一种改性丝素纤维材料及其制备方法和应用

本发明属于生物材料，尤其涉及一种改性丝素纤维材料及其制备方法和应用。背景技术：1、据不完全统计，全球每年实施各种外科手术超过3.13亿次，在各种外科手术中会不可避免地造成创面出血，尤其是肝脏等脏器类手术的创面出血，若不及时止血，会造成血流动力学不稳定、增加手术期输血量，甚至被动地改变手术方式。这不仅会增加术后大出血、感染等并发症风险，严重时可能危及病人生命。因此手术中及时有效止血可提高患者生存率。2、手术中常用的止血方法包括止血带、压迫、填塞、电灼和在手术室结扎血管。止血带虽然可以减少手术区域的血流量，缩短手术时间。但是，术后会造成挤压部位疼痛，而且若长时间阻塞大血管，会导致组织和器官的血流供应不足，并可能导致器官衰竭。结扎血管止血主要用于手术过程中无意损伤血管的出血，止血钳难以夹住；它对大血管出血有更好的效果，但是结扎的线头和坏死的组织会在体内残留。电灼术在临床上应用广泛；然而，它会产生致癌烟雾颗粒。这些烟雾直接进入医生和护士的呼吸道，导致不适和疾病。此外，烟雾阻挡了手术视野，延长了手术时间。因此，迫切需要开发止血剂来管理脏器类手术出血。3、众多手术中常用的止血剂包括：纤维素及其衍生物类、胶原蛋白类、淀粉类、壳聚糖类、纤维蛋白类、明胶类。其中速急纱作为一种氧化再生纤维素，其氧化形成的羧基，可以快速吸收血液，并诱捕血液中的蛋白质、血小板、红细胞和其他活性成分，使凝血因子浓度升高，凝血过程加快，可以形成软凝胶状“伪血栓”，作为阻塞血流的屏障；同时羧基的存在可以降低ph值，导致血小板非特异性聚集，从而形成人工凝块；此外，羧基产生酸性介质，将血红蛋白转化为酸性血红蛋白，释放fe3+与羧基结合，加速血栓形成。虽然其止血性能优异，手术应用广泛，但其高昂的价格，以及曾经报导过的不良反应，如：肉芽形成，胶质细胞增生，压迫管腔组织，红斑和肿胀等，使得人们不得不慎用。4、蚕丝是天然大分子聚合物，天然蚕丝主要由丝素蛋白和纤维组成，具有良好的生物相容性和降解性，丝素蛋白肽链分布有大量的亲水性基团有利于快速吸水，以及蚕丝纤维特殊分级结构具有高吸水性、极好的纳米尺寸效应、高长径比，所以蚕丝将是一种理想的天然创面止血材料，尤其是制备可吸收的体内创伤或外科手术用止血材料。因此，近几年用蚕丝制备止血材料已成为了研究热点。目前有关蚕丝制备的止血材料主要有丝素蛋白复合材料、改性蚕丝等。如发明专利cn102505453b公开了改性蚕丝的制备方法及其在制备止血材料中的应用，将所得脱胶蚕丝用蒸馏水和/或体积分数为1～20％的甲醇、乙醇、甲酸和甲醛和三氟乙酸任一种在37～100℃条件下处理不低于4小时，得改性蚕丝。该改性蚕丝通过改造降低了丝素蛋白的无规则卷曲结构，这个结构能利于更好地结合血小板，但其吸水性差，无法使得丝素蛋白与血液充分结合，限制了止血效果。发明专利cn 106913900 b公开了丝素蛋白止血材料及其制备方法，所述丝素蛋白止血材料包含以下成分：丝素蛋白、聚乙二醇。该止血材料虽然具有较好的止血效果，良好的生物相容性，但是需要对丝素纤维进行溶解后再生成丝素蛋白溶液，破坏了丝素本身特殊的分级结构，并进一步降低了其生产的材料的性能，使得蚕丝本身的化学结合位点、极好的纳米尺寸效应和高长径比等优良性能弱化，蚕丝资源的利用效率和产品附加值降低，另外丝素本身的羧基含量较低，仅靠天冬氨酸和谷氨酸提供，限制其吸收血液的效果。技术实现思路1、针对现有技术存在的上述不足，本发明旨在提供一种改性丝素纤维材料及其制备方法和应用，解决现有速急纱存在滋生肉芽、增生胶质细胞、压迫管腔组织、引发红斑和肿胀等不良反应，并且无法生物降解，生物相容性较差，安全性较低的问题；以及现有蚕丝止血材料大多溶解丝素形成丝素蛋白溶液制备，破坏丝素本身特殊的分级结构，造成吸水性差、止血效果不佳等问题。2、为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种改性丝素纤维材料的制备方法，包括以下步骤：3、1)在冰浴条件下，将脱胶后的丝素纤维浸泡在硼酸盐缓冲液中得到混合物，然后加入含羧基的重氮盐偶联剂搅拌均匀充分反应，反应结束后清洗并干燥，得到改性的丝素纤维；4、2)将步骤1)得到的改性的丝素纤维加入氯化钙溶液中得到混合液，进行交联反应，然后将得到的产物倒入模具中并冷冻干燥，即得到具有止血作用的改性丝素纤维材料。5、作为优选的，步骤1)中所述硼酸盐缓冲液的摩尔浓度为300～450mmol/l，ph＝7～9，所述混合物中丝素纤维的质量分数为1％～3％。6、作为优选的，所述混合物与含羧基的重氮盐偶联剂的体积比为(1～10):(1～10)；所述反应的时间为5～30min。7、作为优选的，所述含羧基重氮盐偶联剂采用以下步骤制得：将4-氨基苯甲酸溶解于乙腈/水溶液得到4-氨基苯甲酸溶液；然后将所述4-氨基苯甲酸溶液与对甲苯磺酸溶液和亚硝酸钠溶液在常温下混合反应制得。8、作为优选的，所述4-氨基苯甲酸溶液的浓度为1wt％～5wt％，所述乙腈/水溶液中乙晴与水的体积比为1:1。9、作为优选的，所述4-氨基苯甲酸溶液与对甲苯磺酸溶液和亚硝酸钠溶液的体积比为(2～100):(1～50):(1～50)；所述甲苯磺酸溶液的浓度为12wt％～24wt％，所述亚硝酸钠溶液的浓度为1wt％～10wt％；所述反应时间为5～15min。10、作为优选的，在进行步骤2)之前还可以将得到的丝素纤维中加入氯乙酸并在碱性条件下进行反应液的反应，反应结束后，将产物清洗并干燥。这样，可以有效减弱丝素间分子作用力，使得丝素分散均匀，在模具下容易成各种均匀纱形状，同时在碱性条件下可以与丝氨酸进行亲核取代反应，增加丝素纤维上的羧基。11、作为优选的，所述反应液中氯乙酸的摩尔浓度为1mol/l，所述碱性条件是反应液的ph为10～14，所述反应的时间为1h～12h。12、作为优选的，步骤3)中所述氯化钙溶液的浓度为0wt％～0.1wt％，反应的时间为1h～12h。13、作为优选的，所述干燥为自然晾干法、烘箱干燥法和冷冻干燥法中的一种或多种。14、本发明的另一个目的，还在于提供一种采用上述方法制备的改性丝素纤维材料。15、本发明的另一个目的，还在于提供上述改性丝素纤维材料在止血方面的应用。16、相比现有技术，本发明具有如下有益效果：17、1、本发明提供的改性丝素纤维材料，一方面保留了丝素本身纤维结构和特殊的分级结构，维持其原有优良性能，如高吸水性、极好的纳米尺寸效应、高长径比、良好的生物相容性和降解性；另一方面通过改性增加丝素纤维上的羧基，能够快速吸收伤口表面多余血液，并通过促进红细胞和血小板的粘附、聚集、激活，实现快速止血；进一步，改性后的丝素纤维上还负载了钙离子，其接触伤口时能够激活与止血作用相关的内源性和外源性凝血过程，加速止血。本发明的改性丝素纤维材料与血液混合快速形成凝胶状血块并与创口紧密粘合贴附，既可以用于体表止血，亦可用于体内肝脏等脏器类手术的止血，是促进创面凝血的新产品。18、2、本发明采用一锅法制备，形成具有纤维结构的改性丝素纤维材料，可按照模具制备成方形和圆形，质地柔软紧密，可贴和且不刺激伤口。本发明具有良好的生物相容性，可降解性、无细胞毒性，使用后无不良反应，止血效果好、止血速度快，具有较大实用价值。19、3、本发明以蚕丝为原材料，原料廉价来源丰富、制备工艺简单，成本效益高于速急纱，在脏器手术创伤止血领域具有广阔的应用前景，同时本发明提高了蚕丝资源的利用效率和产品附加值。