急性出血导致的死亡是军事冲突、事故和外科手术中的严重问题。快速止血对于院前护理中出血患者生存至关重要。然而，目前所用的快速止血材料的无机活性成分（如沸石、高岭土等）容易从敷料基材上脱落，进而带来局部炎症和远端血栓风险，严重时甚至需要截肢。例如高岭土浸渍敷料QuikClot战斗纱布在军队中应用最为广泛，然而高岭土与敷料纤维的结合较弱，掉落的高岭土已被报道存在严重健康风险。因此，开发一种牢固、高效、安全的止血敷料对降低出血控制中的风险具有重要意义。

  近日，暨南大学刘明贤课题组利用了生物聚合物海藻酸与埃洛石纳米管（HNTs）之间的静电吸引和氢键相互作用，使HNTs受毛细力和离子键驱动向富含Ca²⁺离子的棉纤维上组装。这种界面组装过程是牢固的，在经过苛刻的水洗处理后仍保持高凝血活性，且施用于伤口后几乎无HNTs残留。这种HNT-海藻酸-棉敷料（称为HAC敷料）具有协同的止血活性：（1）HNTs通过浓缩血液、激活血小板、提供负电荷表面和激活凝血因子等多种机制发挥强烈的促凝血作用；（2）Ca²⁺离子是多种凝血通路的关键辅因子；（3）海藻酸可改变血液流变性能和聚集红细胞。这种设计不仅加速了血凝块的形成，而且止血活性材料不会残留于患处，在体外和动物实验中都展现优异的出血控制效果和高安全性。

图1 生物聚合物介导HNTs在棉纤维上的组装制备坚固止血敷料用于安全有效的出血控制

  HNTs与海藻酸分子通过静电相互作用和氢键桥接，并与富含Ca²⁺的纤维发生离子键合，通过蒸发在纤维界面上形成HNT-藻酸酸牢固网络（图2a-2d）。研究发现海藻酸可促使HNTs呈现液晶现象（图2e），暗示两者之间存在强的相互作用。TEM图像显示聚合物主要分布在HNTs的内腔（图2f）。HNTs的氢氧化铝内腔带正电，二氧化硅外表面带负电，从而吸引含羧基的负电荷海藻酸分子进入HNTs内腔。这种现象也增加了HNTs的总负电荷（图2f）。

  FTIR光谱（图1h）进一步证实了HNTs和海藻酸分子之间的氢键相互作用（O-H ... O）。海藻酸的C=O伸缩振动和HNTs的Al-OH伸缩振动分别从1595 cm^-1和3626 cm^-1偏移到1652 cm^-1和3623 cm^-1。Si-O-Si伸缩振动也从1026 cm^-1移动到997 cm^-1。此外，将HNTs分散液滴入 Ca²⁺溶液后观察到絮凝（图2j），此外，观察到HNTs的-OH峰向3548 cm^-1的移动，表明Ca²⁺和HNTs之间形成了H-O→Ca²⁺配位（图2k）。Ca²⁺的存在也将HNT-海藻酸中海藻酸的C=O伸缩峰从1607移至1600 cm^-1（图2l）。这些相互作用在HNTs在纤维上的牢固组装中起着至关重要的作用。 

图2 HNT-海藻酸-Ca²⁺互作分析。

  图3a展示了牢固组装过程示意图。该技术包括两个关键步骤：高Ca²⁺浓度的棉纤维制备技术和HNTs-海藻酸复合物在纤维表面的组装技术。高Ca²⁺浓度的棉纤维是通过将商业棉织物浸入Ca²⁺溶液（20 mM）中直至饱和后干燥获得的。亲水性多孔纤维的膨胀收缩过程（伴随着润湿和蒸发）使离子彻底渗透到纤维孔隙各处。同时，将具有不同海藻酸和HNT质量比的溶液（以0.6 wt%海藻酸和1 wt% HNTs为最佳）混合搅拌过夜。将高Ca²⁺浓度的棉纤维垂直于HNTs-海藻酸复合物分散液中并干燥以获得HAC。在此过程中，由于亲水织物的毛细作用力，具有一定粘度的HNT-海藻酸流体被吸引沿纤维缓慢向上移动；此外，界面处的高阳离子浓度驱使强负电荷性的HNT-海藻酸复合物向纤维界面富集并渗入孔隙各处。

  随后的蒸发过程为纳米管组装提供了动力学支持，从而进一步在纤维上形成了坚固的HNT-聚合物网络。在蒸发过程中，液体三相（固-液-气）接触界面处的液体蒸发速率明显强于液-气界面处。因此，对流流动导致不断补充外边缘，形成纳米管在纤维表面的排列组装。作者发现进入HNTs管内的海藻酸分子提高了分散体的水分散性和稳定性，并且增加粘度进而阻碍HNTs的自由运动，有助于蒸发中纳米管的均匀有序排列。更重要的是，棉纤维中的Ca²⁺离子通过离子交联形成稳定的HNT-海藻酸-Ca²⁺网络，蒸发稳定了穿过纤维的牢固“链”纠缠结构，将HNTs紧紧地锚定在纤维上。不论是HNTs-海藻酸，还是其复合体向高阳离子浓度的棉纤维界面富集，均利用了不同界面之间的相反电荷的静电吸引，再引入氢键和离子键以提高结合的稳定性。这种策略具有广泛普适性，有希望启发其他材料的牢固涂层和组装设计，并通过形成如共价键等实现更稳定的层间结合。

图3 HAC敷料的制备和表征。

图4 HAC敷料上止血成分的牢固性和耐水的凝血能力。

图5 HAC的凝血机制和血细胞-涂层界面相互作用。

图6 敷料对大鼠肝脏损伤模型出血控制效果。

图7 敷料对大鼠股动静脉损伤的止血性能。

  HNTs与海藻酸分子通过静电吸引与氢键相互作用可用于界面牢固组装。利用亲水的富Ca²⁺棉纤维的毛细效应和电荷静电吸引，可驱使HNT-海藻酸在纤维界面上粘附。棉纤维中的Ca²⁺通过离子键形成稳定的HNT-海藻酸-Ca²⁺聚合物网络，并通过水蒸发稳定，进而实现了HNTs涂层在棉纤维上的牢固锚定。制备的HAC敷料止血活性成分不易脱落，伤口残留极少，在强烈超声处理后仍保持高止血活性，可以用于多种场合的快速止血，因此开发了一种高效、坚固、安全的止血敷料，具有重要的应用潜力。

  论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adhm.202202265