CN104013991A - 改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的制备方法，它涉及一种止血材料的制备方法，属于生物医用复合材料技术领域。本发明是为了解决现有藻酸盐材料止血效果不理想、结构完整性、机械强度和稳定性较低的技术问题。本发明材料的制备方法如下：一、再生纤维素改性；二、氧化再生纤维素钠/海藻酸钠水溶液制备；三、止血复合材料成型；四、止血复合材料交联固化处理。本发明改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料，通过TEMPO-NaClO-NaBr氧化体系的选择性氧化，在再生纤维素分子的C6位上引入羧酸钠结构，提高了所得改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的止血性能、结构完整性、机械强度和稳定性，克服了普通藻酸盐无纺布材料湿态強度不够、机械完整性低、易变形的缺点。

Description

改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种止血材料的制备方法，属于生物医用复合材料技术领域。

背景技术

海藻酸是由甘露糖醛酸和古罗糖醛酸构成的多糖，已被用作敷料基体材料几十年。作为敷料基质，海藻酸是高度生物相容的，可以吸收大量的伤口渗出液形成凝胶，为伤口愈合提供一个“湿润”的愈合环境，保护伤口创面，降低伤口感染率，促进伤口愈合，减少换敷料过程中病人的不适。海藻酸的这些优越性能为其在医用敷料方面的应用带来了广阔的前景。

然而纯的藻酸盐基材料存在湿态强度和机械完整性较低、柔顺性较差以及止血性能有限的问题。聚合物共混或复合是解决这些问题的常用方法。目前，在一些公开或授权的发明专利中，已经使用天然或合成高分子材料，如壳聚糖(CN1167366 C；CN102824303 A；CN102886070 A；CN100463673 C)、胶原蛋白(CN1167366 C)、明胶(CN102824303 A；CN100463673 C)、聚乙烯醇(CN101445636 A；CN102274540 A)、果胶(CN102274540 A)、纤维素纤维(CN102492925 A)、丝素蛋白(CN103463668 A)、透明质酸(CN103483625 A)等来共混或复合改性藻酸盐基材料的性能。但是上面这些共混或复合改性的材料也存在着一些问题，比如胶原蛋白和明胶的使用存在免疫性风险；壳聚糖虽然能显著提高材料的抗菌性，但是机械强度、止血性能改善有限；聚乙烯醇能够提高材料的机械强度，但对止血性则没有显著提高作用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有藻酸盐材料止血效果不理想、结构完整性、机械强度和稳定性较低的技术问题，提供了一种改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的制备方法。

改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

一、再生纤维素改性：将质量比为1∶10的2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物和NaBr溶于水得混合液，混合液中2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物和NaBr的总质量总浓度为0.5～2％，再将再生纤维素纤维针织物浸入，调节溶液的pH值为10～11，恒温震荡，加入NaClO溶液，所加NaCLO溶液中有效氯的质量为2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物和NaBr质量总和的2～4倍，滴加NaOH溶液控制反应体系的pH值为10～11，然后将反应液倾入过量无水乙醇中，然后抽滤，用无水乙醇冲洗至产物成中性，然后将产物置入真空恒温干燥箱在30～45℃下干燥25～40h，得到氧化再生纤维素钠；

二、氧化再生纤维素钠/海藻酸钠水溶液制备：将氧化再生纤维素钠与海藻酸钠粉末按照质量比为1～6∶9的比例配成氧化再生纤维素钠和海藻酸钠总质量浓度为1.5～5％的共混溶液，在30～50℃下搅拌至混合均匀，得到氧化再生纤维素钠/海藻酸钠混合水溶液；

三、止血复合材料成型：将氧化再生纤维素钠/海藻酸钠混合水溶液倒入模具中，在-10℃～-20℃预冻40～20小时，预冻完成后将模具置于冷冻干燥机中，在温度为-56℃～-20℃、真空度为10～40Pa的条件下，处理20～40h，干燥后脱模，得到成型的氧化再生纤维素钠/海藻酸钠复合材料；

四、止血复合材料交联固化处理：将成型的氧化再生纤维素钠/海藻酸钠复合材料浸于质量浓度为3～15％的氯化钙乙醇溶液中，室温下交联固化2～8小时，然后在空气中自然晾干，得到改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料。

本发明可以通过控制氧化再生纤维素钠/海藻酸钠的比例和共混溶液的总浓度调控改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的结构和性能。与现有技术相比，本发明方法的有益效果：

本发明改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料，通过TEMPO-NaClO-NaBr氧化体系的选择性氧化，在再生纤维素分子的C6位上引入羧酸钠结构，赋予氧化再生纤维素钠水溶性。该水溶性特性使氧化再生纤维素钠与藻酸盐发生分子级复合(一方面参与海藻酸的交联过程；另一方面与海藻酸分子链形成半互穿聚合物网络结构)，提高了所得改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的结构完整性、机械强度和稳定性，克服了普通藻酸盐无纺布敷料湿态強度不够、机械完整性低、易变形的缺点。

本发明改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料中的氧化再生纤维素钠由于具有水溶性特征，因此在与出血创面接触后，遇血膨胀并溶解，能够迅速吸收血液中水分，使血液浓缩，粘度增大，血液流速减缓；溶解后能形成粘性很强的胶体，进而能很好地堵塞压迫毛细血管。另一方面，本发明改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料中藻酸盐所含的Ca²⁺的释放，能促进凝血酶原激活物的形成，加速止血进程。因此，改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料具有氧化再生纤维素钠和藻酸盐的双重止血作用，使止血时间大大缩短，达到快速止血的效果，克服了普通藻酸盐无纺布敷料止血机理单一、止血速度慢以及止血效果有限的缺点。

本发明改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的制备过程无需特殊设备、反应条件温和、工艺成熟、适合于改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的规模化生产。

附图说明

图1是实验一中制备的氧化再生纤维素钠的FTIR谱图；

图2是实验一中未改性再生纤维素、氧化再生纤维素钠的CP/MAS 13C-NMR波谱图，图中a表示未改性再生纤维素的CP/MAS 13C-NMR波谱图，b表示氧化再生纤维素钠的CP/MAS 13C-NMR波谱图；

图3是实验一中制备的改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的弯折数码照片。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

一、氧化再生纤维素钠/海藻酸钠水溶液制备：将氧化再生纤维素钠与海藻酸钠粉末按照质量比为1～6∶9的比例配成氧化再生纤维素钠和海藻酸钠总质量浓度为1.5～5％的共混溶液，在30～50℃下搅拌至混合均匀，得到氧化再生纤维素钠/海藻酸钠混合水溶液；

二、止血复合材料成型：将氧化再生纤维素钠/海藻酸钠混合水溶液倒入模具中，在-10℃～-20℃预冻40～20小时，预冻完成后将模具置于冷冻干燥机中，在温度为-56℃～-20℃、真空度为10～40Pa的条件下，处理20～40h，干燥后脱模，得到成型的氧化再生纤维素钠/海藻酸钠复合材料；

三、止血复合材料交联固化处理：将成型的氧化再生纤维素钠/海藻酸钠复合材料浸于质量浓度为3～15％的氯化钙乙醇溶液中，室温下交联固化2～8小时，然后在空气中自然晾干，得到改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中将氧化再生纤维素钠与海藻酸钠粉末按照质量比为2∶9的比例配成共混溶液。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤一中在40℃下搅拌至混合均匀。其它与具体实施方式一或二之一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二中在-12℃～-18℃预冻38～22小时。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中在-15℃预冻30小时。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤三中氯化钙乙醇溶液的质量浓度为10％。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤三中在室温下交联固化5小时。其它与具体实施方式一至六之一相同。

采用下述实验验证本发明效果:

实验一：

改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

一、再生纤维素改性：将质量比为1∶10的2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物(TEMPO)和NaBr溶于水得混合液，混合液中2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物和NaBr的总质量总浓度为0.5％，再将再生纤维素纤维针织物浸入，调节溶液的pH值为10，恒温震荡，加入NaClO溶液，所加NaCLO溶液中有效氯的质量为2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物和NaBr质量总和的2倍，滴加NaOH溶液控制反应体系的pH值为10，然后将反应液倾入过量无水乙醇中，然后抽滤，用无水乙醇冲洗至产物成中性，然后将产物置入真空恒温干燥箱在30℃下干燥40h，得到氧化再生纤维素钠；

二、氧化再生纤维素钠/海藻酸钠水溶液制备：将0.8g氧化再生纤维素钠与1.2g海藻酸钠粉末配成氧化再生纤维素钠和海藻酸钠总质量浓度为1.5％的共混溶液，在40℃下搅拌至混合均匀，得到氧化再生纤维素钠/海藻酸钠混合水溶液；

三、止血复合材料成型：将氧化再生纤维素钠/海藻酸钠混合水溶液倒入模具中，在-10℃预冻20小时，预冻完成后将模具置于冷冻干燥机中，在温度为-56℃、真空度为30Pa的条件下，处理40h，干燥后脱模，得到成型的氧化再生纤维素钠/海藻酸钠复合材料；

四、止血复合材料交联固化处理：将成型的氧化再生纤维素钠/海藻酸钠复合材料浸于质量浓度为15％的氯化钙乙醇溶液中，室温下交联固化2小时，然后在空气中自然晾干，得到改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料(产品A)。

由图1看出TEMPO-NaClO-NaBr氧化体系制备的氧化再生纤维素钠盐，在1415cm^-1处有一强度中等的吸收峰；在1605cm^-1处有高强度的吸收峰，二者均为-COO-的特征峰，证明再生纤维素被改性成了氧化再生纤维素钠盐。

为了验证氧化再生纤维素钠结构生成的高度选择性，对实验一制备的氧化再生纤维素钠进行CP/MAS 13C-NMR波谱研究。将测试样品研磨成粉末状，装入到ZrO₂转子中，在核磁共振光谱仪AvanceⅡ型(购自于瑞士Bruker公司)上测定(购自于瑞士Bruker公司)。

由图2可知，与未改性的再生纤维素相比较，氧化再生纤维素钠盐样品在化学位移60ppm的C-6位的伯羟基峰强度由于氧化而降低，并且178ppm处出现了C-6位羧基碳的峰，而其它位置碳的峰位则没有变化。因此，TEMPO-NaClO-NaBr氧化体系在氧化再生纤维素纤维时，只是把C-6位伯羟基高效率的氧化为羧酸钠结构，而C-2、C-3位仲羟基不被氧化。

用镊子按压本实验制备的改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料发现其质地柔软富有弹性，可随意弯折而不出现裂缝，且任意折后可恢复(如图3)。因此所得改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料改善了纯藻酸盐材料的脆性，其机械强度可满足使用要求。

实验二：

改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

一、再生纤维素改性：将质量比为1∶10的2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物和NaBr溶于水，得混合液，混合液中2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物和NaBr的总质量总浓度为0.52％，再将再生纤维素纤维针织物浸入，调节溶液的pH值为11，恒温震荡，加入NaClO溶液，所加NaCLO溶液中有效氯的质量为2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物和NaBr质量总和的4倍，滴加NaOH溶液控制反应体系的pH值为11，然后将反应液倾入过量无水乙醇中，然后抽滤，用无水乙醇冲洗至产物成中性，然后将产物置入真空恒温干燥箱在35℃下干燥30h，得到氧化再生纤维素钠；

二、氧化再生纤维素钠/海藻酸钠水溶液制备：将0.2g氧化再生纤维素钠与1.8g海藻酸钠粉末配成氧化再生纤维素钠和海藻酸钠总质量浓度为5％的共混溶液，在40℃下搅拌至混合均匀，得到氧化再生纤维素钠/海藻酸钠混合水溶液；

三、止血复合材料成型：将氧化再生纤维素钠/海藻酸钠混合水溶液倒入模具中，在-10℃预冻20小时，预冻完成后将模具置于冷冻干燥机中，在温度为-56℃、真空度为30Pa的条件下，处理40h，干燥后脱模，得到成型的氧化再生纤维素钠/海藻酸钠复合材料；

四、止血复合材料交联固化处理：将成型的氧化再生纤维素钠/海藻酸钠复合材料浸于质量浓度为3％的氯化钙乙醇溶液中，室温下交联固化8小时，然后在空气中自然晾干，得到改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料(产品B)。

实验三：

改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

一、再生纤维素改性：将质量比为1∶10的2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物和NaBr溶于水得混合液，混合液中2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物和NaBr的总质量总浓度为1％，再将再生纤维素纤维针织物浸入，调节溶液的pH值为10.5，恒温震荡，加入NaClO溶液，所加NaCLO溶液中有效氯的质量为2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物和NaBr质量总和的3倍，滴加NaOH溶液控制反应体系的pH值为10.5，然后将反应液倾入过量无水乙醇中，然后抽滤，用无水乙醇冲洗至产物成中性，然后将产物置入真空恒温干燥箱在40℃下干燥25h，得到氧化再生纤维素钠；

二、氧化再生纤维素钠/海藻酸钠水溶液制备：将0.5g氧化再生纤维素钠与1.5g海藻酸钠粉末配成氧化再生纤维素钠和海藻酸钠总质量浓度为2.5％的共混溶液，在40℃下搅拌至混合均匀，得到氧化再生纤维素钠/海藻酸钠混合水溶液；

三、止血复合材料成型：将氧化再生纤维素钠/海藻酸钠混合水溶液倒入模具中，在-10℃预冻20小时，预冻完成后将模具置于冷冻干燥机中，在温度为-56℃、真空度为30Pa的条件下，处理40h，干燥后脱模，得到成型的氧化再生纤维素钠/海藻酸钠复合材料；

四、止血复合材料交联固化处理：将成型的氧化再生纤维素钠/海藻酸钠复合材料浸于质量浓度为10％的氯化钙乙醇溶液中，室温下交联固化5小时，然后在空气中自然晾干，得到改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料(产品C)。

通过“吸水-脱水”循环验证本发明产品的结构完整性和机械稳定性。将材料切成2.0cm×2.0cm大小的样品，然后置于水中30分钟取出，用滤纸吸干样品表面的水称重。通过公式(1)计算吸水量(WA)，每个样品测5次，取平均值作为测量结果。然后将吸水后的样品干燥至恒重，再次测试其吸水性，并按上述方法循环10次。

$\mathrm{WA}=\frac{M_w-M_d}{M_d}---\left(1\right)$

式中M_w——样品吸水后的重量

M_d——样品吸水前干重

表1 材料不同重复吸水-脱水循环后的吸水性数据

由表1可知，本发明产品A、B、C重复吸水-脱水循环10此以后的吸水量下降百分比分别为19％、16％、17％，均仍保持较高的吸水率，表明其在多次使用后内部孔径仍没有崩塌，因此本发明产品具有保持结构完整、机械稳定性的有益效果。

止血效果验证：止血时间分为兔耳动脉止血模型和兔肝部止血模型两类，两类模型实验前的动物准备过程均如下所述：将测试材料剪成2.0cm×2.0cm大小若干块，称重、灭菌、备用。选取体重3.0-3.5kg的新西兰兔分为若干组(依据测试材料种类数量而定)，每组5只，对比本发明三个实验所制备的三种产品A、B与C和市售敷料的止血效果。

兔耳动脉止血模型：按40mg/kg剂量静脉缓慢注射戊巴比妥钠溶液麻醉动物后，将其中央耳动脉区域备皮、消毒，沿耳动脉方向切开皮肤，钝性分离出耳动脉、静脉和神经，再用手术刀横向切断动脉，待血液涌出后立即用1层测试材料贴敷于伤口表面并使用推拉力计施加3N的压力，每隔10s观察止血情况，直至最终完全止血后记录止血时间，并取下材料称重。通过公式(2)计算出血量，取5组平均值为最终结果。

m_BL＝m₁-m₀      (2)

式中m_BL——出血量；

m₁——止血后材料质量；

m₀——贴敷前材料质量。

兔肝部止血模型：动物麻醉后将其腹部朝上固定，腹部备皮尺寸约5cm×4cm，常规消毒后，于剑突下沿腹中线纵向切开皮肤，钝性分离皮下组织，暴露腹膜，纵向切开腹膜，切口长约5cm，用医用消毒纱布吸干切口部位的血液和组织液。充分暴露肝前叶，在其表面用手术刀作1.0cm×1.0cm的创口，深度约3mm，并将创面肝被膜及其下的肝组织取下。血液涌出后，立即将1层测试材料或对照样贴敷于创口表面并使用推拉力计施加3N的压力，每隔10s观察止血情况，直至最终完全止血后记录止血时间，并取下材料称重，通过公式(1)计算出血量，取5组平均值为最终结果。

表2 不同材料在不同止血模型中的平均止血时间和平均出血量

由表2试验结果证明，本发明制备的改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料A、B和C比市售普通纱布止血时间至少快31s，比市售藻酸盐敷料至少快22s，证明改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料具有氧化再生纤维素钠和藻酸盐的双重止血作用，使止血时间大大缩短，达到快速止血的效果。

Claims (7)

1.改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的制备方法，其特征在于改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

一、氧化再生纤维素钠/海藻酸钠水溶液制备：将氧化再生纤维素钠与海藻酸钠粉末按照质量比为1～6∶9的比例配成氧化再生纤维素钠和海藻酸钠总质量浓度为1.5～5％的共混溶液，在30～50℃下搅拌至混合均匀，得到氧化再生纤维素钠/海藻酸钠混合水溶液；

二、止血复合材料成型：将氧化再生纤维素钠/海藻酸钠混合水溶液倒入模具中，在-10℃～-20℃预冻40～20小时，预冻完成后将模具置于冷冻干燥机中，在温度为-56℃～-20℃、真空度为10～40Pa的条件下，处理20～40h，干燥后脱模，得到成型的氧化再生纤维素钠/海藻酸钠复合材料；

三、止血复合材料交联固化处理：将成型的氧化再生纤维素钠/海藻酸钠复合材料浸于质量浓度为3～15％的氯化钙乙醇溶液中，室温下交联固化2～8小时，然后在空气中自然晾干，得到改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料。

2.根据权利要求1所述改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中将氧化再生纤维素钠与海藻酸钠粉末按照质量比为2∶9的比例配成共混溶液。

3.根据权利要求1所述改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中在40℃下搅拌至混合均匀。

4.根据权利要求1所述改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中在-12℃～-18℃预冻38～22小时。

5.根据权利要求1所述改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中在-15℃预冻30小时。

6.根据权利要求1所述改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中氯化钙乙醇溶液的质量浓度为10％。

7.根据权利要求1所述改性再生纤维素/藻酸盐止血复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中在室温下交联固化5小时。