Advanced Healthcare Materials:壳聚糖/硅藻生物矿化硅复合气凝胶止血剂

不可控性出血是导致外伤患者死亡的主要原因,紧急止血材料对于挽救外伤大出血患者具有十分重要的意义。目前已有的止血产品种类众多,但无法同时满足止血快、成本低、易于存储、操作性强、生物相容性良好等诸多要求。硅藻生物矿化硅(Diatom Biosilica, DBs),即硅藻外壳,是一种天然微纳米生物材料,具有微纳米层级多孔结构,其二氧化硅纯度高达99.99 %以上,壳体直径1-300μm,壳壁表面积为100–600m2,其层级多孔结构中一级孔径1-5μm,二级孔径50-100nm,三级孔径2-3nm。具有无毒、超轻、强度高、韧性好、耐高温、隔音、隔热、吸附性极强等特点。前期研究发现,DBs的多孔结构可以浓缩凝血因子促进凝血反应发生,其表面富含硅醇基基团能够促进内源性凝血,加速止血进程。此外,这种天然的生物矿化硅材料还具有稳定性高,可生物降解,便于携带和保存等特点,是理想的无机快速止血材料。

中国海洋大学海洋生命学院陈西广教授课题组以多巴胺作为交联剂,通过碱性沉淀、叔丁醇置换、冻干方法制备了孔径可控的壳聚糖/硅藻生物矿化硅气凝胶。该复合气凝胶具有层级多孔结构(纳米级至微米级),在冻干过程中,叔丁醇所形成的冰晶,可保持气凝胶中DBs的孔隙率,调控气凝胶基质内部孔径尺度,使复合气凝胶具有极大的比表面积(74.441 m2 g−1)和极高的吸水率(316.83 ± 2.04%),体外止血时间低于80 s。复合气凝胶的浓缩效应以及与血液之间的界面效应能够促进血小板的聚集、粘附和激活,通过激活内源性凝血途径引发凝血级联反应发生,表现出快速吸附、快速止血和防止二次出血功效。在大鼠断尾模型和股动静脉离断模型中,复合气凝胶在止血时间和出血量指标方面显著优于同类止血产品。该工作中构建的多尺度层级多孔结构,不仅可以作为一种普适性方法,在提高多孔材料止血性能方面得到广泛的研究和应用,而且有望在有机-无机复合材料微观结构调控与构效关系研究方面提供新思路。相关论文发表在Advanced Healthcare Materials(DOI: 10.1002/adhm.202000951)上。该论文的共同第一作者为李静博士,孙小杰博士,通讯作者为冯超副教授。相关工作得到了国家自然科学基金,山东省自然科学基金以及泰山学者计划的资助。