淀粉基止血粉的制備及其性能研究

＊左書銀 周夕 李賽

（1.寧波寶亭生物科技有限公司 浙江 315100 2.四川大學(xué)化工學(xué)院 四川 610065）

創(chuàng)傷性出血是在日常突發(fā)事故、外科手術(shù)和戰(zhàn)傷急救中經(jīng)常遇到的難題。有效的止血可以減少術(shù)區(qū)積血，有利于傷口愈合、減少感染等并發(fā)癥[1-3]。傳統(tǒng)止血材料如繃帶、止血帶和止血紗布等，具有生物相容性較差，止血時(shí)間較長、傷口易化膿感染、易與傷口黏附、易殘留于體內(nèi)等缺點(diǎn)，使得其難于實(shí)際應(yīng)用[4-6]。因此，快速止血和功能性止血成為了新型止血材料的發(fā)展方向。

淀粉是自然界植物體內(nèi)存在的一種高分子化合物，作為粉狀止血材料已在臨床應(yīng)用，并顯示出吸水止血速度快、吸血量大等優(yōu)點(diǎn)[7-10]。另外淀粉類物質(zhì)在體內(nèi)可用淀粉酶水解得麥芽糖，經(jīng)酸作用徹底水解為一葡萄糖,代謝機(jī)理明確，降解產(chǎn)物對人體無害。其中具有代表性的美國Medafor公司的“Arista”可吸收性淀粉止血微球已經(jīng)應(yīng)用于臨床，具有很好的安全性及良好的止血效果。但其價(jià)格昂貴并且作為體內(nèi)止血材料，其粘附性、吸水性不夠強(qiáng)，特別是交聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)劑具有潛在的毒性[11-14]。同時(shí)淀粉的水敏感性和熱分解敏感性高，抗剪切性能和耐熱性差，強(qiáng)度低，這些缺點(diǎn)限制了其在生物止血材料領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。針對以上淀粉微球作為止血材料的不足，本研究利用交聯(lián)反應(yīng)制備了一種新型淀粉基止血材料的制備及其性能研究，具有優(yōu)良的生物相容性和止血效果。

1.實(shí)驗(yàn)部分

(1)實(shí)驗(yàn)材料和試劑

馬鈴薯淀粉，氫氧化鈉，鹽酸、氯乙酸均由阿拉丁化學(xué)試劑有限公司提供；三偏磷酸鈉、乙醇由成都科龍化工試劑廠提供。其他生化試劑均為Sigma公司提供。

(2)羧甲基淀粉鈉的制備

稱取50g淀粉溶于450ml蒸餾水中，加入2%濃度NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值為9，于60℃糊化混合均勻，加入5g氯乙酸，繼續(xù)攪拌5h后，用1L蒸餾水進(jìn)行洗滌，再用乙醇進(jìn)行脫水洗滌，將固液混合物轉(zhuǎn)移至布氏漏斗抽濾干燥，用乙醇清洗，重復(fù)3次。將樣品放在真空干燥箱60℃干燥10h，得到固體顆粒。

(3)交聯(lián)羧甲基淀粉鈉的制備

稱取5g羧甲基淀粉鈉溶于蒸餾水中，于30℃糊化60min，待溶液混合均勻后分別加入0.05g、0.1g、0.15g三偏磷酸鈉，在不同溫度下繼續(xù)攪拌0.5～3h后，制得交聯(lián)羧甲基淀粉鈉乳液；將乳液靜置分層，棄上清液，將下層乳白色液體緩慢加入5倍體積的乙醇攪拌均勻后靜置分層。將下層乳白色固液混合物轉(zhuǎn)移至布氏漏斗抽濾后放置真空干燥箱60℃干燥10h，得到固體白色粉末樣品，然后測其吸水速率和吸水倍率。

(4)測試與表征

①紅外光譜

采用Nicolet 6700傅立葉變換紅外光譜儀在室溫條件下對樣品A2進(jìn)行分析表征。使用KBr壓片法對材料進(jìn)行處理，將試樣與純KBr研磨均勻后置于模具中，在油壓機(jī)下壓成透明薄片進(jìn)行測試。樣本在4000～400cm-1的范圍內(nèi)進(jìn)行掃描。

②SEM表征表面形貌

將止血粉末放在導(dǎo)電膠表面，表面噴金,用JEOL公司JSM6700F掃描電鏡在15kV加速電壓下觀察其表面形貌。同時(shí)用EDS測定樣品表面元素種類和含量。

③吸水速率的測定

采用接觸角測量儀測定海綿的吸水速率。將水滴到止血粉表面，觀察水滴消失的時(shí)間。

④吸水倍率的測定

取一定量的止血粉樣品，稱重W1。浸泡，使其吸水達(dá)到平衡，放入離心機(jī)4000rpm，10min后取出，倒出上層清水液，稱量剩余重量W2。吸水倍率=(W2-W1)/W1，重復(fù)三次取平均值。

2.結(jié)果和討論

(1)紅外光譜

紅外光譜如圖1所示，3500cm-1附近的吸收峰是淀粉分子中-OH的拉伸振動(dòng)引起的，2900cm-1附近的吸收峰是由于-CH2-的拉伸振動(dòng)引起的。1400cm-1和1600cm-1兩個(gè)吸收峰表明了淀粉中羧基的引入。

圖1 止血粉樣品的紅外光譜圖

(2)形貌和粒徑

從圖2中可以看出，制備的淀粉基止血粉外觀均為白色粉末。由于采用的是將淀粉水膠液分散進(jìn)入乙醇相中進(jìn)行造粒，微球的形貌不是很規(guī)則。同時(shí)采用常溫下烘干，微球內(nèi)部的殘留水分揮發(fā)造成微球塌陷。大部分淀粉基止血粉的粒徑在100μm左右。從掃描電鏡還可以看出顆粒之間有一定粘聯(lián)形成纏結(jié)結(jié)構(gòu)，易于形成吸水性能較好的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖2 止血粉的外觀形貌（上）和掃描電鏡圖（下）

表1 止血粉樣品各元素組成和含量

圖3 止血粉樣品表面元素分析結(jié)果

從樣品能譜儀（EDS）表面元素分析結(jié)果來看，除了淀粉本身含有C、O元素外，還有交聯(lián)劑本身含有的P、Na等元素，結(jié)合紅外譜圖也驗(yàn)證了樣品是交聯(lián)后的結(jié)果。

(3)反應(yīng)時(shí)間的影響

比較高的吸水倍率和比較快的吸水速率是作為醫(yī)用止血粉材料必需具備的性能，其吸水性能與其所用原料的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。合適的交聯(lián)程度可以讓止血粉具有較高的吸水倍率和較快的吸水速率。從而在實(shí)際臨床應(yīng)用中具有良好的止血效果。在所制備的羧甲基淀粉鈉溶液中，滴加0.5g三偏磷酸鈉/乙醇溶液，在溫度70℃下分別反應(yīng)30min、60min、90min、180min。反應(yīng)完畢后干燥處理，測定每克干吸水倍率和吸水速率。從表2中可以看出隨著交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間延長，交聯(lián)劑逐漸在淀粉分子鏈間鏈接，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸成形，該結(jié)構(gòu)的吸水倍率逐漸增加，吸水速率加快。當(dāng)達(dá)到90min后，由于交聯(lián)度過高，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的剛性增加，彈性降低，其吸水速率降低，吸水倍率反而下降。

表2 不同交聯(lián)時(shí)間下止血粉樣品的吸水速率和吸水倍率

(4)三偏磷酸鈉用量的影響

在所制備的羧甲基淀粉鈉溶液中，滴加加入0.1g、0.2g、0.5g、1g三偏磷酸鈉乙醇溶液，在溫度70℃下分別反應(yīng)90min。反應(yīng)完畢后干燥處理，測定每克干粉吸水倍率和吸水速率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示，由于三偏磷酸鈉的交聯(lián)試劑的用量不同，導(dǎo)致樣品的吸水性能不同。當(dāng)三偏磷酸鈉的用量為0.5g時(shí)，得到的樣品交聯(lián)程度比較合適，在樣品表面滴加水滴時(shí)，能夠立刻吸水溶脹表現(xiàn)出較快吸水速率。同時(shí)隨著吸水過程的進(jìn)行，水分滲透到淀粉顆粒內(nèi)部使其溶脹。其他三種樣品由于交聯(lián)程度較低和較高都造成水分吸收和滲入速率降低導(dǎo)致吸水速率較低。

表3 不同三偏磷酸鈉止血粉樣品的吸水速率和吸水倍率

(5)反應(yīng)溫度的影響

在所制備的羧甲基淀粉鈉溶液中，滴加加入0.5g三偏磷酸鈉的乙醇溶液，在溫度40℃、60℃、70℃、80℃下分別反應(yīng)90min。反應(yīng)完畢后干燥處理，測定每克干粉吸水倍率和吸水速率。反應(yīng)溫度的提高可以加快反應(yīng)速度以及提高交聯(lián)度。從表4中可以看出，70℃時(shí)其吸水倍率最高，吸水速率最快。但是當(dāng)反應(yīng)溫度過高如80℃時(shí)，造成交聯(lián)度過高，使得止血粉的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)失去彈性，其吸水和保水功能弱化硬化，其吸水倍率急劇下降，而且較長時(shí)間內(nèi)進(jìn)入不了止血粉內(nèi)部。

表4 不同反應(yīng)溫度下止血粉樣品的吸水速率和吸水倍率

3.結(jié)論

利用交聯(lián)劑將淀粉交聯(lián)制備為具有網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)的淀粉基止血粉。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為90min，交聯(lián)劑含量為2%時(shí)，反應(yīng)溫度為70℃時(shí)，止血粉本身網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)具有較高的吸水倍率和較快的吸水速度。此止血粉的研究結(jié)果具有很高的應(yīng)用推廣價(jià)值。在開發(fā)優(yōu)良的淀粉基生物止血材料的過程中，一直致力于提高單位材料止血率與止血速率等性能。后期會(huì)通過對淀粉止血粉微球形貌的改性、表面化學(xué)修飾以及淀粉復(fù)合材料的研究，有望進(jìn)一步提高其性能。同時(shí)與臨床醫(yī)生的協(xié)同努力使得未來在臨床應(yīng)用上面得到較大的突破。