一种具有强效湿粘附与止血功能的仿生止血糊剂及其制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料制备及生物医药领域，具体涉及一种具有强效湿粘附与止血功能的仿生止血糊剂及其制备方法。

背景技术

不受控制的出血是导致许多人死亡的主要原因。作为紧急止血的一种必要手段，迅速闭合伤口可以有效减少失血，增加生存机会。临床上，缝合是伤口闭合的标准程序。然而，由于术前麻醉的要求、严格的手术要求和耗时，此类手术仅限于手术室，尤其是在紧急情况下。此外，手术的持续性可能导致二次伤害、伤口感染和伤口愈合受阻，给患者带来痛苦和不便。因此，需要适合现场操作且易于在急救治疗中使用的先进伤口闭合策略。

止血可以通过不同的方法实现，包括：(1)物理粘附到组织上或堵塞毛细血管；(2)化学(如共价键)相互作用和与凝血因子的结合；(3)血细胞和血浆的吸收。其中物理黏附组织或者封堵血管这类方法较为迅速，不需要经过凝血级联反应这一耗时的过程，有利于战场与日常生活中的快速止血。但同时组织粘附剂注射填充在充斥着大量血液、组织液的创口处，因此需要极强的湿粘附性。部分海洋生物可以在海洋环境中保持长效且牢固的粘附，例如藤壶可以在高盐度、高腐蚀性的海水氛围中生长繁殖在鲸鱼、海龟等不同生物的皮肤表面。这得益于其独特的生理结构与粘附体系。已知藤壶的粘附体系由两种主要成分组成：富含脂质的基质和粘附蛋白，它们协同在潮湿和污染的表面上提供强大的粘附力。藤壶胶中富含脂质的基质首先通过排斥基底物质上的海水和污染物来清洁底层基质，随后粘附蛋白与基质交联以形成稳定且牢固的粘附。

聚丙烯酸类材料因为特殊的物理化学性质广泛应用于科学研究的各个领域，例如常见的聚丙烯酸类树脂，以及作为医药领域内常见的压敏胶卡波姆。聚丙烯酸上丰富的羧基不仅可以与组织形成丰富的氢键，同时可以修饰N-羟基琥珀酰亚胺酯，可以大大缩短聚合物与组织或皮肤表面的氨基发生酰胺反应的时间，形成共价结合，牢固地粘附在基底表面，并且可以确保较长时间的粘附效果。硅油相负责排斥血液地同时，为粘附营造一个较好的界面粘合环境；并且硅油可以保护粘附相与基底之间的结合一定时间内不被液体冲刷破坏。

但是对于粘合剂而言，强度与韧性之间的内在冲突是一直存在的。本发明在聚丙烯酸衍生物作为粘附主要物质的基础上，添加二维层状纳米片水滑石，有效的吸收因应力产生的形变能量，阻断了裂纹的进一步扩大；同时因为纳米片的高比表面积增加了聚合物之间的相互作用，提高了裂纹产生所需要的能量。本发明从这两方面的改进效果出发，使用无机填料，避免使用人工合成聚合物，得到良好的粘合效果与韧性并存的粘合剂，改善这一类粘合剂的固有冲突。

受藤壶的粘附体系中粘附相与硅油相的启发与工业粘合剂中无机填料的启发，本发明成功开发了一种基于海洋生物藤壶粘附机理衍生的强效粘合止血糊剂，可用于贯穿伤口与急性大出血的快速止血，并且可以有效的粘合皮肤，表现出良好的止血与湿粘附性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有强效粘附与止血功能的可注射仿生止血糊剂，从而解决粘合剂中强度与韧性的内在冲突，通过对不同类型伤口的涂抹与注射，实现对深层次急性大出血伤口的有效封堵与紧急处理。

为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案：

本发明首先公开了一种具有强效湿粘附与止血功能的仿生止血糊剂，其由疏水性油和粘附相混合而成；

所述粘附相由聚丙烯酸衍生物与水滑石二维层状纳米片共混而成；

所述聚丙烯酸衍生物是以丙烯酸N-羟基琥珀酰亚胺酯与丙烯酸-叔丁酯为单体，通过可逆加成-断裂链转移反应聚合而成。

进一步地，粘附相中，聚丙烯酸衍生物与水滑石二维层状纳米片的质量比为1～9:1。随着粉末中水滑石二维层状纳米片的质量比逐渐增加，材料整体的粘附性能会越差。

进一步地，粘附相与疏水性油的质量比为1:1～4。随着疏水性油含量的增加，材料的注射性能增强，但注射后糊剂的形态维持能力较差，当粘附相与疏水性油质量比为2：3时材料的注射性能最佳。

进一步地，所述疏水性油可为硅油、植物油或蓖麻油等，最优选为硅油。

进一步地，所述水滑石二维层状纳米片可为钙铝水滑石二维层状纳米片、镁铝水滑石二维层状纳米片、铁铝水滑石二维层状纳米片、锰铝水滑石二维层状纳米片等，最优选为钙铝水滑石二维层状纳米片。

本发明还公开了所述仿生止血糊剂的制备方法，其包括如下步骤：

步骤1、制备聚丙烯酸衍生物

将1.0～4.0g丙烯酸叔丁酯单体和0.05～0.34g丙烯酸N-羟基琥珀酰亚胺酯溶于15mL1,4-二氧六环中，随后加入28～56mg4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸与3～6mg引发剂偶氮二异丁腈AIBN，搅拌至溶液均一，整体为粉红色透明液体；将反应体系通过冷冻解冻泵循环法脱气除氧后，在氮气氛围下，70～90℃油浴反应12～24h；

反应结束后，将体系中的液体逐滴滴入过量正己烷中，静置沉淀；使用3～10mL二氯甲烷洗涤沉淀后，重新滴入过量正己烷中，静置沉淀，弃去上清液，得到中间体聚合物；将中间体聚合物与过量三氟乙酸混合搅拌10-15h，使用旋蒸仪除去未反应的三氟乙酸，将所得沉淀与三乙胺反应10～15h后，去除溶剂，所得沉淀置于真空烘箱中45℃干燥12～24h，即获得聚丙烯酸衍生物，记为PAA-NHS；

步骤2、制备钙铝水滑石二维层状纳米片

称取0.31～0.93gCaCl

步骤3、制备粘附相

将步骤1所得PAA-NHS与步骤2所得Ca-AlLDH按质量比1～9:1混合后，研磨、过100～300目筛网，获得粘附相粉末；

步骤4、制备仿生止血糊剂

将步骤3所得粘附相与硅油按质量比1:1～4混合并搅拌均匀，即获得仿生止血糊剂。

在合成聚丙烯酸衍生物时，通过调整丙烯酸叔丁酯单体和丙烯酸N-羟基琥珀酰亚胺酯的摩尔比，可以调整所得止血糊剂的粘附性能。随着丙烯酸N-羟基琥珀酰亚胺酯单体含量的提升，糊剂的长效粘附性能会有所提升。

在合成聚丙烯酸衍生物时，反应时间为12～24h。随着时间的增加，聚合反应转化率会有增加，所合成的PAA-NHS分子量增大。

在合成钙铝水滑石二维层状纳米片时，钙盐与铝盐的质量比会影响纳米片的溶解性。随着铝盐的质量增加，纳米片的溶解性增加、粒径减小。

本发明基于藤壶粘附体系和无机填料增韧机制的启发，提供了一种具有强效湿粘附与止血功能的仿生止血糊剂，作为便携式的止血粘合剂，可用于贯穿深层伤口的紧急处理，以及急性大出血等紧急时刻。本发明的糊剂还可以与一些常用的抗生素类药物充分混合研磨后使用，保证创口在止血完成后的伤口愈合。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明的止血糊剂能够较好的兼顾强度与韧性。

2、本发明的止血糊剂具有较强的水下黏附性，通过组织胶粘剂剪切搭接测试，其湿润状态下组织粘附强度可以达到55kPa，可黏附在具有大量组织及血液的不规则手术创面上，可在多种不同的环境下保持稳定的粘附性质。

3、本发明的止血糊剂具有较好的生物安全性，将材料与人脐静脉内皮细胞共孵育后，细胞仍然能保持较高的存活率，并不会引起局部的严重炎症反应。

4、本发明的止血糊剂有着较好的深层止血性能，在SD大鼠的肝脏穿孔(3mm)模型中该止血糊剂通过注射达到有效止血的时间(约25秒)比速即纱(约65秒)短得多。

5、本发明的止血糊剂有着较好的深层止血性能，在新西兰兔的肝脏穿孔(3mm)模型中该止血糊剂通过注射达到有效止血的时间(约27秒)比速即纱(约90秒)短得多。

6、本发明的止血糊剂有着较好的注射性能，使用方便，可注射可涂抹，并且易于携带，可用于多种不同伤口。

7、本发明的止血糊剂有着较大的载药平台潜力，止血糊剂可与临床上常用的抗生素药物共混筛分研磨，有利于该糊剂的扩展应用。

8、本发明的止血糊剂制备条件简单，储存运输也极其方便。

附图说明

图1为实施例1所得PAA-tBU-NHS的核磁共振氢谱图。

图2为实施例1所得PAA-NHS粉末的照片。

图3为实施例1所得Ca-AlLDH的透射电镜图以及元素分布图。

图4为实施例1所得Ca-AlLDH的原子力显微镜图。

图5为实施例1中粘附相和硅油不同比例下所得止血糊剂的图片，其中：a图为不同组分材料由平放至直立这一过程中形态的变化，b图为不同组分材料的注射性能对比。

图6为实施例1所得止血糊剂在温度分别为4℃、25℃、37℃、40℃条件下的剪切搭接测试与界面强度测试的量化数据图。

图7为实施例1所得止血糊剂对猪的心、肝、肺、皮肤的剪切搭接测试与界面强度测试的量化数据图。

图8为实施例1中不同Ca-AlLDH添加量所得止血糊剂的界面强度数据。

图9为实施例1所得止血糊剂自愈合性能的流体动力学表征图。

图10为实施例1所得止血糊剂在不同浓度浸出液下与人脐静脉内皮细胞共孵育24h与48h的存活率数据图。

图11为实施例1中不同止血材料应用于SD大鼠肝脏划伤止血模型的止血时间(图11(a))与失血量(图11(b))对比数据。

图12为实施例1中不同止血材料应用于新西兰兔肝脏划伤止血模型的止血时间(图12(a))与失血量(图12(b))对比数据。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例按如下步骤制备仿生止血糊剂：

步骤1、制备聚丙烯酸衍生物

将丙烯酸叔丁酯(3.16g，200mmol)和丙烯酸N-羟基琥珀酰亚胺酯(0.34g，20mmol)溶于15mL1,4-二氧六环中，搅拌混匀，直至溶液澄清透明。将4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸溶液(0.028g，1mmol)逐滴加入至上述体系中，然后再逐滴加入300μL偶氮二异丁腈(AIBN)的溶液(0.003g，1mmol)。将反应体系通过冷冻解冻泵循环法脱气除氧后，在氮气氛围下，70℃油浴反应24h。

反应结束后，将体系中的液体逐滴滴入过量正己烷中，静置沉淀；使用5mL二氯甲烷洗涤沉淀后，重新滴入过量正己烷中，静置沉淀，弃去上清液，得到中间体聚合物(记为PAA-tBU-NHS)；去除溶剂，取出部分产物溶于重水，进行核磁氢谱检测，结果如图1所示，图中特征峰的位置与所预期的聚合物结构相吻合。将中间体聚合物与过量三氟乙酸混合搅拌12h，使用旋蒸仪除去未反应的三氟乙酸，将所得沉淀与三乙胺反应12h后，去除溶剂，将产物置于真空烘箱中45℃干燥24h，即获得聚丙烯酸衍生物PAA-NHS，其照片如图2所示，为白色的粉末。

步骤2、制备钙铝水滑石二维层状纳米片

称取0.51gCaCl

步骤3、制备粘附相

将0.16g步骤1所得PAA-NHS与0.04g步骤2所得Ca-AlLDH混合后，研磨、过300目筛，获得粘附相。

步骤4、制备仿生止血糊剂

将步骤3所得粘附相与硅油按不同质量比(分别为0.2/0、0.2/0.1、0.2/0.2、0.2/0.3、0.2/0.4)混合并搅拌均匀，即获得仿生止血糊剂。如图5所示，a图为不同组分材料由平放至直立这一过程中形态的变化，由此判断材料的成型性能。如图5a所示，随着硅油质量的增加，糊剂材料的性能逐渐向好，但是当硅油质量增加至0.4g时糊剂材料流动性较强。当硅油质量为0.3g即粘附相与硅油质量比为2：3时，所制备材料的成型性能最佳。图5b中是对不同组分材料的注射性能进行考量，通过对不同组分的糊剂进行注射，也可以得出当粘附相与硅油相质量比为2：3时，糊剂通过1mL注射管最为顺畅，且注射后的材料形态保持完好。后续实验数据皆对应粘附相与硅油质量比为2：3的样品。

利用组织粘合剂强度特性的标准试验方法ASTMF2255-2005(2015)测定搭接剪切状态下止血糊剂的拉伸载荷。采用医药行业标准YY/T0729.1-2009所规定的新鲜猪皮移植片制备程序，猪皮长度为20mm、宽度为10mm、厚度为2mm。采用Instronmodel5943型万能试验机进行测试，测定时温度为25℃，剪切拉伸速度为5mm/min，每组样品至少重复测定三次以上，并记录其对应的F

利用TADiscoveryDHR-3型旋转流变仪对止血糊剂(1mL)在水中充分浸泡后形成的凝胶与未添加Ca-AlLDH的糊剂材料形成的凝胶进行自愈合性能评价：测试温度为25℃，测试间隙为1000μm。将1mL样品在时间扫描模式下以1％的压力下测试2分钟(图中I部分)，然后在100％压力下测试1分钟(图中II部分)，最后再恢复到1％的压力下测试2分钟(图中III部分)，即得到该植入剂储能模量与损耗模量的变化图。由图9可以看出，该植入剂在较高压力下储能模量与损耗模量实现反转，植入剂由胶体变为液体，在恢复1％的压力后又转变为胶体，回复的储能模量高达90％，证明该糊剂具有较好的自愈合能力，并且证实Ca-Al LDH的加入增强了材料的结构刚性。

设计空白组以及0.5％、1％、5％、10％四个不同体积浓度仿生止血糊剂浸出液(浸出液是将止血糊剂加入至过量离子水中配置而成)组共5个实验组，每组4个平行实验作为对照。使用96孔板培养HUVECs细胞，将每孔的细胞密度控制在4000-5000个，每孔体积100μL，将96孔板置于CO

设计空白组、PAA-NHS组、硅油组、Ca-AlLDH组、PAA组(即聚丙烯酸组，其制备方法与PAA-NHS相同，区别仅在于合成的单体中没有丙烯酸N-羟基琥珀酰亚胺酯)、硅油+Ca-AlLDH组、PAA-NHS+硅油组、PAA-NHS+Ca-AlLDH组、纱布组、明胶海绵组、速即纱组以及仿生止血糊剂组共12个实验组，所有实验组保持相同止血材料的用量，每组3只大鼠作为平行对照。将大鼠麻醉固定后，逐层打开腹腔，暴露出肝脏，并用无菌棉签吸干肝脏表面的组织液和血液。然后用活检穿孔器(3mm)对肝脏进行穿孔，待自由出血3s后，立即将相应组分的止血材料通过注射或涂抹于大鼠肝脏创口表面，在其下方铺垫好无菌滤纸。开始计时后，需每隔5s对创口进行确认是否凝血，对创口进行拍照录像，记录凝血时间。实验结束后分别称量无菌滤纸用于止血前后的质量差，计算出大鼠肝脏出血量。该实验操作应重复三次以上。如图11所示，相较于纱布组、明胶海绵组、速即纱组这些日常或临床上使用广泛的止血材料，所制备的止血糊剂有着最短的止血时间(约25s)与失血量(40.8±5.4mg)，得益于其具有良好的湿粘合性能；同时相比于PAA-NHS组、硅油组、Ca-AlLDH组、硅油+Ca-AlLDH组、PAA-NHS+硅油组、PAA-NHS+Ca-AlLDH组，糊剂组的较好的止血数据证实了三者的结合能够最大地发挥各自的功能，从而增加粘附性能，进而缩短止血时间。相较于聚丙烯酸组，聚丙烯酸类衍物组的止血时间与失血量有着一定程度的减少，止血时间上聚丙烯酸衍生物组比聚丙烯酸组快约5s，止血量上少25mg，证实糊剂中选用聚丙烯酸类衍生物而非聚丙烯酸是较好的选择。

设计空白组、纱布组、明胶海绵组、速即纱组以及仿生止血糊剂5个实验组，所有实验组保持相同止血材料的用量，每组3只新西兰雌兔作为平行对照。将兔子麻醉固定后，逐层打开腹腔，暴露出肝脏，并用无菌棉签吸干肝脏表面的组织液和血液。然后用活检穿孔器(3mm)对肝脏进行穿孔，待自由出血3s后，立即将相应组分的止血材料通过注射或涂抹于兔子肝脏创口表面，在其下方铺垫好无菌滤纸。开始计时后，需每隔5s对创口进行确认是否凝血，对创口进行拍照录像，记录凝血时间。实验结束后分别称量无菌滤纸用于止血前后的质量差，计算出兔子肝脏出血量。该实验操作应重复三次以上。如图12所示，相较于纱布组、明胶海绵组、速即纱组，所制备的止血糊剂有着最短的止血时间(约27s)与失血量(0.18±0.05g)，不仅相较于对照实验组的止血时间(约410s)与失血量(6.43±0.13g)有着明显的改善，同时也优于临床较常使用的速即纱的止血时间(约为90s)与失血量(1.44±0.21g)。本实施例的止血糊剂展示出了较强的止血性能。

以上仅为本发明的示例性实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。