在外伤和复杂外科手术中，大量出血往往在数分钟内危及生命。传统止血材料如止血海绵因孔隙无序，难以有效控制凝血相关物质的激活与分布，止血效率有限。尤其在创伤出血的快速出血情况下，死亡率仍高达40%。如何通过材料结构精准调控血液流动，进而优化材料与凝血组分的相互作用，是止血领域亟待解决的难题。

  科学猜想：我们能否利用（最初期的）血流速度反过来加速凝血？

  近日，中山大学林倩明课题组提出并验证了一种止血材料设计的思路——定向孔道止血海绵。该研究聚焦于血流动力学与材料结构的耦合（图1），主要创新点体现在两个方面：

  1. 定向孔道尺寸调控血液吸收速率：通过设计定向孔的孔径大小可实现对血液流速的精准预测与调控；

  2. 各向异性孔道表面优化凝血微环境：依托拓扑结构与化学特性，促进凝血相关过程，如血小板黏附、纤维蛋白原沉积和红细胞富集，从而为凝血反应提供理想条件。

图1. 定向孔止血海绵设计理念

  课题组以壳聚糖和氧化纤维素纳米纤维等天然多糖为基材，采用单向冷冻铸造技术（图2），通过控制冷冻温度调节结晶速率，成功制备出不同孔径的微米级定向孔止血海绵。该设计旨在突破传统材料中“吸收与凝血相互竞争”的瓶颈，针对“出血快且量大”的创伤场景，实现“吸血快、止血快”的目标。

图2.单向冷冻调控止血海绵定向孔孔径

  “流速可预测性”和“超快速吸血”是定向孔海绵区别于传统海绵的两个主要的优势（图3）。研究显示，定向孔海绵的孔径的2.5 次方与血液在海绵中的流速成正比（R²=0.966），高度符合Washburn 方程的理论预测，显著优于非定向孔海绵（R²=0.795）。同时，定向孔海绵在相同孔径下的吸血速率远超传统海绵，在1 秒内即可吸收超过70% 的平衡吸血量。

图3. 定向孔止血海绵优势对比

  在大鼠肝脏损伤模型实验中，定向孔海绵能在极短时间内显著减少失血量（图4）。进一步的体外分析，包括动态血液凝固指数（BCI）、凝血组分富集动力学与流变学研究，均揭示了止血效果与材料吸血速率的高度相关性。合理设计孔径的定向孔海绵可实现快速、局部化的止血反应。

图4. 大鼠肝脏损伤模型下的止血实验对比结果

图5. 自研半导体数控冷冻平台

  相关成果以“Cryochemically Engineered Sponges with Directional Channels and Anisotropic Surfaces for Improved Hemorrhage Control” 和 “Directional Pore Size–Mediated Blood Hydrodynamics Govern Hemostasis in Cellulose Sponges” 为题，分别发表于 Chemistry of Materials 与Small。

  文章第一作者为中山大学硕士生李泽寰、张晓、王乐晖和厦门大学博士生郑梓帆。研究获得中山大学张超教授、宋剑副教授，厦门大学翔安医院何伟玲教授，南方医科大学廖立琼教授，以及 Universit?t Freiburg 尹恺阳研究员（现任宁波材料所）的合作与支持。

  本研究得到广东省基础与应用基础研究基金（2023A151501184、2024A1515010389）、深圳市自然科学基金（JCYJ20220530145602005）、深圳市优秀科技创新人才培养项目（RCBS2023121109055909）及中山大学“百人计划”启动基金资助。

  原文链接：

  Small 2025 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.202506109

  Chemistry of Materials https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.5c00589

通讯作者介绍

  林倩明博士，中山大学生物医学工程学院助理教授。2016年获暨南大学学士学位，2021年获美国达特茅斯学院博士学位（获 Walter H. Stockmayer Chemistry Fellowship 高分子物理荣誉）。2022年入选中山大学“百人计划”。课题组主要从事生物医用超分子材料研究，方向涵盖生物医用分子机器、冷冻化学合成及界面超分子聚合等。目前已在Chem、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Sci. 等期刊发表论文18篇，获授权国际/美国专利3项，申请中国专利5项，其中一项关于脑损伤修复水凝胶的美国专利已实现转化并获得许可应用。

  课题组网站LinResearchGroup.com

  课题组目前招聘博士后，负责3D细胞培养装置相关产品的开发工作，提供有竞争力的薪资水平，有意者请邮件联系linqm5@sysu.edu.cn