一種薴麻氧化脫膠過程中製備止血用氧化纖維素的方法與流程
2023-06-25 18:25:31
本發明涉及一種薴麻氧化脫膠過程中製備止血用氧化纖維素的方法，屬於紡織領域的天然纖維製備與止血用氧化纖維素應用的技術領域。
背景技術：
近年來醫用可吸收止血材料引起了各國醫學界和產業界的高度重視，隨著對止血材料性能要求的提高，開發止血效果更佳、綠色、環保、可降解、無毒、無副作用、無刺激性、具有良好生物相容性的醫用可吸收止血材料勢在必行。目前醫用止血材料主要有纖維蛋白膠、明膠海綿、氧化纖維素、微纖維膠原、殼聚糖及藻酸鈣纖維等類型。從自然界中尋找優良的生物質材料進行加工改進，製備方法簡單、成本低廉、止血效果較好的新型可吸收止血材料，成為一種理想的選擇。
從棉、麻纖維及各種天然纖維素材料中提取的纖維素基止血材料受到人們的廣泛青睞。氧化纖維素(Oxidized Cellulose，也稱為6-羧基纖維素)為纖維素的衍生物，具有多孔和比表面積大的特性，有良好生物相容性、生物可降解性並且無毒，可作為止血材料被應用在醫療領域。將氧化纖維素製成的醫用紗布植入體內後，其羧基與血漿中的Ca2+發生交聯，導致氧化纖維素與血紅蛋白反應，形成人工血塊，從而起到止血作用。目前臨床上用作止血紗布的氧化纖維素商用產品為美國強生公司的「速即紗」(SURGICEL)，但其產品現有形態不利於與其他產品結合，且生產工藝比較複雜，成本高，價格昂貴，生產過程中氧化液浪費嚴重，亟待開發更好的替代產品，探究更優的醫用止血氧化纖維素製備工藝是一個迫切的命題。
薴麻是一種性能優異的天然纖維素纖維，其纖維堅韌，富有光澤，且具有耐腐、不易發黴的特性。薴麻原麻的主要成分為纖維素，此外還含有木質素，果膠，半纖維素等非纖維素成分，統稱為膠質。在利用之前，必須把纏繞在纖維素上的膠質去掉。薴麻氧化脫膠是選用特定的氧化劑，把薴麻纖維中的膠質分子切斷，氧化降解成小分子，同時保留纖維素成分的脫膠方法。氧化脫膠具有反應時間快，成本低，易操作，汙染小，能耗少的優點，是目前天然纖維製備領域的研究熱點。但是，某些氧化劑的氧化性比較強，隨著氧化程度的加深，也容易把纖維素大分子鏈葡萄糖基環上的C6位伯羥基氧化成羧基，生成氧化纖維素(即6-羧基纖維素)，具備一定的吸附性能。因此，在薴麻氧化脫膠製備纖維的過程中，合理選擇氧化體系及調控工藝條件，可以一舉多得，既可以脫除膠質成分，也能溫和地把纖維素上的羥基氧化成羧基，生成具有吸附性能的氧化纖維素，實現天然纖維提取及醫用止血材料製備的雙重目標，從而達到減少流程時間，節約藥品和成本，提高效率的目的。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種薴麻氧化脫膠過程中製備止血用氧化纖維素的方法，通過研究氧化脫膠與氧化纖維素生成之間的關係，合理控制反應進程，讓薴麻脫膠與吸附性氧化纖維素的生成同時同浴進行，取得最優的脫膠效果，製備適用於止血用的纖維素類吸附劑，提高纖維素衍生物的附加值。
為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供一種薴麻氧化脫膠過程中製備止血用氧化纖維素的方法，其特徵在於：該方法由以下3個步驟組成：
步驟1：原麻纖維預處理
將薴麻原麻粉碎成短纖維，將短纖維放入密閉容器中平衡水分，測定短纖維的回潮率；稱量短纖維質量，根據回潮率計算其纖維乾重；在短纖維中加入去離子水，通過浸泡使原麻纖維素充分潤溼溶脹；
步驟2：纖維素的氧化處理
將重量百分濃度為2％～10％氧化劑、0.5％～5％纖維素保護劑、0.5％～4％纖維膨脹劑、0.5％～3％表面活性劑、0.5％～3％螯合劑和蒸餾水配成脫膠反應液；將薴麻原麻短纖維和脫膠反應液在反應器中混合，調節脫膠液的初始pH值為3.0～14.0，將反應器放入恆溫水浴鍋中，在避光條件下攪拌反應器內的混合物，把水浴鍋升溫到50～100℃，保溫40～150min，利用氧化劑的氧化性充分去掉原麻中的膠質，同時把帶有羥基的纖維素氧化成含有大量羧基的氧化纖維素；
步驟3：氧化纖維素的洗滌及穩定化處理
將反應後的纖維用有機溶劑浸泡洗滌，除去未反應的氧化劑，然後用去離子水充分清洗浸泡；所製得的混合物進行離心分層，將上層清液轉移到另一容器中，剩餘的濃縮纖維素懸浮液放入真空冷凍乾燥儀中，採用液氮冷凍乾燥成型，製得粉態的氧化纖維素吸附劑，最後放入冷凍室儲存。
優選地，所述步驟1中，粉碎成的短纖維細度為20～100目，在短纖維中加入蒸餾水使纖維素固體在蒸餾水中質量百分比濃度為1％～10％，蒸餾水浸泡時間為12～48h。
優選地，所述步驟2中，將薴麻原麻短纖維和脫膠反應液按質量比為1∶10在反應器中混合；調節脫膠液初始pH值所用的溶液為0.1mol/L的NaOH溶液或0.1mol/L的HCl溶液；攪拌反應器內的混合物是用磁力攪拌器以200rpm的速度連續攪拌。
優選地，所述步驟2中，氧化劑為溴酸鈉，氯酸鈉，亞氯酸鈉，四甲基哌啶氧化物-次氯酸鈉-溴化鈉三元複合氧化體系，硝酸-磷酸-亞硝酸鈉氧化體系，過碳酸鈉，高碘酸鈉，高碘酸鉀，次氯酸鈉，過碳酸鉀，氯酸鈉，溴酸鈉中的一種或幾種。
優選地，所述步驟2中，纖維素保護劑為聚苯烯酸鈉，蒽醌，氫氧化鎂，聚乙烯醇，水玻璃，聚丙烯醯胺，矽酸鎂，乙醯苯胺，間苯二酚，檸檬酸鈉，苯甲酸鈉中的一種或幾種。
優選地，所述步驟2中，纖維膨脹劑包括尿素，乙二胺，液氨，硫脲，4-甲基嗎啉-N-氧化物，銅乙二胺，二甲基亞碸中的一種或兩種。
優選地，所述步驟2中，表面活性劑為聚乙烯醇，十二烷基苯磺酸鈉，十二烷基磺酸鈉，十二烷基硫酸鈉，脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)，平平加中的一種或兩種。
優選地，所述步驟2中，金屬離子螯合劑包括氨基三乙酸，乙二胺四亞甲基膦酸鈉，二乙烯三胺五甲叉膦酸，乙二胺二鄰苯基乙酸鈉，羥基乙叉二膦酸及其鈉鹽，聚丙烯酸鈉，乙二胺四甲叉膦酸鈉中的一種或幾種。
優選地，所述步驟3中，浸泡反應後纖維所用的有機溶劑為丙三醇，乙二醇，丙酮，1，3-丙二醇中的一種或兩種，濃度為0.1mol/L，浸泡洗滌時間為0.5～2h。
優選地，所述步驟3中，用去離子水充分清洗浸泡的時間為24h；所製得的混合物通過離心機進行離心分層，離心機轉速為6000～12000rpm，離心次數為3～6次；冷凍乾燥成型的溫度為-40～-60℃，冷凍乾燥成型的壓力10～60Pa，冷凍乾燥成型的時間為4～10h。
本發明提供的方法以天然薴麻纖維為原料，研製和開發出新型氧化纖維素類吸附劑。選用特定的氧化劑，合理調控反應工藝條件，在脫除原麻中膠質成分的同時，把纖維素鏈上的C6位伯羥基選擇性氧化成羧基，改變纖維素的結構，賦予纖維素新的功能，使其成為具有止血功能的氧化纖維素，拓展了纖維素的應用領域。
本發明提供的方法克服了現有薴麻氧化脫膠和止血用氧化纖維素製備技術的不足，流程簡單，將原有的兩道工序合為一道工序，使總反應時間縮短，節約藥品和成本，效率大大提高。同時製備方法工藝簡單，環境友好，反應條件溫和，設備要求低，便於規模化生產。所得產品的殘膠率為2.0％～2.3％，聚合度為300～500，羧基含量為18％～22％，止血速度快，止血效率高，效果穩定，具有體內吸收時間短、廣譜殺菌消炎，促進傷口癒合等優點，另外不受創面大小和部位的影響。與現有止血醫用材料相比，本發明的氧化纖維素具有環境友好、反應條件溫和、設備要求低、化學穩定性好等優點，可廣泛適用於戰傷、創傷等狀況的快速止血。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。
實施例1
一種薴麻氧化脫膠過程中製備止血用氧化纖維素的方法如下：
將薴麻原麻用粉碎機粉碎成細度為40目的短纖維，放入帶有密封圈的容器中平衡水分，測定短纖維的回潮率為9.2％。稱量短纖維質量為21.10g，根據回潮率計算其纖維乾重為19.16g。加入去離子水使原麻纖維素質量濃度在6％，浸泡48h，使其充分潤溼。將氯酸鈉0.4g，間苯二酚0.1g，4-甲基嗎啉-N-氧化物0.1g，聚乙烯醇0.1g，氨基三乙酸0.1g，加199.2g水配成脫膠液；將薴麻原麻短纖維和脫膠反應液按質量比為1∶10混合，以1000mL棕色錐形瓶作為反應器。用0.1mol/L的NaOH溶液調節脫膠溶液的pH值至8.0，在避光條件下用磁力攪拌器以200rpm的速度連續攪拌薴麻原料和脫膠溶液的混合物。把水浴鍋升溫到100℃，在此溫度下保溫40min，利用氧化劑的氧化性充分去掉薴麻原麻中的膠質，同時把C6位的伯羥基氧化成羧基，生成6-羧基氧化纖維素。將反應後的纖維用0.1mol/L的丙酮水溶液浸泡2h，除去未反應的氧化劑，然後用去離子水充分清洗浸泡24h。最後採用轉速為11000rpm的離心機離心洗滌3次，將上層清液轉移到另一容器中，剩餘的濃縮纖維素懸浮液放入真空冷凍乾燥儀中；在-60℃溫度和50Pa壓力下進行處理乾燥4h，最終得到粉態的氧化纖維素吸附劑，最後放入冷凍室儲存。
選用4隻成年紐西蘭家兔(雌雄各半，體重2.5～3kg)作為實驗動物，給實驗兔耳緣靜脈注射戊巴比妥鈉溶液使其全身麻醉，切開其背部肌肉層，暴露面積約2cm×2cm。將製得的氧化纖維素(面積1cm×1cm)平鋪於創面，考察其止血效果。縫合傷口，分別於試驗後第6和第9天打開傷口，觀察吸收情況。
利用20g/L的NaOH溶液煮沸測定氧化纖維素的殘膠率為2.3％，利用X射線衍射儀測定氧化纖維素的結晶度60.12％，利用銅乙二胺黏度法測試氧化纖維素的聚合度(DP)為300，利用酸鹼中和滴定法測試氧化纖維素的羧基含量為18.0％。家兔背部肌肉植入試驗表明，氧化纖維素貼在動物傷口創面100秒內即可有效止血。在第6天時氧化纖維素部分降解，第9天時幾乎完全降解。
由此可見，本發明提供的一種薴麻氧化脫膠過程中製備止血用氧化纖維素的方法，製得的止血用氧化纖維素殘膠率小，結晶度和聚合度適中，羧基含量高，同時止血速度快，止血性能穩定，吸收效果好。
實施例2
一種薴麻氧化脫膠過程中製備止血用氧化纖維素的方法如下：
將薴麻原麻用粉碎機粉碎成細度為20目的短纖維，放入帶有密封圈的容器中平衡水分，測定短纖維的回潮率為9.2％。稱量短纖維質量為21.20g，根據回潮率計算其纖維乾重為19.25g。加入去離子水使原麻纖維素質量濃度在1％，浸泡24h，使其充分潤溼。將四甲基哌啶氧化物-次氯酸鈉-溴化鈉三元複合氧化體系1g，苯甲酸鈉0.5g，尿素0.4g，十二烷基磺酸鈉0.3g，聚丙烯酸鈉0.3g，加197.5g水配成脫膠液；將薴麻原麻短纖維和脫膠反應液按質量比為1∶10混合，以1000mL棕色錐形瓶作為反應器。用0.1mol/L的HCl溶液調節脫膠溶液的pH值至3.0，在避光條件下用磁力攪拌器以200rpm的速度連續攪拌薴麻原料和脫膠溶液的混合物。把水浴鍋升溫到85℃，在此溫度下保溫100min，利用氧化劑的氧化性充分去掉薴麻原麻中的膠質，同時把C6位的伯羥基氧化成羧基，生成6-羧基氧化纖維素。將反應後的纖維用0.1mol/L的丙三醇水溶液浸泡0.5h，除去未反應的氧化劑，然後用去離子水充分清洗浸泡24h。最後採用轉速為6000rpm的離心機離心洗滌4次，將上層清液轉移到另一容器中，剩餘的濃縮纖維素懸浮液放入真空冷凍乾燥儀中；在-40℃溫度和20Pa壓力下進行處理乾燥4h，最終得到粉態的氧化纖維素吸附劑，最後放入冷凍室儲存。
選用4隻成年紐西蘭家兔(雌雄各半，體重2.5～3kg)作為實驗動物，給實驗兔耳緣靜脈注射戊巴比妥鈉溶液使其全身麻醉，切開其背部肌肉層，暴露面積約2cm×2cm。將製得的氧化纖維素(面積1cm×1cm)平鋪於創面，考察其止血效果。縫合傷口，分別於試驗後第6和第9天打開傷口，觀察吸收情況。
利用20g/L的NaOH溶液煮沸測定氧化纖維素的殘膠率為2.1％，利用X射線衍射儀測定氧化纖維素的結晶度61.09％，利用銅乙二胺黏度法測試氧化纖維素的聚合度(DP)為500，利用酸鹼中和滴定法測試氧化纖維素的羧基含量為22.0％。家兔背部肌肉植入試驗表明，氧化纖維素貼在動物傷口創面100秒內即可有效止血。在第6天時氧化纖維素部分降解，第9天時幾乎完全降解。
由此可見，本發明提供的一種薴麻氧化脫膠過程中製備止血用氧化纖維素的方法，製得的止血用氧化纖維素殘膠率小，結晶度和聚合度適中，羧基含量高，同時止血速度快，止血性能穩定，吸收效果好。
實施例3
一種薴麻氧化脫膠過程中製備止血用氧化纖維素的方法如下：
將薴麻原麻用粉碎機粉碎成細度為60目的短纖維，放入帶有密封圈的容器中平衡水分，測定短纖維的回潮率為8.9％。稱量短纖維質量為22.02g，根據回潮率計算其纖維乾重為20.06g。加入去離子水使原麻纖維素質量濃度在3％，浸泡36h，使其充分潤溼。將硝酸-磷酸-亞硝酸鈉氧化體系2.0g，水玻璃1.0g，硫脲0.8g，十二烷基苯磺酸鈉0.6g，二乙烯三胺五甲叉膦酸0.6g，加195.0g水配成脫膠液；將薴麻原麻短纖維和脫膠反應液按質量比為1∶10混合，以1000mL棕色錐形瓶作為反應器。用0.1mol/L的NaOH溶液調節脫膠溶液的pH值至14.0，在避光條件下用磁力攪拌器以200rpm的速度連續攪拌薴麻原料和脫膠溶液的混合物。把水浴鍋升溫到50℃，在此溫度下保溫150min，利用氧化劑的氧化性充分去掉薴麻原麻中的膠質，同時把C6位的伯羥基氧化成羧基，生成6-羧基氧化纖維素。將反應後的纖維用0.1mol/L的乙二醇水溶液浸泡1h，除去未反應的氧化劑，然後用去離子水充分清洗浸泡24h。最後採用轉速為10000rpm的離心機離心洗滌6次，將上層清液轉移到另一容器中，剩餘的濃縮纖維素懸浮液放入真空冷凍乾燥儀中；在-60℃溫度和10Pa壓力下進行處理乾燥6h，最終得到粉態的氧化纖維素吸附劑，最後放入冷凍室儲存。
選用4隻成年紐西蘭家兔(雌雄各半，體重2.5～3kg)作為實驗動物，給實驗兔耳緣靜脈注射戊巴比妥鈉溶液使其全身麻醉，切開其背部肌肉層，暴露面積約2cm×2cm。將製得的氧化纖維素(面積1cm×1cm)平鋪於創面，考察其止血效果。縫合傷口，分別於試驗後第6和第9天打開傷口，觀察吸收情況。
利用20g/L的NaOH溶液煮沸測定氧化纖維素的殘膠率為2.0％，利用X射線衍射儀測定氧化纖維素的結晶度59.82％，利用銅乙二胺黏度法測試氧化纖維素的聚合度(DP)為418，利用酸鹼中和滴定法測試氧化纖維素的羧基含量為20.14％。家兔背部肌肉植入試驗表明，氧化纖維素貼在動物傷口創面100秒內即可有效止血。在第6天時氧化纖維素部分降解，第9天時幾乎完全降解。
由此可見，本發明提供的一種薴麻氧化脫膠過程中製備止血用氧化纖維素的方法，製得的止血用氧化纖維素殘膠率小，結晶度和聚合度適中，羧基含量高，同時止血速度快，止血性能穩定，吸收效果好。
實施例4
一種薴麻氧化脫膠過程中製備止血用氧化纖維素的方法如下：
將薴麻原麻用粉碎機粉碎成細度為100目的短纖維，放入帶有密封圈的容器中平衡水分，測定短纖維的回潮率為9.0％。稱量短纖維質量為21.35g，根據回潮率計算其纖維乾重為19.43g。加入去離子水使原麻纖維素質量濃度在10％，浸泡12h，使其充分潤溼。將高碘酸鈉1.5g，蒽醌0.6g，尿素0.3g，平平加0.2g，聚丙烯酸鈉0.2g，加197.2g水配成脫膠液；將薴麻原麻短纖維和脫膠反應液按質量比為1∶10混合，以1000mL棕色錐形瓶作為反應器。用0.1mol/L的HCl溶液調節脫膠溶液的pH值至5.0，在避光條件下用磁力攪拌器以200rpm的速度連續攪拌薴麻原料和脫膠溶液的混合物。把水浴鍋升溫到90℃，在此溫度下保溫120min，利用氧化劑的氧化性充分去掉薴麻原麻中的膠質，同時把C6位的伯羥基氧化成羧基，生成6-羧基氧化纖維素。將反應後的纖維用0.1mol/L的丙酮水溶液浸泡1.5h，除去未反應的氧化劑，然後用去離子水充分清洗浸泡24h。最後採用轉速為12000rpm的離心機離心洗滌5次，將上層清液轉移到另一容器中，剩餘的濃縮纖維素懸浮液放入真空冷凍乾燥儀中；在-50℃溫度和60Pa壓力下進行處理乾燥10h，最終得到粉態的氧化纖維素吸附劑，最後放入冷凍室儲存。
選用4隻成年紐西蘭家兔(雌雄各半，體重2.5～3kg)作為實驗動物，給實驗兔耳緣靜脈注射戊巴比妥鈉溶液使其全身麻醉，切開其背部肌肉層，暴露面積約2cm×2cm。將製得的氧化纖維素(面積1cm×1cm)平鋪於創面，考察其止血效果。縫合傷口，分別於試驗後第6和第9天打開傷口，觀察吸收情況。
利用20g/L的NaOH溶液煮沸測定氧化纖維素的殘膠率為2.1％，利用X射線衍射儀測定氧化纖維素的結晶度62.10％，利用銅乙二胺黏度法測試氧化纖維素的聚合度(DP)為409，利用酸鹼中和滴定法測試氧化纖維素的羧基含量為19.0％。家兔背部肌肉植入試驗表明，氧化纖維素貼在動物傷口創面100秒內即可有效止血。在第6天時氧化纖維素部分降解，第9天時幾乎完全降解。
由此可見，本發明提供的一種薴麻氧化脫膠過程中製備止血用氧化纖維素的方法，製得的止血用氧化纖維素殘膠率小，結晶度和聚合度適中，羧基含量高，同時止血速度快，止血性能穩定，吸收效果好。