一种快速止血用水凝胶粉末及制备方法与应用

1.本发明属于医用高分子材料技术领域，更具体地，涉及一种快速止血用水凝胶粉末及制备方法与应用。


背景技术：

2.失血是导致死亡的罪魁祸首，及时处理伤口并快速止血是挽救生命的关键。现有的止血材料包括纱布、医用海绵、止血凝胶和止血粉。纱布和医用海绵通过大量吸收血液中的液体成分，以此提高伤口处凝血因子的浓度来促进机体自身凝血。现有的纱布和医用海绵也有基于多糖类的，通过壳聚糖或纤维素可促进红细胞和血小板聚集来加快止血速度。但纱布与医用海绵与生物组织无法形成粘附因此均需要按压辅助止血，这并不适用于体内许多不规则形状，无法按压伤口的止血，以及后续会有持续性出血的伤口。止血凝胶主要是一些医用的水凝胶粘合剂，通过与组织粘附形成一个物理屏蔽层来达到止血的目的，但出血伤口的大量血液会减弱水凝胶与组织的粘附不能达到较好的止血效果。止血粉具有方便携带，易于使用等特点，成为首选的止血材料，但现有的止血粉主要通过吸收血液中的液体成分，提高伤口处凝血因子的浓度，聚集红细胞和血小板来达到快速止血的目的，但其与组织粘附力差，易被冲走，且容易残留在体内导致炎症反应，影响伤口愈合。
3.中国专利文献公开了“一种莲子淀粉-壳聚糖复合止血粉及其制备方法”，申请专利号为cn201811379831.9。该发明提供一种莲子淀粉-壳聚糖复合止血粉及其制备方法，包括以下步骤：步骤1：将壳聚糖和超纯水混合后，搅拌水合5～7h，得到壳聚糖溶液；步骤2：将莲子淀粉加入步骤1的壳聚糖溶液中，混合，于70～90℃加热搅拌5～10min后进行高压灭菌，得到复合液；步骤3：将步骤2的复合液加入致孔剂，接着进行微流控处理，然后紫外灭菌得到莲子淀粉-壳聚糖复合止血粉。该发明制备得到的莲子淀粉-壳聚糖复合止血粉具有多孔性结构，止血快速，且生物活性高。虽然该专利在一定程度上实现了快速止血，但依然存在与组织粘附力差，易被冲走，且容易残留在体内导致炎症反应，影响伤口愈合等问题。
4.中国专利cn103386146a公开了一种制备高黏度壳聚糖快速止血贴的方法，它利用壳聚糖溶液制备壳聚糖凝胶，干燥后单面进行羧甲基化，然后沥干，并加入氯化钙溶液和凝血酶，真空干燥得到高黏度壳聚糖快速止血贴，虽然此壳聚糖止血性可与组织黏附，并在钙离子和凝血酶的促进下可以快速为伤口止血，但仍存在使用中需按压辅助，不适用于不规则伤口，且依赖壳聚糖与组织黏附强度不够的问题。


技术实现要素：

5.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止血用水凝胶粉末及制备方法与应用，其中通过对水凝胶粉末的细节组成、相应的止血作用机制等进行改进，并对制备方法进行优选控制，利用接枝有n
–
羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸类水凝胶成分(该聚丙烯酸类水凝胶成分中，除接枝部分外，主体为聚丙烯酸水凝胶、聚丙烯酰胺水凝胶或聚n-异丙基丙烯酰胺水凝胶)，与壳聚糖、壳聚糖衍生物、纤维素、甲壳素、明胶、
透明质酸或琼脂这些生物聚合物构成的壳聚糖类成分相配合，得到的快速止血用水凝胶粉末，可快速吸收血液的其他成分，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。
6.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种快速止血用水凝胶粉末，其特征在于，该水凝胶粉末包括壳聚糖类成分及聚丙烯酸类水凝胶成分；其中，所述壳聚糖类成分选自壳聚糖、壳聚糖衍生物、纤维素、甲壳素、明胶、透明质酸及琼脂；所述聚丙烯酸类水凝胶成分的主体具体为聚丙烯酸水凝胶、聚丙烯酰胺水凝胶或聚n-异丙基丙烯酰胺水凝胶，并且该聚丙烯酸类水凝胶成分还接枝有n
–
羟基琥珀酰亚胺酯。
7.作为本发明的进一步优选，所述壳聚糖类成分优选选自壳聚糖及壳聚糖衍生物；更优选的，所述壳聚糖类成分为壳聚糖、羧甲基壳聚糖、羧乙基壳聚糖中的一种或多种的混合物。
8.作为本发明的进一步优选，所述壳聚糖衍生物为羧乙基壳聚糖；
9.该快速止血用水凝胶粉末中包括质量比为(2-6)：(10-40)：(0.1-1)：(0.5-1)的羧乙基壳聚糖、接枝有n
–
羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸、交联剂与光引发剂；
10.或者包括质量比为(2-6)：(10-40)：(0.1-1)：(0.5-1)的羧乙基壳聚糖、接枝有n
–
羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酰胺、交联剂与光引发剂；
11.或者包括质量比为(2-6)：(10-40)：(0.1-1)：(0.5-1)的羧乙基壳聚糖、接枝有n
–
羟基琥珀酰亚胺酯的聚n-异丙基丙烯酰胺、交联剂与光引发剂；
12.优选的，所述交联剂为甲基丙烯酸酐化明胶，所述光引发剂为α-酮戊二酸。
13.作为本发明的进一步优选，所述壳聚糖衍生物为羧乙基壳聚糖，该羧乙基壳聚糖是按以下方法合成得到的：
14.在20～50℃条件下，将1～10wt％的壳聚糖粉末溶解在丙烯酸水溶液中得到混合液，混合液中壳聚糖的质量百分浓度为1～10wt％；然后将该混合液在50℃下反应1～3天，接着调节ph值至10～12，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，再研磨即可得到羧乙基壳聚糖粉末。
15.作为本发明的进一步优选，所述干燥为冷冻干燥，所述研磨为冷冻研磨；
16.所述调节ph值具体是采用氢氧化钠溶液；优选的，所述氢氧化钠溶液的浓度为1mol/l。
17.按照本发明的另一方面，本发明提供了上述快速止血用水凝胶粉末的制备方法，其特征在于，该方法是在20～50℃条件下，将壳聚糖类成分溶解于去离子水中，加入单体、交联剂、n-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺和光引发剂，紫外光条件下进行聚合反应，然后干燥，再研磨即可得到快速止血用水凝胶粉末；其中，所述单体为丙烯酸单体、丙烯酰胺单体或n-异丙基丙烯酰胺单体。
18.作为本发明的进一步优选，所述壳聚糖类成分、所述单体、所述交联剂、所述n-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺和所述光引发剂五者的质量比为(2-6)：(10-40)：(0.1-1)：(0.5-2)：(0.5-1)。
19.按照本发明的又一方面，本发明提供了上述快速止血用水凝胶粉末作为超吸水粉
末的应用或者在制备医用止血材料中的应用。
20.作为本发明的进一步优选，所述医用止血材料是将所述快速止血用水凝胶粉末附着在载体表面得到的。
21.通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于采用壳聚糖类成分(如，壳聚糖、壳聚糖衍生物、纤维素、甲壳素、明胶、透明质酸、琼脂这些生物聚合物)及接枝有n
–
羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸类水凝胶作为主要成分构建快速止血用水凝胶粉末，聚丙烯酸类水凝胶分子链上设有n-羟基琥珀酰亚胺酯，可以与生物组织发生酯交换反应形成强韧粘附封闭伤口部位，如此无需按压，即可快速止血(如后文图3的ftir检测结果所示，在1160cm-1
和1232cm-1
处为n-羟基琥珀酰亚胺酯的特征峰，而体外实验也证明此止血粉末可与生物组织形成化学键产生强韧粘附)；该快速止血用水凝胶粉末，可以吸收血液中的液体成分，提高凝血因子浓度，引起红细胞聚集，提高血小板活性，进而快速止血。并且，本发明中的快速止血用水凝胶粉末呈粉末状，相较于片状等其它形式，粉末状吸血效果更好。
22.以聚丙烯酸类水凝胶成分主体为聚丙烯酸水凝胶为例，接枝有n
–
羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸水凝胶，是n-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺与丙烯酸单体通过自由基聚合反应生成的。以羧乙基壳聚糖作为壳聚糖类成分为例，基于本发明，可以将羧乙基壳聚糖溶解于去离子水中，加入丙烯酸单体、交联剂、n-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺和光引发剂，紫外聚合后干燥、研磨即可得到快速止血用水凝胶粉末；羧乙基壳聚糖、丙烯酸、交联剂、n-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺和光引发剂五者的质量比尤其可以控制为2-6：10-40：0.1-1：0.5-2：0.5-1(例如在制备止血水凝胶粉末过程中，溶液态的反应体系可包括2-6wt％的羧乙基壳聚糖，10-40wt％的丙烯酸，0.1-1wt％的甲基丙烯酸酐化明胶，0.5-2wt％的n-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺，0.5-1wt％的光引发剂，其余为溶剂)，这一配比能够进一步确保最终的水凝胶粉末除了可以快速吸收血液中其他液体成分，还能够与生物组织形成快速的黏附，作用效果佳。使用丙烯酰胺单体或n-异丙基丙烯酰胺单体替换丙烯酸单体，也能够取得相似的效果(优选的质量配比可保持不变)。
23.具体说来，本发明具有以下特点：
24.(1)本发明提供的可快速止血的水凝胶粉末综合了各原料的优良功能及生物活性，不仅可以帮助伤口快速止血，还可以与组织形成强韧粘附，为细胞提供生长、增殖及分化的理想微环境。
25.(2)该可快速止血的水凝胶粉末，对创面位置与形状无特殊要求，且操作简单，不仅可用于临床手术止血，还可用用于急救处理。例如，可以将本发明中的快速止血用水凝胶粉末附着在载体表面，形成医用止血材料(当然，也可以将本发明中的快速止血用水凝胶粉末，直接喷洒覆盖伤口面积即可)。
26.(3)该可快速止血的水凝胶粉末，可与粉末状或液体状药物，生长因子等临床医疗试剂混合，为药物缓释，伤口治疗等提供了新的方式。
附图说明
27.图1是本发明的可快速止血的水凝胶粉末的功能示意图。
28.图2是本发明的可快速止血的水凝胶粉末的实物图。
29.图3是本发明的可快速止血的水凝胶粉末的ftir结果。
30.图4是本发明的可快速止血的水凝胶粉末(图中记为“a powder”)在不同凝血时间下与未使用该粉末(图中记为“blood alone”)的体外凝血效果对比图。
31.图5是本发明的可快速止血的水凝胶粉末在体外与猪皮(skin)，猪肝(liver)，猪肾(kidney)，猪心(heart)的粘附效果实物图(图中箭头前后分别对应放在pbs缓冲液中浸泡12小时前后)。
32.图6是实验组2与实验组4所得止血粉末分别与猪皮粘附后的爆破压力对比图。
具体实施方式
33.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
34.总的来说，本发明中可快速止血的水凝胶粉末，是由生物聚合物构成的壳聚糖类成分(如壳聚糖、壳聚糖衍生物、纤维素、甲壳素、明胶、透明质酸、琼脂；壳聚糖衍生物例如可以是羧甲基壳聚糖、羧乙基壳聚糖等)与接枝有n
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羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸类水凝胶组成的止血粉末；其中，对于接枝有n
–
羟基琥珀酰亚胺酯的聚丙烯酸类水凝胶，除接枝部分外，主体为聚丙烯酸水凝胶、聚丙烯酰胺水凝胶或聚n-异丙基丙烯酰胺水凝胶这三种聚丙烯酸类水凝胶中的任意一种。
35.以壳聚糖类成分为羧乙基壳聚糖、聚丙烯酸类水凝胶为聚丙烯酸为例，该止血粉末的合成方法，可以是在常温条件下(也可以是20～50℃范围内的其它温度)，将一定量的羧乙基壳聚糖溶解于去离子水中，加入丙烯酸，甲基丙烯酸酐化明胶(当然也可以是其他交联剂)，n-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺，α-酮戊二酸(当然也可以是其他光引发剂)，uv反应10-90min，干燥，研磨为粉末。
36.羧乙基壳聚糖可参照现有技术，按以下方法自行制备：在常温条件下(也可以是20～50℃范围内的其它温度)，将一定量的壳聚糖粉末溶解在100ml的丙烯酸水溶液中，使壳聚糖的浓度为1～10wt％，然后将反应体系在50℃下反应3天，加入浓度为1n的氢氧化钠溶液调整ph为11，然后在去离子水中透析3天，-40℃冷冻干燥，再冷冻研磨即可得到羧乙基壳聚糖粉末。
37.在具体应用时，可以将该快速止血用水凝胶粉末附着在载体表面，从而得到医用止血材料；或者，通过微创手术辅助喷洒装置喷洒于出血位置。
38.以下为具体实施例：
39.实施例1
40.(1)常温下，将4g壳聚糖溶解于100ml水中，再加入30g丙烯酸，过夜。
41.(2)取以上溶液20g，加入0.01g甲基丙烯酸酐化明胶，0.05gα-酮戊二酸，0.2g n-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺，搅拌至透明。
42.(3)倒入亚克力板的模具中在紫外交联箱中交联30min。
43.(4)取出样品，利用真空冻干机冻干。
44.(5)冻干样品放入研磨罐以50hz，研磨1min得到止血粉末。
45.实施例2
46.(1)常温下，将4g羧乙基壳聚糖溶解于100ml水中，再加入30g丙烯酸，过夜。
47.(2)取以上溶液20g，加入0.01g甲基丙烯酸酐化明胶，0.05gα-酮戊二酸，0.4g n-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺，搅拌至透明。
48.(3)倒入亚克力板的模具中在紫外交联箱中交联30min。
49.(4)取出样品，利用真空冻干机冻干。
50.(5)冻干样品放入研磨罐以50hz，研磨1min得到止血粉末。
51.实施例3
52.(1)常温下，将2g壳聚糖，2g羧乙基壳聚糖溶解于100ml水中，再加入30g丙烯酸，过夜。
53.(2)取以上溶液20g，加入0.01g甲基丙烯酸酐化明胶，0.05gα-酮戊二酸，0.4g n-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺，搅拌至透明。
54.(3)倒入亚克力板的模具中在紫外交联箱中交联30min。
55.(4)取出样品，利用真空冻干机冻干。
56.(5)冻干样品放入研磨罐以50hz，研磨1min得到止血粉末。
57.实施例4
58.将实施例1和实施例2得到的粉末按5：1，4：1，3：1，2：1，1：1，1：2，1：3，1：4，1：5的质量比混合也可得到止血粉末。
59.取以上实施例得到的止血粉末进行了体外止血效果测试。
60.如图4所示，将0.01g实施例2止血粉末加入100ul猪血中，此猪血可在10s内快速凝血，而作为对照组的未添加任何止血粉末的血液要在600s才能凝血，可见本发明中的止血粉末可将止血时间从600s大大缩短为10s，说明本发明中的止血粉末可促进凝血进而止血。
61.将以上实施例得到的止血粉末分别进行体外猪组织黏附测试，结果如图5所示。如图5所示，实施例1的止血粉末可与猪皮进行黏附，在pbs中浸泡12小时仍未脱附，可充分说明实施例1的止血粉末与离体猪皮有长期的强韧粘附效果。
62.如图5所示，实施例2的止血粉末可与猪肝进行黏附，在pbs中浸泡12小时仍未脱附，可充分说明实施例2的止血粉末与离体猪肝有长期的强韧粘附效果。
63.如图5所示，实施例3的止血粉末可与猪肾进行黏附，在pbs中浸泡12小时仍未脱附，可充分说明实施例3的止血粉末与离体猪肾有长期的强韧粘附效果。
64.如图5所示，实施例4中质量比为1：1的粉末可与猪心进行黏附，在pbs中浸泡12小时仍未脱附，可充分说明实施例4的止血粉末与离体猪心有长期的强韧粘附效果。
65.此外，本发明在研发过程中，还探索了采用其它功能组分进行对照实验(例如，采用pva替代聚丙烯酸类水凝胶成分，采用多巴胺、海藻酸钠等替代n-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺以替换聚丙烯酸类水凝胶成分上接枝的n
–
羟基琥珀酰亚胺酯等)，但它们在pbs中的溶胀率、以及与猪皮的粘附强度等方面的性能效果均不及本发明，如下表表1所示。其中：
66.粉末溶胀率测试：是将0.1g的实验组与六组对照组的粉末分别加入10ml pbs溶液中，10s后分离出止血粉末称重，计算得到其溶胀率。
67.粘附强度：是将等量实验组与五组对照组的粉末分别施加于表面涂有pbs的新鲜猪皮上，于37度保存24h，利用电子万能试验机进行180度剥离试验，得到止血粉末与猪皮的粘附强度。
68.表1.实验组与对比组在相同时间的溶胀率以及与猪皮的粘附强度对比
[0069][0070][0071]
由表1可见，在本发明所优选的原料配比下(即，羧乙基壳聚糖、丙烯酸、交联剂、n-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺和光引发剂五者质量比2-6：10-40：0.1-1：0.5-2：0.5-1)，得到的止血粉末均具有良好的溶胀速度及溶胀率，而n-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺的引入则可明显提高止血粉末与生物组织的粘附强度，如此确保了基于本发明得到的水凝胶粉末除了可以快速吸收血液中其他液体成分，还可与生物组织快速黏附。并且，相较于普通壳聚糖，羧乙基壳聚糖的引入，可进一步提高止血粉末封堵出血处的压力值。通过将实验组2、实验组4所得止血粉末分别与猪皮进行粘附，利用爆破粘附实验分别测量它们的爆破压力(可参考国际标准-外科密封剂破裂强度的标准试验方法standard test method for burst strength of surgical sealants，astm f2392-04)，结果如图6所示，实验组2比实验组4所封堵的压力数值高出60mmhg。
[0072]
本发明上述实施例所采用的各原料均由市售购得。
[0073]
另外，上述实施例仅为示例，例如壳聚糖、羧乙基壳聚糖外，还可以采取其他具有氨基的阳离子高分子聚合物配合聚丙烯酸类水凝胶成分形成快速止血用水凝胶粉末，如，其它壳聚糖衍生物，或者纤维素、甲壳素、明胶、透明质酸及琼脂等。
[0074]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。