构建阳离子淀粉的方法及其作为止血材料的应用
【专利摘要】构建阳离子淀粉的方法及其作为止血材料的应用，属于生物医用材料领域。本发明首先使用三种方法对原淀粉和变性淀粉进行改性制备了一系列阳离子淀粉。所制备的阳离子淀粉经过粉碎过筛可得到阳离子淀粉止血粉，或经过发泡及冷冻干燥后得到阳离子淀粉止血海绵。使用阳离子淀粉制备的止血材料生物相容性好，可直接用于出血创面；本身具有抗菌效果，可预防伤口染菌感染；止血速度快，有一定附着力，可用于活动性出血止血以及临床急救止血。
【专利说明】
构建阳离子淀粉的方法及其作为止血材料的应用
技术领域
[0001] 本发明涉及一种阳离子淀粉，还涉及所述阳离子淀粉作为止血粉或止血海绵用于 人、哺乳动物、鸟类、爬行动物有血创面的止血，属于生物医用材料领域。
【背景技术】
[0002] 外伤造成的缓慢少量出血可以靠自身机能止血，而对于重大事故、战伤以及外科 手术中的大量出血或隐蔽性渗血现象仅靠机体自身不能有效止血，可能造成伤者的休克或 危及生命。因此，安全、高效、使用方便，成本低廉的止血材料对于临床应用具有重大意义。
[0003] 目前，市面上的新型止血材料主要有明胶海绵、胶原蛋白海绵、氧化纤维素、氧化 再生纤维素止血纱布、壳聚糖止血海绵等。这些止血材料在实际应用中都取得了良好的效 果，但是也各自存在某些弊端，例如明胶和胶原含有异种蛋白，易引发过敏反应;纤维素类 在体内降解时间长，可能引发局部感染或影响局部组织愈合。壳聚糖止血材料吸水性好，可 以引发并加速机体自身的凝血机制。但是由于人体内缺乏有效降解壳聚糖的酶，因此壳聚 糖止血材料主要用于外用止血。并且壳聚糖止血材料具有抗菌消炎、促进创面愈合的效果。 目前壳聚糖止血材料的价格还比较高。
[0004] 植物源淀粉生物相容性好，不易引起机体的过敏反应，并且可以在机体内降解。原 淀粉通过物理、化学或酶法处理可得到变性淀粉。变性淀粉不仅生物相容性好，理化性能也 较原淀粉有较大提高。目前已有使用变性淀粉作为止血材料的研究。在中国发明专利CN 103224568A中，发明人使用微波处理变性淀粉，制备了高吸水性的淀粉止血材料;在中国发 明专利CN 105457075A中，发明人以偏磷酸钠盐为交联剂制备了变性淀粉微球作为止血材 料。
[0005] 本发明中采用三种方法制备了一系列阳离子淀粉并用作止血材料，旨在模仿壳聚 糖止血材料的止血机理。目前阳离子淀粉主要应用于造纸、纺织、油田、粘合剂、采矿业和化 妆品等领域，还没有应用于止血材料。本发明中作为止血材料的阳离子淀粉生物相容性好、 吸水性好，除了可以通过吸收血液中的水分而浓缩血液外，还可以激活并加速机体自身的 凝血机制;具有与壳聚糖止血材料相媲美或更优秀的止血性能，而成本却更加低廉。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种阳离子淀粉，并制备成为止血微球或止 血海绵作为止血材料。所制备的阳离子止血材料不仅具有高效的止血效果和类似于壳聚糖 止血材料的抗菌消炎、镇痛效果，而且成本低廉。
[0007] 本发明首先使用三种方法构建了阳离子淀粉;然后使用粉碎过筛制备阳离子淀粉 止血微球或通过发泡制备阳离子淀粉止血海绵。
[0008] 本发明所述的构建阳离子淀粉的方法，其操作步骤如下：
[0009] 方法 1
[0010] 配制浓度为5-50g//L的淀粉溶液，往淀粉溶液中加入NaOH溶液，淀粉与NaOH的质量 比为2-20:1;随后加入环氧氯丙烷，淀粉与环氧氯丙烷的质量比为0.1-3:1;使用鼓泡法排 除反应体系中的空气，在氮气氛围中反应48h;往体系中加盐酸将溶液的pH调整到中性;将 溶液缓慢滴加到丙酮中，收集沉淀;使用截留分子量为l〇〇〇Da的透析袋将收集的沉淀透析 4h;冷冻干燥得到醚化淀粉；
[0011]配制醚化淀粉和阳离子试剂混合水溶液，其中醚化淀粉浓度为5-50g/L，醚化淀粉 醚化淀粉与阳离子试剂的质量比为4-12:1;在氮气氛围中，50-100 °C反应48-96h;反应结束 后，使用截留分子量为7000Da的透析袋将反应液透析48h，最后冷冻干燥得到阳离子淀粉。 [0012]方法 2
[0013]配制浓度为5-50g/L的淀粉溶液和浓度为2-30g/L的羰基二咪唑溶液;将两种溶液 混合，淀粉和羰基二咪唑的质量比为1-20:1;使用鼓泡法排除反应体系中的空气，在氮气氛 围中反应24h;将阳离子试剂逐滴加入到上述混合溶液中，淀粉与阳离子试剂的质量比为4-12:1，反应48h;将溶液滴加到丙酮中，收集沉淀，使用截留分子量为3500Da的透析袋将收集 的沉淀透析24h，最后冷冻干燥得到阳离子淀粉。
[0014] 方法 3
[0015] 将环氧氯丙烷逐滴加入到阳离子试剂溶液中，阳离子试剂与环氧氯丙烷的摩尔比 为0.1-2:1，控制反应温度为0-20°C，反应l_6h;反应结束后减压蒸馏得到醚化剂；
[0016] 将NaOH溶液加入淀粉搅拌10-30min，淀粉和NaOH的质量比为2-20:1，；随后加入醚 化剂继续搅拌0.5-3h，淀粉和醚化剂的质量比为5-20:1;将反应得到粗产品使用80 %的乙 醇洗涤，干燥后得到阳离子淀粉。
[0017] 上述所得阳离子淀粉制备止血材料的方法:包括以下步骤：
[0018] 将干燥后得到的阳离子淀粉进行粉碎过筛，辐照灭菌后得到阳离子淀粉止血微 球；
[0019]或将得到的阳离子淀粉配制成为质量浓度为1-5%的溶液，加入甘油和发泡剂，搅 拌发泡30-120min，发泡液倒入模具中，冷冻6-24h，经过冷冻干燥，辐照灭菌后，得到阳离子 淀粉止血海绵。
[0020]所述的淀粉原料为原淀粉、变性淀粉中的一种或几种，原淀粉包括玉米淀粉、木薯 淀粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、糯米淀粉中的一种或几种，变性淀粉包括，预糊化 淀粉、糊精、酸变性淀粉、氧化淀粉、醚化淀粉、酯化淀粉、交联淀粉、复合变性淀粉中的一 种，淀粉原料分子量为15000-2000000。
[0021]所述的阳离子试剂为乙二胺、己二胺、乙醇胺、N，N_二甲基乙二胺、三甲胺、聚乙烯 亚胺中的一种或以上几种的组合。
[0022]所述的配制淀粉溶液所用的溶剂为水、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、异丙醇中的一 种或几种混合。
[0023]所述的配制羰基二咪唑溶液所用的溶剂为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、异丙醇中 的一种或几种混合。
[0024] 所述的NaOH溶液质量浓度为1-5 %。
[0025]所述的对阳离子淀粉粉碎时长为30-40S。
[0026] 所述的过筛所用的筛网为100目或300目振筛10-20min。
[0027]所述的制备阳离子淀粉止血海绵时所用阳离子淀粉与甘油的质量比为0.5-2:1。
[0028]所述的制备阳离子淀粉止血海绵时所用阳离子淀粉与与发泡剂的质量比为（1-5):1〇
[0029]所述的发泡剂为泊洛沙姆188或泊洛沙姆407。
[0030] 本发明中所使用的构建阳离子淀粉的方法简单灵活。方法1中，创新的首先在淀粉 表面利用羟基与环氧氯丙烷的反应在淀粉分子链引入环氧基团，然后以此作为模板，根据 材料将来应用的不同，使用不同的阳离子试剂与模板上的环氧基团发生开环反应，从而快 速将具有不同胺基密度的阳离子试剂接枝到淀粉分子链上得到阳离子淀粉。方法2中，使用 羰基二咪唑作为活化剂，首次使用一步法将阳离子试剂接枝到淀粉分子链上得到阳离子淀 粉，方法简单灵活，制备过程中不需要强碱NaOH。方法3中，首先使用环氧氯丙烷与阳离子试 剂通过亲核取代反应得到醚化剂，然后通过醚化剂与淀粉上羟基的开环反应得到阳离子淀 粉。使用阳离子淀粉为原料，根据止血部位、止血需求的不同，制备成为止血微球或止血海 绵。所制备的基于阳离子淀粉的止血材料具备类似于壳聚糖止血材料的止血机理具有良好 的生物相容性和止血效果，同时具备抗菌消炎的功效;生产成本低，适合大规模生产。
【具体实施方式】
[0031] 下面通过实施例来进一步说明本发明，但并不局限于以下的实施例。在阅读了本 发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，但凡在本发明的 精神和原则之内，这些等价形式的改动、修改等均应包含在本发明的保护范围之内。阳离子 玉米淀粉止血材料吸水倍率见表1，小鼠股动脉止血实验结果见表2。
[0032] 实施例1:
[0033]根据方法1，使用玉米淀粉制备阳离子淀粉并制作阳离子淀粉止血微球：
[0034] 配制二甲基亚砜与异丙醇的混合溶液，二甲基亚砜与异丙醇溶液的体积比为1:1。 将lg玉米淀粉溶解到100mL上述溶液中。往玉米淀粉溶液中加入25mL浓度为1 %的NaOH溶 液，随后加入5mL环氧氯丙烷。使用鼓泡法排除反应体系中的空气，在氮气氛围中反应48h。 往体系中加盐酸将溶液的pH调整到中性。将溶液缓慢滴加到丙酮中，收集沉淀。使用截留分 子量为lOOODa的透析袋将收集的沉淀透析4h。冷冻干燥得到醚化玉米淀粉。
[0035] 将lg醚化玉米淀粉溶解到100mL水中，5mL乙二胺滴加到醚化玉米淀粉溶液中，在 氮气氛围中、70°C反应72h。反应结束后，使用截留分子量为7000Da的透析袋将反应液透析 48h，最后冷冻干燥得到阳离子玉米淀粉。
[0036]将得到的阳离子淀粉在粉碎机内进行粉碎40s，使用300目筛网振筛20min，收集得 到阳离子玉米淀粉止血微球。
[0037] 实施例2:
[0038]根据方法1，使用玉米淀粉制备阳离子淀粉并制作阳离子淀粉止血海绵：
[0039]制备阳离子玉米淀粉的方法与实施例1相同。将2g阳离子玉米淀粉溶解到50mL水 中，搅拌l〇min后加入3g甘油、0.5g泊洛沙姆407，继续搅拌40min。随后将发泡液倒入模具 中，并迅速转移到_30°C冰箱中，冷冻24h，把得到的样品冷冻干燥，得到阳离子玉米淀粉止 血海绵。
[0040] 实施例3:
[0041 ]根据方法2,使用玉米淀粉制备阳离子淀粉并制作阳离子淀粉止血微球：
[0042] 将lg玉米淀粉溶于50mL水中，0.5g羰基二咪唑溶于50mL二甲基亚砜中，待溶解均 匀后将两种溶液混合。使用鼓泡法排除反应体系中的空气，在氮气氛围中反应24h。将0.2g 乙二胺溶解到50mL水中，缓慢滴加到玉米淀粉、羰基二咪唑混合溶液中，反应48h。反应结束 后将反应液滴加到过量的丙酮中，收集沉淀。使用截留分子量为3500Da的透析袋将收集的 沉淀透析24h，最后冷冻干燥得到阳离子玉米淀粉。
[0043]将得到的阳离子淀粉在粉碎机内进行粉碎40s，使用300目筛网振筛20min，收集得 到阳离子玉米淀粉止血微球。
[0044] 实施例4:
[0045] 根据方法2，使用玉米淀粉制备阳离子淀粉并制作阳离子淀粉止血海绵：
[0046]制备阳离子玉米淀粉的方法与实施例3相同。将2g阳离子玉米淀粉溶解到50mL水 中，搅拌l〇min后加入3g甘油、0.5g泊洛沙姆407，继续搅拌40min。随后将发泡液倒入模具 中，并迅速转移到_30°C冰箱中，冷冻24h，把得到的样品冷冻干燥，得到阳离子玉米淀粉止 血海绵。
[0047] 实施例5:
[0048]根据方法3，使用玉米淀粉制备阳离子淀粉并制作阳离子淀粉止血微球：
[0049] 将5mL乙二胺与5mL环氧氯丙烷混合，10 °C反应5h。反应结束后减压蒸馏，得到醚化 剂。
[0050] 将2g阳离子玉米淀粉溶解到50mL水中，加入25mL浓度为1%的NaOH溶液，搅拌 30min;随后加入0.4g醚化剂，搅拌2h。将得到的粗产品使用80%的乙醇洗涤，干燥后得到阳 离子玉米淀粉。
[0051] 将得到的阳离子淀粉在粉碎机内进行粉碎40s，使用300目筛网振筛20min，收集得 到阳离子玉米淀粉止血微球。
[0052] 实施例6:
[0053]根据方法3，使用玉米淀粉制备阳离子淀粉并制作阳离子淀粉止血海绵：
[0054]制备阳离子玉米淀粉的方法与实施例3相同。将2g阳离子玉米淀粉溶解到50mL水 中，搅拌lOmin后加入3g甘油、0.5g泊洛沙姆407，继续搅拌40min。随后将发泡液倒入模具 中，并迅速转移到_30°C冰箱中，冷冻24h，把得到的样品冷冻干燥，得到阳离子玉米淀粉止 血海绵。
[0055] 表1阳离子玉米淀粉止血材料吸水倍率
[0056]
[0057] 吸水倍率指1 g样品所吸收水的最大量。
[0058] 吸水倍率(mL/g)=吸水量(mL)/样品量(g)。
[0059] 小鼠股动脉止血实验：
[0060] 选取28只4-6周健康小鼠，雌雄各半，随机分为7组。将小鼠麻醉后固定于手术台 上，去毛后露出一侧股动脉，横向切开一半，令其自由喷血8s，然后根据分组进行相应处理， 记录止血时间、失血量和90分钟死亡率。
[0061 ]表2小鼠股动脉止血实验结果
[0062]
[0063]
【主权项】
1. 构建阳离子淀粉的方法，其特征在于，包括以下三种方法： 方法1 配制浓度为5-50g/L的淀粉溶液，往淀粉溶液中加入NaOH溶液，淀粉与NaOH的质量比为 2-20:1;随后加入环氧氯丙烷，淀粉与环氧氯丙烷的质量比为0.1-3:1;使用鼓泡法排除反 应体系中的空气，在氮气氛围中反应48h;往体系中加盐酸将溶液的pH调整到中性;将溶液 缓慢滴加到丙酮中，收集沉淀;使用截留分子量为l〇〇〇Da的透析袋将收集的沉淀透析4h;冷 冻干燥得到醚化淀粉； 配制醚化淀粉和阳离子试剂混合水溶液，其中醚化淀粉浓度为5-50g/L，醚化淀粉醚化 淀粉与阳离子试剂的质量比为4-12:1;在氮气氛围中，50-100 °C反应48-96h;反应结束后， 使用截留分子量为7000Da的透析袋将反应液透析48h，最后冷冻干燥得到阳离子淀粉； 或方法2 配制浓度为5_50g//L的淀粉溶液和羰基二咪唑溶液和浓度为2-30g//L的羰基二咪唑溶 液;将两种溶液混合，淀粉和羰基二咪唑的质量比为1-20:1;使用鼓泡法排除反应体系中的 空气，在氮气氛围中反应24h;将阳离子试剂逐滴加入到上述混合溶液中，淀粉与阳离子试 剂的质量比为4-12:1，反应48h;将溶液滴加到丙酮中，收集沉淀，使用截留分子量为3500Da 的透析袋将收集的沉淀透析24h，最后冷冻干燥得到阳离子淀粉； 或方法3 将环氧氯丙烷逐滴加入到阳离子试剂溶液中，阳离子试剂与环氧氯丙烷的摩尔比为 0.1-2:1，控制反应温度为0-20°C，反应l_6h;反应结束后减压蒸馏得到醚化剂； 将NaOH溶液加入淀粉搅拌10-30min，淀粉和NaOH的质量比为2-20:1，；随后加入醚化剂 继续搅拌〇. 5-3h，淀粉和醚化剂的质量比为5-20:1;将反应得到粗产品使用80%的乙醇洗 涤，干燥后得到阳离子淀粉。2. 按照权利要求1所述的构建阳离子淀粉的方法，其特征在于，方法1、方法2和方法3 中，所述的淀粉原料为原淀粉、变性淀粉中的一种或几种，原淀粉包括玉米淀粉、木薯淀粉、 红薯淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、糯米淀粉中的一种或几种，变性淀粉包括，预糊化淀粉、 糊精、酸变性淀粉、氧化淀粉、醚化淀粉、酯化淀粉、交联淀粉、复合变性淀粉中的一种，淀粉 原料分子量为15000-2000000。3. 按照权利要求1所述的构建阳离子淀粉的方法，其特征在于，方法1、方法2和方法3 中， 所述的阳离子试剂为乙二胺、己二胺、乙醇胺、N，N-二甲基乙二胺、三甲胺、聚乙烯亚胺 中的一种或以上几种的组合。4. 按照权利要求1所述的构建阳离子淀粉的方法，其特征在于，方法1、方法2和方法3 中，配制淀粉溶液所用的溶剂为水、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、异丙醇中的一种或几种混 合。5. 按照权利要求1所述的构建阳离子淀粉的方法，其特征在于，方法1、方法2和方法3 中，所述的NaOH溶液质量浓度为1-5%。6. 按照权利要求1所述的构建阳离子淀粉的方法，其特征在于，羰基二咪唑溶液中溶剂 是为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、异丙醇中的一种或几种混合。7. 按照权利要求1-6任一项制备方法所得阳离子淀粉作为止血材料的应用。8. 利用权利要求1-6任一项制备方法所得阳离子淀粉制备止血材料的方法:包括以下 步骤： 将干燥后得到的阳离子淀粉进行粉碎过筛，辐照灭菌后得到阳离子淀粉止血微球； 或将得到的阳离子淀粉配制成为质量浓度为1-5%的溶液，加入甘油和发泡剂，搅拌发 泡30-120min，发泡液倒入模具中，冷冻6-24h，经过冷冻干燥，辐照灭菌后，得到阳离子淀粉 止血海绵。9. 按照权利要求8的方法，其特征在于，过筛所用的筛网为100目或300目振筛10-20min〇10. 按照权利要求8的方法，其特征在于，阳离子淀粉与甘油的质量比为0.5-2:1;阳离 子淀粉与发泡剂的质量比为(1-5): 1;发泡剂为泊洛沙姆188或泊洛沙姆407。
【文档编号】A61L24/00GK106008727SQ201610306376
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】徐福建, 罗旭, 李杨, 胡杨, 胡浩
【申请人】北京化工大学