利用馬鈴薯淀粉制備止血材料方法

杜寶堂，史 躍

利用馬鈴薯淀粉制備止血材料方法

杜寶堂，史 躍

目的：利用馬鈴薯淀粉為原料制備一種具有無毒性、無刺激性、價格低廉、吸水速率快、止血時間短的多微孔多聚糖止血材料。方法：將馬鈴薯生淀粉經(jīng)過糊化、酶解、乳化交聯(lián)、溶劑萃取、洗滌、噴霧干燥篩分、滅菌包裝，制成多微孔多聚糖止血微球。結(jié)果：制成了止血微球、止血?dú)忪F劑、止血粉末3種多微孔多聚糖止血材料：顆粒粒徑在50~ 80 μm，均分子量在100 000~1 900 000；吸水倍率在20~100倍；電子顯微鏡下顯示呈圓形或卵圓形微球顆粒，大小均勻。結(jié)論：多微孔多聚糖止血材料具有無毒性、無刺激性、價格低廉、吸水速率快、止血時間短的優(yōu)點(diǎn)，且原料來源豐富、生產(chǎn)工藝簡單可行，有廣闊的應(yīng)用前景。

馬鈴薯淀粉；止血材料；多微孔多聚糖

0 引言

一般外科手術(shù)和外傷都會形成有血創(chuàng)面，期間會有大量血液流失，良好的止血技術(shù)是保證手術(shù)成功的關(guān)鍵。此外，戰(zhàn)時失血是傷員死亡最重要的原因之一，如果能有效地止血，對挽救傷員的生命、穩(wěn)定傷情、為后續(xù)治療創(chuàng)造條件十分重要[1]。據(jù)統(tǒng)計，在戰(zhàn)場和平時的創(chuàng)傷急救中，死亡的傷員中有10%以上是由于失血過多，主要原因是僅靠普通止血繃帶壓迫不能很好地止住動脈出血。使用具有生物相容性的可吸收止血材料作用于有血創(chuàng)面是目前止血的一種常用方法，其在外科手術(shù)止血、外傷、急救止血均有迫切需求，研制一種安全、有效、使用方便且成本低廉的止血材料顯得尤為必要?，F(xiàn)將課題組研發(fā)的獲國家發(fā)明專利的利用馬鈴薯淀粉經(jīng)交叉乳化制備多微孔多聚糖止血材料（much microporous polysac charide hemospheres，MMPH）的方法報告如下。

1 材料與方法

1.1 材料選擇

本研究以馬鈴薯淀粉為原料，先對生淀粉進(jìn)行擠壓、糊化處理，在擠壓、糊化過程中擠壓機(jī)擠壓摩擦產(chǎn)生熱量，淀粉吸收這些熱量受到強(qiáng)烈的剪切，分子鏈間氫鍵斷裂，分子鏈發(fā)生移動，造成淀粉顆粒部分解體，發(fā)生糊化，經(jīng)過幾次處理后其糊化度能達(dá)到90%以上（而傳統(tǒng)加熱糊化率僅為80%~85%），操作方便、設(shè)備簡單、受熱均勻、工業(yè)化易生產(chǎn)。再經(jīng)乳化劑乳化，形成W/O溶液，同時加淀粉酶穿刺，制備成多微孔球狀淀粉，然后用三偏磷酸鈉交聯(lián)處理強(qiáng)化其結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)多孔微球的力學(xué)強(qiáng)度，最后用噴霧干燥法干燥、篩分即得到性能優(yōu)異的MMPH淀粉（如圖1所示）。

1.2 制備方法

1.2.1 糊化

將生淀粉溶解于蒸餾水中配制成12%~20%的濕淀粉加入擠壓膨化機(jī)內(nèi)，淀粉經(jīng)螺旋軸摩擦擠壓產(chǎn)生熱而糊化，糊化溫度為120~160℃，然后通過孔

徑3~8 mm的小孔高壓擠出，進(jìn)入大氣中的物料經(jīng)膨脹干燥、粉碎、篩選即得糊化淀粉。

圖1 經(jīng)加工處理后的優(yōu)質(zhì)馬鈴薯淀粉

1.2.2 酶解

將糊化預(yù)處理過的淀粉配制成25% ~40%的乳濁液，加入用緩沖液配制的酶液，酶與淀粉的質(zhì)量比為0.05~0.1∶1，溫度控制在35~70℃，溶液pH值維持在4~7，反應(yīng)8~20 h，反應(yīng)結(jié)束后用0.5~1 mol/L HCL調(diào)節(jié)溶液pH值至4~6.5，制備成濕的多微孔淀粉溶液備用。其中使用的酶為葡萄糖淀粉酶，緩沖液為磷酸二氫鈉與磷酸氫二鈉配制的溶液，pH值為7.4。

1.2.3 交聯(lián)

在酶解后的淀粉中加入液體，取大豆植物油、司班80和吐溫80乳化劑，其中司班80與吐溫80的質(zhì)量比為1∶1混合，在45~75℃恒溫水浴鍋中充分?jǐn)嚢?0~20 min，然后緩緩注入到多孔淀粉溶液中，并持續(xù)攪拌。大豆油與多孔淀粉的體積質(zhì)量比（mL/g）為20~150∶1，混合乳化劑與多孔淀粉的質(zhì)量比（g/g）為0.5~5∶1。向上述溶液中加入一定質(zhì)量的三偏磷酸鈉適量攪拌2~6 h，三偏磷酸鈉與多孔淀粉的質(zhì)量比為0.01~2∶1。

1.2.4 去溶劑化處理

將上述反應(yīng)產(chǎn)物靜置分層，棄上層清液，取下層乳白色液體，加入乙酸乙酯或石油醚充分?jǐn)嚢韬蠓忠海尤肓渴窍聦尤榘咨后w的2~10倍；再靜置分層，取下層乳白色液體，加入2~5倍的無水乙醇清洗，再攪拌，然后真空抽濾至水分抽干，得到固體粉末。

1.2.5 洗滌

將上述所得微孔固體粉末倒在蒸餾燒瓶中，放置在磁力攪拌器加熱盤上，加入3~5倍的蒸餾水，持續(xù)攪拌，靜置分層，棄上層清液，再將下層乳白色液體重復(fù)洗滌3~5次。

1.2.6 溶解

將上述洗滌物加入適量的蒸餾水重新溶解，按微孔變性淀粉∶活性炭=1∶5的比例加入20~40目的活性炭，以除去色素和熱原，經(jīng)6~8 h后用5~10 μm的濾芯過濾，去除活性炭。

1.2.7 噴霧干燥與篩分

將上述所得的乳白色乳濁液在100~120℃噴霧下干燥，后經(jīng)100目的微孔篩進(jìn)行篩分，在無菌條件下包裝、滅菌，即可得MMPH止血微球。

2 結(jié)果

2.1 制作流程

馬鈴薯淀粉經(jīng)交叉乳化、酶解、交聯(lián)、萃取、洗滌、噴霧干燥法干燥、篩分等工藝后，即可制備得MMPH球狀結(jié)構(gòu)止血顆粒。該顆?？芍苯幼饔糜谟醒獎?chuàng)面，對于外形復(fù)雜的器官和組織的使用特別方便（制作工藝流程如圖2所示）。

圖2 提取多微孔多聚糖的制作工藝流程

2.2 顆粒大小

多微孔結(jié)構(gòu)變性淀粉顆粒的粒徑在10~100 μm，優(yōu)選粒徑在50~80 μm，且總占有量不低于90%。

2.3 分子量

均分子量在100 000~1 900 000，吸水倍率在20~ 100倍。電子顯微鏡下觀察呈微球顆粒，大小均勻，呈圓形或卵圓形，表面有大量微孔（如圖3所示）。

圖3 電子顯微鏡下的分子結(jié)構(gòu)圖（×1 600）

2.4 制成止血材料

制成的防粘連止血材料可根據(jù)需要制作成止血微球、止血?dú)忪F劑、止血粉末，交聯(lián)變性淀粉可制備成止血海綿、止血膜和止血貼。

2.5 用途

制成的止血材料在外傷或外科手術(shù)等有血創(chuàng)面上應(yīng)用，可起到止血、促進(jìn)傷口愈合、封閉血管、粘堵

傷口、防術(shù)后粘連的作用。

2.6 止血效果

動物實(shí)驗(yàn)研究表明，軟組織出血創(chuàng)面長3 cm、距皮膚0.5、1.0 cm且深達(dá)肌肉層時，應(yīng)用MMPH止血粉止血后創(chuàng)面成功止血，止血時間分別為（15.25± 1.04）、（11.25±1.89）s，最短止血時間為10 s，最長止血時間為17 s。臨床應(yīng)用顯示，此止血材料制成的止血粉應(yīng)用于自愿參試的急性軟組織創(chuàng)傷出血患者32例，創(chuàng)面均成功止血，止血時間為（13.75±2.08）s，最短時間為10 s，最長時間為18 s。

3 討論

目前，醫(yī)療市場上的止血材料品種繁多，包括傳統(tǒng)的棉制材料、生物醫(yī)用高分子材料、人工合成蛋白敷料、礦物質(zhì)材料、液體類材料、金屬類敷料等[1]。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，醫(yī)用止血敷料的研究取得了非?？斓倪M(jìn)展，各種新型醫(yī)用敷料不斷涌現(xiàn)，性能也越來越優(yōu)良[2－3]。天然活性高分子生物止血材料由于具有很高的生物功能和生物適應(yīng)性，在保護(hù)傷口、加速創(chuàng)面愈合方面具有強(qiáng)大的優(yōu)勢。因此，近年來，從自然界現(xiàn)有的動、植物中提取可吸收的天然高分子止血材料引起了各國醫(yī)學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，許多大型醫(yī)藥公司致力于研究開發(fā)新型止血材料[4－5]，但從天然植物馬鈴薯淀粉中提取高分子多微孔多聚糠止血材料的文獻(xiàn)報道甚少。目前，國內(nèi)使用的微孔多聚糖（microporous polysaccharide hemospheres，MPH）主要是由美國Medafor公司研制的一種止血材料，價格昂貴，加重了患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此，研究一種止血迅速、無毒性、無抗原性、價格便宜的MMPH產(chǎn)品是國內(nèi)學(xué)者必須面對的課題。

據(jù)文獻(xiàn)報道，理想的止血材料應(yīng)具備[6]止血迅速、無毒性、無抗原性、不增加感染概率、不影響組織愈合、價格便宜的特點(diǎn)。本課題組研發(fā)的MMPH止血材料除了具備以上的特點(diǎn)以外，來源于純化的馬鈴薯淀粉，取材方便，生產(chǎn)工藝簡單可行，吸水速率快。產(chǎn)品可制備成顆粒狀、敷料狀、粉末狀，不含任何動物或人源性成分；為非生物活性顆粒，內(nèi)有多個孔道，且孔徑基本均一，具有很強(qiáng)的吸水性，能迅速吸收血液中的水分，并將血液中體積大于孔道孔徑的有形成分（如血小板、紅細(xì)胞、血蛋白、凝血酶和纖維蛋白等）聚集在顆粒表面，形成一種凝膠狀混合物，達(dá)到即刻止血的作用。同時，通過使血液濃縮，加速內(nèi)源性凝血過程，縮短凝血時間，正常的血小板被激活，局部形成凝血塊，纖維蛋白沉積，隨后形成的血凝塊限制了進(jìn)一步的出血，達(dá)到迅速止血的效果。局部形成的凝血塊最終形成纖維蛋白凝塊，不僅能起到快速止血的作用，且48 h過后，止血材料形成的凝塊還可以被機(jī)體完全吸收，減少了清理工作，也減少了患者的痛苦，應(yīng)用效果良好。

MMPH止血的基本原理是：該止血材料是經(jīng)過特殊處理加工制成，其表面大量微孔的球狀顆粒具有分子篩的作用，具有強(qiáng)吸水性，可迅速使血液脫水，使血液中的血小板、紅細(xì)胞及纖維蛋白聚集到顆粒表面，產(chǎn)生“瞬時糊狀凝膠”，達(dá)到立刻止血的作用。同時，可啟動和激活內(nèi)源性止血因子形成血栓，從而縮短止血時間，是一種理想的國產(chǎn)止血材料。目前，該產(chǎn)品已完成動物實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)入臨床應(yīng)用實(shí)驗(yàn)階段，不久的將來將批量生產(chǎn)投放市場。

[1]張平，肖南，張治剛，等.戰(zhàn)傷止血敷料的現(xiàn)狀及展望[J].創(chuàng)傷外科雜志，2009，11（4）：378－380.

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[5]Ishisaki A，Matsuno H.Novel ideas of gene therapy for atherosclerosis：modulation of cellular signal transduction of TGF-bet family[J]. Curr Pharm Des，2006，12（7）：877-886.

[6]Barnard J，Millner R.A review of topical hemostatic agents for use in cardiac surgery[J].Ann Thorac Surg，2009，88（8）：1 377-1 383.

（收稿：2013-07-26 修回：2013-09-15）

Hemostatic Materials Preparation Method by Potato Starch

DU Bao-tang1,SHI Yue2
(1.Jiangsu AOKE Biomedical Technology Co.,Ltd,Zhenjiang 212003,Jiangsu Province,China;
2.Department of Interventional Radiology,the 97th Hospital of the PLA,Xuzhou 221004,Jiangsu Province,China)

Objective To develop amicroporous polysaccharide hemastaticmaterialmade from potato starch,which is sterile,non-irritant,low-cost,highly hydrophilic and hemostatic.Methods The processes involved in preparing thematerial includedgelatinization,enzymolysis,emulsion crosslinking,solventextraction,scrubbing,spray drying,sieving and sterile packing.Re-sults The forms of thematerial comprised of themicrosphere,aerosol and powder,with the grain sizes between 50 and 80μm,the averagemolecularweightsbetween 100 000 and 1 900 000,and thewaterabsorption ratio between 20 and 100 times.Elec-tronmicroscope showed that thematerialwas gifted with round or ovoid shape and uniform size.Conclusion Thematerialhas aplentiful raw source and a simple procedure,and thus has a brilliantprospect for application.[Chinese Medical EquipmentJournal，2014，35（3）：23-25]

potato starch;hemostatic material;microporous polysaccharide

R318；R973

A

1003-8868（2014）03-0023-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.03.023

鎮(zhèn)江市政府331工程資助項目

專 利：國家發(fā)明專利（ZL 201110073208.2）

杜寶堂（1966—），男，博士，教授，主要從事生物醫(yī)學(xué)高分子材料方面的研究工作，E-mail：dbt2005@126.com。

212003江蘇鎮(zhèn)江，江蘇奧科生物科技有限公司（杜寶堂）；221004江蘇徐州，解放軍97醫(yī)院介入放射科（史 躍）

史 躍，E-mail：shiyue66@126.com