作者:李哲等 来源:《自然—通讯》 发布时间:2019/12/26 12:43:56
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研究提出新型止血材料的设计方法

 

止血材料是重要的基础医用材料,理想止血材料应具备以下特点:(1)止血迅速,避免血液流失;(2)血液凝固后,可以从伤口上剥离,方便对伤口进行护理。然而,现有的亲水性止血材料在使用时,1)不能避免血液流失;尤其在动脉出血场合下,无法有效地止血;(2)凝血后,止血材料与血液形成类似“钢筋混凝土”的硬块,难以从伤口上剥离。强制性地剥离会引起伤口撕裂,伤口感染等复杂问题。此外,对凝血功能障碍的出血性疾病(如血友病等),传统的止血材料在被血液浸润的同时,并无法有效地止血。

中山大学生物医学工程学院的李哲副教授发表在Nature Communications上的最新研究“Superhydrophobic hemostatic nanofiber composites for fast clotting and minimal adhesion”,报道了一种基于“超疏血材料”的新型止血材料的设计方法(图1)。

图1. 基于纳米纤维材料的新型止血材料设计概念

超疏血材料是一种类似荷叶表面的、具有特殊微纳结构的表面。李哲副教授在研究中发现,当血液在一种基于具有纳米纤维结构的超疏血表面上滚动时,会产生大量的血液纤维蛋白微丝;纤维蛋白是促进伤口凝固的核心要素;凝血时,纤维蛋白丝形成的网状结构,捕获血细胞、血小板等,形成类似钢筋混凝土的结构,封堵伤口;即便在抗凝血剂(其作用原本是抑制纤维蛋白的产生)存在的情况下,该现象依旧存在(如图2上所示)!

基于该独特发现,李哲副教授和合作者提出了“基于超疏血材料的快速凝血材料及其设计方法”。该材料具有以下独特性能:(1)抗细菌吸附,降低伤口感染风险;(2)把该材料压在伤口上,其超疏血特性,能够将血液约束在伤口内部,通过物理方式,实现迅速止血;(3)与血液接触时,纳米纤维表面能够促进血液纤维蛋白从“材料-血液的接触面”快速向伤口内部生长,从而在止血后快速加固伤口;(4)在伤口凝固后,血块的收缩力驱使该止血材料从伤口上自脱落。这些特性已经在动物模型上得到验证。

图2. 新型超疏血-快速止血材料的优异特性;血液在纳米纤维超疏血表面上滚动时,会快速地产生纤维蛋白微丝;该新型止血材料具有抗血液浸润、快速凝血和自剥离特性。

该研究中提出的“先止血,再凝血,凝血后自脱落”的新型止血方式,能够有效地避免血液流失,并且在伤口止血后(如3 min后)可以轻易地将材料从伤口上剥离,对伤口进行二次护理。当下主流的亲水性止血材料(如纱布、创可贴等)在使用时,在伤口完全凝固前,血液将不停地透过止血材料进行渗漏;而在伤口凝固后,材料将牢固地作用在伤口上,难以剥离。此外,与市场上现有的具有低黏附力或易剥离特性的止血产品相比(包括3M,smith & nephew, Guardian等国际知名公司的产品),该新型止血材料从伤口上的剥离力仅为市场上产品的5%(或更小)。

该技术将为大家提供一种真正意义上的抗血液流失、和无痛的“创可撕”止血产品。这种新型的材料将会在急救、战场救援、大出血、以及日常生活中得到广泛的应用。此外,即便在抗凝血剂存在的情况下,该材料依旧可以促进纤维蛋白的产生,显示了该材料对凝血障碍症(如白血病)患者的广阔应用前景。相关技术已经申请国际专利。

该项目的合作者为新加坡国立大学生物医学工程学院的Yap Choon Hwai教授和瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH-Zurich)的Dimos Poulikakos教授和 Athanasios Milionis 博士。(来源:中山大学生物医学工程学院

相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41467-019-13512-8

 
 
 
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