【科学周刊】“自膨胀”止血粉问世！2秒内快速凝胶化 失血量降低98%

　　近期，西安交通大学教授郭保林团队成功研制出一种超快速自凝胶、自膨胀、自推进、高粘附的促凝止血粉末，该粉末在接触血液2秒内快速凝胶化，为下一代便携式、自适应、多功能急救止血材料的开发开辟了新方向。近日，华商报大风新闻记者专访了西安交通大学教授、博士生导师郭保林，为大家揭秘这一最新科研成果。

　　》》最新成果

　　为世界性难题提供了创新性解决方案

　　将止血时间缩短了96%

　　近期，西安交通大学教授郭保林团队成功研制出一种超快速自凝胶、自膨胀、自推进、高粘附的促凝止血粉末，该粉末在接触血液2秒内快速凝胶化。该成果不仅为解决不可按压大出血这一世界性难题提供了一种极富前景的创新性解决方案，其“粉末-凝胶-自膨胀”的新型转化策略，更为下一代便携式、自适应、多功能急救止血材料的开发开辟了新方向。该成果发表于《自然·通讯》。

　　据了解，该粉末以聚乙烯亚胺和聚丙烯酸形成的超快物理交联网络为核心，引入多巴胺修饰的蒙脱土以显著增强湿态组织粘附力。更关键的是，创新性地将质子化氨甲环酸与碳酸钠组成的发泡体系集成于粉末中，使其在接触血液的瞬间（2秒内）快速凝胶化，更能通过持续的酸碱反应释放二氧化碳气体，驱动材料实现高达400%的体积膨胀和自主推进，从而主动填充并封闭不规则深部出血位点。

　　在系统性的动物实验中，该止血粉末展现了颠覆性的止血效能。最为突出的成果出现在与临床最为接近的猪致死性锁骨下动静脉完全离断不可按压出血模型中，与需要持续手工压迫的医用纱布对照组相比，优化后的止血粉末在无需任何额外压迫的情况下，将失血量降低了98%，从591.7毫升降至11.7毫升，并将止血时间缩短了96%，从33分钟缩短至1分12秒，所有实验猪均存活。其综合性能也超越了压缩纤维素海绵。此外，该粉末还具备优异的抗菌性、生物相容性，并能促进皮肤切口愈合。

　　》》专家问答

　　与平时用的创可贴、止血纱布有何不同？

　　华商报：请您简单介绍一下这款止血粉末，与我们平时用的创可贴、止血纱布有什么不一样的地方？

　　郭保林教授：这款止血粉末和平时用的创可贴、止血纱布最大的区别在于：传统材料主要靠物理按压来止血，比如创可贴需要压住伤口，纱布需要填塞并用力按住。但这款粉末遇到血液后，会从干燥的粉末状态迅速转变成一种有粘性的凝胶状物质，这个转变过程就叫“凝胶化”，同时体积会膨胀，把伤口内部的空间填满，并且牢牢粘附在组织上，整个过程不需要用手按压，自己就能完成止血。它尤其适合处理那些传统方法难以应对的“不规则伤口”，比如腹股沟、腋窝这些身体凹陷处，或者又深又窄的穿刺伤、弹道伤，以及内脏破裂这种手根本够不着的地方。此外，对于深层动脉出血，比如股动脉、锁骨下动脉断裂，血液压力大、位置深，常规材料很难有效封堵，这款粉末可以通过自凝胶化和膨胀，主动适应这些复杂出血点，从内部把伤口堵住。

　　2秒内发生了什么神奇变化？

　　华商报：大家都很好奇，这款粉末接触血液2秒就能凝胶化，2秒的时间特别短，这2秒内发生了什么神奇变化？

　　郭保林教授：第一秒，粉末颗粒接触到血液后，会像海绵吸水一样，把血液迅速吸收。这是因为颗粒本身具有很强的亲水性，血液一接触就被吸入颗粒内部，颗粒在这个过程中快速膨胀。

　　第二秒，这些吸水膨胀后的颗粒之间开始快速建立连接。它们的分子链在吸水的过程中伸展开来，颗粒表面带正电荷和负电荷的区域相互吸引，再加上分子链之间直接缠绕在一起，形成一张立体的网络，最终把所有分散的颗粒连接成一个整体的凝胶状物质。

　　简单来说，就是先快速吸水让自己膨胀，再通过正负电荷相互吸引和分子链缠绕，迅速连成一片，两秒时间，从一堆干粉变成一整块有强度的凝胶。

　　怎么理解“自凝胶、自膨胀、自推进、高粘附”？

　　华商报：它名字里有“自凝胶、自膨胀、自推进、高粘附”四个特点，请您用通俗的话讲讲每个特点是什么意思？

　　郭保林教授：自凝胶是指粉末碰到血液后，不需要任何操作，自己就会从干燥的粉末状态变成一种有粘性的凝胶状物质。就像面粉加水会变成面团，只不过这个过程在2秒内就完成了。

　　自膨胀是指变成凝胶之后，它的体积会自动增大。因为粉末里添加了特殊成分，接触血液会产生微小气泡，让凝胶像发面一样自己鼓起来，把伤口内部的空间填满。

　　自推进是指膨胀过程中产生的气泡会推动材料向伤口更深的地方移动，从而主动填充并封闭不规则深部出血位点。即使伤口有狭窄的通道或者隐蔽的角落，材料也能自己钻进去，确保整个伤口都被填满。

　　高粘附是指最终形成的凝胶能够牢牢地粘在湿润的组织表面，这种粘附力足够抵抗动脉血压的冲击，不会松动脱落。

　　为何将“粉末、凝胶、海绵”优势结合？

　　华商报：咱们研发这款止血粉末的核心思路是什么？为什么会想到把“粉末、凝胶、海绵”三种形态的优势结合在一起？

　　郭保林教授：研发这款止血粉末的核心思路，源于一个现实的临床难题：不可按压出血是战场与严重创伤中死亡的主要原因之一。在腹股沟、腋窝等深部躯干或交界区域，以及深层动脉出血时，由于伤口位置复杂、无法实施有效按压，常规止血手段往往失效，导致极高的死亡率。现有止血材料的共同短板在于，其止血机制相对单一，主要依赖物理堵塞和按压，难以在面对大量出血时实现快速、牢固的止血密封。

　　之所以想到把粉末、凝胶和海绵三种形态的优势结合在一起，是基于对现有材料局限性的分析：

　　粉末类材料，如传统壳聚糖止血粉，虽然便于携带和使用，但接触大量血液时容易被冲走，难以在出血点停留，且可能随血流形成血栓，带来安全隐患。

　　凝胶材料的粘附性好，能牢牢贴在组织上，但如何将其送进深部伤口本身就是一个难题，另外其吸血性能差，对血液的浓缩能力弱。

　　海绵类材料，如可膨胀止血海绵，虽然能通过物理膨胀堵住伤口，但很难进入那些又深又窄的缝隙，且缺乏主动促凝功能，止血速度相对较慢。

　　所以我们就想能不能做一个材料，让它在不同的阶段发挥不同的优势：平时是粉末状态，方便储存、携带和灭菌；使用时可以像海绵一样遇到血液后迅速膨胀封堵伤口；同时在与血液接触后转变成高粘附性的凝胶，牢牢封堵在出血点上。这样就将“便携粉末的储存稳定性”、“可膨胀海绵的填塞能力”以及“固态凝胶的强韧粘附性”三者优势合而为一。

　　最适合在哪些场景使用它？

　　华商报：这款止血粉末最适合用在哪些场景？

　　郭保林教授：这款止血粉末主要针对的是战场、重大灾难现场和院前急救这类特殊情况，尤其适用于那些传统方法难以处理的严重伤口，例如腹股沟、腋窝、肩颈部等身体交界处的大出血，枪伤、爆炸伤、穿刺伤等深部贯穿伤，车祸导致的肝脾破裂等内脏出血，以及深层动脉断裂这种压力高、位置深、常规材料难以有效封堵的致命性出血。

　　当然，对于日常生活中的意外外伤，比如刀具割伤、严重擦伤，这款粉末同样适用，而且止血效果比普通纱布和创可贴更好、更快。它的自凝胶和粘附特性可以迅速封闭伤口，减少出血量。

　　华商报：对于那些位置很深、没法按压的伤口，比如腹股沟、腋窝这些地方，传统止血方法没用，这款粉末能解决这个难题吗？

　　郭保林教授：可以，这恰恰是这款止血粉末的核心应用场景和独特优势。对于腹股沟、腋窝这些位置深、结构复杂的伤口，传统止血方法确实很难发挥作用，而这款粉末能够解决这个难题，主要靠的是物理密封、生化促凝和强效粘附三个机制协同作用。

　　伤口愈合后会不会留下副作用？

　　华商报：它对人体有没有刺激性？生物相容性怎么样，伤口愈合后会不会留下副作用，还能促进伤口愈合是真的吗？

　　郭保林教授：从目前的实验来看，这款粉末表现出良好的生物相容性。我们做过几个测试：一是把粉末和红细胞放在一起，看红细胞会不会破裂，结果显示，绝大多数红细胞都完好无损，说明材料不会破坏血液细胞。二是把粉末和人体细胞一起培养，看细胞会不会死，结果细胞存活率很高，说明材料对细胞没有毒性。三是把粉末做成凝胶埋在大鼠皮下，过一段时间看组织反应，结果只看到轻微的炎症，属于身体正常的异物反应，没有严重的排斥或损伤。

　　从动物实验来看，在伤口愈合后没有观察到明显的副作用。我们观察到大鼠的伤口愈合后，皮肤长得挺平整，没有溃烂、坏死之类的问题，而且实验结束后取出来的组织切片看，周围器官也没有异常。

　　能够促进伤口愈合确实是真的，从实验结果来看，这款粉末确实能够促进伤口愈合。粉末在2秒内形成的凝胶可以为伤口提供一个湿润封闭的愈合环境，同时材料本身引起的炎症反应较轻，对正常组织的损伤小，显微镜下观察到，粉末处理过的伤口在7天时已基本完成表皮覆盖，而对照组仍有明显未愈合区域；到第14天，粉末组的胶原蛋白排列更整齐，新生血管密度也明显高于对照组，愈合皮肤的拉伸强度同样优于其他对照组。

　　预计什么时候能投入临床使用？

　　华商报：这款粉末什么时候能投入临床使用？未来会不会走进家庭，成为大家急救箱里的必备品？

　　郭保林教授：目前这款止血粉末还处于临床前研究阶段。我们在老鼠、兔子、猪身上做了大量的动物实验，验证了它的止血效果和生物安全性，结果也发表在了学术期刊上。但从实验室走向临床，还需要经过一系列严格的流程：首先要完成更多的安全性评估，然后申请临床试验批件，接着进行人体临床试验，分阶段验证它在人身上的安全性和有效性。整个过程至少需要三到五年甚至更长时间，所以短期内还无法在医院里常规使用。

　　至于未来会不会走进家庭急救箱？从产品的定位来看，虽然这款止血粉末主要是为战场、灾难现场和院前急救等极端情况设计的，但它同样适用于一切传统纱布无法有效处理的家庭意外场景。比如被刀具刺伤，伤口又深又窄，且出血量较大；或者有凝血功能障碍的患者，一旦出血就很难止住。这些情况下，普通纱布确实满足不了需求，而这款粉末正好能派上用场，把它备在家里是有意义的。

　　研发中遇到的最大难题是什么？

　　华商报：从开始研发到成功问世，整个过程花了多久？研发中遇到的最大难题是什么，团队是怎么攻克的？

　　郭保林教授：自课题组建立至今，在可注射、可膨胀止血材料领域陆续发表了一系列研究成果，这些前期研究为本次止血粉末的研发提供了重要的理论和实验基础。从有这个课题的想法到取得目前这项成果，整个过程经历了大约三年的时间。这一时间跨度不仅包含了从材料设计、配方筛选到性能优化的实验室研究，还包括了从大鼠、兔子到猪的多种动物模型验证，以及对材料灭菌、储存稳定性等临床转化相关问题的系统性评估。

　　最难攻克的问题是如何在实现超快速凝胶化的同时，赋予材料足够的膨胀效率，并把两者之间的平衡调控到最优。粉末需要在2秒内成胶，同时还要具备足够的膨胀倍数来填满伤口。如果发泡剂加少了，膨胀不够堵不住；加多了，凝胶强度下降，抵抗不住血流冲击。团队通过反复调整发泡剂的比例，测试不同配方的凝胶强度和膨胀倍数，最终找到了那个既能快速膨胀又能保持足够强度的最佳配比。

　　》》专家简介

　　郭保林，西安交通大学二级教授、博士生导师，国家级领军人才和青年人才，陕西省杰出青年基金获得者，爱思唯尔高被引学者。2011年于瑞典皇家理工学院获高分子材料学博士学位。主要从事生物医用高分子材料研究，聚焦止血材料、组织工程与再生医学、皮肤敷料等领域。以第一/通讯作者发表SCI论文160余篇，ESI高被引论文50余篇，SCI总引用37000余次，H指数90，目前主持/完成国家重点研发计划课题1项和国家自然科学基金委项目5项。获陕西省高等学校科学研究优秀成果奖一等奖和美国化学会Chemistry of Materials Lectureship Award, 任中国生物材料学会水凝胶分会常务理事和5个国际期刊的编委。

　　华商报大风新闻记者 李明 任婷

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