带材料的凝血增强。
举例来说，图22显示根据本发明例示性实施例的止血绷带2200的方框图。如图22中所示，止血绷带2200包括绷带材料2202和多个纳米粒子2204(其可总称为“纳米粉末”)。绷带材料2202可为本文其它地方描述的任何绷带材料，包括可再吸收和/或非可再吸收衬底材料，诸如有机材料、无机材料、编织材料/织物、非编织材料/织物(例如非编织纤维材料，诸如棉球)、合成材料(例如人造丝、尼龙/莱卡、Gore-Tex
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、聚合物等)、天然材料(例如棉)、生物/生物来源的材料(例如壳聚糖，包括壳聚糖微粒、胶原蛋白、明胶、纤维素等)和/或粒子(例如玻璃珠或聚合物珠)。
纳米粒子2204例如可为任何类型的纳米粒子，诸如硅纳米粒子。这些纳米粒子可具有薄氧化物外层，其可以是天然存在的。举例来说，图23显示图22的止血绷带2200的方框图，其中纳米粒子2204是天然氧化的硅纳米粒子2302。天然氧化的硅纳米粒子2302具有因硅纳米粒子天然氧化(例如因暴露于空气或其它含氧环境中)而形成的薄氧化物外层。与煅制二氧化硅(其为完全氧化的硅粒子)相比，天然氧化的硅纳米粒子2302作为止血材料可能效果更好(例如可能更像玻璃)，因为薄氧化物层可被绷带材料2202所施用的人体所吸收，从而使天然氧化的硅纳米粒子2302的下伏硅材料暴露于人体，这在诱导凝血效应中可能较重要。
举例来说，图24显示根据本发明例示性实施例的含有硅纳米粉末的绷带的凝血时间的图2400。图2400的数据使用凝血弹性描记器(TEG)获得，是包括包含平均粒度为约50nm的纳米粒子的商业硅纳米粉末(通过激光分解制造)的绷带的数据。如图24中所示，相对于血液量(以毫克/毫升或mg/mL计)在Y轴上对R时间(以秒计)作图。图2400的曲线2402指示在约1.8mg/mL下，R时间为约310秒，在约3.8mg/ML下，R时间为约280秒，而在约10mg/mL下且R时间为约210秒(曲线2402是连接在图2400中的这些点之间的连续线)。虽然在硅纳米粉末存在下所指示的凝血时间在约210秒到310秒范围内，但当不存在硅纳米粉末时，绷带的R时间为约800秒。因此，在绷带中加入硅纳米粉末形成的止血剂的凝血时间实质上快于无止血剂的绷带。
基于初步测试结果，硅纳米粒子(例如直径小于约100nm的硅粒子)可具有与硅纳米线相同的止血功效。基于TEG测试结果，确定煅制二氧化硅活体外启始凝血级联的效果不如硅纳米线。因此，硅纳米粒子和硅纳米线(两者均具有薄氧化物层)优于煅制二氧化硅。
止血绷带2200可以任何方式形成。举例来说，图25显示根据本发明例示性实施例的形成止血绷带的流程图2500。可配置各种***来执行流程图2500，从而形成止血绷带2200。举例来说，图26显示根据本发明实施例的止血绷带制造***2600的方框图。如图26中所示，***2600包括晶片碾磨机2602、绷带处理器2604和绷带涂布机2606。出于说明性目的，流程图2500是就***2600进行描述。应注意，在所有实施例中，不是图25中所示的所有步骤都需要执行。流程图2500描述如下。
流程图2500以步骤2502开始。在步骤2502中，研磨硅晶片以产生纳米粉末。举例来说，图26中所示的晶片碾磨机2602可经配置以执行步骤2502。如图26中所示，晶片碾磨机2602接收晶片2608，晶片2608可为硅晶片。晶片碾磨机2602经配置以根据任何适合的碾磨方法碾磨晶片2608，包括研磨晶片2608(例如使用物理研磨机构、喷射研磨等)、对晶片2608应用激光分解或任何其它适合的技术。在本实例中，晶片碾磨机2602产生硅纳米粉末2610。
在一个实施例中，硅纳米粉末2610可通过暴露于空气或其它含氧环境中天然氧化。硅纳米粉末2610的天然氧化在硅纳米粉末2610的硅纳米粒子上产生薄氧化物层(例如产生图23中所示的天然氧化的硅纳米粒子2302)。或者，硅纳米粉末2610可经热氧化而在硅纳米粉末2610的纳米粒子上产生薄氧化物层，或可经氧化(天然或热)致使纳米粒子完全氧化成煅制二氧化硅纳米粒子。
在步骤2504中，将由具有薄氧化物外层的纳米粒子形成的纳米粉末分散于绷带材料中。举例来说，图26中所示的绷带处理器2604可经配置以执行步骤2504。如图26中所示，绷带处理器2604接收硅纳米粉末2610和绷带材料2612。绷带材料2612可包括成品绷带或可包括用于产生绷带的材料，包括本文其它地方描述或以其它方式已知的任何绷带材料。绷带处理器2604可经配置以将硅纳米粉末2610分散于绷带材料2612的成品绷带中，或可经配置以制造内部分散有硅纳米粉末2610的绷带。
举例来说，在绷带处理器2604接收成品绷带的一个实施例中，可将硅纳米粉末2610以固体形式或溶解有硅纳米粉末2610的液体形式倾倒或喷射到成品绷带上(例如流经绷带，从而留下硅纳米粉末2610包埋于绷带中)。在绷带处理器2604接收绷带材料的一个实施例中，可将硅纳米粉末2610涂覆于绷带材料(例如涂布其上、流经、混合于其中等)，且接着绷带材料可由绷带处理器2604制成成品绷带。相关领域的技术人员应知道如何配置绷带处理器2604以由绷带材料制造绷带(例如通过将纤维编织成绷带等)。如图26中所示，绷带处理器2604产生止血绷带2614。
如上所述，止血绷带2614中的硅纳米粉末2610使止血绷带2614的血液凝结速率相对于不包括止血元件的绷带增加。此外，硅纳米粉末2610可再吸收，且因此不必接着人工从人类个体去除。当硅纳米粉末2610包括具有薄氧化层的硅纳米粒子时，与煅制二氧化硅相比，硅纳米粉末2610作为止血材料的效果可能更好。此可能是因为薄氧化物层可被止血绷带2614所施用的人体吸收，从而使硅纳米粉末2610的下伏硅材料暴露于人体，此可诱导凝血效应。
在步骤2506中，用纳米线涂布绷带材料的表面。步骤2506是任选的。在一个图26所示的绷带涂布机2606的实施例中，绷带涂布机2606接收止血绷带2614和纳米线2616。举例来说，纳米线2616可包括硅纳米线、钾纳米线、经钾功能化的硅纳米线、具有二氧化硅外层的硅纳米线和/或本文其它地方描述或以其它方式已知的其它类型的纳米线。绷带涂布机2606经配置以用纳米线2616涂布止血绷带2614，从而产生经纳米线涂布过的止血绷带2618。举例来说，图27显示根据实施例的经纳米线涂布过的止血绷带2700的横截面视图的方框图，所述止血绷带2700是经纳米线涂布过的止血绷带2618的例示性绷带。如图27中所示，经纳米线涂布过的止血绷带2700包括纳米线涂层2702、绷带材料2704和纳米粒子2706。绷带材料2704含有纳米粉末2610的纳米粒子2706。纳米线涂层2702是位于绷带材料2704表面上方的纳米线2616的涂层。
绷带涂布机2606可经配置以用纳米线2616按任何适合的方式涂布止血绷带2614的整个表面的一部分，所述方式包括以上关于图2的步骤200、图5的步骤500、图6的步骤600、图7的流程图700或图11的流程图1100所述，其中纤维编织物经纳米结构涂布。举例来说，绷带涂布机2606可将纳米线2616以固体或液体形式喷洒在止血绷带2614上，可将纳米线2616以液体形式倾倒喷洒在止血绷带2614上，可将止血绷带2614浸泡在含有纳米线2616的溶液中等。在一个实施例中，止血绷带2614其上可赋予电荷(正电荷或负电荷)，而纳米线2616可被赋予相反的电荷，这使得纳米线2616能以本文其它地方描述的类似方式被吸引到止血绷带2614。
涂布经纳米线涂布的止血绷带2618的纳米线2616使血液凝结速率相对于不包括止血元件的绷带增加。此外，纳米线2616的组织粘附能力相对于纳米粉末2610可能较高，因此经纳米线涂布过的止血绷带2618增强组织粘附。此外，硅纳米线2616可再吸收，且因此不必接着人工从人类个体去除。另外，相对于通体包括纳米线2616的绷带，如上所述的经纳米线涂布过的止血绷带2618中纳米线2616与硅纳米粉末2610的组合可降低绷带成本，因为纳米线2616比硅纳米粉末2610昂贵。
可用经纳米线涂布过的止血绷带2618提供/增强止血作用的一种可能机制描述如下：将经纳米线涂布过的止血绷带2618施用于伤口。涂布经纳米线涂布的止血绷带2618的纳米线2616增加于伤口的粘附。伤口的血液与纳米线2616接触，且被吸入经纳米线涂布过的止血绷带2618中，所述止血绷带2618可为多孔的。HMwt激肽原与纳米线2616表面(其可带负电)的结合触发内在凝血路径。内在凝血级联继续进行，且因存在纳米线2616而扩增。凝血酶被活化，且形成整合于纳米线2616网状物内的纤维蛋白凝块。出现血小板的结合和聚集，此完成凝块的形成。总体凝血速率和凝块的强度受助于纳米线2616。以此方式，实现止血。
应注意，这一可用经纳米线涂布过的止血绷带2618提供/增强止血作用的例示性的可能机制是出于说明性目的提供，且不打算具有限制性。或者，经纳米线涂布过的止血绷带2618可执行其它机制和/或这一说明的机制的变化形式。
具有多种长度纳米线的例示性止血材料实施例
如上所述，可将纳米线涂覆于绷带以有助于活化内在(接触)凝血级联，从而减慢或阻止出血。在实施例中，可涂覆不同长度的纳米线于绷带以调整绷带的凝血和组织粘附特征。可涂覆任何数量的不同长度的纳米线于绷带以调整凝血和组织粘附特征。
较短的纳米线渗透得较深，且提供额外的表面积，从而增强凝血。较长的纳米线倾向于留在绷带表面，在表面上其有助于粘附于组织。相对较长的纳米线显示优于较短纳米线的粘附性质。然而，较短纳米线更易以高浓度合并于绷带材料中，因为较长纳米线倾向于被绷带材料过滤且基本上停留在绷带材料表面上。虽然较长纳米线存在于绷带表面上有益于赋予绷带粘附性质，但所述过滤使得难以在绷带中达成对单独使用较长纳米线加速凝血来说最佳的纳米线浓度。
在一个实施例中，可将短纳米线与长纳米线分散于绷带中以分别优化粘附与凝血加速。举例来说，可向绷带中均匀加入优化比率浓度的短与长纳米线，或使短纳米线与长纳米线在绷带中在空间上分开以优化止血功效。举例来说，宜在绷带中心放置高浓度的较短纳米线且在绷带周边放置较长纳米线。可使用这一布置在富含较长纳米线的绷带周边边缘处与组织形成密封，且可能能够直接优化伤口(与富含较短纳米线的绷带中心区邻接)上方的凝血速率。可形成纳米线的任何布置，包括例如形成从绷带中心辐射状扩展的短纳米线与长纳米线的同心环。
举例来说，图28显示根据本发明例示性实施例的包括多种长度的纳米线的止血绷带2800的方框图。如图28中所示，止血绷带2800包括绷带材料2802、多个第一长度纳米线2804和多个第二长度纳米线2806。绷带材料2802可为本文其它地方描述的任何绷带材料，包括可再吸收和/或非可再吸收衬底材料，诸如有机材料、无机材料、编织材料/织物、非编织材料/织物(例如非编织纤维材料，诸如棉球)、合成材料(例如人造丝、尼龙/莱卡、Gore-Tex
Figure GPA00001143604800241
、聚合物等)、天然材料(例如棉)、生物/生物来源的材料(例如壳聚糖，包括壳聚糖微粒，胶原蛋白、明胶等)和/或粒子(例如玻璃珠或聚合物珠)。
第一长度纳米线2804包括形成为各具有第一长度的纳米线。第二长度纳米线2806包括形成为各具有第二长度的纳米线。第二长度纳米线2806的第二长度大于第一长度纳米线2804的第一长度。
止血绷带2800可以任何方式形成。举例来说，图29显示根据本发明例示性实施例的形成具有多种长度的纳米线的止血绷带的流程图2900。可配置各种***来执行流程图2900，从而形成止血绷带2800。举例来说，图30显示根据本发明实施例的止血绷带制造***3000的方框图。如图30中所示，***3000包括纳米线制造器3002和绷带处理器3004。出于说明性目的，流程图2900是就***3000进行描述。应注意，在所有实施例中，不是图29中所示的所有步骤都需要执行，且流程图2900的步骤不必需要按所示的顺序进行。流程图2900描述如下。
流程图2900以步骤2902开始。在步骤2902中，形成包括具有第一长度的纳米线的第一多个纳米线。举例来说，图30中所示的纳米线制造器3002可经配置以执行步骤2902。如图30中所示，纳米线制造器3002产生第一长度纳米线2804。纳米线制造器3002可经配置以根据本文描述或提及或以其它方式已知的任何适合的纳米线制造技术产生第一长度纳米线2804。纳米线制造器3002产生第一长度纳米线2804以具有相对较短的长度，诸如长度在0到500nm范围内。
在步骤2904中，形成包括具有第二长度的纳米线的第二多个纳米线。举例来说，图30中所示的纳米线制造器3002还可经配置以执行步骤2904。如图30中所示，纳米线制造器3002产生第二长度纳米线2806。纳米线制造器3002可经配置以根据本文描述或提及或以其它方式已知的任何适合的纳米线制造技术产生第二长度纳米线2806。纳米线制造器3002产生第二长度纳米线2806以具有相对较长的长度，诸如长度在20到30微米范围内。举例来说，可利用纳米线制造器3002通过使纳米线的生长时间相对于较短纳米线的生长时间较长(在步骤2902中)或通过其它适合的技术产生较长纳米线。
在步骤2906中，将第一多个纳米线分散于绷带材料的第一区中。举例来说，绷带处理器3004可经配置以执行步骤2906。如图30中所示，绷带处理器3004接收第一长度纳米线2804、第二长度纳米线2806和绷带材料3006。绷带材料3006可包括成品绷带或可包括用于产生绷带的材料，包括本文其它地方描述或以其它方式已知的任何绷带材料。绷带处理器3004可经配置以将第一长度纳米线2804分散于绷带材料3006的成品绷带的第一区中，或可经配置以制造包括第一长度纳米线2804分散于第一区中的绷带。
举例来说，在绷带处理器3004接收成品绷带的一个实施例中，可将第一长度纳米线2804以固体或液体形式倾倒或喷射到成品绷带上(例如可使包括第一长度纳米线2804的液体流经绷带，留下第一长度纳米线2804包埋于绷带的第一区中)。在绷带处理器3004接收绷带材料的一个实施例中，可将第一长度纳米线2804涂覆于绷带材料的第一区(例如涂布其上、流经等)，且接着可利用绷带处理器3004将绷带材料制成成品绷带。相关领域的技术人员应知道如何配置绷带处理器3004以由绷带材料制造绷带(例如通过将纤维编织成绷带等)。
在步骤2908中，将第二多个纳米线分散于绷带材料的第二区中。举例来说，绷带处理器3004可经配置以执行步骤2908。类似于步骤2906，绷带处理器3004可经配置以将第二长度纳米线2806分散于绷带材料3006的成品绷带的第二区中，或可经配置以制造包括第二长度纳米线2806分散于第二区中的绷带。
以如上所述的类似方式，可将第二长度纳米线2806以固体或液体形式倾倒或喷射在成品绷带上。在绷带处理器3004接收绷带材料的一个实施例中，可将第二长度纳米线2806涂覆于绷带材料的第二区(例如涂布其上、流经等)，且接着可利用绷带处理器3004将绷带材料制成成品绷带。如图26中所示，绷带处理器3004产生止血绷带2800。
在实施例中，分散有第一和第二长度纳米线2804和2806的第一和第二区在空间上可按任何方式布置。举例来说，在一个实施例中，第一区可为止血绷带2800的内部区且第二区可为绷带2800的外部区。举例来说，图31显示根据实施例的止血绷带3100的方框图横截面视图，所述止血绷带3100是止血绷带2800的一个实例。如图31中所示，止血绷带3100包括第一长度纳米线2804、绷带材料3102和第二长度纳米线2806。绷带材料3102在绷带材料3102的内部区3104中含有第一长度纳米线2804。第二长度纳米线2806含于形成于绷带材料3102表面上方的涂层3106中。
止血绷带3100相对于不包括止血元件的绷带增加血液凝结速率。较长纳米线(诸如第二长度纳米线2806)的组织粘附能力相对于较短纳米线(诸如第一长度纳米线2804)较高，且通过位于涂层3106中来增强止血绷带3100的组织粘附。此外，较短长度纳米线(诸如第一长度纳米线2804)更易通过浸泡、过滤或其它程序以高浓度合并于绷带材料中，且因此使止血绷带3100能够含有相对于单独第二长度纳米线2806更大总量的纳米线(和纳米线的总表面积)。
应注意，步骤2906和2908可分开或同时执行来形成止血绷带3100。举例来说，可首先执行步骤2906以将第一长度纳米线2804分散于绷带材料3102的内部区3104中，且随后可执行步骤2908以在绷带材料3102的表面上形成含有第二长度纳米线2806的涂层3106。在一个同时分散实施例中，参考图30，可利用绷带处理器3004将第一和第二长度纳米线2804和2806混合在一起，且可将混合物涂覆于绷带材料3006。因为第一长度纳米线2804小于第二长度纳米线2806，所以第一长度纳米线2804可渗透到绷带材料3102进入内部区3104中，而绷带材料3006(例如纤维材料等)可阻止第二长度纳米线2806渗透到绷带材料3102中，因为其尺寸较大，且因此第二长度纳米线2806停留在绷带材料3102的表面。
在另一个实施例中，第一区可为止血绷带2800表面的中心区，而第二区可为绷带2800表面的周边区。举例来说，图32显示根据实施例的止血绷带3200表面的视图，所述止血绷带3200是止血绷带2800的一个实例。如图32中所示，止血绷带3200包括第一长度纳米线2804、绷带材料3202和第二长度纳米线2806。绷带材料3102在绷带材料3202表面的中心区3204中含有第一长度纳米线2804。第二长度纳米线2806含于绷带材料3202表面的周边区3206中。
因为较长纳米线(诸如第二长度纳米线2806)的组织粘附能力相对于较短纳米线较高，所以周边区3206可比中心区3204更好地粘附于个体，从而在可与个体伤口邻接定位的中心区3204周围与个体组织形成密封。
第一和第二长度纳米线2804和2806以及任选其它长度的纳米线在止血绷带中可以任何组合和相对定位使用。不同长度的纳米线可在空间上以受控的方式分布于绷带中以赋予绷带不同部分不同程度的凝血加速和组织粘附。此外，在实施例中，可使用层压材料。
例示性止血外科缝合钉和缝合线实施例
在实施例中，可用止血纳米材料功能化用于缝合伤口的外科缝合钉和缝合线以增强凝血。举例来说，图33显示例示性外科缝合钉3300的透视图。如图33中所示，外科缝合钉3300包括主体3302，所述主体3302具有基础部分3304、第一腿3306和第二腿3308。基础部分3304具有相对的第一和第二表面3310和3312。第一腿3306从第一表面3310的第一端3314以第一角度(例如在图33中为90度)延伸，而第二腿3306从第一表面3308的第二端3316以第二角度(例如在图33中为90度)延伸。第一和第二腿3306和3308各在远离基础部分3304延伸的相应末端具有相应的尖端部分3318和3320。虽然外科缝合钉3300在图33中显示为弯曲、成型或以其它方式形成呈矩形状的平面件(flat piece)，但外科缝合钉3300可具有其它形状，包括呈曲线形和/或圆形。外科缝合钉3300可由非可再吸收材料(诸如金属或聚合物)制造，或可由可再吸收材料制造。
当外科缝合钉3300施用于个体时，外科缝合钉3300的尖端部分3318和3320穿透个体的组织，致使腿3306和3308至少部分穿透个体。接着腿3306和3308(和/或基础部分3304)弯曲以使尖端部分3318和3320彼此靠近、彼此重叠、弯曲错过彼此，和/或相互接触，以便外科缝合钉3300结合于个体、紧抓基础部分3304桥连的伤口的一部分。
在实施例中，可用止血纳米结构功能化外科缝合钉3300以便在使用缝合钉3300时能够相对于非止血缝合钉更快地凝血。举例来说，在一个实施例中，可执行图34中所示的步骤3400。在步骤3400中，给外科缝合钉的至少一部分涂布纳米结构层。可给外科缝合钉3300的任何部分涂布纳米结构层，包括表面3310(所述表面3310在使用缝合钉3300时与组织接触)、腿3306和3308(所述腿3306和3308在使用缝合钉3300时穿透组织)、外科缝合钉3300的其它部分、整个外科缝合钉3300等。
可以任何方式执行步骤3400。举例来说，图35显示根据本发明例示性实施例的缝合钉涂布***3500。在一个实施例中，缝合钉涂布***3500可执行步骤3400。如图34中所示，***3500包括涂布机3502。涂布机3502接收纳米结构3504和缝合钉3506。涂布机3502经配置以给缝合钉3506涂布纳米结构3504，从而产生涂布过的缝合钉3508。在实施例中，涂布机3502可经配置以涂布缝合钉3506各缝合钉的一部分或整体。涂布机3502可以任何方式给缝合钉3506涂布纳米结构3504，包括喷涂或将缝合钉3506浸泡在包括纳米结构3504的液体中，接着进行干燥过程；或根据任何其它适合的技术。在一个实施例中，缝合钉3506可被赋予第一电荷(正电荷或负电荷)，而纳米结构3504可被赋予相反的第二电荷，以将纳米结构3504吸引于缝合钉3506上。
在另一个实施例中，缝合钉涂布***3500可经配置以通过使纳米结构直接在缝合钉3506上生长来执行步骤3400。缝合钉涂布***3500可使用任何适合的纳米结构生长技术，包括本文其它地方描述的技术(包括本文其它地方参考的文献中揭示的生长技术)。
在一个实施例中，可改变外科缝合钉3300的形状以使附加的纳米结构能够涂布外科缝合钉3300，且从而与个体接触。举例来说，图36显示根据本发明例示性实施例的外科缝合钉3600的透视图，所述外科缝合钉3600是外科缝合钉3300的改变形式。外科缝合钉3600类似于外科缝合钉3300，其中差异如下所述。如图33中所示，外科缝合钉3300的基础部分3304的宽度(垂直于沿基础部分3304穿过第一和第二端3314和3316的轴)实质上等于腿3306和3308的宽度。如图36中所示，外科缝合钉3600的基础部分3304比外科缝合钉3300的基础部分3304宽。外科缝合钉3600的基础部分3304具有第一宽度3602(垂直于穿过第一和第二端3314和3316的第一轴)，且第一和第二腿3306和3308各具有位于基础部分3304与尖端部分3318和3320之间的第二宽度3604(平行于第一宽度3602)。基础部分3304的第一宽度3602大于第一和第二腿3306和3308的第二宽度3604。以此方式，图36中基础部分3304的表面3310和3312的表面积大于图34中基础部分3304的表面3310和3312，且因此可涂以更多量的纳米结构。
举例来说，图37显示图36的外科缝合钉3600，其中基础部分3304的第一表面3310涂有纳米结构层3702。当外科缝合钉3600施用于个体时，基础部分3310的第一表面3310通常与个体的组织接触。如本文所述，在这种情况下，纳米结构层3702与组织接触，使纳米结构能够提供增强的凝血。纳米结构可为本文所述的任何类型的纳米结构，包括硅纳米线、硅纳米纤维、硅纳米粒子、钾纳米纤维、具有薄氧化物层的纳米线/纳米纤维/纳米粒子等。
以如上所述的类似方式，可用止血纳米材料功能化用于将组织中的伤口合在一起的线/缝合线以便增强凝血。举例来说，图38显示根据本发明例示性实施例经纳米结构层3802涂布过的缝合线3800的一部分。缝合线3800可由本文其它地方描述或以其它方式已知的任何适合的可再吸收材料制成，包括天然或合成可再吸收材料，诸如聚乙醇酸、聚乳酸或己内酯。或者，缝合线3800可由本文其它地方描述或以其它方式已知的任何适合的非可再吸收材料制成，包括人造纤维，诸如聚丙烯、聚酯、尼龙、不锈钢等。可根据类似于图35中所示的缝合钉涂布***3500的涂布***，给缝合线3800涂布纳米结构层。
功能化的纳米结构实施例
在实施例中，如本文所述的与结构/材料合并形成止血剂的纳米结构可经其它材料功能化。这些其它材料可改良和/或修改纳米结构的特征。图39显示根据本发明实施例的经材料3904功能化的纳米纤维3900的一部分的表面3902。
纳米结构(诸如纳米纤维3900)提供开发用于附着生物分子的可使用任何数量的涂布或功能化化学(例如生长氮化物或碳化物层以提高强度和耐久性；生长氧化钛、银、锌等层以提高与现有植入材料(例如钛)的生物相容性；和/或生长特定有机硅烷以促进键联化学，诸如疏水性和/或亲水性涂层；等)容易地进行改性的外表面。举例来说，可用涂布材料功能化纳米纤维表面以使其变得疏水、疏脂或两憎。涂布材料可包含例如陶瓷、聚合物、无机材料、有机材料或有机/无机混合材料，包括例如Teflon
Figure GPA00001143604800291
、Tri-sil、十三氟-1，1，2，2-四氢辛基-1-三氯硅烷、含氟化合物、含硅烷化合物、PTFE、六甲基二硅氮烷、含脂肪族烃分子、含芳香族烃分子、含卤素分子和聚对二甲苯(paralyene)。
如本文所述的与结构/材料合并形成止血剂的纳米结构(诸如纳米纤维3900)可进一步或替代地用一种或一种以上止血剂功能化以改良和/或改变其止血特征。举例来说，可用以下来功能化纳米结构：钾、纤维蛋白、纤维蛋白原、凝血酶、微纤维胶原蛋白、多糖、壳聚糖、沸石、无水硫酸铝、二氧化钛、抗纤维蛋白溶解剂和/或本文其它地方提及或以其它方式已知的其它止血剂。
根据本发明实施例的纳米结构可经功能化以靶向特定细胞、组织或器官，使绷带能更好地粘附和/或出于其它原因功能化。举例来说，已知用于将药物精确传递到特定细胞或器官的技术和化学。参看例如科顿(Cotten)等人，酶学方法(Methods Enzym.)217：618，1993，其内容以全文引用的方式并入本文中。纳米结构可通过沿各纳米线的长度对区段进行“设计”来允许对不同分子进行不同的官能化和靶向传递。举例来说，纳米线的不同区段可由不同材料制成，且不同材料可经选择以使得其对不同的功能联结剂或功能部分具有不同亲和力。
可用于功能化纳米结构的材料的实例和用于官能化纳米结构的例示性技术描述于题为“纳米结构化表面的医学装置应用(Medical Device Applications of NanostructuredSurfaces)”的美国公开申请案第2007/0282247号中，所述申请案以全文引用的方式并入本文中。
结论
已提供本发明的例示性实施例。本发明并不限于这些实例。本文仅出于说明性目的而不是限制性目的提供这些实例。基于本文所含的教示，相关领域的技术人员将显而易知替代方案(包括本文所述方案的等效方案、延伸、变化形式、偏离方案等)。这些替代方案在本发明的范围和精神内。
本说明书中所提及的所有公开案、专利和专利申请案以引用的方式并入本文中，引用的程度就如同已特别地且个别地将各个别公开案、专利案或专利申请案以引用的方式并入一般。

Claims (88)

1.一种止血结构，其包含：
基础结构，包括第一材料；和
多个纳米结构，与所述基础结构合并，其中所述纳米结构包括纳米纤维和纳米棒中的至少一种；
其中所述纳米结构经配置以在所述止血结构与血液接触时诱导止血，所述纳米结构包括至少一种半导体材料。
2.根据权利要求1所述的止血结构，其中所述基础结构包括所述第一材料的编织或非编织纤维。
3.根据权利要求1所述的止血结构，其中所述纳米结构涂布所述基础结构。
4.根据权利要求1所述的止血结构，其中所述第一材料可再吸收。
5.根据权利要求1所述的止血结构，其中所述第一材料包括棉。
6.根据权利要求2所述的止血结构，其中所述第一材料是天然纤维。
7.根据权利要求2所述的止血结构，其中所述第一材料是合成纤维。
8.根据权利要求1所述的止血结构，其中所述第一材料包括氧化纤维素。
9.根据权利要求1所述的止血结构，其中所述第一材料包括胶原蛋白。
10.根据权利要求1所述的止血结构，其中所述第一材料包括生物来源的材料。
11.根据权利要求1所述的止血结构，其中所述第一材料是有机或无机聚合物。
12.根据权利要求2所述的止血结构，其中所述纤维是玻璃微纤维。
13.根据权利要求1所述的止血结构，其中所述止血结构是绷带。
14.根据权利要求1所述的止血结构，其中所述基础结构是绷带。
15.一种形成止血结构的方法，其包含：
合并纳米结构与第一材料以形成所述止血结构，其中所述纳米结构包括纳米纤维和纳米棒中的至少一种并且包括至少一种半导体材料。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述合并包含：
合并所述纳米结构与所述第一材料的纤维编织物以形成所述止血结构。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述合并包含：
用所述纳米结构涂布所述纤维编织物以形成所述止血结构。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述涂布包含：
在液体中声波处理经纳米结构涂布过的晶片；
过滤所述声波处理过的纳米结构；
将所述过滤的纳米结构悬浮于液体中以形成纳米结构悬浮液；
将所述纤维编织物浸泡于所述纳米结构悬浮液中；和
干燥所述浸泡过的纤维编织物。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述涂布还包含：
将所述纤维编织物安装于框架中；
其中所述浸泡包含：
浸泡所述安装于所述框架中的纤维编织物。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述涂布包含：
使用基于电荷的吸引用所述纳米结构涂布所述纤维编织物。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述涂布包含：
将所述纤维编织物浸泡在含有带正电聚合物的溶液中以赋予所述纤维编织物正电荷；
洗涤所述纤维编织物；
干燥所述纤维编织物；
将含有所述纳米结构的溶液涂覆于所述纤维编织物上，其中所述纳米结构因所述所赋予的正电荷而被吸引到所述纤维编织物上，从而涂布所述纤维编织物；
保温所述涂布过的纤维编织物；和
干燥所述涂布过的纤维编织物。
22.一种止血剂，其包含：
材料；和
多个纳米结构，其中所述纳米结构包括纳米纤维和纳米棒中的至少一种并且包括至少一种半导体材料；
其中所述材料和所述纳米结构形成混合物。
23.根据权利要求22所述的止血剂，其中所述材料是止血材料。
24.根据权利要求23所述的止血剂，其中所述止血材料可膨胀。
25.根据权利要求24所述的止血剂，其中所述可膨胀的止血材料是聚合物。
26.根据权利要求23所述的止血剂，其中所述止血材料是非可膨胀材料。
27.根据权利要求22所述的止血剂，其中所述材料在哺乳动物体内可再吸收。
28.根据权利要求22所述的止血剂，其中所述材料包含壳聚糖。
29.根据权利要求28所述的止血剂，其中所述材料包含壳聚糖微粒。
30.根据权利要求22所述的止血剂，其中所述材料包含生物相容性聚合物。
31.根据权利要求22所述的止血剂，其中所述纳米结构包括纳米纤维。
32.根据权利要求31所述的止血剂，其中所述纳米纤维经二氧化硅涂布。
33.根据权利要求31所述的止血剂，其中所述纳米纤维是钾纳米纤维。
34.根据权利要求31所述的止血剂，其中所述纳米纤维是经钾功能化的硅纳米纤维。
35.根据权利要求23所述的止血剂，其中所述混合物经配置用于***伤口中以堵塞所述伤口。
36.根据权利要求22所述的止血剂，其中所述材料是粉状物。
37.根据权利要求22所述的止血剂，其中所述材料是凝胶。
38.根据权利要求22所述的止血剂，其中所述材料是泡沫体。
39.根据权利要求22所述的止血剂，其中所述材料是液体。
40.根据权利要求22所述的止血剂，其中所述纳米结构经第二材料功能化。
41.根据权利要求40所述的止血剂，其中所述第二材料是止血材料。
42.一种形成止血剂的方法，其包含：
混合可膨胀止血材料与多个纳米结构，其中所述纳米结构包括纳米纤维和纳米棒中的至少一种并且包括至少一种半导体材料。
43.一种止血剂，其包含：
多个玻璃珠；和
多个纳米结构，其中所述纳米结构包括纳米纤维和纳米棒中的至少一种并且包括至少一种半导体材料；
其中所述玻璃珠和所述纳米结构组合形成混合物。
44.根据权利要求43所述的止血剂，其中至少一些所述玻璃珠的直径在3-10微米范围内。
45.根据权利要求43所述的止血剂，其中所述纳米结构包括纳米线。
46.根据权利要求45所述的止血剂，其中所述纳米线是无机物。
47.根据权利要求45所述的止血剂，其中所述纳米线包括硅。
48.根据权利要求47所述的止血剂，其中所述纳米线包含硅核心和至少一个安置在所述核心周围且包含二氧化硅的外壳层。
49.一种形成止血剂的方法，其包含：
混合多个玻璃珠与多个纳米结构，其中所述纳米结构包括纳米纤维和纳米棒中的至少一种并且包括至少一种半导体材料。
50.一种止血剂，其包含：
多个止血粒子；
其中各止血粒子包含涂有止血材料的核心材料；和
其中所述核心材料的再吸收速率大于所述止血材料的再吸收速率；并且
其中所述止血剂进一步包含多个纳米结构，所述纳米结构包括纳米纤维和纳米棒中的至少一种并且包括至少一种半导体材料。
51.根据权利要求50所述的止血剂，其中所述核心材料是聚合物。
52.根据权利要求50所述的止血剂，其中所述止血材料包含二氧化硅。
53.根据权利要求50所述的止血剂，其中所述止血材料包含旋涂玻璃。
54.根据权利要求50所述的止血剂，其中所述多个纳米结构与所述多个粒子混合。
55.根据权利要求54所述的止血剂，其中所述纳米结构包括纳米纤维。
56.根据权利要求55所述的止血剂，其中所述纳米纤维经二氧化硅涂布。
57.一种形成止血剂的方法，其包含：
通过用止血材料涂布可再吸收核心材料粒子形成多个止血粒子；
其中所述核心材料的再吸收速率大于所述止血材料的再吸收速率，并且其中所述止血剂进一步包含多个纳米结构，所述纳米结构包括纳米纤维和纳米棒中的至少一种并且包括至少一种半导体材料。
58.根据权利要求57所述的方法，其中所述止血材料包含二氧化硅，其中所述形成包含：
通过用二氧化硅涂布可再吸收核心材料粒子形成所述多个止血粒子。
59.根据权利要求57所述的方法，其中所述止血材料包含旋涂玻璃，其中所述形成包含：
通过用旋涂玻璃涂布可再吸收核心材料粒子形成所述多个止血粒子。
60.一种止血绷带，其包含：
绷带材料；和
纳米粉末，其由具有薄氧化物外层的纳米粒子形成，其中所述纳米粒子具有纳米结构，所述纳米结构包括纳米纤维和纳米棒中的至少一种并且包括至少一种半导体材料；
其中所述纳米粉末分散于所述绷带材料中。
61.根据权利要求60所述的止血绷带，其中所述纳米粒子的所述薄氧化物层是天然存在的氧化物层。
62.根据权利要求60所述的止血绷带，其还包含：
所述绷带材料表面上的纳米线涂层。
63.根据权利要求62所述的止血绷带，其中所述纳米线具有二氧化硅外层。
64.一种形成止血绷带的方法，其包含：
在绷带材料中分散由具有薄氧化物外层的纳米粒子形成的纳米粉末，其中所述纳米粒子具有纳米结构，所述纳米结构包括纳米纤维和纳米棒中的至少一种并且包括至少一种半导体材料。
65.根据权利要求64所述的方法，其中所述纳米粒子的所述薄氧化物层是天然存在的氧化物层，所述分散包含：
在所述绷带材料中分散所述具有所述天然存在的氧化物层的纳米粒子。
66.根据权利要求64所述的方法，其还包含：
用纳米线涂布所述绷带材料的表面。
67.根据权利要求66所述的方法，其中所述纳米线具有二氧化硅外层，所述涂布包含：
用所述具有所述二氧化硅外层的纳米线涂布所述绷带材料的所述表面。
68.根据权利要求64所述的方法，其还包含：
研磨硅晶片以产生所述纳米粉末。
69.一种止血绷带，其包含：
绷带材料；和
第一多个纳米线，形成为各具有第一长度；和
第二多个纳米线，形成为各具有第二长度，其中所述第二长度大于所述第一长度；
其中所述第一多个纳米线分散于所述绷带材料的第一区中，而所述第二多个纳米线分散于所述绷带材料的第二区中，
其中所述第一多个纳米线和所述第二多个纳米线包括至少一种半导体材料。
70.根据权利要求69所述的止血绷带，其中所述第一区是内部区且所述第二区是所述绷带材料表面上的涂层。
71.根据权利要求69所述的止血绷带，其中所述绷带材料具有相对的第一与第二表面，其中所述第一区是所述第一表面的中心区且所述第二区是所述第一表面的周边区。
72.根据权利要求69所述的止血绷带，其中所述绷带材料是明胶绷带材料或胶原蛋白绷带材料。
73.一种形成止血绷带的方法，其包含：
将形成为各具有第一长度的第一多个纳米线分散于绷带材料的第一区中；和
将形成为各具有第二长度的第二多个纳米线分散于所述绷带材料的第二区中，
其中所述第一多个纳米线和所述第二多个纳米线包括至少一种半导体材料。
74.根据权利要求73所述的方法，其中所述将形成为各具有第一长度的第一多个纳米线分散于绷带材料的第一区中包含：
将所述第一多个纳米线分散于所述绷带材料的内部区中；和
其中所述将形成为各具有第二长度的第二多个纳米线分散于所述绷带材料的第二区中包含：
将所述第二多个纳米线涂覆于所述绷带材料上以在所述绷带材料的表面上形成涂层。
75.根据权利要求73所述的方法，其中所述绷带材料具有相对的第一与第二表面，其中所述将形成为各具有第一长度的第一多个纳米线分散于绷带材料的第一区中包含：
将所述第一多个纳米线涂覆于所述绷带材料的所述第一表面的中心区中；和
其中所述将形成为各具有第二长度的第二多个纳米线分散于所述绷带材料的第二区中包含：
将所述第二多个纳米线涂覆于所述绷带材料的所述第一表面的周边区中。
76.根据权利要求73所述的方法，其中所述绷带材料是明胶绷带材料。
77.一种外科缝合钉，其包含：
主体，其具有基础部分、第一腿和第二腿，所述第一腿从所述基础部分的第一表面的第一端以第一角度延伸，而所述第二腿从所述基础部分的所述第一表面的第二端以第二角度延伸；和
纳米结构层，其涂布所述主体的至少一部分，其中所述纳米结构包括纳米纤维和纳米棒中的至少一种并且包括至少一种半导体材料。
78.根据权利要求77所述的外科缝合钉，其中所述纳米结构层涂布所述基础部分的所述第一表面。
79.根据权利要求78所述的外科缝合钉，其中所述基础部分具有穿过所述第一端和所述第二端的第一轴，所述基础部分的所述第一表面具有垂直于所述第一轴的第一宽度，所述第一和第二腿各具有平行于所述第一宽度且位于所述基础部分与相应尖端部分之间的第二宽度，且所述第一宽度大于所述第二宽度。
80.根据权利要求77所述的外科缝合钉，其中所述纳米结构包括纳米纤维。
81.根据权利要求80所述的外科缝合钉，其中所述纳米纤维具有二氧化硅外层。
82.一种形成止血外科缝合钉的方法，其包含：
接收外科缝合钉，所述外科缝合钉具有基础部分、第一腿和第二腿，所述第一腿从所述基础部分的第一表面的第一端以第一角度延伸，而所述第二腿从所述基础部分的所述第一表面的第二端以第二角度延伸；和
用纳米结构层涂布所述外科缝合钉的至少一部分，其中所述纳米结构包括纳米纤维和纳米棒中的至少一种并且包括至少一种半导体材料。
83.根据权利要求82所述的方法，其中所述涂布包含：
用所述纳米结构层涂布所述基础部分的所述第一表面。
84.根据权利要求83所述的方法，其中所述基础部分具有穿过所述第一端和所述第二端的第一轴，所述基础部分的所述第一表面具有垂直于所述第一轴的第一宽度，所述第一和第二腿各具有平行于所述第一宽度且位于所述基础部分与相应尖端部分之间的第二宽度，所述方法还包含：
形成所述外科缝合钉以便所述第一宽度大于所述第二宽度。
85.根据权利要求82所述的方法，其中所述纳米结构包括纳米纤维，其中所述涂布包含：
用所述纳米纤维涂布所述外科缝合钉的所述至少一部分。
86.根据权利要求85所述的方法，其中所述纳米纤维具有二氧化硅外层，其中所述涂布包含：
用所述二氧化硅涂布过的纳米纤维涂布所述外科缝合钉的所述至少一部分。
87.一种外科缝合线，其包含：
线；和
纳米结构层，其涂布所述线的至少一部分，其中所述纳米结构包括纳米纤维和纳米棒中的至少一种并且包括至少一种半导体材料。
88.一种形成止血外科缝合线的方法，其包含：
用纳米结构层涂布线的至少一部分，其中所述纳米结构包括纳米纤维和纳米棒中的至少一种并且包括至少一种半导体材料。
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