浙江大学毛峥伟教授AFM：新型双交联水凝胶粉末为不可压迫性出血提供快速强效止血方案

每年因无法控制的出血导致的死亡人数高达约190万，其中创伤性出血占79%，尤其是在弥漫性或不可压迫性出血情况下，传统止血材料面临巨大挑战。现有的止血剂如胶水、贴片、海绵和粉末等各有局限，如凝胶延迟、形态适应性差、机械性能不足等问题，亟需开发既能快速形成屏障又具备强机械稳定性的新型止血材料。

近日，浙江大学毛峥伟教授、Yu Lisha和Tong Zongrui合作，提出了一种顺序双交联止血粉末，通过水合驱动静电凝胶与光触发共价交联相结合的策略，实现了对不可压迫性出血的快速、强效控制。该粉末由带负电的双键功能化聚丙烯酸（PAA-db）和带正电的聚乙烯亚胺（PEI）构成，接触生物液体后能迅速吸水并自凝胶，再经光照形成双交联水凝胶（dPAA-db/PEI），展现出优异的组织粘附性和机械强度。相关论文以“Rapid Self-Gelling Powder Forms Dual-Crosslinked Hydrogel for Robust Tissue Adhesion and Non-Compressible Hemorrhage Control”为题，发表在

Advanced Functional Materials

研究人员首先通过酰胺化反应合成了PAA-db，并经核磁共振与红外光谱验证了双键的成功接枝。将PAA-db与PEI按最优质量比4:6复合，经冷冻干燥与研磨制得粉末，其Zeta电位接近中性，表明二者间存在强静电作用。该粉末在10秒内即可饱和吸水，并在2秒内完成凝胶化，激光共聚焦显微镜动态监测显示，荧光标记的水凝胶在2秒内覆盖面积从50.5%扩展至85.1%，证实其极快的凝胶动力学。

图1. 带负电双键功能化聚丙烯酸（PAA-db）与带正电聚乙烯亚胺（PEI）粉末的制备示意图。接触生物液体后，PAA-db/PEI粉末通过静电作用迅速水合自凝胶，形成静电交联水凝胶（ePAA-db/PEI水凝胶）；后续光照射诱导共价交联，形成双交联水凝胶（dPAA-db/PEI水凝胶）。

图2. PAA-db/PEI粉末的制备与自凝胶过程。（a）PAA-db的合成反应，DCC为二环己基碳二亚胺。（b）PAA-db与PAA的核磁共振氢谱。（c）不同比例PAA-db/PEI粉末的Zeta电位。（d）PAA-db、PEI及PAA-db/PEI粉末的红外光谱。（e）PAA-db/PEI粉末的流体吸收率。（f）通过激光共聚焦显微镜动态观察ICG标记的PAA-db/PEI粉末水合凝胶过程，绿色表示粉末与水凝胶状态。

在力学性能方面，经光交联后的dPAA-db/PEI水凝胶表现出显著增强的机械性能：储能模量从2.2 kPa提升至13.2 kPa，拉伸强度和杨氏模量均提高3倍，压缩应力在80%应变下达到193.5 kPa，远高于仅靠静电交联的ePAA-db/PEI水凝胶。这种机械强化使其能够应对持续或大出血的高压环境。

图3. PAA-db/PEI粉末衍生水凝胶的机械性能。（a）ePAA-db/PEI与dPAA-db/PEI水凝胶中双键含量测定。（b）流变学性能比较。（c–d）水体系中应力-应变曲线、拉伸强度与杨氏模量。（e–f）血液体系中相应性能。

粘附性能测试中，dPAA-db/PEI水凝胶在猪皮表面表现出优异的耐久性，可耐受弯曲、扭转和水流冲洗，并能悬吊离体器官。定量测试显示，其剪切强度达48.0 kPa，界面韧性为197.9 J/m²，爆破压力为282.1 mmHg，均显著优于静电交联组和商用产品（纤维蛋白胶与CELOX），且远超人体动脉压力范围，适用于动脉出血的控制。

图4. PAA-db/PEI粉末衍生水凝胶的粘附性能。（a）罗丹明B标记的dPAA-db/PEI水凝胶在猪皮上的粘附及耐弯曲、扭转、冲洗测试。（b）离体大鼠器官粘附展示。（c–k）搭接剪切、T型剥离和爆破压力测试结果与对比。

生物相容性评价表明，该材料在体外细胞实验中保持98%以上的细胞活性，溶血率仅为3.4%，符合生物材料安全标准。大鼠皮下植入实验显示，其炎症反应与商用产品相当，未引起系统性毒性或器官损伤，具备良好的体内安全性。

图5. 体外与体内生物相容性评价。（a）L929细胞活死染色与CCK-8活力检测。（b）溶血率测试。（c–h）大鼠皮下植入后的组织学与免疫荧光分析。

在大鼠不可压迫性出血模型中（肝脏切口伤、穿孔伤和股动脉出血），dPAA-db/PEI粉末均能在30秒内实现止血，出血量显著降低。尤其在肝脏穿孔模型中，其止血时间和出血量均优于所有对照组，显示出在复杂出血场景中的强大应用潜力。后续的伤口愈合评估也表明，该材料能促进细胞增殖和血管生成，加速组织修复。

图6. 大鼠不可压迫性出血模型中的止血性能。（a–d）肝脏切口伤模型示意图、止血过程照片、止血时间与出血量。（e–h）肝脏穿孔伤模型相应结果。

总结而言，该研究通过顺序双交联策略成功开发出一种兼具快速凝胶、强机械性能和优异生物相容性的止血粉末，在不可压迫性出血模型中表现出卓越的止血效果与愈合促进能力。未来研究将聚焦于将该策略拓展至其他生物可降解天然聚合物体系，并开发无光引发剂交联系统，以进一步提升其临床转化潜力。

来源：高分子科学前沿

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