壳聚糖止血材料的制备及性能评价

壳聚糖止血材料的制备及性能评价

韦其全潘峰刘坤材料学院2005级

指导教师：李保强

一、课题研究目的

在日常生活中突发性事故的急救治疗，在医院对病人的手术过程中的创伤止血，特别是战争中受伤战士的救护，病患者的局部快速且有效的止血非常重要。因为未受控制的出血是导致突发事故，术中大出血或战场伤亡的主要原因。在伊拉克战争中，战场上有50%阵亡人员是由于出血过多导致的。尽早的控制出血成为降低患者伤亡的最佳策略。创伤止血材料是应用于创伤出血救治，是平战时救护常用的物品，创伤止血材料的研究对于战创伤救治具有重要意义，临床常用的止血材料如止血纱布、止血绷带存在着局限性：如止血时间较长、易与伤口粘连而不易换药、对伤口的感染和化脓无能为力。快速止血和功能性止血将是未来止血药物发展的方向。目前，以壳聚糖为原料的止血材料正成为国内外研究的热点之一。我们希望通过对近年来国内外研制的新型快速止血材料的成分和止血机制的研究，制备一种高效的快速止血材料。

二、课题背景

美国HemCon公司推出的以冻干壳聚糖为基质的止血绷带（HemCon Bandage）能迅速止住大量出血，这种已消毒的绷带的柔韧性好, 可供军队战斗时使用, 甚至在极其恶劣的天气和地形亦可使用, 它可使伤

口形成结实的有粘附性的血块, 然后转运伤员。美国俄勒冈州的萨姆医疗产品公司以其从虾壳中提取出来的一种颗粒状混合物CLEOX命名的CLEOX止血粉，能迅速止住动脉出血，再出血率为零。

壳聚糖基止血材料在制备与性能检验方面存在以下问题：首先单一组分壳聚糖止血材料存在效果不显著；其次壳聚糖或壳聚糖/胶原、壳聚糖/明胶复合膜的柔韧性差，且存在成膜率低的问题；最后很少文献报道了止血材料的力学性能，而这恰恰直接关系到使用止血材料时的可操作性（如拉伸或延展性能）。李保强等研究表明，壳聚糖/羧甲基壳聚糖混合能成功制得止血薄膜，但存在机械性能不理想，止血评价不完善等问题。

基于壳聚糖止血材料的现状和问题，我们提出了通过溶液浇注制备甘油改性的CS/CMCS复合载药膜的方法，其中通过加入甘油以改善复合膜的柔韧性，加入酚磺乙胺为促进止血剂，研究止血剂对复合止血膜的力学性能的影响，最后采用兔子耳朵出血模型评价复合止血材料效果。

三、课题研究主要内容

1.原料

壳聚糖、羧甲基壳聚糖（青岛海汇生物工程有限公司）、乙酸（天津）、甘油、酚磺乙胺（新乡）、新西兰大白兔（购于哈尔滨兽研所）

2.复合膜制备过程

1)用电子天平称取4g壳聚糖（CS），将其溶于200ml的2%醋酸溶液，进行机械连续搅拌2h左右使

其充分溶解，然后静置数小时脱泡；

2)用电子天平称取4g羧甲基壳聚糖（CMCS），将其溶于200ml蒸馏水，进行机械连续搅拌2h左右

使其充分溶解，然后静置脱泡；

3)配置质量分数分别为10%，15%，20%，25%，30%的甘油50ml；

4)将上述三种溶液按16：4：5混合，并滴加4%的盐酸调节pH为3左右，搅拌至澄清。

5) 在步骤1.4中加入质量分数分别为0.5%，1.0%，1.5%的酚磺乙胺注射液；

6) 采用溶液浇注膜的方法，将约40ml 的混合液注入模具中，放入53℃的电热鼓风干燥箱中5~6小

时，分别获得壳聚糖/羧甲基壳聚糖复合膜或载药的壳聚糖/羧甲基壳聚糖复合膜。

3. 复合膜的成膜理论研究

研究了甘油对成膜的影响，分析了在成膜过程中的重要作用。

4. 复合膜力学性能测试

根据塑料薄膜拉伸性能试验方法（GB13022-91），将试样剪成如图1所示的哑铃形状(总长115mm)，用螺旋测微器测量试样厚度。然后将试样放置在试验环境下12h 后开始试验。在电子万能材料实验机（岛津电子万能拉力机）上，选用拉伸模式，测试速度25mm/min ，拉伸标距80mm ，测定试样的拉伸强度、断裂伸长率和模量。若试样断裂位置不在中间区域内，则数据无效，应重新实验，每个比例取七组有效数据，取平均值。

图1哑铃形试样

图2拉断后的试样

5. 复合膜中的含水量测定

将复合膜放置在试验环境下24h 以上后开始试验。

1) 选择尺寸为100mm*50mm 膜。在电子天平上量出其初始质量； 2) 放入电热恒温鼓风干燥箱，保持恒温53℃；

3) 每5分钟测量一次复合膜样品的质量并记录，当质量变化不大时（约30分钟后），时间间隔选为

10分钟

4) 当复合膜质量不再改变时，实验结束，依据公式（1）计算不同甘油含量的复合膜含水率。

%100W W W 0

t

0⨯-=

含水率（1），（其中W 0为样品初始质量，W t 为t 时刻样品重量）

6. 复合膜的止血评价

6.1 全血凝固时间

用8号针头刺破兔子耳朵，吸取4ml 的兔子静脉血液，将0.5ml 新鲜的静脉血液涂覆在不同组分的壳聚糖/羧甲基壳聚糖止血膜表面，1min 后将膜倾斜45度，直到血滴不流动为止，记录全血凝固时间。

6.2 止血膜出血创面的止血时间

利用解剖刀在新西兰大白兔上切出1×1cm 2的耳部静脉出血创面和1×1cm 2耳部动脉出血创面，用不同比例的止血膜处理创面，记录止血膜的止血时间和创伤愈合情况。

四、结论（成果介绍）

1. 复合膜外观性质

采用溶液浇注的方法可获得浅黄色的壳聚糖/羧甲基壳聚糖复合膜，其厚度为30-50um 。加入甘油后，复合膜柔韧性显著增加，且含量越高复合膜柔韧性增加，可以对折。此外甘油引入复合膜内，使其透明性增加。

图3 不同甘油含量的壳聚糖/羧甲基壳聚糖复合膜（a ，0%，b ，10%，c ， 30%）

表1 复合膜柔韧性比较

甘油含量（wt%） 颜色 柔韧性

0 白色、不透明 差、很脆、干燥时易开裂，成品率为零 10 浅黄色、半透明 较差、干燥和取膜时易碎，成品率较低低 30

浅黄色、透明

柔软，韧性好，可对折

2. 复合膜的成膜理论研究

含多羟基甘油的沸点（290℃），可与水以任何比例混溶，能降低水的冰点。有极大的吸湿性。甘油的饱和蒸汽压：0.017kPa at 25℃；1.18kPa at 81℃；而水的饱和蒸汽压：2.63kPa at 22℃；49.22 kPa at 81℃。在膜烘干过程中（温度为50-60℃），根据蒸汽压的数据可知甘油的挥发可以忽略；即干燥过程是基于水和乙酸的挥发。这相当于干燥过程改变了溶剂组成，使溶剂内甘油含量逐渐增加，从而降低了溶剂的介电常数（图）。壳聚糖在低介电常数介质中的溶解度降低，使壳聚糖/羧甲基壳聚糖溶液逐步逼近临界凝胶点，促使溶液转变为凝胶。随着水的挥发进行，使溶剂的介电常数逐渐减小；另外混合酸的挥发使质子化的壳聚糖去质子化。溶剂介电常数和壳聚糖去质子化均降低了壳聚糖分子链的表观电荷密度，促使壳聚糖分子链凝聚，并使壳聚糖内残留的乙酰基逐渐形成疏水区域和分子间氢键。介电常数改变意味着壳聚糖分子链表观电荷密度减低，易于形成凝胶。

A

B

C