1、殼聚糖止血材料的制備及性能評價韋其全 潘峰 劉坤 材料學院2005級指導教師：李保強一、課題研究目的在日常生活中突發性事故的急救治療，在醫院對病人的手術過程中的創傷止血，特別是戰爭中受傷戰士的救護，病患者的局部快速且有效的止血非常重要。因為未受控制的出血是導致突發事故，術中大出血或戰場傷亡的主要原因。在伊拉克戰爭中，戰場上有50%陣亡人員是由于出血過多導致的。盡早的控制出血成為降低患者傷亡的最佳策略。創傷止血材料是應用于創傷出血救治，是平戰時救護常用的物品，創傷止血材料的研究對于戰創傷救治具有重要意義，臨床常用的止血材料如止血紗布、止血繃帶存在著局限性：如止血時間較長、易與傷口粘連而不易換藥、

2、對傷口的感染和化膿無能為力。快速止血和功能性止血將是未來止血藥物發展的方向。目前，以殼聚糖為原料的止血材料正成為國內外研究的熱點之一。我們希望通過對近年來國內外研制的新型快速止血材料的成分和止血機制的研究，制備一種高效的快速止血材料。二、課題背景美國HemCon公司推出的以凍干殼聚糖為基質的止血繃帶（HemCon Bandage）能迅速止住大量出血，這種已消毒的繃帶的柔韌性好, 可供軍隊戰斗時使用, 甚至在極其惡劣的天氣和地形亦可使用, 它可使傷口形成結實的有粘附性的血塊, 然后轉運傷員。美國俄勒岡州的薩姆醫療產品公司以其從蝦殼中提取出來的一種顆粒狀混合物CLEOX命名的CLEOX止血粉，能迅

3、速止住動脈出血，再出血率為零。殼聚糖基止血材料在制備與性能檢驗方面存在以下問題：首先單一組分殼聚糖止血材料存在效果不顯著；其次殼聚糖或殼聚糖/膠原、殼聚糖/明膠復合膜的柔韌性差，且存在成膜率低的問題；最后很少文獻報道了止血材料的力學性能，而這恰恰直接關系到使用止血材料時的可操作性（如拉伸或延展性能）。李保強等研究表明，殼聚糖/羧甲基殼聚糖混合能成功制得止血薄膜，但存在機械性能不理想，止血評價不完善等問題。 基于殼聚糖止血材料的現狀和問題，我們提出了通過溶液澆注制備甘油改性的CS/CMCS復合載藥膜的方法，其中通過加入甘油以改善復合膜的柔韌性，加入酚磺乙胺為促進止血劑，研究止血劑對復合止血膜的力

4、學性能的影響，最后采用兔子耳朵出血模型評價復合止血材料效果。三、課題研究主要內容1. 原料殼聚糖、羧甲基殼聚糖（青島海匯生物工程有限公司）、乙酸（天津）、甘油、酚磺乙胺（新鄉）、新西蘭大白兔（購于哈爾濱獸研所）2. 復合膜制備過程1) 用電子天平稱取4g殼聚糖（CS），將其溶于200ml的2%醋酸溶液，進行機械連續攪拌2h左右使其充分溶解，然后靜置數小時脫泡；2) 用電子天平稱取4g羧甲基殼聚糖（CMCS），將其溶于200ml蒸餾水，進行機械連續攪拌2h左右使其充分溶解，然后靜置脫泡；3) 配置質量分數分別為10%，15%，20%，25%，30%的甘油50ml；4) 將上述三種溶液按16：4：

5、5混合，并滴加4%的鹽酸調節pH為3左右，攪拌至澄清。5) 在步驟1.4中加入質量分數分別為0.5%，1.0%，1.5%的酚磺乙胺注射液；6) 采用溶液澆注膜的方法，將約40ml的混合液注入模具中，放入53的電熱鼓風干燥箱中56小時，分別獲得殼聚糖/羧甲基殼聚糖復合膜或載藥的殼聚糖/羧甲基殼聚糖復合膜。3. 復合膜的成膜理論研究研究了甘油對成膜的影響，分析了在成膜過程中的重要作用。4. 復合膜力學性能測試根據塑料薄膜拉伸性能試驗方法（GB13022-91），將試樣剪成如圖1所示的啞鈴形狀(總長115mm)，用螺旋測微器測量試樣厚度。然后將試樣放置在試驗環境下12h后開始試驗。在電子萬能材料實驗

6、機（島津電子萬能拉力機）上，選用拉伸模式，測試速度25mm/min，拉伸標距80mm，測定試樣的拉伸強度、斷裂伸長率和模量。若試樣斷裂位置不在中間區域內，則數據無效，應重新實驗，每個比例取七組有效數據，取平均值。 圖1啞鈴形試樣圖2拉斷后的試樣5. 復合膜中的含水量測定將復合膜放置在試驗環境下24h以上后開始試驗。1) 選擇尺寸為100mm*50mm膜。在電子天平上量出其初始質量；2) 放入電熱恒溫鼓風干燥箱，保持恒溫53；3) 每5分鐘測量一次復合膜樣品的質量并記錄，當質量變化不大時（約30分鐘后），時間間隔選為10分鐘4) 當復合膜質量不再改變時，實驗結束，依據公式（1）計算不同甘油含量的

7、復合膜含水率。（1），（其中W0為樣品初始質量，Wt為t時刻樣品重量）6. 復合膜的止血評價6.1 全血凝固時間用8號針頭刺破兔子耳朵，吸取4ml的兔子靜脈血液，將0.5ml新鮮的靜脈血液涂覆在不同組分的殼聚糖/羧甲基殼聚糖止血膜表面，1min后將膜傾斜45度，直到血滴不流動為止，記錄全血凝固時間。6.2 止血膜出血創面的止血時間利用解剖刀在新西蘭大白兔上切出1×1cm2的耳部靜脈出血創面和1×1cm2耳部動脈出血創面，用不同比例的止血膜處理創面，記錄止血膜的止血時間和創傷愈合情況。四、結論（成果介紹）1. 復合膜外觀性質采用溶液澆注的方法可獲得淺黃色的殼聚糖/羧甲基殼聚糖

8、復合膜，其厚度為30-50um。加入甘油后，復合膜柔韌性顯著增加，且含量越高復合膜柔韌性增加，可以對折。此外甘油引入復合膜內，使其透明性增加。ABC圖3 不同甘油含量的殼聚糖/羧甲基殼聚糖復合膜（a，0%，b，10%，c， 30%）表1 復合膜柔韌性比較甘油含量（wt%）顏色柔韌性0白色、不透明差、很脆、干燥時易開裂，成品率為零10淺黃色、半透明較差、干燥和取膜時易碎，成品率較低低30淺黃色、透明柔軟，韌性好，可對折2. 復合膜的成膜理論研究含多羥基甘油的沸點（290），可與水以任何比例混溶，能降低水的冰點。有極大的吸濕性。甘油的飽和蒸汽壓：0.017kPa at 25；1.18kPa at

9、81；而水的飽和蒸汽壓：2.63kPa at 22；49.22 kPa at 81。在膜烘干過程中（溫度為50-60），根據蒸汽壓的數據可知甘油的揮發可以忽略；即干燥過程是基于水和乙酸的揮發。這相當于干燥過程改變了溶劑組成，使溶劑內甘油含量逐漸增加，從而降低了溶劑的介電常數（圖）。殼聚糖在低介電常數介質中的溶解度降低，使殼聚糖/羧甲基殼聚糖溶液逐步逼近臨界凝膠點，促使溶液轉變為凝膠。隨著水的揮發進行，使溶劑的介電常數逐漸減小；另外混合酸的揮發使質子化的殼聚糖去質子化。溶劑介電常數和殼聚糖去質子化均降低了殼聚糖分子鏈的表觀電荷密度，促使殼聚糖分子鏈凝聚，并使殼聚糖內殘留的乙酰基逐漸形成疏水區域和

10、分子間氫鍵。介電常數改變意味著殼聚糖分子鏈表觀電荷密度減低，易于形成凝膠。圖4 甘油/水溶液的介電常數與溶劑組成之間的相互關系由于殼聚糖或殼聚糖/羧甲基殼聚糖膜的柔韌性差，易脆斷，無法滿足止血材料所要求的機械強度。基于干燥過程中溶劑組成改變的規律，提出加入甘油，促使在干燥過程中形成溶液-凝膠-膜的轉變。隨著干燥過程進行，不斷變化的甘油含量調節了溶劑的介電常數，因此甘油在復合膜中起到介電常數調節劑的作用。復合膜的透明性主要依賴于復合膜組分的相容性，未添加甘油的復合膜在干燥過程中發生明顯的相分離過程，而甘油引入后，出現的溶膠-凝膠轉變延緩發生相分離程度，故添加的甘油的復合膜更加透明。3. 復合膜力

11、學性能圖5 甘油含量對復合膜的拉伸強度的影響圖6 甘油含量對復合膜的斷裂伸長率的影響圖7 甘油含量對復合膜的模量的影響甘油的引入不但顯著改善了殼聚糖/羧甲基殼聚糖復合膜的柔韌性和透明性，它對復合膜的力學性能影響顯著。圖5、圖6和圖7分別為甘油含量對復合膜拉伸強度、斷裂伸長率及其模量的影響。圖5顯示隨著甘油含量的增加，復合膜的拉伸強度呈下降的趨勢。甘油含量的增大，也使復合膜的斷裂伸長率大大增加。甘油含量為30%的復合膜其斷裂伸長率約是含量為10%的復合膜的10倍（見圖6）。圖7顯示甘油含量的降低，彈性模量迅速增加，膜的抗變形能力增加，但脆性增大。即隨著甘油含量的增加，盡管拉伸強度降低，但膜的柔韌

12、性大幅提高，這將使得復合膜的成品率大大提高。綜合上述考慮，甘油的最佳百分比為15%-25%。因此甘油在復合膜中起到增塑劑的作用，并使復合膜韌性顯著增加。由于甘油具有較大的吸濕性能，在藥品中經常用作溶劑或潤滑劑。復合膜含水率是影響復合膜力學性能的主要因素。隨著復合膜內甘油含量增加，含水率也從10%增加到24%。甘油的存在使復合膜可以保存較多水分，從而使膜的延展性大幅增加。因此，甘油在復合膜中起到了保水劑作用。圖8 不同甘油含量的復合膜含水率4. 酚磺乙胺對膜性能的影響酚磺乙胺（C10H17NO5S，分子量263.31）是一種包含磺酸基的鹽（圖9）。酚磺乙胺在水溶液中可產生陰離子磺酸根，這將陽離子

13、殼聚糖提供離子交聯的可能。此外它能促使血小板循環量增加，增強血小板聚集性及粘附性，縮短凝血時間，加速血塊收縮。適用于預防和治療外科手術出血過多，是一種理想的止血添加劑。對含酚磺乙胺質量分數分別為0.5%，1.0%，1.5%的復合膜進行力學性能測試，圖10、圖11、圖12分別為不同甘油/酚璜乙胺比例的復合膜的力學性能圖，從中可以得出結論：加入酚璜乙胺不會明顯降低復合膜的力學性能，符合實際操作所需要的強度。圖9 酚璜乙胺分子式圖10 不同甘油/酚璜乙胺比例對復合膜模量的影響 圖 11不同甘油/酚磺乙比例胺對復合膜拉伸強度的影響圖12 不同甘油/酚璜乙胺比例對復合膜模量的影響5. 復合膜止血性能評價

14、5.1 復合膜處理靜脈和動脈出血創面在動物試驗中，我們對酚磺乙胺質量分數分別為0，0.5%，1.0%的復合膜進行止血評價。在血液接止血膜時，不需要進行壓迫，我們就可以馬上看到止血膜迅速吸附在血液上，血液中水分被吸收，止血膜皺起成波浪狀。隨后血液凝固，止血迅速。圖13 兔子耳部出血創面的模型 圖14 止血前 圖15 實施載藥的甘油改性的復合膜處理通常兔子自身出血后大約240s后能夠自行止血，這會造成自身大量的血液流失，并會危機生命。而采用殼聚糖/羧甲基殼聚糖復合膜干預出血后，其止血時間縮短為70s或120s。引入0.5wt%的酚磺乙胺后，其止血時間進一步縮短了26%和48%，均在52-63s內實

15、現止血。隨著酚磺乙胺增加到1wt%，復合膜止血時間為110s左右，比未干預止血縮短1/2。因此止血添加劑酚磺乙胺確實起到了提高止血性能的效果。表3 1×1cm2靜脈出血傷口的止血時間甘油含量（wt%）酚磺乙胺含量（wt%）平均止血時間（s）15070150.552151110250120250.563251112組織靜脈出血相對來說容易處理，而動脈出血通常的止血材料基本無能為力。采用載藥量為0.5%的15%甘油改性的殼聚糖/羧甲基殼聚糖復合膜處理兔子耳部動脈出血實驗表明，在血液與復合膜接觸后，膜吸水發生收縮，在沒有施加壓力情況下，其止血時間為123s。成功止血后，隨著時間延長，出血點

16、血液逐步變黑，結痂。abcd圖16 不同時間的兔子耳部動脈出血創面，1min（a），2min（b），12h（c），12h（d）綜上所述，引入合適比例的甘油可有效地增加復合膜的斷裂伸長率約6-8倍；引入合適比例的酚磺乙胺不但可以賦予復合膜快速止血的能力，而且還可通過離子交聯作用提供復合膜的拉伸強度。通過對各比例復合膜力學性能的測定可得：甘油的最佳百分比為15%-25%。五、經費使用情況表4 經費支出明細表支出項目用途總價（元）論文發表論文版面費900材料費藥品，原材料等購買500設備費購買攪拌機一臺300測試費止血測試，XRD測試300合計：2000（元）六、問題、體會與收獲一年的科技創新項目接

17、近尾聲了，回頭看看我們走過的路，留下了太多的酸辛。同時，也讓我們認識了很多問題，收獲不少。這次的創新課題，讓我們第一次真正的走進了實驗室。找出問題，分析問題，解決問題，想盡一切可以實施的方法去克服我們面臨的困難。我們得到了很大的鍛煉，為以后我們以后從事科研工作打下了良好的基礎。現將問題總結如下：1. 基本的實驗操作知識掌握不牢，或者說是死記硬背根本不能靈活運用于實際操作；2. 沒有良好的試驗習慣，比如實驗儀器的清洗，試驗臺的收拾等；3. 缺少項目經驗，對整體的把握不是很好，缺少大局觀。當然，以上是我們的問題所在，也是我們的收獲所在。我想，在今后的科研工作中，我們再不會出現類似的問題。七、建議本

18、科生科技創新項目能夠很好的激起在校大學生對科學研究的興趣，培養大學生科技創新意識及動手能力，為今后的科研工作打下了堅實的基礎。所以我們希望這個計劃能夠一直進行下去。八、結束語與致謝本科生科技創新，對于我們來說是一個非常難得的機會，小組三位同學在李保強老師的指導下開始了這個全新的課題。在老師的指導下，我們掌握了分析問題、解決問題的思想和方法，這為以后我們以后從事科研工作打下了良好的基礎。值此課題完成之際，謹向尊敬的李保強老師表示最誠摯的感謝和最崇高的敬意。九、參考文獻1李保強，方一帆，王峰等新型快速止血材料的止血評價與止血機制、實驗技術與管理，2007, 7，51-54.2羅雄明一種新型藥用止血膜材料的制備及性質研究重慶：重慶大學