西交大补亚忠/解放军总医院刘建恒/福大黄达《AFM》：气泡控制的快速恢复形状记忆冷冻凝胶的制备及止血应用

低温交联的冷冻凝胶形状记忆材料已被广泛用于治疗非压迫性伤口出血。与传统水凝胶相比，冷冻凝胶的孔径明显更大，使液体可以自由进出。这些材料可以压缩，并在与液体接触时膨胀以对周围组织产生压力以止血。这在处理穿孔伤口止血方面提供了显著的优势。然而，尽管冷冻凝胶具有良好的吸水速度，但由于血液粘度高，它们在血液中的形状恢复速度较慢，导致止血时间更长，失血量增加。同时，为了进一步的提升止血效率，需要引入额外的止血机制。

近日，西安交通大学补亚忠、杜宝吉研究员课题组、解放军总医院第四医学中心刘建恒副主任和福州大学黄达副教授联合报道了利用表面活性剂稳定的气泡调控毛细作用从而合成基于明胶和透明质酸的快速形状恢复的冷冻凝胶。同时将二维蛭石负载于冷冻凝胶上，通过激活凝血级联来促进止血。这篇工作强调了毛细作用对冷冻凝胶的吸水吸血速率的调控与影响，同时首次将蛭石尝试用于加速凝血。该研究以题为《Fast Recoverable Shape Memory Cryogels Engineered with Surfactant-Stabilized Bubbles and Vermiculite for Non-Compressible Hemostasis》发表在《Advanced Functional Materials》上。

【冷冻凝胶的制备】

文章根据达西定律推导得出，孔隙率提高，孔径减少，有利于加速毛细作用，从而加快凝胶的吸水、吸血速度。于是在研究中，通过不同浓度表面活性剂（聚乙烯吡咯烷酮，PVP）的引入，使得冷冻凝胶前体溶液产生大量的气泡，并且随着表面活性剂浓度的提高，前体溶液中气泡越稳定。冷冻凝胶的孔隙率提高、孔径降低。这是由于气泡可以作为晶体生长的晶核，增加冰核的数量，在解冻后会留下孔隙。此外，气泡还会充当晶体生长的障碍，从而限制所形成晶体的大小，从而减小孔径。

图 1. 气泡介导快速形状恢复冷冻凝胶的制备与表征

【快速的形状恢复】

在对冷冻凝胶的吸收液体的速度的研究中，表面活性剂稳定气泡调控毛细作用的方法相比于其他方法显示出了强大的优势。该方法制备得到的冷冻凝胶在水中的吸收恢复时间低至0.4 s，在血液中的吸收恢复时间低至1.7 s。

图2. 冷冻凝胶的液体吸收性能

【二维蛭石的促凝测试】

作为止血材料的蛭石在剥离成二维形状后，负载在冷冻凝胶中显示出了优异的止血能力。文章从血浆凝固动力学、凝血指数、凝血时间和红细胞吸附实验进行了体外验证，结果表明含蛭石的冷冻凝胶均显示出优异的促凝效果。

图3. 二维蛭石的促凝性能

【体内止血性能】

最后文章探索了负载蛭石的冷冻凝胶的止血能力，使用巴马猪建立了不可按压性肝伤口出血模型，以市售明胶海绵作为对照。蛭石冷冻凝胶的形状记忆特性使其能够通过可控压缩进入伤口，通过吸收血液激活其形状记忆，并通过VMT和机械压缩促进血液凝固。其在三个实验组别中，均显示出了强大的止血性能。量化结果显示，空白组（123.0±30.0 g）和明胶组（68.5±13.7 g）的失血量分别是实验组(9.1 ± 7.1 g)的近13倍和7倍。同时，实验组在 2.1±0.5 min内止血，出血时间是空白组（15.2±0.7 min）的七分之一，是明胶海绵组（13.5±0.5 min）的六分之一，显示了其优异的止血能力和临床潜力。

图4. 负载二维蛭石冷冻凝胶在巴马猪的止血性能

总结：作者介绍了一种新的通过气泡制备具有快速液体吸收能力的冷冻凝胶的方法，并负载了二维蛭石作为促凝剂。综合研究结果支持了负载二维蛭石材料的形状记忆冷冻凝胶在治疗深部不可按压性伤口出血方面的适用性，凸显了其临床转化的潜力。