角蛋白/聚丙烯酰胺互穿多孔水凝胶的制备及其止血性能研究

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创伤造成的不可控制出血现已成为战场上人员死亡的主要因素,也是日常生活中造成创伤患者死亡的第二大因素。传统的止血材料包括绷带及止血敷料等,对于体表的创伤出血呈现出良好的止血效果,但对于比较深的大出血部位如贯穿伤,或不可压缩的部位,常规止血材料的止血效果并不理想。因此,开发新型的止血产品以满足临床或紧急事故的止血需求具有十分重要的意义。物理压迫法是常用的止血方法,借助外力可使出血的血管闭塞,从而达到短暂止血的目的。而临床和紧急救助中,深部组织出血治疗也常常使用填充纱布的方法,依靠纱布对周围的损伤组织的物理压迫进行止血。鉴于此,基于优良的止血材料进行自膨胀改性,其可在接触损伤组织时通过吸收血液而进行体积膨胀,进而达到深部组织损伤止血的效果。本文以深部组织损伤止血为目标,基于角蛋白(Kerateine,KTN)的优良止血性能,制备KTN/聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,PAM)互穿多孔水凝胶(Interpenetrating porous hydrogel,IPH)。制备的KTN/PAM-IPH(简称为KPI)在出血部位可通过快速吸收血液中的水分而体积膨胀,提高凝血因子和凝血细胞浓度的同时借助其物理压迫作用加速止血;另外,KPI的多孔结构和KTN有利于吸附血细胞,促进血液凝块的形成,最终达到快速止血的目的。本文的主要研究内容及实验结论如下:(1)本文通过自由基聚合与发泡法成功制备了KPI。通过溶胀率实验得知:水凝胶的溶胀率受致孔剂、泡沫稳定剂、交联剂以及单体比例的影响,优化后的凝胶在90 s左右达到平衡,溶胀率超过30 g/g;从扫描电镜(Scanning electron microscopy,SEM)结果来看,KTN越多,水凝胶的孔径越大,成孔越均匀;流变仪检测结果显示:水凝胶的弹性模量随着KTN的增加而增大,但是当KTN与PAM的比例高于3∶10时,水凝胶的弹性模量却显著降低;最后通过傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)和X-射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析得知:PAM在实验中成功合成,同时KTN以物理作用的形式穿插于PAM网络中。(2)通过体外凝血实验及体内止血实验考察了KPI的止血性能。体外凝血结果显示,与纱布对照组相比,KPI可以显著加速血液凝块的形成。动物实验发现,在大鼠肝脏贯穿出血模型中通过KPI的植入能显著地降低出血时间并减少出血量,KPI组的止血时间比对照组快约360%;同时KPI在不同直径的贯穿伤模型中都会体积膨胀,并且KPI的膨胀体积随着伤口直径的增加而增大。此外,通过猪的股动脉半切损伤实验考察KPI大动物损伤的止血效果,与KTN粉末和纱布相比,KPI在3 min内可实现猪股动脉损伤止血,并且显著降低出血量(868%)。血细胞吸附试验发现,KPI与纱布相比具有更优的血细胞吸附能力;而大鼠肝脏剪切波弹性成像(Shear wave elastography,SWE)结果显示KPI的止血作用是由于其膨胀而引起的物理压迫作用。(3)将KPI植入到大鼠皮下研究其体内生物相容性和生物可降解性。实验结果显示:KPI在体内随时间的推移逐渐被降解,在28天内降解约80%;组织苏木精-伊红(Hematoxylin-eosin,H&E)染色结果显示:与假手术组相比,植入材料周围组织及主要脏器没有明显的异常反应,表明KPI不会引起明显的病理变化;而酶联免疫法(Enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)检测结果显示:实验组与假手术组的促炎症因子白介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)、白介素6(Interleukin-6,IL-6)和肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)的表达没有显著性差异,说明KPI植入不会引起明显的炎症反应。通过以上实验可以得出如下结论:KPI借助KTN的优良止血性能和PAM的膨胀特性,通过在深部组织损伤部位的植入即可快速膨胀从而实现快速止血的目的,并且KPI在体内表现出良好的组织相容性和生物可降解性。KPI的制备及性能研究对于临床及紧急事故中贯穿伤止血治疗具有重要指导意义和实用价值。
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