創(chuàng)傷性大出血，尤其是不可壓迫性出血，仍然是全球范圍內(nèi)可預(yù)防性死亡的首要原因。在戰(zhàn)場上，此類出血占陣亡人數(shù)的90%；在平民創(chuàng)傷中，其致死率也高達(dá)30%至40%。臨床管理的一大挑戰(zhàn)在于，多達(dá)三分之一的嚴(yán)重創(chuàng)傷患者會并發(fā)創(chuàng)傷性凝血病，導(dǎo)致內(nèi)源性凝血功能嚴(yán)重受損。目前臨床常用的止血材料，如高嶺土浸漬紗布、氧化纖維素和明膠海綿等，主要依賴激活或促進(jìn)機(jī)體自身凝血級聯(lián)反應(yīng)來發(fā)揮作用。然而，在凝血功能被抑制的病理?xiàng)l件下，這些材料的有效性急劇下降，形成了巨大的臨床未滿足需求。因此，開發(fā)一種不依賴于傳統(tǒng)凝血級聯(lián)反應(yīng)，能夠快速、有效控制出血的新型止血材料，成為急救醫(yī)學(xué)和外科領(lǐng)域的迫切任務(wù)。

針對這一難題，武漢大學(xué)蔡杰教授、中南醫(yī)院葉啟發(fā)主任醫(yī)師合作開發(fā)了一種創(chuàng)新的雙交聯(lián)超高度脫乙?；瘹ぞ厶菤饽z，實(shí)現(xiàn)了凝血非依賴的快速止血。該材料通過一種全新的“雙交聯(lián)分層毛細(xì)管-彈性記憶”機(jī)制發(fā)揮作用：定向冰模板技術(shù)構(gòu)建的多級孔結(jié)構(gòu)可快速吸收血液，觸發(fā)可逆氫鍵的釋放，而共價(jià)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)則儲存彈性勢能，驅(qū)動材料在與血液接觸后超快速自膨脹，形成穩(wěn)定的物理填塞效應(yīng)，從而機(jī)械性地封閉出血?jiǎng)?chuàng)面和血管。與此同時(shí)，陽離子化的殼聚糖網(wǎng)絡(luò)通過靜電作用促進(jìn)紅細(xì)胞聚集和細(xì)胞粘附，在無需纖維蛋白形成的情況下即可實(shí)現(xiàn)有效封堵。這種結(jié)構(gòu)-化學(xué)一體化設(shè)計(jì)的氣凝膠平臺，為凝血功能障礙情況下的急救止血提供了可轉(zhuǎn)化的全新策略。相關(guān)論文以“Coagulation-Independent Hemostasis Through Architecturally Programmed Chitosan Aerogels with Dual-Crosslinked Networks”為題，發(fā)表在Advanced Materials上。

首先通過溫和的堿溶解/中和路線制備了超高度脫乙酰化殼聚糖，并利用乙二醇二縮水甘油醚進(jìn)行共價(jià)交聯(lián)，再結(jié)合雙向冷凍技術(shù)構(gòu)建了各向異性的分級孔結(jié)構(gòu)。圖1系統(tǒng)展示了該材料的制備流程與宏觀性能。從超高度脫乙?；瘹ぞ厶欠勰▓D1b）到澄清溶液（圖1c），研究者利用雙向冷凍裝置（圖1d）引導(dǎo)冰晶定向生長，最終獲得了具有整齊排列孔隙的殼聚糖氣凝膠（圖1e）。這種氣凝膠展現(xiàn)了驚人的力學(xué)性能：僅0.0404克即可支撐起1公斤的重物（圖1f），其強(qiáng)度-重量比高達(dá)24700倍；其超低的密度（45–80毫克/立方厘米）使其能輕盈地置于花瓣之上（圖1g）。通過羅丹明B和熒光素鈉的摻入，可以直觀地看到材料內(nèi)部相互連通的孔隙網(wǎng)絡(luò)（圖1h），且該制備工藝具有良好的可放大性（圖1i），為后續(xù)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

圖1 雙交聯(lián)超高度脫乙?；瘹ぞ厶菤饽z的制備與表征。 (a) 從超高度脫乙?；瘹ぞ厶侨芤簶?gòu)建DC-UDCS氣凝膠的工藝流程示意圖，包括化學(xué)交聯(lián)形成DC-UDCS堿性凝膠、雙向冷凍生成具有定向冰模板的冷凍凝膠、隨后物理交聯(lián)得到DC-UDCS水凝膠，以及冷凍干燥獲得多孔DC-UDCS氣凝膠。 (b) 超高度脫乙?；瘹ぞ厶乔绑w粉末的照片。 (c) 超高度脫乙?；瘹ぞ厶侨芤旱恼掌?(d) 使用銅冷指結(jié)合液氮施加雙向溫度梯度的雙向冷凍裝置示意圖。 (e) 冷凍干燥后具有代表性的整體DC-UDCS氣凝膠樣品（3.5 × 2.0 × 0.8 立方厘米）。 (f) 力學(xué)性能展示照片：0.0404克氣凝膠支撐1公斤重物（強(qiáng)度-重量比為24700倍）。 (g) 輕盈的氣凝膠（密度：45–80 毫克/立方厘米）置于花瓣上。 (h) 羅丹明B（粉色）和熒光素鈉（橙色）的摻入證實(shí)了相互連通的孔隙結(jié)構(gòu)。 (i) 大尺寸DC-UDCS氣凝膠展示了其可放大性。比例尺：1厘米。

為進(jìn)一步揭示材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)與形成機(jī)制，研究人員利用拉曼光譜和電子顯微鏡進(jìn)行了深入表征。圖2展示了氣凝膠在冷凍過程中發(fā)生的顯著相分離：從冷凍前均勻分布的化學(xué)交聯(lián)凝膠（圖2a），到冷凍后聚合物鏈在冰晶間隙中高度富集，形成殼聚糖富集的孔壁（圖2b），三維重構(gòu)圖像清晰地呈現(xiàn)了相互連通的孔道網(wǎng)絡(luò)（圖2c）。掃描電鏡圖像揭示了材料的高度各向異性：在沿冷凍方向的縱切面上（圖2d、e），可見平行排列的規(guī)整孔道（孔徑約38微米）；而在橫切面上（圖2f），則呈現(xiàn)蜂窩狀結(jié)構(gòu)。高倍電鏡（圖2g）和原子力顯微鏡（圖2h）進(jìn)一步顯示，孔壁由納米纖維網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，這種多尺度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為快速液體傳輸提供了基礎(chǔ)。X射線衍射分析（圖2i-k）揭示了材料在交聯(lián)密度變化下的結(jié)晶行為演變，而壓縮測試（圖2l-n）則證實(shí)了雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)對材料力學(xué)性能的調(diào)控作用：尤其在再水化（即工作狀態(tài)）下，高交聯(lián)度的DC-UDCS-2.0的彈性模量相比未交聯(lián)樣品提升了5.4倍，達(dá)到了356.8千帕，確保了其在濕態(tài)下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

圖2 DC-UDCS-2.0的微觀結(jié)構(gòu)演變、各向異性及交聯(lián)密度依賴性增強(qiáng)。 (a、b) 殼聚糖分布的拉曼圖譜（100 × 100 平方微米），展示了從冷凍前空間均勻的堿性凝膠（a）到冷凍后冰模板誘導(dǎo)的相分離結(jié)構(gòu)（b），殼聚糖富集的壁（紅/綠色）圍繞冰模板化通道（藍(lán)色）。 (c) 三維拉曼重建圖（200 × 200 × 200 立方微米），揭示了相互連通的孔網(wǎng)絡(luò)。 (d–f) 掃描電鏡圖像展示了各向異性的孔形態(tài)：沿冷凍方向平行排列的通道（d、e）和垂直于冷凍方向平面的蜂窩狀橫截面（f）。 (g) 高倍掃描電鏡圖像顯示了相鄰孔壁之間的納米纖維橋接。 (h) 孔壁表面的原子力顯微鏡圖像。 (i–k) 具有不同EGDE:GlcN摩爾比的水凝膠（i）、氣凝膠（j）和再水化氣凝膠（k）的X射線衍射圖譜。 (l–n) 水凝膠（l）、氣凝膠（m）和再水化氣凝膠（n）的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線，展示了組成依賴性增強(qiáng)；插圖顯示了未交聯(lián)超高度脫乙酰化殼聚糖對照樣品。

材料最獨(dú)特的功能在于其可編程的形狀恢復(fù)能力。圖3展示了這種“雙交聯(lián)分層毛細(xì)管-彈性記憶”機(jī)制的詳細(xì)過程。壓縮后的DC-UDCS-2.0氣凝膠（圖3a上排）在接觸水或乙醇等極性溶劑后，能夠在數(shù)秒內(nèi)恢復(fù)原始形狀，而對丙酮、環(huán)己烷等非極性溶劑則無響應(yīng)；相比之下，未交聯(lián)的殼聚糖氣凝膠（圖3a下排）恢復(fù)極為緩慢且不完全。水吸收動力學(xué)測試（圖3b）表明，交聯(lián)度最高的DC-UDCS-2.0可在2秒內(nèi)達(dá)到飽和吸水，而低交聯(lián)樣品則需要30秒，這歸因于高交聯(lián)度維持了孔隙結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止了壓縮后的孔道塌陷。掃描電鏡觀察揭示了微觀機(jī)制：壓縮時(shí)，材料發(fā)生可控的孔壁折疊（圖3c），但一旦接觸液體，水分競爭性地破壞氫鍵，釋放儲存的彈性應(yīng)變能，驅(qū)動折疊的孔壁逐步打開（圖3d），最終完全恢復(fù)。而未交聯(lián)的樣品（圖3e、f）在壓縮后則發(fā)生了不可逆的結(jié)構(gòu)塌陷。力學(xué)循環(huán)測試（圖3g-i）證實(shí)，再水化后的DC-UDCS-2.0氣凝膠在40次循環(huán)壓縮至60%應(yīng)變后，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎完全重合，表現(xiàn)出卓越的抗疲勞性。這一系列證據(jù)共同構(gòu)成了DC-HCEM機(jī)制（圖3j）：共價(jià)交聯(lián)提供彈性骨架儲存能量，可逆氫鍵作為犧牲鍵在壓縮時(shí)固定形變，而分級孔道則確保液體快速滲透，解鎖犧牲鍵并觸發(fā)超快恢復(fù)。

圖3 雙交聯(lián)分層毛細(xì)管-彈性記憶機(jī)制使DC-UDCS氣凝膠具備溶劑觸發(fā)的形狀恢復(fù)和循環(huán)力學(xué)韌性。 (a) 壓縮后的DC-UDCS-2.0和未交聯(lián)超高度脫乙?；瘹ぞ厶菤饽z在接觸不同液體（水、乙醇、丙酮、二甲苯、叔丁醇和環(huán)己烷）后的照片。 (b) 不同交聯(lián)密度壓縮氣凝膠的水吸收動力學(xué)。 (c、d) 壓縮狀態(tài)下的DC-UDCS-2.0（c）和水觸發(fā)恢復(fù)后（d）的照片。 (e、f) 壓縮狀態(tài)下未交聯(lián)超高度脫乙酰化殼聚糖（e）和再水化后（f）的相應(yīng)掃描電鏡橫截面圖。 (g) 再水化DC-UDCS-2.0在漸進(jìn)增加最大應(yīng)變的循環(huán)壓縮下的代表性加載-卸載應(yīng)力-應(yīng)變曲線。 (h) 在60%應(yīng)變下循環(huán)40次的應(yīng)力-應(yīng)變滯后回線。 (i) 循環(huán)依賴的能量耗散系數(shù)（ΔU/U）和最大應(yīng)力。 (j) DC-UDCS（雙交聯(lián)）與未交聯(lián)超高度脫乙?；瘹ぞ厶牵▋H氫鍵）的形變-恢復(fù)路徑示意圖。

除了力學(xué)性能，材料的生物活性和止血能力同樣關(guān)鍵。圖4評估了其抗菌、血液相容性及止血機(jī)制。抗菌實(shí)驗(yàn)（圖4a）顯示，DC-UDCS-2.0對金黃色葡萄球菌、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等多種臨床致病菌均能實(shí)現(xiàn)完全殺滅。掃描電鏡觀察（圖4b）證實(shí)，細(xì)菌在與材料接觸后，細(xì)胞膜發(fā)生嚴(yán)重破裂、內(nèi)容物泄漏，細(xì)胞形態(tài)被徹底破壞。溶血實(shí)驗(yàn)（圖4c）顯示，在所有測試濃度下（0.5–4.0毫克/毫升），材料的溶血率均遠(yuǎn)低于5%的安全閾值（ISO 10993-4標(biāo)準(zhǔn)），證明了其優(yōu)異的血液相容性。在模擬止血性能方面，壓縮后的DC-UDCS-2.0在接觸血液后16秒內(nèi)即可產(chǎn)生超過40千帕的膨脹壓力（圖4d），這一數(shù)值遠(yuǎn)超正常動脈壓（8-16千帕）并超過重度高血壓閾值（>24千帕），保證了有效的血管封堵。血塊形成實(shí)驗(yàn)（圖4e）直觀地展示了DC-UDCS-2.0的快速血液固定能力：僅接觸30秒后，即使后續(xù)用水沖洗，血液也完全被固定在材料中，而普通紗布和未交聯(lián)殼聚糖樣品則出現(xiàn)大量血細(xì)胞分散流失。掃描電鏡觀察（圖4f、g）進(jìn)一步揭示，未交聯(lián)樣品血液僅能停留在表面，而DC-UDCS-2.0憑借其快速恢復(fù)的分級孔結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了血液的體相滲透，紅細(xì)胞和血小板被大量捕獲在材料內(nèi)部，并在正常凝血條件下可見纖維蛋白網(wǎng)絡(luò)形成。綜合對比（圖4h）表明，DC-UDCS-2.0在血塊形成指數(shù)（8%）、壓縮強(qiáng)度（134千帕）和彈性模量（357千帕）等關(guān)鍵指標(biāo)上均優(yōu)于已報(bào)道的多種止血材料。其機(jī)制總結(jié)如圖4i所示：預(yù)壓縮氣凝膠接觸血液后，快速毛細(xì)管驅(qū)動血液浸潤，破壞氫鍵并釋放彈性勢能，產(chǎn)生機(jī)械填塞，同時(shí)陽離子殼聚糖通過靜電作用迅速富集血細(xì)胞，形成物理屏障，這一過程不依賴于凝血級聯(lián)反應(yīng)。

圖4 DC-UDCS-2.0的抗菌功效、血液相容性和止血機(jī)制。 (a、b) 金黃色葡萄球菌、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、副溶血性弧菌和銅綠假單胞菌與未交聯(lián)超高度脫乙酰化殼聚糖或DC-UDCS-2.0氣凝膠孵育后的細(xì)菌菌落照片（a）和相應(yīng)的掃描電鏡顯微照片（b）。比例尺：2微米。 (c) 濃度為0.5–4.0毫克/毫升時(shí)的溶血率；插圖：上清液外觀（P，陽性對照；N，陰性對照）；虛線表示5%的安全閾值。 (d) 具有不同EGDE:GlcN比率的預(yù)壓縮DC-UDCS氣凝膠的時(shí)間分辨膨脹壓力；陰影區(qū)域表示正常動脈壓范圍。 (e) 標(biāo)準(zhǔn)紗布、戰(zhàn)斗紗布、未交聯(lián)超高度脫乙?；瘹ぞ厶呛虳C-UDCS-2.0在0秒、30秒和加水后的血塊形成照片。 (f、g) 未交聯(lián)超高度脫乙?；瘹ぞ厶牵╢）和DC-UDCS-2.0（g）表面和內(nèi)部血細(xì)胞粘附的掃描電鏡圖像；紅圈，紅細(xì)胞；黃圈，血小板；紫色箭頭，纖維蛋白纖維。 (h) DC-UDCS-2.0與已報(bào)道止血材料的血塊形成指數(shù)、壓縮強(qiáng)度和彈性模量比較。 (i) 提出的雙重作用機(jī)制示意圖：快速的DC-HCEM驅(qū)動的機(jī)械填塞與殼聚糖介導(dǎo)的止血和抗菌活性（通過靜電吸引、氫鍵和疏水相互作用）相結(jié)合。

在動物實(shí)驗(yàn)中，DC-UDCS-2.0的優(yōu)異止血性能得到了充分驗(yàn)證。圖5展示了在大鼠肝臟缺損和股動脈穿刺模型中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在肝臟缺損模型中（圖5b），DC-UDCS-2.0能迅速控制出血，其止血時(shí)間（圖5d）和失血量（圖5c）均與高嶺土浸漬的軍用紗布相當(dāng)，且顯著優(yōu)于普通紗布。在更具挑戰(zhàn)性的股動脈穿刺模型（圖5e，血壓80-120毫米汞柱）中，DC-UDCS-2.0同樣表現(xiàn)出色，其止血時(shí)間（圖5g）和失血量（圖5f）與軍用紗布無顯著差異，遠(yuǎn)優(yōu)于普通紗布。相比之下，未交聯(lián)殼聚糖（UDCS）和非冰模板化對照材料（NIT-DC-UDCS-2.0）的止血效果均明顯較差，證明了雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與定向冰模板化結(jié)構(gòu)協(xié)同作用的必要性。

圖5 DC-UDCS-2.0在大鼠肝臟和股動脈出血模型中的體內(nèi)止血效果。 (a) 肝臟缺損和股動脈穿刺模型示意圖。 (b) 未處理組、標(biāo)準(zhǔn)紗布、戰(zhàn)斗紗布和DC-UDCS-2.0的肝臟出血（初始）和治療后創(chuàng)面（止血后）的代表性照片。 (c、d) 肝臟模型中總失血量（c）和止血時(shí)間（d）的量化（n ≥ 5）。 (e) 股動脈損傷的代表性圖像，顯示暴露的血管（左）和指定治療后止血后的手術(shù)區(qū)域（右）。 (f、g) 股動脈模型中失血量（f）和止血時(shí)間（g）的量化（n ≥ 5）。數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性標(biāo)記為：ns，不顯著；p < 0.05；p < 0.01；p < 0.001。比例尺：1厘米。

尤為重要的是，在模擬臨床抗凝狀態(tài)（肝素化）的兔子出血模型中，DC-UDCS-2.0展現(xiàn)了其凝血非依賴的獨(dú)特優(yōu)勢。圖6的結(jié)果顯示，在肝素化兔肝臟缺損模型（圖6b）中，DC-UDCS-2.0的失血量（圖6c）和止血時(shí)間（圖6d）均顯著優(yōu)于普通紗布和高嶺土浸漬軍用紗布。在更為兇險(xiǎn)的腋動脈-靜脈聯(lián)合離斷模型中（圖6e），該材料的優(yōu)勢更加突出：其止血時(shí)間（圖6g）和失血量（圖6f）均顯著少于對照組，并且60分鐘生存率（圖6h）達(dá)到了100%，而普通紗布組的生存率僅為50%。這些結(jié)果強(qiáng)有力地證明了，即使在凝血通路被藥物（肝素）完全抑制的條件下，DC-UDCS-2.0依然能通過其物理填塞和細(xì)胞富集機(jī)制，實(shí)現(xiàn)快速、有效的止血，并挽救生命。

圖6 DC-UDCS-2.0在肝素化兔肝臟和腋窩血管離斷模型中的止血效果。 (a) 肝臟缺損和動靜脈離斷手術(shù)程序及止血材料局部應(yīng)用的示意圖。 (b) 抗凝兔肝臟出血控制（0秒、30秒和止血后）的代表性延時(shí)圖像，處理組分別為無敷料（對照組）、標(biāo)準(zhǔn)紗布、戰(zhàn)斗紗布或DC-UDCS-2.0。 (c、d) 肝臟缺損模型中失血量（c）和止血時(shí)間（d）的量化（n ≥ 5）。 (e) 腋窩血管離斷模型的代表性照片，顯示了標(biāo)準(zhǔn)紗布、戰(zhàn)斗紗布和DC-UDCS-2.0的手術(shù)暴露、材料應(yīng)用、血液吸附和止血后處理區(qū)域。 (f、g) 腋窩血管離斷模型中的失血量（f）和止血時(shí)間（g）（n ≥ 5）。 (h) 抗凝狀態(tài)下災(zāi)難性出血后的生存率。數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性標(biāo)記為：ns，不顯著；p < 0.05；p < 0.01；p < 0.001?？鼓ㄟ^靜脈注射肝素鈉200 IU/公斤誘導(dǎo)。比例尺：1厘米。

本研究成功建立了一種結(jié)構(gòu)-化學(xué)一體化的止血策略，通過工程化構(gòu)建具有分級多孔結(jié)構(gòu)的雙交聯(lián)超高度脫乙?；瘹ぞ厶菤饽z，實(shí)現(xiàn)了不依賴凝血級聯(lián)反應(yīng)的出血控制。其核心突破在于闡明并驗(yàn)證了雙交聯(lián)分層毛細(xì)管-彈性記憶機(jī)制：定向冰模板構(gòu)建的毛細(xì)管通道加速血液浸潤，觸發(fā)可逆氫鍵的快速釋放，而共價(jià)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)則儲存并傳遞彈性恢復(fù)能量，驅(qū)動超快自膨脹和持續(xù)的機(jī)械填塞。這一程序化轉(zhuǎn)變實(shí)現(xiàn)了不依賴?yán)w維蛋白形成的物理性創(chuàng)口封堵，并得到陽離子殼聚糖網(wǎng)絡(luò)介導(dǎo)的靜電細(xì)胞聚集/粘附作用的協(xié)同增強(qiáng)。DC-UDCS-2.0氣凝膠在臨床相關(guān)時(shí)間尺度上產(chǎn)生高膨脹壓力，在正常和抗凝出血模型中均能實(shí)現(xiàn)有效止血，同時(shí)兼具內(nèi)在抗菌活性和良好的生物相容性。這些研究結(jié)果為處理不可壓迫性出血和凝血功能障礙相關(guān)出血提供了一種可轉(zhuǎn)化的材料學(xué)新范式，并為未來開發(fā)面向特定應(yīng)用場景的劑型、可規(guī)模化制造以及多功能集成（如治療藥物遞送）奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，有望推動精準(zhǔn)止血管理的進(jìn)一步發(fā)展。