一种纳米纤维形状记忆止血海绵及其制备方法

本发明属于医用止血材料，涉及一种纳米纤维形状记忆止血海绵及其制备方法。

背景技术：

1、人体躯干主体处发生深部、狭窄且不规则的不可压缩伤口导致的出血是创伤性死亡的主要原因之一。在面对此类不规则且深层创面时，如何快速吸液和密封出血损伤部位是急救的关键。

2、聚合物海绵材料，如明胶止血海绵、壳聚糖止血海绵、胶原蛋白止血海绵，在止血领域得到了广泛应用。这些材料具有良好的吸水性、柔软性和生物相容性，能够迅速吸收血液并帮助控制出血。然而，尽管聚合物海绵在止血领域有着广泛的应用，但它们仍然存在一些局限性。

3、首先，现有的聚合物海绵孔洞结构常常是密闭的，孔隙之间相互连通性差，导致血液在海绵中的流动受阻，血液吸收效率低；其次，聚合物海绵由于孔壁光滑，比表面积小，对血细胞的捕获较少，无法实现快速聚集血细胞形成血栓，进一步阻碍了其止血效率；最后，聚合物海绵由于其孔壁支撑性能较差，在血液或伤口渗出液进入孔洞后，容易造成空洞结构塌陷，无法起到对伤口封堵的作用。

4、为了克服这些局限性，纳米纤维海绵应运而生。由于具有高比表面积、高度连通的多孔结构以及与人体细胞外基质(ecm)相似的三维结构，纳米纤维海绵接触大出血伤口时，能够迅速吸收血液，募集血细胞与止血因子，激活人体凝血级联反应，加速血栓形成，显著提高止血效率。

5、然而，目前的纳米纤维海绵主要由纳米纤维的缠结交联或静电偶联形成，交联效率低，应用于伤口时，由于血液或伤口渗出液等液体的侵入，导致纤维在交联点滑移，从而使整体孔洞结构坍塌，无法对伤口进行封堵以及提供更多空间来容纳血细胞粘附，从而导致止血功能失效。

6、尽管目前已有一些方法通过化学交联来增强纳米纤维海绵的力学结构，但是由于聚合物在纳米纤维中呈紧密排列的聚集状态，使得活性官能团暴露少，严重阻碍了交联剂与纤维的交联效果，交联效果差，导致形状回复性差。

7、例如，中国发明专利(cn113952114a)采用静电纺丝得到纳米纤维后，将纳米纤维均质液定向冷冻干燥，随后进行紫外光照射交联得到纳米纤维海绵，使海绵的液体转移能力有了极大的提升，但是形状记忆性能不好，结构稳定性差。

8、文献(conjugate electrospun 3d gelatin nanofiber sponge for rapidhemostasis，advanced healthcare materials,2021,doi:10.1002/adhm.202100918)利用共轭静电纺丝得到纳米纤维海绵，随后在190℃的空气中进行热交联，使海绵的血细胞捕获和液体吸收能力有了极大的提升，但是形状记忆性能不好，结构稳定性差。

9、因此，研究一种纳米纤维形状记忆止血海绵及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题，具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种纳米纤维形状记忆止血海绵及其制备方法。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种纳米纤维形状记忆止血海绵，由壳聚糖纳米纤维与氧化纤维素纳米纤维复合而成；纳米纤维形状记忆止血海绵上具有微米级孔洞和纳米级孔洞，微米级孔洞和纳米级孔洞均为贯通的孔洞，纳米纤维形状记忆止血海绵具有双重交联网络结构；壳聚糖纳米纤维之间通过化学交联形成第一重网络，所述第一重网络具有微米级孔洞，氧化纤维素纳米纤维通过氢键形成膜状结构，所述膜状结构具有纳米级孔洞，所述膜状结构与壳聚糖纳米纤维通过静电偶联形成第二重网络；相当于壳聚糖纳米纤维形成了微米级的框架结构，氧化纤维素纳米纤维在框架结构上聚集形成膜，其中形成的膜是带有纳米级孔洞的。

4、作为优选的技术方案：

5、如上所述的一种纳米纤维形状记忆止血海绵，纳米纤维形状记忆止血海绵中壳聚糖纳米纤维与氧化纤维素纳米纤维的质量比为9:1～1:9。

6、如上所述的一种纳米纤维形状记忆止血海绵，壳聚糖纳米纤维的平均直径为200～900nm，氧化纤维素纳米纤维的平均直径为5～40nm，微米级孔洞的平均孔径为50～300μm，纳米级孔洞的平均孔径为10～100nm。

7、如上所述的一种纳米纤维形状记忆止血海绵，纳米纤维形状记忆止血海绵吸收水后于1.2～6s内的形状回复率为83～97％，吸收血液后于3～11s内的形状回复率为79～90％。

8、如上所述的一种纳米纤维形状记忆止血海绵，纳米纤维形状记忆止血海绵的压缩应力为0.025～0.075mpa。

9、本发明还提供如上任一项所述的一种纳米纤维形状记忆止血海绵的制备方法，包括如下步骤：

10、(1)将壳聚糖(cs)纳米纤维悬浮液与氧化纤维素(tocn)纳米纤维悬浮液混合并均质后得到双组分悬浮液；

11、(2)将京尼平加入步骤(1)得到的双组分悬浮液中，混合均匀后进行冷冻干燥，得到空气氛围下交联的壳聚糖/氧化纤维素纳米纤维海绵；京尼平相对于双组分悬浮液中壳聚糖纳米纤维的质量百分比为0.01～0.1wt％，在该范围内可确保京尼平是过量的，保证了有足够的京尼平去参加酸氛围下的二次交联；

12、(3)将步骤(2)得到的空气氛围下交联的壳聚糖/氧化纤维素纳米纤维海绵于室温下在酸氛围环境中进行交联，随后在室温下干燥，制得纳米纤维形状记忆止血海绵；酸氛围环境由挥发性酸的水溶液提供。

13、本发明的纳米纤维形状记忆止血海绵具有双重交联网络结构，其中第一重网络即化学交联网络是通过京尼平将壳聚糖纳米纤维上的氨基交联在一起形成，静电偶联是通过壳聚糖纳米纤维上带正电荷的氨基和氧化纤维素纳米纤维上带负电荷的羧基通过静电相互作用形成。壳聚糖纳米纤维上有很多氨基，壳聚糖纳米纤维的化学交联仅发生在两根壳聚糖纳米纤维的接触点上，此处的氨基通过京尼平的化学交联结合，接触点上已经发生化学交联的氨基不会参与和氧化纤维素纳米纤维的静电偶联；壳聚糖纳米纤维之间未发生接触的位置上的氨基参与和氧化纤维素纳米纤维的静电偶联。

14、作为优选的技术方案：

15、如上所述的一种纳米纤维形状记忆止血海绵的制备方法，挥发性酸为乙酸或盐酸，挥发性酸的水溶液的体积浓度为30～90％。

16、如上所述的一种纳米纤维形状记忆止血海绵的制备方法，酸氛围下处理的时间为12～36h。

17、如上所述的一种纳米纤维形状记忆止血海绵的制备方法，壳聚糖纳米纤维悬浮液的浓度为0.5～5wt％，氧化纤维素纳米纤维悬浮液的浓度为0.5～5wt％。

18、发明机理：

19、本发明涉及一种在酸氛围下高效交联的壳聚糖/氧化纤维素形状记忆止血海绵及其制备方法。纳米纤维中聚合物分子链是呈现束状取向排列的，只有纤维表面的分子链上的官能团能够暴露出来，随着酸性水溶液挥发浸入壳聚糖/氧化纤维素纳米纤维海绵中，会使部分壳聚糖纳米纤维溶解，使得让纤维内部的分子链部分暴露于表面，暴露出足量的氨基与纤维表面未反应的京尼平交联，获得更高的交联点密度；同时酸性条件下氨基质子化为-nh3+，使壳聚糖与氧化纤维素纳米纤维间形成静电相互作用。在静电相互作用与化学交联的双重作用下，使壳聚糖/氧化纤维素纳米纤维海绵的结构稳定性得到大幅度提升。

20、本发明制备的壳聚糖/氧化纤维素纳米纤维止血海绵具有形状记忆性能。海绵中的纳米纤维形成了两种不同的孔壁结构：如图1(b)所示，一种是壳聚糖纳米纤维纠缠形成的孔壁结构，另一种是氧化纤维素纳米纤维在壳聚糖纳米纤维骨架上聚集，氧化纤维素纳米纤维通过静电相互作用在壳聚糖纳米纤维骨架上聚集，通过氢键交联成膜，填充了部分孔洞。这些填充膜像孔壁一样，在海绵受到压缩和回复的过程中起到支撑作用，并能有效防止因液体浸入而导致的塌陷；而壳聚糖纳米纤维形成的网络结构中，通过京尼平与壳聚糖交联形成的化学交联点连接着纤维，这些交联点使得纤维能够通过其柔性形变恢复原始形态，同时，未通过交联点连接的纤维则可以通过相互之间的滑移来耗散压缩时产生的应力，确保孔洞结构在压缩过程中不会崩塌。因此，在多种因素(不同尺度的孔洞结构、静电相互作用和化学交联)的共同作用下，这种纳米纤维海绵在受到压缩和液体激发的回复过程中能够迅速保持其孔洞结构的完整性，从而展现出优异的压缩回复形状记忆性能。

21、当上述酸氛围下高效交联的壳聚糖/氧化纤维素形状记忆止血海绵应用于大出血伤口场景时，其优势表现得尤为突出。首先，由于海绵具有多孔结构，这一结构带来的毛细效应使其能够迅速吸收血液，从而迅速聚集大量血细胞和凝血因子。这些血细胞和凝血因子的聚集是激活人体凝血级联反应的关键步骤，对于止血至关重要。

22、此外，海绵的另一个显著特点是其优异的形状记忆性能。在填充到出血伤口处之前，海绵可以预先压缩成较小的体积，便于携带和操作。一旦填充在伤口处，海绵会迅速吸收血液并从压缩形态回复到原始形态。这一过程中，海绵的膨胀不仅为血液和血细胞提供了更多的容纳空间，进一步促进了血细胞和凝血因子的聚集，从而加速了人体凝血级联的激活；同时，海绵的形状恢复也能有效地填充伤口处，封堵出血点，阻止血液的进一步流失。

23、综上所述，这种酸氛围下高效交联的壳聚糖/氧化纤维素形状记忆止血海绵通过其独特的多孔结构和形状记忆性能，实现了大量吸收血液和封堵伤口的双重止血策略。这一策略不仅加速了不可压缩伤口的止血过程，而且为医疗急救提供了一种高效、可靠的止血材料。

24、有益效果

25、(1)本发明的一种纳米纤维形状记忆止血海绵的制备方法，通过酸氛围下壳聚糖纳米纤维的溶解暴露大量氨基与京尼平反应，同时氨基质子化后与氧化纤维素纳米纤维之间产生静电偶联作用，在海绵中形成双重交联网络，有效提高了壳聚糖/氧化纤维素纳米纤维海绵的交联效率；

26、(2)本发明的一种纳米纤维形状记忆止血海绵，纳米纤维之间通过化学交联以及静电偶联形成双重交联网络，赋予了纳米纤维止血海绵形状记忆性能，使其压缩后在血液中形状回复率在3～11s内可达79～90％；

27、(3)本发明的一种纳米纤维形状记忆止血海绵，具有更高的结构稳定性和形状记忆性能，可用于不可压缩伤口的快速止血；其作用于伤口时能够通过吸收血液以及伤口渗出液等恢复原始形貌，从而有效封堵出血部位，大幅减少出血量，提高不可压缩伤口的止血效率。