基本信息
- 项目名称：
- 分子筛壳聚糖复合快速止血材料
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 分子筛壳聚糖复合快速止血材料是一种用于快速止血的海绵状分子筛壳聚糖复合材料，该材料可用于制备止血贴、止血海绵、止血绷带以及药物缓释载体。止血材料为分子筛与壳聚糖的混合物。该材料制备的止血材料解决了分子筛在止血中大量放热、不利于清理创面以及壳聚糖止血效率较低的缺点。
- 详细介绍：
- 一、引言 外伤或外科手术时的不可控出血是导致伤者死亡的重要原因。数据表明，当人体一次失血超过总血量的20%时，就会出现脉搏加快、血压下降、休克等表现；当短时间内的出血量达到总血量的30%或更多时，就会有生命危险。通常，在人体血液自身凝血机能正常的情况下，表皮出血和静脉出血可以自凝。然而，动脉出血或在一些使用血液抗凝剂的外科手术中，血液无法自凝，在这种情况下通常需要特殊的止血设备和材料并通过受过训练的人员进行急救，如果不及时采取措施，就会导致严重的后果，甚至会危及生命。而在战场、野外、突发事故、自然灾难等情况中，专业医护人员往往不能及时赶到，此时使用快速、有效的止血材料尽快止血就显得尤为重要。 目前国内缺少类似止血材料，大多只能停留在实验室阶段而且其止血能力均不如国外的已经商业化的材料。 当前的关键问题是在提高止血效果的同时减少放热，以及材料的易应用性。从单纯使用一种材料进行止血上升的对材料结构的优化和工业设计。 二、材料介绍 分子筛壳聚糖复合快速止血材料是一种用于快速止血的沸石壳聚糖复合海绵状材料，该止血材料解决了分子筛在止血中大量放热、不利于清理创面以及壳聚糖止血效率较低的缺点。 分子筛壳聚糖复合快速止血材料的特征在于：所述的沸石可为CaA（LTA）型沸石、CaX(FAU)型沸石、VPI-5和AlPO-5型沸石壳聚糖两种成分，分子筛和壳聚糖的成分比为1：1，上述分子筛壳聚糖复合快速止血材料是将CaA型分子筛溶于壳聚糖的冰醋酸溶液中，经搅拌、注模塑形、冷冻干燥、真空干燥制成的海绵状固体。所用的CaA型分子筛是有NaA型分子筛交换Ca+后得到的。 材料：壳聚糖于分子筛均是十分易获得的材料，其已规范化与成熟的生产工艺决定了整体材料的价格。 海绵状材料：分子筛单独使用是容易造成局部过热从而导致伤者的肌肉、组织、神经的烧伤。将其均匀的分散在壳聚糖所构成的海绵状结构中可以消除局部过热从而解决该问题。 协同作用：分子筛与壳聚糖在该材料中起到协同作用共同达到止血目的。这一类材料的凝血作用是不依赖于正常血液的凝血机制，壳聚糖的止血作用主要是通过静电力吸附红细胞（壳聚糖表面带正电，红细胞带负电），并且在接触血液之后形成凝胶限制血液的流动。与传统的止血材料不同，分子筛的止血机制是依赖于沸石的超强的吸附能力，沸石因其具有分子尺度的微孔结构而具有较大的比表面积，可以吸附大量的水分子，当脱水的沸石接触血液时，可快速吸附血液中的水分但不吸附较大的红细胞、血小板等其他血液成分，从而使血液浓缩，促进血液凝结，同时放出大量的热量也有促进凝血的作用。两者协同起到的作用大于单独使用一种所能达到的水平。 配比：分子筛壳聚糖复合快速止血材料的配比是有两方面因素决定：一，整体材料的韧性与脆性。该方面性质直接决定材料在使用时的方便程度，过脆则不易应用；二，止血能力。分子筛过多则造成放热较多，而壳聚糖过多则已造成止血不力。 关于分子筛与壳聚糖比例的选择的具体实验内容： 用实验装置模拟人体血压，即在有压力条件下止血，以加入肝素钠（是血液无法凝固）的人血为实验对象，实验用具为10mL注射器，实验材料为固定分子筛质量为0.2g，壳聚糖质量分别为0.2g、0.3g、04g、0.5g、0.6g即1%~3%的壳聚糖冰醋酸溶液，壳聚糖与分子筛质量比为1:1~1:3，所制成的止血材料。 实验步骤为： 在注射器底部覆盖一层滤纸，直径略小于注射器管径； 将分子筛壳聚糖复合快速止血材料剪裁成与滤纸大小相当，质量0.05g； 在止血材料上覆盖滤纸； 将2mL加入肝素钠的人血倒入注射器，迅速按下注射器活塞至5mL处； 开始计时，当两滴血液滴出时间间隔大于30秒时，则认为血液已被止血材料凝固。 实验结果如下： 质量比 1:1 1:1.5 1:2 1:2.5 1:3 凝血时间1/s 5 60 75 118 146 凝血时间2/s 3 46 83 113 153 凝血时间3/s 5 56 80 121 152 平均时间/s 4.3 54.0 79.3 117.3 150.3 注： 1. 配比选择实验未使用动物实验的原因在于由于配比不同而产生的效果差异未必会在动物实验中体现； 2. 进行第4、5组实验时，由于较难掌握每滴血液间间隔时间，会有大于前三组的误差。关键滴附近的滴差距往往很接近，例如29.6秒或更加接近30秒，而下一滴却小于29秒。但可以明确体现出不同配比的止血材料在止血应用中效果的趋势。 当壳聚糖浓度超过3%时，壳聚糖醋酸溶液将过于粘稠不利于止血复合材料的分子筛均匀分散及成型；当其浓度小于1%时，所形成的材料过于脆，不利于凝血及材料的剪裁。故不予考虑。于是确定分子筛与壳聚糖的比例为1：1。 三、材料测试 本材料的测试方式是活兔实验，将活兔的腿部动脉切断然后将该材料覆盖创面，按压止血5分钟。以观察是否能够止血。 与本材料共同测试的有美国的产品QuikClot与Celox，以及国内的产品血盾。 经对比性的测试发现，分子筛壳聚糖复合快速止血材料的止血能力强与分子筛和壳聚糖。该分子筛壳聚糖复合快速止血材料止血材料具有以下优点： 1、可以较迅速的止住大量流血； 2、止血过程中放热几乎无法感知； 3、止血后的创面易于清理，方便专业人士进一步处理； 4、可根据需要改变模具塑形，实际操作中亦可根据需要二次剪裁； 5、CaA型分子筛可进一步进行Ag+离子交换，从而获得抗菌效果。 四、应用范围及前景预测 应用范围： 1. 自然灾害，例如洪水、火灾、地震等的紧急救援； 2. 交通事故、旅行途中事故等情况下的非专业人士处理出血的突发状况； 3. 警察以及军人执行任务中受伤时的紧急处理处理。 市场分析及经济效益预测： 随着经济的不断发展，人民群众的生活水平日益提高。驾车出游以及户外探险成为越来越受欢迎的体育活动。在这之中会不可避免的出现事故并引起受伤。在没有专业人士的指导与护理下，出血可能导致严重的后果。数据表明，当伤者一次出血超过全部血量的20%时，就会出现脸色苍白、脉搏细弱等休克表现。当伤者出血量达到总血量的40%时，就有生命危险。所以一种合适的快速止血材料在外伤急救中显得尤为重要。 可以预见的是户外人数会不断增加。引用来自新疆的官方报道：自2000年至今，在新疆经常参加户外运动的有4万多人。尤其是从2004年开始更是发展迅速，2006年则成了新疆户外的发展年。据新疆户外门户网站——小羊军团户外探险自助旅行网的粗略统计，仅2006年一年户外“驴友”队伍就增加了一万多人。 全国的情况基本类似与新疆。本设计恰恰满足了这一需求。其高效性以及适中的价格会吸引广大驴友。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一、设计与发明目的 如果没有医疗人员在场时，有效的止血材料在处理大量出血时起到非常关键的作用。数据表明，当伤者一次出血超过全部血量的20%时，就会出现脸色苍白、脉搏细弱等休克表现。当伤者出血量达到总血量的40%时，就有生命危险。所以一种合适的快速止血材料在外伤急救中显得尤为重要。而该设计则可以有效解决分子筛和壳聚糖各自的缺点而综合他们的优点，为伤者赢得急救时间，从而降低死亡率。 二、基本思路 综合当前的多种止血材料，在消除其缺点的同时，优化结构设计，达到较优的止血效果。 分子筛的缺点在于止血过程中大量放热，易造成组织及神经的烧伤，同时阻碍伤口愈合；壳聚糖不放热但止血速度较慢。 本设计将分子筛与壳聚糖制成复合材料以达到最佳止血效果。 三、创新点 1. 材料可为任意形状，依据使用者的伤口或工厂的选择而定； 2. 海绵状的结构有利于分子筛的分散以及整体材料的止血； 3. 该材料可以负载银离子或消炎药，可以减少伤者感染概率。 四、技术关键 1. 分子筛与壳聚糖比例的选择； 2. 整体材料结构的选择； 3. 实验实施的方法。 五、主要技术指标 1. 本设计在动物实验中采用按压材料于创面的方式在5分钟内将活兔腿部动脉血止住，放热小，并且没有产生相应的并发症。 2. 在人血实验中0.05克止血材料可以凝固1.4mL血液，无明显放热，凝固时间小于30秒。
科学性、先进性
- 目前国内关于分子筛壳聚糖膜止血材料的制备较少。目前报道的快速止血材料主要有粉末类（沸石，胶原粉末和马铃薯淀粉）,氧化再生纤维素、壳聚糖、多孔海绵（明胶海绵、胶原海绵）和纤维蛋白等，例如专利号为CN101104080的沸石止血敷料就是采用CaA型分子筛为原料的的沸石型止血材料；而CN101081308的壳聚糖止血剂则是是采用壳聚糖为主要原料的止血材料。这些止血材料各自有一定的不足之处：多孔沸石和马铃薯淀粉虽然不十分依赖于血小板和凝血因子，但在吸收血液中水分后会放出大量的热，导致伤口灼伤使患者伤情进一步恶化；壳聚糖则没有分子筛具有的快速量小等特点，并且成本较高；明胶和胶原止血功能均依赖于足量的血小板和凝血因子，当没有足够的止血因子时其效果会大大降低；血纤维蛋白胶原自血液，可能会导致病毒感染并且成本较高。 本设计将分子筛与壳聚糖的优点融合并去除了其各自使用时的缺点。同时本设计的制作工艺使实物可以为任何形状，方便使用。在处理紧急的出血状况时可以提高止血效率以及可靠性。
获奖情况及鉴定结果
- 吉林大学挑战杯科技发明制作二等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段 已申请专利 并获得专利申请号
技术转让方式
- 一次性转让
作品可展示的形式
- 实物 录像 现场展示 图片 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 应用范围： 1. 自然灾害，例如洪水、火灾、地震等的紧急救援； 2. 交通事故、旅行途中事故等情况下的非专业人士处理出血的突发状况； 3. 警察以及军人执行任务中受伤时的紧急处理。 市场分析及经济效益预测： 随着经济的不断发展，人民群众的生活水平日益提高。驾车出游以及户外探险成为越来越受欢迎的体育活动。在这之中会不可避免的出现事故并引起受伤。在没有专业人士的指导与护理下，出血可能导致严重的后果。数据表明，当伤者一次出血超过全部血量的20%时，就会出现脸色苍白、脉搏细弱等休克表现。当伤者出血量达到总血量的40%时，就有生命危险。所以一种合适的快速止血材料在外伤急救中显得尤为重要。 可以预见的是户外人数会不断增加。引用来自新疆的官方报道：仅2006年一年户外“驴友”队伍就增加了一万多人。 全国的情况基本类似与新疆。本设计恰恰满足了这一需求。其高效性以及适中的价格会吸引广大驴友。
同类课题研究水平概述
- 目前国内关于分子筛壳聚糖膜止血材料的制备较少。目前报道的快速止血材料主要有粉末类（沸石，胶原粉末和马铃薯淀粉）,氧化再生纤维素、壳聚糖、多孔海绵（明胶海绵、胶原海绵）和纤维蛋白等，例如专利号为CN101104080的沸石止血敷料就是采用CaA型分子筛为原料的的沸石型止血材料；而CN101081308的壳聚糖止血剂则是是采用壳聚糖为主要原料的止血材料。这些止血材料各自有一定的不足之处：多孔沸石和马铃薯淀粉虽然不十分依赖于血小板和凝血因子，但在吸收血液中水分后会放出大量的热，导致伤口灼伤使患者伤情进一步恶化；壳聚糖则没有分子筛具有的快速量小等特点，并且成本较高；明胶和胶原止血功能均依赖于足量的血小板和凝血因子，当没有足够的止血因子时其效果会大大降低；血纤维蛋白胶原自血液，可能会导致病毒感染并且成本较高。 国外的类似产品开发始于1980年，1983年，美国专利（US pat.4，394，373）首次报道了壳聚糖的止血作用，陆续地，一些壳聚糖止血材料被开发出来如美国专利（US pat. 4,452,785; US pat. 4, 532,134; US pat. 5,836,970）等。在1984年，Hursey等人在美国专利（US pat. 4,822,349）中描述了脱水的沸石可直接用于开放的伤口上用于止血。 国内唯一商业化并予以推广的是“血盾”止血材料，而该材料在止血方面的放热控制与止血效果控制均不如国外的此类产品，例如美国市场上销售的Celox止血粉的主要成分就是壳聚糖。Celox可以有效地控制大小血管的出血甚至动脉出血。以及2002年，Z-medica公司开发的以沸石（含钙的A型沸石）为主要成分的止血产品QuikClot，并获美国FDA批准上市。 当前的关键问题是在提高止血效果的同时减少放热，以及材料的易应用性。从单纯使用一种材料进行止血上升到对材料结构的优化和工业设计。
