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(1．天津大學材料科學與工程學院，天津 300350； 2．溫州生物材料與工程研究所，浙江 溫州 325011；3．溫州市高新技術產業(yè)園，浙江 溫州 325011； 4．天津大學化工學院，化學化工協(xié)同創(chuàng)新中心(天津)，天津 300350)

1 引 言

不可控制的大量出血是導致戰(zhàn)爭、車禍、創(chuàng)傷、手術以及其它意外事故受傷人員死亡的主要原因。據統(tǒng)計戰(zhàn)爭造成的傷亡，30%～60%是由于失血過多所致。2007年世界衛(wèi)生組織指出，每年約有40萬年僅25歲的年輕人死于交通事故[1]。2011年我國發(fā)生的道路交通事故約有21萬起，造成6.2萬人死亡[2]。造成交通事故人員死亡的原因，除了道路交通狀況、車輛自身質量及駕駛員本身因素之外，受傷人員失血過多也是一個不容忽視的重要原因。交通事故引發(fā)的人員死亡，約85%是發(fā)生在事故初期30min之內，若在這段時間內，受傷人員的出血情況能夠得到及時而有效的控制，交通事故所導致的死亡率將會大大下降[3]。因此，高效率的止血材料成為快速止血，降低死亡率的關鍵。

2 具有代表性的國外商業(yè)化止血材料與產品

如表1所示[4]，國外具有代表性的止血產品主要分為生物制品類、殼聚糖類和硅鋁酸鹽類止血材料。硅鋁酸鹽類止血產品，取材低廉，價格比較便宜。殼聚糖類止血產品，制備工藝比較復雜，價格較貴。生物制品類止血材料，因取材昂貴，市售價格達到了100～800英鎊，屬于止血性能優(yōu)異但價格高的產品。

表1 國外部分商業(yè)化止血產品Table 1 Commercial hemostatic products in foreign medical treatment

不同類型的止血材料及產品各有其優(yōu)缺點，生物制品類止血材料容易導致病原感染或引起免疫反應[5]；殼聚糖類止血材料會引發(fā)過敏反應；硅鋁酸鹽類產品具有強烈的放熱效應，對患者造成二次傷害[6]。如表2所示，不同類型的止血材料，其止血機理、生物降解及安全性能等方面存在很大的差距。以Surgicel系列產品為例，此類產品具有良好的組織相容性，緊密的組織貼合性，因此被廣泛用于臨床手術的創(chuàng)面止血[7]。但是，由于氧化再生纖維素含有大量的羥基基團，在止血過程的微環(huán)境中，呈現(xiàn)出較強的酸性(pH約為1.7)，雖然酸性環(huán)境有利于抑制細菌的滋生，但同時也容易引起較強的組織炎癥反應，甚至會導致肉芽腫和膿腫[8]。由于氧化再生纖維素產品存在體內安全性問題，臨床主張在完成止血功能后，應盡量將其移除，但是由于Surgicel的一些產品結構松散，從患者受傷部位移除，往往會對患者造成不必要的二次傷害。針對以上問題，根據不同創(chuàng)面的止血需求，如何研發(fā)性能優(yōu)異的醫(yī)用止血材料和產品，引起科研人員的廣泛興趣。

表2 不同種類的止血材料性能對比Table 2 Comparison of different hemostatic agents

3 我國醫(yī)療市場主要止血產品

在我國，大中型醫(yī)院使用廣泛的止血材料和產品大多數源于進口，這些產品多數具備可降解、生物相容性好、止血快速等功能特點。由于止血性能優(yōu)越，國外止血產品在我國醫(yī)療市場具有較高市場占有率。同時，由于存在技術壁壘，國外產品在我國醫(yī)療市場具有壟斷趨勢，價格較為昂貴。與國外進口產品相比，我國止血產品性能存在較大差異，但價格便宜，在醫(yī)療市場上國內止血產品也具有一定市場份額。以再生纖維素類止血產品為例，在我國醫(yī)療市場，氧化再生纖維素類產品以Johnson & Johnson公司生產的Surgicel系列可吸收止血產品(SurgicelTM、SurgicelTMNu-Knit、SurgicelTMFibrillar)為主[9]。此類產品含有大量羧基，可以與血紅蛋白中的鐵離子絡合，并誘導凝血因子Ⅷ激活，進而促進凝血。此外還能促進血小板的粘附，促進形成纖維蛋白網，加速止血過程。

HemCon是由殼聚糖醋酸溶液經凍干后，制成的殼聚糖紗布類止血產品。2002年獲得美國食品與藥品管理局(FDA)批準，并用于部隊裝備。大量試驗和臨床結果都證明，HemCon可以顯著減少出血量，降低患者死亡率[10-12]。繼HemCon之后，2007年CELOX止血粉獲得FDA批準，其主要成分為殼聚糖顆粒，臨床試驗表明，CELOX止血粉表現(xiàn)出比HemCon更好的止血效果，該產品能夠減少創(chuàng)面的二次出血，大幅度提高患者存活率[13]。近年來，以殼聚糖為基材的止血產品，主要以殼聚糖膜、幾丁質無紡布、羧基化殼聚糖止血粉等為主，大多數是進口產品，具有我國自主知識產權的殼聚糖類止血產品仍然比較少見。

此外，高嶺石也是一種具有止血性能的粘土材料，其止血性能與QuickClot相當，與血液接觸不會大量放熱。周璟等通過高嶺石改性，制備了納米銀/高嶺石復合物，這種復合物兼具止血和抗菌功能，在治療開放性創(chuàng)傷方面具有潛在的應用價值[14]。

4 新型止血材料與產品的研發(fā)現(xiàn)狀

不可控制的大量失血與滲血是外科手術中經常遇到的難題。戰(zhàn)爭中，50%的死亡是由于傷口大量出血所致。其中，80%是由于傷口位于不可按壓止血的部位，大量出血導致的死亡[15]。因此，針對不同的出血創(chuàng)面，合理構建新型止血醫(yī)用敷料，實現(xiàn)出血傷口的快速止血，成為亟待解決的問題。為此，科研工作者不斷研究新型止血材料與產品，以期能夠滿足不同出血創(chuàng)面的止血需求，進一步完善止血材料與產品的止血性能。

4.1 新型止血海綿和止血納米纖維膜

傳統(tǒng)的止血材料與產品主要為止血紗布、繃帶和止血海綿，臨床應用發(fā)現(xiàn)此類產品的止血效果較差，體內不可降解，難以被機體吸收，因此使用范圍受到限制，如何開發(fā)新型、可降解、易吸收的止血紗布或海綿成為研究熱點。結合材料自身性能，Lan等采用天然無毒性植物提取物-單寧酸作為交聯(lián)劑，用其交聯(lián)殼聚糖/明膠復合物，并利用冷凍干燥技術，將單寧酸交聯(lián)殼聚糖/明膠復合物體系，制成多孔止血海綿。實驗結果表明，該交聯(lián)復合物體系，具有良好的生物安全性和止血效果。尤為重要的是，他們提供了一種可降解止血海綿的制備方法，動物實驗證明，這種止血海綿，在動物體內6周后可完全降解[16]。

止血紗布或止血海綿的止血性能較差，不具備主動止血能力，只能滿足一般或常規(guī)出血創(chuàng)面的止血需求。為了提高其整體止血性能，Hsu 等將RADA16-I自組裝多肽納米纖維，通過層層組裝技術，負載到紗布或明膠海綿表面，從而得到具有主動凝血功能的快速止血紗布或海綿。由于RADA16-I自組裝多肽納米纖維能夠有效聚集并交聯(lián)血液中的成分，從而大大提高了紗布或海綿的止血效果[17]。

此外，在提高材料止血效果的基礎上，如何進一步提高其組織防粘連效果，也引起了科研工作者的廣泛興趣。中科院化學所Wang等利用靜電紡絲技術，制備了一種負載不同藥物的雙層紡絲膜。這種膜可以作為止血海綿，用于創(chuàng)面止血。在創(chuàng)面組織，這種膜的內層膜因負載止血藥物(卡絡磺鈉)，而表現(xiàn)出優(yōu)異的止血功能。在防止創(chuàng)面組織粘連方面，這種膜的外層能有效地預防手術創(chuàng)面組織粘連。這種止血防粘連膜的研發(fā)，具有重要的臨床使用價值[18]。

4.2 新型止血水凝膠

水凝膠因其具有特定的網狀交聯(lián)結構，具有半通透性、阻隔細菌侵入、防止創(chuàng)面感染、允許氧氣和水通過等功能特點，被廣泛應用于組織工程支架、體表醫(yī)用敷料、醫(yī)用止血敷料等。維也納科技大學Qin等利用點擊化學的方法，將thrombin-receptor- agonist-peptide-6(TRAP6)多肽接枝到聚乙烯醇(PVA)表層，制備出止血多肽修飾PVA-TRAP6水凝膠[19]。由于TRAP6多肽具有顯著的激活血小板功能，該止血凝膠不僅表現(xiàn)出良好的細胞相容性，尤其重要的是能夠顯著縮短凝血時間。流式細胞實驗結果表明，PVA-TRAP6水凝膠具有激活血小板的功能，血栓彈力儀測試結果表明，該凝膠能夠明顯縮短凝血時間。PVA-TRAP6水凝膠可作為止血敷料應用于組織與器官的創(chuàng)面出血。

硅酸鹽的電荷性能夠有效凝聚血液中的凝血因子，膠原蛋白的快速吸水功能，則能夠有效濃縮血液組分，若將兩者的優(yōu)勢有效結合，制成新型止血材料將具有多種功能優(yōu)勢?；谶@一設計理念，利用硅酸鹽納米薄片與膠原蛋白為基材，Kumar等將這兩種材料按照適當的比例，利用交聯(lián)組裝技術，將其制成納米復合型水凝膠。試驗結果表明，通過硅酸鹽與膠原蛋白的協(xié)同作用，這種納米復合型水凝膠具有高效富集凝血因子，快速濃縮血液成分的多種功效，能夠達到快速止血的目的[20]。

以殼聚糖為主要基材的水凝膠止血材料，能夠有效刺激成纖維細胞增殖和神經營養(yǎng)因子的遷移，抑制炎癥細胞的生長，激活巨噬細胞，促進傷口的愈合。殼聚糖具有抗菌活性，但其抗菌活性比較單一。為了克服殼聚糖水凝膠抗菌功效單一的缺陷，科學家們提出制備殼聚糖基復合型水凝膠的理論，即在殼聚糖水凝膠表面，修飾特殊功能的官能團，或者在基材中復合加入具有優(yōu)異抗菌功效的新型材料，從而提高其整體抗菌性能。例如，聯(lián)邦大學Ferreira等通過加入橙花叔醇，制備出殼聚糖/橙花叔醇復合水凝膠。實驗結果表明該復合型水凝膠具有優(yōu)異的抗菌和促進傷口愈合性能，第7天能夠明顯觀察到膠原的再上皮化和再生長情況[21]。

4.3 新型止血微球

圖1 (A)可降解止血微球類醫(yī)用敷料在外科手術中的應用范圍;(B)可降解止血微球類醫(yī)用敷料在外科手術中的應用實例。Fig.1 Biodegradable hemostatic microspheres are widely used in clinical surgery, obstetrics, organ transplantation and general surgery. (A) As surgical dressings, biodegradable hemostatic microspheres are wildly used in medical treatment, (B) living application examples of biodegradable hemostatic microspheres in different medical treatment

可降解止血微球具有價格相對低廉、生物可吸收性好、無病毒感染的風險等諸多優(yōu)勢。如圖1所示，可降解止血微球產品廣泛應用于臨床器官移植、微創(chuàng)、泌尿、神經、肝膽、心臟、血管及胸外科等手術過程止血?？晌罩寡⑶蝾惖闹睆綖?0～80μm，具有較大的比表面積，能夠快速吸收血液中的水分，有效濃縮血液中有效成分，進而在傷口表面形成凝膠類混合物，迅速封堵傷口，達到快速止血的目的[22]。有些種類的止血微球，還可以通過激活內源性止血因子，形成牢固的局部血塊，大幅度縮短凝血時間，此類產品的止血過程一般在數秒鐘內完成。可降解止血微球在完成止血作用后，一般2～7天內自行降解，并被機體完全吸收，無免疫原性，不會產生局部炎癥反應，創(chuàng)面局部不留任何痕跡[23]。

由于止血微球適于各種創(chuàng)面，尤其是不規(guī)則創(chuàng)面出血的止血應用，近年來，不同類型和不同功能的止血微球成為科學家們的另一個研究熱點。華東科技大學Chen等通過采用酶致孔和表面改性工藝，以玉米淀粉和Ca2+為基材，制備了淀粉基多孔止血微球。實驗結果表明，改性后的材料降解能力明顯提高，該止血微球能夠高效率吸附血小板，并激活內源凝血途徑，具有良好的止血功能。為了增強材料的抗菌效果，降低炎癥反應的發(fā)生，Pourshahrestani等[24]利用蒸汽誘導自組裝的方法，將不同濃度的Ga2O3與介孔生物活性玻璃進行復合。結果表明，此類復合材料具有良好抗菌性能，可有效吸附血小板，并激活凝血酶，從而促進創(chuàng)面快速止血。

多數商業(yè)化的止血微球產品都采用不同的化學成分作為交聯(lián)劑，用于增加微球形貌與結構的穩(wěn)定性。在微球的制備工藝過程中，很難將殘留的交聯(lián)劑完全去除。另外，可降解止血微球在其降解過程中，也會釋放一些交聯(lián)劑的降解產物，從而造成一定程度的細胞毒性[25]。由于京尼平的細胞毒性很低，為了降低交聯(lián)劑的毒性，采用京尼平作為交聯(lián)劑，明膠/殼聚糖復合物作為主要成分，研究人員制備出Cs/Gel MPs止血微球(圖2)[26]。此種止血微球的細胞毒性很小，提取液的濃度高達40μg/mL時，細胞活力仍然大于80%，尤為重要的是Cs/Gel MPs具有快速的止血效果。

目前，多數止血微球的功能過于單一，除了止血功能之外，其抗菌效果及促進傷口愈合的功能都很缺乏。由于單寧酸具有很好的抗菌性能，同時還具有止血功效，為提升止血微球的綜合性能，研究人員還制備了一種單寧酸交聯(lián)天然多聚糖微球[27-29]。淀粉、羧甲基殼聚糖、透明質酸作為HMs微球的主成分，采用單寧酸與羧甲基殼聚糖形成大量氫鍵的特性，利用這種氫鍵，形成物理交聯(lián)微球(圖3)。由于微球表面殘留的單寧酸，能夠與出血部位二次交聯(lián)，形成三維網絡凝膠結構，因此，這種止血微球，不僅止血迅速，而且兼具抗菌活性，結果表明，其在促進傷口愈合的過程中，發(fā)揮了重要的作用。

4.4 新型組織粘合劑類止血材料

不同類型的止血材料具有不同的應用條件和環(huán)境需求，對于貫穿傷和腔體穿刺引起的出血，一般需要使用組織粘合劑或密封膠類止血產品。組織粘合劑主要包括α-氰基丙烯酸酯組織膠和鄰苯二酚衍生物兩大類，其中，α-氰基丙烯酸酯組織粘合劑具有明顯的止血功能，具有良好的生物相容性。它作用的主要機制為與組織或血液中的氫氧根發(fā)生放熱反應，對含有羥基或含氨基的物質具有極高的親和能力[30]。但此類止血材料降解緩慢，殘留物在體內具有導致血管栓塞的危險，且降解過程中會產生氰和甲醛等有毒物質，此類降解產物會引起組織炎癥或壞死[31]。

圖2 采用京尼平作為交聯(lián)劑，明膠/殼聚糖復合物作為有效成分制備Cs/Gel MPs止血微球。(A) Cs/Gel MPs 制備工藝流程圖； (B)FT-IR表征 Cs/Gel MPs； (C) SEM圖表征Cs/Gel MPs 表面吸附和激活血小板情況； (D)SD大鼠體表止血實驗，分別采用止血紗布和市售止血粉作為陽性對照Fig.2 Preparation of Cs/Gel MPs (A) from gelatin/chitosan complexes using genipin as the effective cross-linker. (B) FT-IR spectra of Cs, Gel, Cs/Gel mixture and Cs/Gel MPs. (a) Cs; (b) Gel; (c) Cs/Gel mixture; (d) Cs/Gel-0.5 MPs; (e) Cs/Gel-0.75 MPs; (f) Cs/Gel-1 MPs. (C) SEM micrographs of RBCs adhered on Cs/Gel MPs. (a) Cs/Gel-0.5 MPs; (b) Cs/Gel-0.75 MPs and (c) Cs/Gel-1 MPs. (D) Photographs of hemostatic assay in vivo. (a) skin laceration without any processing was used as blank control, (b) skin laceration treated with Cs/Gel-0.75 MPs, (c) skin laceration treated with Jinchuang powder, (d) skin laceration treated with Celox TM (e) skin laceration treated with gelatin sponge, (f) skin laceration treated with gauze

圖3 HMs的制備過程與止血機理 (1)采用淀粉、羧甲基殼聚糖和透明質酸作為主要組分，利用單寧酸作為交聯(lián)劑制備HMs止血微球；(2)通過形成大量的分子間及分子內氫鍵穩(wěn)定微球的形貌結構； (3)物理交聯(lián)止血微球； (4)止血微球敷于止血部位后，能夠與周圍組織形成三維網絡結構，加速傷口的愈合過程Fig.3 HMs were applied on the surface of wound, the process of secondary crosslinking reaction between HMs and/or tissue through forming hydrogen bonds. After water absorption, the HMs were swelled, TA, CMC and HA released. Hydrogel was formed on the wound surface, hydrogel provided a three-dimensional network structure for the proliferation and migration of different cells. Preparation of inverse emulsion (1). Physical crosslinking process through inter molecular hydrogen bonding on the surface of microemulsion droplets (2). After separation and purification, multifunctional HMs were obtained (3). Secondary crosslinking between HMs (tissue) on the surface of wound (4)

鄰苯二酚衍生物的氧化物，其結構中帶有雙醛結構，非常容易與機體組織中含氨基或者巰基物質發(fā)生Michael加成反應。同時，也易于與機體組織中含有的氨基發(fā)生Schiff base反應，進而形成化學交聯(lián)結構，達到膠粘止血的目的[32]。密封膠是一類可以在原位通過物理或化學交聯(lián)作用，從液態(tài)轉變?yōu)楣腆w或凝膠態(tài)的材料，通過封堵傷口實現(xiàn)止血功能。常見的交聯(lián)方式有光引發(fā)聚合，以及基于氨基和醛基的Schiff base反應。例如，由聚乙二醇與丙交酯共聚物的醛基封端水凝膠與聚烯丙基胺混合，可以實現(xiàn)快速止血和組織粘合的目的[33]。

利用縮聚反應機理，Mehdizadeh等利用檸檬酸、聚乙二醇、多巴胺制備了可注射型生物粘合劑，通過引入鄰苯二酚結構，賦予粘合劑較強的粘結性能，并提供交聯(lián)位點，該結構中的酯鍵賦予此類粘合劑良好的可生物降解性能[34]。Kim等合成了一種名為TAPE醫(yī)用粘合劑，該粘合劑由多酚化合物、單寧酸和聚乙二醇通過分子間氫鍵制備而成，相比于纖維蛋白膠，TAPE的粘結性能高出250%，粘結力可在濕潤表面保持穩(wěn)定[35]。

5 展 望

醫(yī)用止血材料及產品在臨床外科具有重要的應用價值，目前臨床應用的止血材料和產品種類繁多，但性能存在較大的差異。如何針對不同的創(chuàng)面需求，合理構建新型止血材料，進一步完善止血材料的止血性能，成為目前主要的研究熱點。今后的研究重點應側重于：(1)通過調控止血材料組分，采用成膜、造粒、表面修飾等關鍵技術，實現(xiàn)止血材料向止血、抗菌與促進組織愈合等多功能化方向發(fā)展；(2)綜合考慮止血材料基材的物理與化學性能，構建具有微納結構與形貌的止血產品，以適應不同創(chuàng)面的形貌需求；(3)拓寬止血材料與產品載藥體系的種類和范圍，構建能夠針對不同組織出血情況，具有組織特異性的止血材料與產品。