本发明涉及一种止血海绵及其制备方法
技术领域：
，特别涉及一种可体内降解吸收的、可直接用于有血创面的淀粉止血海绵及其制备方法和用途。
背景技术：
：在自然灾害、交通事故、战场和外科手术等紧急状态下，不可控的大量出血会直接危及生命安全。据统计，2011-2013年间，我国平均每年约60万人死于交通事故，其中85％的死因在于创伤初期的大量出血。若在事故发生后的30分钟内控制出血情况，受伤人员的存活率可以提高40％以上。血液是天然的微生物培养基，创面出血或渗血也会增加细菌感染的几率。因此，使用快速有效的止血材料及时处理出血创面，对降低事故死亡人数和外科手术风险尤为重要。市面上的止血材料种类繁多，医用止血海绵是临床上广泛使用的止血材料之一，常见的有斯泰可stypro明胶止血海绵、hemcon壳聚糖止血纱、强生的氧化纤维素止血纱和merocel或宾格的聚乙烯醇止血海绵等。胶原是动物体内含量最多、分布最广的一类蛋白质，明胶是胶原部分水解的产物。实际应用中明胶海绵存在亲水性差、吸血量小、力学性能差等缺陷。壳聚糖又称脱乙酰甲壳素，是一种主要从虾、蟹中提取的碱性多糖物质。壳聚糖具有良好的抑菌性和止血功能，但其常用的毒性交联剂戊二醛、甲醛等限制了其在生物医学领域的应用。另外，这类动物来源的材料应用到人体会增加病毒传播和免疫原性等风险，对于动物源性医疗器械的安全性评价有更为严格的要求。强生公司首创了氧化纤维素止血产品广泛用于临床手术创面的止血，其结构疏松，柔顺性能好。但是，氧化纤维素呈酸性，在出血部位使用可能造成红细胞破碎，发生溶血现象。酸性环境还会引起周围组织炎症，延缓组织修复的速度，需要谨慎控制此材料在体内的使用量。聚乙烯醇海绵具有良好的抗菌性能和促进伤口愈合的能力，主要用于眼科、耳鼻喉科及显微外科手术中。它通过成孔剂发泡法，由聚乙烯醇(pva)与醛类化合物缩合反应得到，制备过程中需加入成孔剂、表面活性剂、甲醛、酸等物质，配方复杂，需严格监测小分子原料的残留量，减少安全风险。淀粉是一类最常见的植物多糖高分子材料，可从玉米、马铃薯、木薯、甘薯、葛根等植物中提取。淀粉因其生物相容性好、可降解、可再生、价格低廉，已广泛应用于医疗、食品、农业、工业、环境等领域。淀粉来源安全，能避免动物源性材料杂蛋白引起的不良反应，同时代谢机制明确，在酶的催化下水解成葡萄糖，能被人体充分吸收代谢、无毒副作用，是制备可吸收止血材料的理想原料。medafor公司以淀粉为原料生产的arista止血粉作为急救和临床手术止血剂，早在2000年通过美国fda认证，于2010年正式进入中国市场。目前，淀粉基止血材料仍然以止血粉的形式为主在临床上应用。有不少关于淀粉海绵的文献或专利报道，主要原料包括淀粉及其各类衍生物，或者由淀粉与明胶、壳聚糖、纤维素、海藻酸钠等高分子材料复合而成，真正批量化生产进入临床的少之又少，国内还未见淀粉止血海绵上市。淀粉海绵主要由真空冷冻干燥技术制备，仍存在以下难点：首先，淀粉海绵的力学性能差、成型性差。海绵成品存在强度低、韧性差，按压易碎，弯曲易破裂，吸水后不能保持其完整性等问题。其次，为了提高海绵的吸水率和成型性，往往会加入交联剂、塑化剂、增稠剂、粘合剂等组分，这些添加剂难以除尽，有些具有毒性，即使微量存在于海绵内也会带来安全隐患。最后，很多文献或专利中将淀粉与壳聚糖、海藻酸钠、纤维素、胶原、聚酯、聚乙二醇等医用高分子材料复合以改善单纯淀粉海绵性能上的缺陷，但这些材料有的属于动物源性、有的代谢机制不明确，大大阻碍了其临床应用，尤其是体内止血方面的应用。中国专利文献cn103275344、cn103265719、cn103319744和cn103275345中公开了采用变性淀粉制备淀粉止血海绵的技术，分别通过超声、加热、交联、辐射等处理方式使海绵成品具有高于同类产品的吸水倍率和吸水速度。变性淀粉是淀粉分子被切断、重排或引入其他化学基团以改变其结构而获得，能使原生淀粉性能上的缺陷得到一定程度的改善，但处理过程中往往会引入多种化学试剂，增加了其用作生物医用材料的安全性风险。技术实现要素：为了改善现有技术的不足，本发明的一个目的是提供一种淀粉止血海绵，该止血海绵成分简单、安全性好、吸水率高、成型性能好，能够克服现有技术制备的同类材料成分复杂、有安全风险、吸水率不理想等缺陷，具有体表创面修复、体内止血等广泛的用途。本发明的另一个目的是提供所述淀粉止血海绵的制备方法，该方法简单、可控、环境友好。本发明的目的通过以下技术方案实现：一种淀粉止血海绵，所述止血海绵是由淀粉和甘油组成的，所述止血海绵的制备方法包括以下步骤：1)将淀粉、甘油和水加热搅拌，使淀粉糊化；2)将步骤1)中糊化后的淀粉注入模具中，置于冷冻室进行初次冷冻，初次冷冻的温度为零下196℃-零下10℃；3)将步骤2)中冷冻室的温度上调至零下10℃-零上5℃，保温一段时间；4)将步骤3)中冷冻室的温度下调至零下196℃-零下10℃，进行二次冷冻，得到半成品；5)将步骤4)中的半成品在真空条件下进行干燥，得到淀粉止血海绵。优选的，步骤1)中使用的淀粉为一种或两种以上的混合，所述淀粉可为天然淀粉(原生淀粉)，例如：玉米淀粉、蜡质玉米淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、菱角淀粉、莲子淀粉、绿豆淀粉、小麦淀粉、芡实淀粉；也可以为经过物理变性、化学变性或生物变性的变性淀粉，例如：可溶性淀粉、预胶化淀粉、氧化淀粉、醚化淀粉(如：羧甲基淀粉(又称羧甲基淀粉钠))、酯化淀粉(如醋酸酯淀粉)、交联淀粉、接枝淀粉、糊精、复合变性淀粉。优选的，步骤1)中淀粉和水的质量比为1:10-1:70，例如为1:10、1:20、1:30、1:40、1:50、1:60、1:70。优选的，步骤1)中甘油和水的体积比为0.1:100-10:100，例如0.1:100、0.5:100、1:100、2:100、5:100、10:100。优选的，步骤1)中的糊化的温度为50-100℃，例如为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃。优选的，步骤1)中的糊化的时间为0.5-12h，例如为0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h。优选的，步骤2)中的冷冻室为本领域已知的可以提供低温的装置，例如为冰箱、冰柜、有预冻功能的冷冻干燥机等。优选的，步骤2)中的初次冷冻的时间为0.5-12h，例如为0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h。优选的，步骤2)中的初次冷冻的温度为零下196℃-零下10℃，例如为零下10℃、零下20℃、零下30℃、零下40℃、零下50℃、零下60℃、零下70℃、零下80℃或零下196℃。优选的，步骤3)中的温度上调至零下10℃-零上5℃后放置0.5-12h，例如放置0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h。优选的，步骤3)中的温度上调至零下10℃-零上5℃，例如上调至零下10℃、零下9℃、零下8℃、零下7℃、零下6℃、零下5℃、零下4℃、零下3℃、零下2℃、零下1℃、0℃、零上1℃、零上2℃、零上3℃、零上4℃、零上5℃。优选的，步骤4)中的二次冷冻的时间为0.5-12h，例如为0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h。优选的，步骤4)中的二次冷冻的温度为零下196℃-零下10℃，例如为零下10℃、零下20℃、零下30℃、零下40℃、零下50℃、零下60℃、零下70℃、零下80℃或零下196℃。优选的，步骤5)中至少分成两个阶段进行干燥，第一阶段的温度为零下50-0℃，例如为0℃、零下10℃、零下20℃、零下30℃、零下40℃、零下50℃；第二阶段的温度为0-80℃，例如为0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃。所述第一阶段的干燥可以是在冷冻干燥机中进行，所述冷冻干燥机的冷阱温度为零下80℃-零下60℃。优选的，步骤5)中的真空度为0.1-30pa。根据本发明，所述淀粉止血海绵的吸水倍率为14-40；所述淀粉止血海绵肉眼观察表面平整细腻，无冰花和裂纹。经扫描透射电镜观察断面，可知内部为不规则的多孔结构，孔隙率最高可达90％。所述淀粉止血海绵的密度为0.01-0.10g/cm3。本发明还提供上述淀粉止血海绵的制备方法，所述方法包括如下步骤：1)将淀粉、甘油和水加热搅拌，使淀粉糊化；2)将步骤1)中糊化后的淀粉注入模具中，置于冷冻室进行初次冷冻，初次冷冻的温度为零下196℃-零下10℃；3)将步骤2)中冷冻室的温度上调至零下10℃-零上5℃，保温一段时间；4)将步骤3)中冷冻室的温度下调至零下196℃-零下10℃，进行二次冷冻，得到半成品；5)将步骤4)中的半成品在真空条件下进行干燥，得到淀粉止血海绵。本发明还提供上述淀粉止血海绵的用途，其用于制备止血材料，或用于制备促进组织愈合的材料，或用于制备防止创伤的组织或器官与周围的其他组织或器官发生黏连的材料中。根据本发明，用于制备人、哺乳动物、鸟类、爬行动物有血创面的止血材料。根据本发明，用于制备人体体表、体内组织器官及体腔内组织或器官有血创面、或用于外科手术、创伤急救、喉镜、内窥镜、腔镜下的止血材料。根据本发明，所述组织包括皮下软组织、肌肉组织、骨组织、脑组织、神经组织、肝、肾、脾。本发明的有益效果：1、本发明对现有的真空冷冻干燥法制备淀粉海绵的工艺进行改进，能在更加温和的条件下得到外观完好、性能优良的淀粉止血海绵。冷冻干燥技术主要由预冻和升华干燥两部分组成。预冻阶段的温度和降温速率对海绵内孔洞的大小和形态有重要影响，进而影响海绵的吸水性能。一般的冷冻过程会导致溶液内部温度不均、应力残留等问题，使海绵出现裂纹，无法成型。为了解决这一问题，研究人员或者加入小分子添加剂帮助海绵成型，或者在尽可能低的温度(通常需要低于零下40℃)下使溶液均匀降温、快速冻结，这在批量生产时对冻干设备的性能是不小的挑战。本发明通过程序化的三段式冷冻过程，即“冷冻—升温—冷冻”，可以使溶液各部分温度均衡，消除内部应力，有效减少裂纹的产生，在零下20℃条件下预冻即可得到形貌完好的海绵，降低了对设备的性能要求。另外，本发明的制备工艺简单可控，制备得到的止血海绵表面平整细腻，无裂纹和冰花，吸水性能不亚于现有技术制备的同类产品，且制备得到的止血海绵柔软，方便卷曲，利于和皮肤或器官表面贴合。2、本发明的方法对淀粉种类没有任何要求，除了现有技术中常见的变性淀粉及其各类淀粉衍生物，也适用于玉米淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、菱角淀粉、莲子淀粉、绿豆淀粉、小麦淀粉、芡实淀粉等原生淀粉。本发明的淀粉止血海绵成品主要由淀粉组成，无有害的交联剂、增稠剂、增塑剂、发泡剂、保湿剂等其他成分，吸收代谢机制明确，安全性更高，适用范围更广。3、本发明的制备工艺绿色环保。制备过程中仅使用淀粉原料、少量甘油和水，无任何额外添加剂，无污染物排放，对生态环境友好，符合国家现阶段大力倡导的绿色化学理念。4、本发明的淀粉止血海绵，具有吸水倍率高、止血效果好、生物相容性好、成分简单安全、吸收代谢快等特点，可用于人体体表、体内组织器官的有血创面，用作外科手术、创伤急救等场景下的止血材料、促进组织愈合材料和防黏连材料。本发明的制备技术简捷可控，通过改变工艺参数可有效调节淀粉海绵的吸水性能、成型性和力学性能，且过程中无污染、环境友好，非常利于大规模工业化。附图说明图1为止血海绵4的数码照片和断面的扫描电子显微镜照片。图2为止血海绵9的数码照片和断面的扫描电子显微镜照片。图3为对比例1-3的止血海绵数码照片。具体实施方式下文将结合具体实施例对本发明的制备方法做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。下述实施例中所使用的淀粉均为商业途径购买所得。实施例1将5g玉米淀粉和150ml水、1ml甘油投入反应容器中加热并搅拌至100℃，继续搅拌3h，使淀粉糊化；将糊化后的淀粉注入模具中，置于温度为零下20℃的冻干机冷冻室中预冻4h；随后将冷冻室温度升到0℃，保持4h；再将冷冻室温度降到零下20℃进行二次预冻，保持4h；冷冻干燥机冷阱开始降温，待降到零下60℃时打开真空泵，当真空度降到20pa以下时，将冷冻室温度升到零下5℃开始第一阶段干燥，保持12h；随后再将温度升到30℃开始第二阶段干燥，保持5h；得到止血海绵成品1。实施例2-36和对比例1-4其他工艺步骤同实施例1，区别仅在于原料配比及工艺参数不同。反应中各物质的选择、用量及关键工艺参数见下表1。表1本申请得到的止血海绵1-36，表面平整细腻，无裂纹和冰花，且柔软，方便卷曲。而对比文件1-4制备的海绵表面不平整，有裂纹和冰花，且不柔软。例如止血海绵4、9的数码照片和断面的扫描电子显微镜照片、以及对比例1-3的止血海绵数码照片参见图1-图3。测试例1止血海绵的吸水倍率的测定。取大小约为2cm×2cm×0.5cm的止血海绵，精密称定(m1)，加入20ml纯化水，静置2h，用手指轻揉，注意不使破损。待吸足水分后，分离样品，精密称定(m2)，根据吸水倍率＝(m2-m1)/m1测定止血海绵的吸水倍率，结果如下表2所示。表2止血海绵编号吸水倍率止血海绵编号吸水倍率118.51917.5217.02013.1312.32114.5414.42221.8516.02318.5615.02416.0713.12512.8820.82638.5917.92729.51017.42832.81122.42936.31221.33033.61317.53119.51419.03213.71518.73316.31617.13426.01715.13520.31812.53621.7对比例18.3对比例310.7对比例29.1对比例412.7从表2中的实施例与对比例可以看出，采用本发明特定的“冷冻—升温—冷冻”的方法来制备，可以获得吸水倍率更高的止血海绵。测试例2淀粉止血海绵对兔肝脏出血模型的止血效果实验方法：在兔肝脏撕裂伤试验中，用外科手术刀在肝脏上切割长为1厘米，深为0.5厘米的切口，制成出血创面。分为实验组和对照组对上述创面进行止血。实验组中，分别用上述实施例1-36制备的止血海绵1-36放置在伤口上并轻轻按压，每隔半分钟观察止血效果，直到不出血为止。止血后无需将海绵揭除。对照组用对比例1-4和纱布进行按压。实验结果：上述实施例1-36制备的止血海绵1-36的止血效果明显。当干燥的海绵接触血液后，迅速吸收血液，溶胀形成海绵-凝血块胶状体紧密贴附在创口表面，同时作为物理屏障阻止血液的渗出。实验组的所有海绵均能在1分钟左右有效地控制肝脏创面的出血。对照组中对比例1-4的海绵在2分钟左右能有效止血，而采用纱布按压3分钟以上也难以完全止血。测试例3海绵吸水速率测试实验方法：海绵样品裁成2×1×0.5cm3的长方条，中间画线将其均分为1×1×0.5cm3两部分。精密称定(m1)后，用镊子夹住一端，将一半海绵样品垂直浸入水中，分别于5s、10s和30s后提出水面悬空，轻轻抖落未吸收的液体，精密称定(mt)，mt-m1即为海绵在一定时间内的吸水量。海绵的总吸水量由测试例1的测试方法(m2-m1)计算得到。测试例4体外降解实验实验方法：将约0.1g样品加入10ml生理盐水，37±1℃水浴，滴入碘酒，显示蓝色，加入80u的α-淀粉酶和480u糖化酶，观察0h、2h、4h、24h、48h颜色变化，颜色变至无色时，即样品被降解完全。实验结果：止血海绵1、6、11、28和34在1周内能完全降解。据文献报道，明胶海绵的降解时间为4-6周，氧化纤维素的降解时间为3-6周。以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 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技术特征：1.一种淀粉止血海绵，其中，所述止血海绵是由淀粉和甘油组成的，所述止血海绵的制备方法包括以下步骤：
1)将淀粉、甘油和水加热搅拌，使淀粉糊化；
2)将步骤1)中糊化后的淀粉注入模具中，置于冷冻室进行初次冷冻，初次冷冻的温度为零下196℃-零下10℃；
3)将步骤2)中冷冻室的温度上调至零下10℃-零上5℃，保温一段时间；
4)将步骤3)中冷冻室的温度下调至零下196℃-零下10℃，进行二次冷冻，得到半成品；
5)将步骤4)中的半成品在真空条件下进行干燥，得到淀粉止血海绵。
2.根据权利要求1所述的淀粉止血海绵，其中，步骤1)中使用的淀粉为一种或两种以上的混合，所述淀粉可为天然淀粉，例如：玉米淀粉、蜡质玉米淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、菱角淀粉、莲子淀粉、绿豆淀粉、小麦淀粉、芡实淀粉；也可以为经过物理变性、化学变性或生物变性的变性淀粉，例如：可溶性淀粉、预胶化淀粉、氧化淀粉、醚化淀粉(如羧甲基淀粉)、酯化淀粉(如醋酸酯淀粉)、交联淀粉、接枝淀粉、糊精、复合变性淀粉。
3.根据权利要求1或2所述的淀粉止血海绵，其中，步骤1)中淀粉和水的质量比为1:10-1:70。
优选的，步骤1)中的甘油和水的体积比为0.1:100-10:100。
优选的，步骤1)中的糊化反应的温度为50-100℃。
优选的，步骤1)中的糊化反应的时间为0.5-12h。
4.根据权利要求1-3任一项所述的淀粉止血海绵，其中，步骤2)中的初次冷冻的时间为0.5-12h。
优选地，步骤3)中的温度上调至零下10℃-零上5℃后放置0.5-12h。
5.根据权利要求1-4任一项所述的淀粉止血海绵，其中，步骤4)中的二次冷冻的时间为0.5-12h。
6.根据权利要求1-5任一项所述的淀粉止血海绵，其中，步骤5)中至少分成两个阶段进行干燥，第一阶段的温度为零下50-0℃，第二阶段的温度为0-80℃。
优选的，步骤5)中的真空度为0.1-30pa。
7.根据权利要求1-6任一项所述的淀粉止血海绵，其中，所述淀粉止血海绵的吸水倍率为14-40；所述淀粉止血海绵的孔隙率达90％；所述淀粉止血海绵的密度为0.01-0.10g/cm3。
8.权利要求1-7任一项所述淀粉止血海绵的制备方法，所述方法包括如下步骤：
1)将淀粉、甘油和水加热搅拌，使淀粉糊化；
2)将步骤1)中糊化后的淀粉注入模具中，置于冷冻室进行初次冷冻，初次冷冻的温度为零下196℃-零下10℃；
3)将步骤2)中冷冻室的温度上调至零下10℃-零上5℃，保温一段时间；
4)将步骤3)中冷冻室的温度下调至零下196℃-零下10℃，进行二次冷冻，得到半成品；
5)将步骤4)中的半成品在真空条件下进行干燥，得到淀粉止血海绵。
9.权利要求1-7任一项所述的淀粉止血海绵的用途，其用于制备止血材料，或用于制备促进组织愈合的材料，或用于制备防止创伤的组织或器官与周围的其他组织或器官发生黏连的材料中。
10.根据权利要求9所述的用途，其中，用于制备人、哺乳动物、鸟类、爬行动物有血创面的止血材料。
优选地，用于制备人体体表、体内组织器官及体腔内组织或器官有血创面、或用于外科手术、创伤急救、喉镜、内窥镜、腔镜下的止血材料。
优选地，所述组织包括皮下软组织、肌肉组织、骨组织、脑组织、神经组织、肝、肾、脾。
技术总结本发明提供一种淀粉止血海绵及其制备方法和用途，所述止血海绵是由淀粉和甘油组成的，制备方法包括：1)将淀粉和水、甘油加热搅拌，使淀粉糊化；2)将步骤1)中糊化后的淀粉注入模具中，置于冷冻室进行初次冷冻；3)将步骤2)中冷冻室的温度上调至零下10℃‑零上5℃；4)将步骤3)中冷冻室的温度下调，进行二次冷冻，得到半成品；5)将步骤4)中冷冻好的半成品在真空条件下进行干燥，得到淀粉止血海绵。所述止血海绵成分简单、安全性好、吸水率高、成型性能好，能够克服现有技术制备的同类材料成分复杂、有安全风险、吸水率不理想等缺陷，具有体表创面修复、体内止血等广泛的用途。
技术研发人员：杨飞;李丹;周啸;田明明
受保护的技术使用者：江苏德威兰医疗器械股份有限公司
技术研发日：2020.03.26
技术公布日：2020.06.05
