CN110538344A - 医用可降解止血材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型医用可降解止血材料及其制备方法。本发明采用干热交联法,对壳聚糖及其衍生物和淀粉及其衍生物进行交联,将交联后的样品通过静电液滴的方法制成微球,制球过程中使用可溶性钙盐溶液作为固定液,在微球上络合钙离子,再通过超声的方法对微球进行物理制孔,将多孔微球样品通过超临界和喷雾的方式进行干燥,采用上述方法制得的多糖复合止血材料兼具淀粉和壳聚糖的优点,止血能力强、且具有抑菌性、无毒无刺激、工艺简单、无试剂残留、无污染、成本低廉、使用方便,适用于大出血、不规则部位及脏器的快速止血,也可作为防黏连产品、止血产品和敷料产品的原材料。
Description
技术领域
本发明属于医用敷料领域,具体地说,涉及一种新型医用可降解止血材料及其制备方法。
背景技术
失血是外科手术、战伤急救、日常意外事故和自然灾害中经常遇到的问题,如果在第一时间内不能有效的控制,可能会引起患者休克,严重时甚至危及患者的生命。因此在外科手术、损伤创面及意外事故中遇到的首要问题就是止血。止血材料具有伤口止血、促进愈合的作用,目前报道的快速止血材料主要有多孔沸石、植物淀粉类、氧化再生纤维素类、胶原类材料以及壳聚糖类等。
淀粉是葡萄糖的高聚物,属于多糖类物质,在自然界中资源丰富、价格便宜,生物相容性好,能被人体内的淀粉酶水解,是一种理想的生物医用材料。淀粉分子的每个葡萄糖残基上有3个反应羟基,能够与具有单官能团或多官能团的试剂进行反应形成淀粉衍生物。
壳聚糖(chitosan)是一种常见的天然生物多糖,由自然界广泛存在的几丁质(chitin)经过脱乙酰基作用得到的,不仅具有无毒、良好的生物相容性和生物降解性,还具有抗菌、消炎、止血、减少创面渗出和促进创伤组织再生、修复、愈合的作用,并且具有柔韧性、吸水性和透气性以及多功能反应性等,在各种材料中显示优势,特别适合应用在生物医用材料领域。
目前关于淀粉和壳聚糖干热交联的研究尚未见报道,多数研究集中于淀粉-壳聚糖保鲜膜的制备以及干热技术对淀粉的性质的影响。干热技术是一种很有发展前途的变性淀粉的物理制备方法,可制备具有特定性质的淀粉产品。目前,国外淀粉的物理改性技术已成为研究热点之一,而国内相关研究较少。
美国Medafor公司生产的“Arista”可吸收性淀粉止血微球产品,尽管具有良好的止血效果,但价格昂贵并且作为体内止血材料,其粘附性、吸液性不够强,特别是表氯醇交联剂可能存在潜在的毒性。因此,亟需开发一种安全、环保、起效快、止血效果好的新型止血材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型医用可降解止血材料及其制备方法。
为了实现本发明目的,第一方面,本发明提供一种医用可降解止血材料的制备方法,包括以下步骤:
1)将壳聚糖或其衍生物与淀粉或其衍生物按一定比例混匀,经120~200℃干热处理2~6h,进行交联反应(壳聚糖分子上的-NH2与淀粉分子上的-OH结合形成氢键);
2)交联后的样品按2~10%的比例溶于水中,用静电液滴的方式将样品滴加于5~30%的可溶性钙盐溶液中,制备微球;
3)将微球在超声条件下进行物理制孔;
4)步骤3)所得多孔微球样品进行超临界干燥或喷雾干燥;
5)所得成品经灭菌,即得医用可降解止血材料(止血微球)。
前述的方法,壳聚糖或其衍生物与淀粉或其衍生物的质量比为1:10~10:1。
前述的方法,步骤2)在高压静电场中进行样品滴加,电压为20~40kV,供料速率为200~300μL/min。
前述的方法,步骤3)所述超声条件为:超声频率20~40kHz,超声功率800~1200W,超声时间10~120min。
前述的方法,步骤4)所述超临界干燥的条件为:温度40℃~60℃,真空度6~10MPa。
本发明中,壳聚糖的衍生物为羧甲基壳聚糖或壳聚糖季铵盐。
所述淀粉或其衍生物选自马铃薯淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、玉米淀粉、氧化淀粉、可溶性淀粉、预胶化羟丙基淀粉、预胶化淀粉、羧甲淀粉钠、磷酸淀粉钠等中的至少一种。
优选地,步骤2)所述可溶性钙盐溶液为氯化钙溶液。
在本发明的一个具体实施方式中,所述医用可降解止血材料的制备方法如下:
(1)交联反应:称取10g羧甲基壳聚糖与20g羧甲淀粉钠混合均匀,经135℃干热处理4h,得交联样品;
(2)制备微球:将步骤(1)所得交联样品溶于800~2000ml水中,搅拌溶解后将溶液通过静电液滴的方法滴加于15%的氯化钙溶液中,电压为40kV,供料速率为200μL/min,得到微球溶液;
(3)微球制孔:将微球溶液放入超声仪中进行常温超声,超声频率28kHz,功率1000W,超声40min,得到多孔微球;
(4)干燥:将上述多孔微球使用喷雾干燥的方式进行干燥;
(5)灭菌:将上述样品包装灭菌,即得医用可降解止血材料。
第二方面,本发明提供按照上述方法制备的医用可降解止血材料。
所述医用可降解止血材料的粒径大小为60~100μm,为类白色颗粒物。可选地,止血微球表面介孔的孔径大小为1~50nm。
第三方面,本发明提供所述医用可降解止血材料在伤口止血、促进伤口愈合中的应用。
借由上述技术方案,本发明至少具有下列优点及有益效果:
(一)本发明提供的新型医用可降解止血材料(淀粉-壳聚糖复合止血粉),具有快速大量吸收血液、抗菌性、无细胞毒性、可吸收降解、操作简单、使用方便等优点,适用于大出血、不规则部位及脏器的快速止血。
(二)本发明采用干热反应法进行交联,将淀粉(及其衍生物)和壳聚糖(及其衍生物)进行交联,制备过程未加入任何有机试剂,简化了处理工艺,同时提高了产品安全性。
(三)将淀粉及其衍生物和壳聚糖及其衍生物进行交联,使得止血材料高效止血的同时兼具抑菌作用。
(四)通过静电液滴的方式,将交联产物制成微球,可溶性钙盐溶液作为固化液,将钙离子络合到微球中,利于凝血作用。
(五)采用超声的方式对微球进行物理制孔,提高止血速率。
(六)采用喷雾和超临界的方法进行干燥,最大程度地保留产品原有的结构。
附图说明
图1为本发明较佳实施例中止血材料的降解情况。其中,A为实施例2制备的医用可降解止血材料产品,B为Arista产品。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。若未特别指明,实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段,所用原料均为市售商品。
本发明中涉及到的百分号“%”,若未特别说明,是指质量百分比;但溶液的百分比,除另有规定外,是指100mL溶液中含有溶质的克数。
实施例1医用可降解止血材料的制备
1、自交联:称取10g壳聚糖与20g羧甲淀粉钠进行混合,混匀后经120℃干热处理2h,得交联样品。
2、制备微球:将交联后的样品溶于1000ml水中,搅拌溶解后将溶液通过静电液滴的方法滴加于20%的氯化钙固化液中,电压为20kV,供料速率为300μL/min。
3、微球制孔:将微球溶液放入超声仪中进行常温超声,超声频率40kHz,功率1000W,超声20min。
4、干燥:将多孔微球使用超临界干燥的方式进行干燥,超临界干燥的条件为:温度45℃,真空度8.5MPa。
5、灭菌:将上述样品包装灭菌,得医用可降解止血材料。
实施例2医用可降解止血材料的制备
1、自交联:称取10g羧甲基壳聚糖与20g羧甲淀粉钠混合均匀,经135℃干热处理4h,得交联样品。
2、制备微球:将交联后的样品溶于2000ml水中,搅拌溶解后将溶液通过静电液滴的方法滴加于15%的氯化钙固化液中,电压为40kV,供料速率为200μL/min。
3、微球制孔:将微球溶液放入超声仪中进行常温超声,超声频率28kHz,功率1000W,超声40min。
4、干燥:将上述多孔微球使用喷雾干燥的方式进行干燥。
5、灭菌:将上述样品包装灭菌,得医用可降解止血材料。
实施例3医用可降解止血材料的制备
1、自交联:称取5g羧甲基壳聚糖与20g预胶化羟丙基淀粉混合均匀,经150℃干热处理3h,得交联样品。
2、制备微球:将交联后的样品溶于800ml水中,搅拌溶解后将溶液通过静电液滴的方法滴加于10%的氯化钙固化液中,电压为20kV,供料速率为300μL/min。
3、微球制孔:将微球溶液放入超声仪中进行常温超声,超声频率40kHz,功率1000W,超声30min。
4、干燥:将上述多孔微球使用喷雾干燥的方式进行干燥。
5、灭菌:将上述样品包装灭菌,得医用可降解止血材料。
实施例4医用可降解止血材料的制备
1、混合溶液的制备:称取5g壳聚糖季铵盐与30g羧甲淀粉钠混合均匀,经135℃干热处理4h,得交联样品。
2、制备微球:将交联后的样品溶于1500ml水中,搅拌溶解后将溶液通过静电液滴的方法滴加于25%的氯化钙固化液中,电压为40kV,供料速率为200μL/min。
3、微球制孔:将微球溶液放入超声仪中进行常温超声,超声频率28kHz,功率1000W,超声50min。
4、干燥:将上述多孔微球使用超临界干燥的方式进行干燥,超临界干燥的条件为:温度50℃,真空度7MPa。
5、灭菌:将上述样品包装灭菌,得医用可降解止血材料。
实验例5止血材料吸水倍率的测试
对上述各实施例制备的止血材料、Arista及对照品(对应于各实施例未进行干热交联的样品,即省略步骤1干热处理步骤,直接将原料进行物理混合)进行吸水倍率测试,具体公式如下:
称取供试品0.5g于100ml烧杯中,质量记为W1,加50ml去离子水,恒温下电磁搅拌30min,置于已知重量W0的砂芯漏斗中抽滤,直至没有液滴滴下,称量砂芯漏斗与淀粉总重W2,计算吸水倍率。
测试结果见表1。
表1止血材料吸水倍率
实施例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | Arista |
吸水倍率 | 22 | 34 | 19 | 20 | 15 |
对照 | 对照1 | 对照2 | 对照3 | 对照3 | / |
吸水倍率 | 10 | 12 | 8 | 10 | / |
实验例6止血材料凝血测试
对上述各实施例制备的止血材料、Arista及对照品(对应于各实施例未进行干热交联的样品,即省略步骤1干热处理步骤,直接将原料进行物理混合)进行凝血测试,具体方法如下:
按照Shih M F的实验方法,采用全血凝血指数BCI(Blood Clotting Index)对其体外凝血性进行评价。首先,抽取新鲜兔血,加入3.8%的枸橼酸钠抗凝剂备用,将0.5g样品置于50ml离心管中并保证样品全部置于离心管底部。将离心管放入37℃恒温摇床孵育5min后,将200μL新鲜抗凝兔血滴加到样品上,随即加入20μl 0.2M的CaCl2溶液,然后在37℃恒温摇床孵育。10min后,缓缓地加入25ml去离子水于离心管中,37℃恒温摇床振摇5min,转速50rpm。然后取出部分溶液,用紫外分光光度计在波长545nm处测其吸光度。另取200μl新鲜抗凝兔血于离心管中,然后加入25ml去离子水稀释,在同样的波长下测其吸光度,并将其设定为参考值。BCI的计算公式如下:
BCI=A样品/A空白×100%
凝血指数BCI值越小,表示材料的凝血效果越好。具体测试结果见表2。
表2止血材料BCI值
实验例7止血材料止血时间测试及降解情况
对上述各实施例制备的止血材料和Arista进行止血时间测试,具体方法如下:
将家兔麻醉平稳后仰卧位保定,腹部及后肢常规备皮、消毒、铺巾。在家兔后肢内侧手术切开皮肤钝性分离组织,充分暴露股血管20-25毫米。在距离暴露出的动脉/静脉8毫米处用手术刀垂直切断血管。立即用预称重纱布垫覆盖伤口清除多余的血量,然后使用约2g的止血材料,以左右肢交替的方式在每只家兔的右侧后肢使用实验组或Arista产品,并用预称重纱布按压30秒,在施压的同时开始计时。30秒后,取走纱布。如果在30秒压迫之后停止出血,则实验记录为30秒止血;如果30秒时伤口仍在出血,则继续使用该止血材料并继续施压30秒,若第二次使用止血材料后出血停止则实验记录为60秒止血;如果伤口在二次使用后伤口仍出血,则进行第三次止血材料的使用并继续施压30秒,若第三次使用止血材料后出血停止则实验记录为90秒止血;如果第三次使用止血材料后伤口仍出血则实验记录为失败,并需通过结扎血管以止血。无论是在30秒、60秒或是90秒的时间点,当伤口彻底止血后,需要采用适量灭菌生理盐水冲洗伤口表面多余的止血材料,注意需要控制液体流速,避免产生过大的冲击力,破坏血液中凝血因子形成的屏障,然后用吸引器清理液体。再观察伤口15分钟,无二次出血或渗血,则实验记录为成功止血,若发现存在二次出血或渗血,则实验记录为失败。术后24对实验动物实行安乐死并观察止血材料的降解情况。测试结果见表3,具体降解情况见图1(A和B)。
表3止血材料止血时间
实施例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | Arista |
止血时间(s) | 60 | 30 | 60 | 60 | 60 |
本发明提供的止血材料在体内24h降解完全,且组织液很少;对照组Arista产品在体内24h未降解完全,有大量可见的胶块状物质,且创面四周组织液较多。由此说明本发明提供的止血材料降解时间较短,利于组织修复。
实验例8止血材料粘度测试
对上述各实施例制备的止血材料和Arista进行止血时间测试,具体方法如下:
准确称取2.00g(干基)样品,加入100ml去离子水,配制成2%(质量百分数)的糊状溶液,室温下放置一定时间并适当搅拌,使样品完全溶解成糊,用NDJ-5S粘度计选择0号转子,30转/分测定其粘度。测试结果见表4。
表4止血材料粘度
实施例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | Arista |
粘度(mPa·s) | 8.6 | 10.8 | 5.3 | 6.2 | 5.8 |
从表4可以看出,各实施例制备的止血材料粘度均较大,这是由于实施例中分子间进行交联,高交联度的分子间排列紧凑,相互挤压时,相互作用力大,粘度提高。
本发明采用干热交联法,对壳聚糖(及其衍生物)和淀粉(及其衍生物)进行交联,并通过静电液滴的方式将交联物质制成微球体,采用可溶性钙盐溶液作为固定液,样品成球的同时络合了钙离子,钙离子作为凝血剂有利于止血材料的凝血功能,再通过超声的方法将微球制孔,可有效增加止血材料的吸水速率,利用超临界和喷雾的方式进行干燥,采用上述方法制得的淀粉-壳聚糖复合止血材料兼具淀粉和壳聚糖的优点,止血能力强、且具有抑菌性、无毒无刺激、工艺简单、无试剂残留、无污染、成本低廉,极大减少了患者的临床费用。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之做一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.医用可降解止血材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将壳聚糖或其衍生物与淀粉或其衍生物按一定比例混匀,经120~200℃干热处理2~6h,进行交联反应;
2)交联后的样品按2~10%的比例溶于水中,用静电液滴的方式将样品滴加于5~30%的可溶性钙盐溶液中,制备微球;
3)将微球在超声条件下进行物理制孔;
4)步骤3)所得多孔微球样品进行超临界干燥或喷雾干燥;
5)所得成品经灭菌,即得医用可降解止血材料。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,壳聚糖或其衍生物与淀粉或其衍生物的质量比为1:10~10:1。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤3)所述超声条件为:超声频率20~40kHz,超声功率800~1200W,超声时间10~120min。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤4)所述超临界干燥的条件为:温度40℃~60℃,真空度6~10MPa。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,壳聚糖的衍生物为羧甲基壳聚糖或壳聚糖季铵盐。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述淀粉或其衍生物选自马铃薯淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、玉米淀粉、氧化淀粉、可溶性淀粉、预胶化羟丙基淀粉、预胶化淀粉、羧甲淀粉钠、磷酸淀粉钠中的至少一种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法,其特征在于,步骤2)所述可溶性钙盐溶液为氯化钙溶液。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)交联反应:称取10g羧甲基壳聚糖与20g羧甲淀粉钠混合均匀,经135℃干热处理4h,得交联样品;
(2)制备微球:将步骤(1)所得交联样品溶于800~2000ml水中,搅拌溶解后将溶液通过静电液滴的方法滴加于15%的氯化钙溶液中,电压为40kV,供料速率为200μL/min,得到微球溶液;
(3)微球制孔:将微球溶液放入超声仪中进行常温超声,超声频率28kHz,功率1000W,超声40min,得到多孔微球;
(4)干燥:将上述多孔微球使用喷雾干燥的方式进行干燥;
(5)灭菌:将上述样品包装灭菌,即得医用可降解止血材料。
9.根据权利要求1-8任一项所述方法制备的医用可降解止血材料。
10.根据权利要求9所述的医用可降解止血材料,其特征在于,所述医用可降解止血材料的粒径大小为60~100μm;和/或
其表面介孔的孔径大小为1~50nm。
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