介孔硅材料在止血應(yīng)用方面的研究進(jìn)展

丁 晟，李 釩，楊 焜，王春來，田 豐

(軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院衛(wèi)勤保障技術(shù)研究所，天津 300161)

0 前言

過度失血是當(dāng)前戰(zhàn)爭(zhēng)和院前急救中引起傷員死亡的主要原因，使用適當(dāng)?shù)闹寡鞑倪M(jìn)行急救處理，可以有效減少戰(zhàn)斗傷亡。由于止血帶在人體除四肢之外的部位應(yīng)用往往受限，因此快速止血材料一直是急救領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。美軍根據(jù)近年來不斷的戰(zhàn)爭(zhēng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[1-2]以及綜合實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，推薦使用以高嶺土為止血功能核心的戰(zhàn)斗止血紗布(Combat Gauze)。但由于成分復(fù)雜的硅鋁酸鹽無機(jī)止血材料(如沸石[3-6]、蒙脫石[7-8]、高嶺土[9]等)存在一定安全隱患，近年來，成分可控且結(jié)構(gòu)類似的介孔二氧化硅材料(簡(jiǎn)稱介孔硅)受到越來越多的關(guān)注，并已經(jīng)在止血應(yīng)用方面展現(xiàn)出巨大的潛力。

1 介孔硅材料的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

介孔硅是孔徑在2～50 nm范圍的二氧化硅材料，往往具有較大的比表面積和孔容、良好的生物相容性、可控的孔徑以及有序可調(diào)的孔道結(jié)構(gòu)等特性，使其在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中表現(xiàn)出卓越的效果。介孔硅的常見應(yīng)用有：藥物載體、骨修復(fù)材料、止血材料、水污染防治，催化領(lǐng)域等。

介孔硅獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和良好的生物相容性使其常用于負(fù)載藥物、基因、生物分子如酶、蛋白質(zhì)等。此外，介孔硅可以吸附水體中的有機(jī)物和去除重金屬離子，從而用于水污染的防治。介孔硅還可以進(jìn)行金屬離子的改性進(jìn)而應(yīng)用于催化領(lǐng)域。近年來，介孔硅大的比表面積和孔容使其在止血方面也得到了很好的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，人工合成的介孔硅所具有的多孔結(jié)構(gòu)、大比表面積，高容積率等特性，使其本身可以通過良好的吸附能力，快速吸收血液中的水分從而濃縮了局部創(chuàng)面的凝血成分，最終實(shí)現(xiàn)快速止血的目的。由于成分可控，止血效果顯著，以介孔硅為功能核心的止血材料研究已引起了眾多國(guó)內(nèi)外研究者的關(guān)注。除了介孔硅自身的微觀結(jié)構(gòu)、表面功能化改性等研究之外，研究者還通過介孔硅負(fù)載其他止血藥物，或與其它材料復(fù)合來進(jìn)一步提高止血材料的性能。本文主要介紹了介孔硅材料在止血應(yīng)用方面的研究進(jìn)展。

2 介孔硅材料的類型及合成方法

從形態(tài)來分類，介孔硅材料的常見類型有介孔硅干凝膠、介孔硅氣凝膠、介孔硅泡沫、介孔硅納米顆粒、介孔生物活性玻璃等，目前主要用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的是介孔生物活性玻璃和介孔硅納米顆粒。

介孔硅材料主要的合成方法有：溶膠凝膠法和水熱合成法。溶膠-凝膠法主要是通過不同類型的模板劑(例如表面活性劑、嵌段共聚物模板或者有機(jī)小分子模板等)所形成的超分子膠束作為模板，通過溶膠—凝膠的過程，在無機(jī)物和有機(jī)物之間的界面定向引導(dǎo)作用之下自組裝制備成介孔硅材料。水熱合成法是將一定量的表面活性劑、酸或堿加入水中形成混合溶液，然后再引入硅源，在高溫高壓的條件下進(jìn)行合成反應(yīng)，所得產(chǎn)物分散性好、粒度可控、純度較高。如表1所示為不同類型的介孔硅材料常見的合成方法。

表1 不同類型介孔硅材料的合成方法

3 介孔硅材料的止血應(yīng)用

近年來，外軍使用的先進(jìn)無機(jī)類止血材料主要有QuikClot、CombatGauze和WoundStat(見表2)，其主要止血功能成分別為沸石、高嶺土和蒙脫石。研究顯示，3種產(chǎn)品的止血效果按照強(qiáng)弱依次排序?yàn)閃oundStat>CombatGauze>QuikClot[18-20]。上述止血材料都是利用了硅鋁酸鹽材料的多孔結(jié)構(gòu)，大比表面積和良好的吸附能力，這些為介孔硅材料在止血方面的應(yīng)用研究提供了依據(jù)。人工合成的介孔硅材料在具有這些上述良好的性能特性之外，相較于天然硅鋁酸鹽材料更具有成分、粒徑、孔徑可控等優(yōu)勢(shì)，有望成為一種理想的急救止血材料，目前已成為快速止血材料應(yīng)用研究方面的一個(gè)熱點(diǎn)。

表2 外軍使用的幾種先進(jìn)的無機(jī)止血材料

3.1 介孔硅材料的止血研究

圖1 硅基干凝膠的TEM照片[10]Fig.1 TEM image of silica-based xerogel

介孔硅由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性和良好的吸水性能使其本身就具備了良好的止血能力。李曉生等[10]331使用溶膠-凝膠工藝方法合成的具有納米介孔結(jié)構(gòu)的硅基干凝膠(如圖1所示)表現(xiàn)出了良好的止血性能，通過活化部分凝血活酶時(shí)間(APTT)和凝血酶原時(shí)間(PT)體外凝血實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)介孔硅干凝膠能夠明顯的促進(jìn)內(nèi)、外源性凝血因子的活性；在兔耳緣靜脈止血實(shí)驗(yàn)中，將其與云南白藥進(jìn)行止血效果的對(duì)比，研究發(fā)現(xiàn)介孔硅干凝膠具有更短的凝血時(shí)間和更好的止血性能，此外，對(duì)比使用云南白藥后傷口水分較多會(huì)造成紅腫的現(xiàn)象，由于介孔硅干凝膠良好的吸水性能，可以使傷口很快的干燥并保持一定濕度，而不會(huì)造成傷口的紅腫。王立群等[21]通過溶膠-凝膠工藝方法合成了介孔二氧化硅微球，并通過APTT和PT來測(cè)試其對(duì)內(nèi)、外源性凝血系統(tǒng)的影響，研究發(fā)現(xiàn)，與非孔氧化硅對(duì)比，介孔二氧化硅APTT和PT的凝血時(shí)間明顯減少，同時(shí)在兔背部以及肝臟止血性能對(duì)比中，介孔二氧化硅流血時(shí)間明顯減少，表現(xiàn)出良好的止血性能。Dai等[22]5 368-5 369通過改進(jìn)的溶膠-凝膠法制備了介孔硅材料MSS，并通過血栓彈力圖分析、體外凝血實(shí)驗(yàn)的APTT和PT測(cè)試以及血小板吸附實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)MSS能顯著減少止血所需時(shí)間和增加血小板的吸附量，顯示出了很好的止血性能。

雖然介孔硅材料本身就具有一定的止血性能，但是研究人員通常還會(huì)將其與其他材料進(jìn)行復(fù)合，進(jìn)一步提升介孔硅的止血性能，并賦予介孔硅材料更多的功能性。

3.2 介孔硅與有機(jī)材料的復(fù)合研究

3.2.1 介孔硅與殼聚糖復(fù)合研究

介孔硅作為無機(jī)類物質(zhì)優(yōu)化后的產(chǎn)物雖然具有比有機(jī)類止血材料更好的止血性能，但是其容易殘留脈管內(nèi)引起血栓，并且生物相容性也不如有機(jī)類止血材料優(yōu)秀。而殼聚糖作為傳統(tǒng)的有機(jī)止血材料具有著良好的止血性能和生物相容性一直受到人們的廣泛研究，同時(shí)殼聚糖良好的黏附性能可以使其能黏附組織以及防止殼聚糖殘留在體內(nèi)。因此，許多研究人員將兩者進(jìn)行復(fù)合來彌補(bǔ)單一材料的不足，制備了一系列介孔硅與殼聚糖復(fù)合止血材料。

(a)M58S的TEM照片 (b) 60 %M58S/CS多孔膜的SEM照片圖2 M58S和60 %M58S/CS多孔膜的SEM照片[25]Fig.2 TEM image of M58S and SEM image of 60 %M58S/CS composite porous[25]

Park等[23]將殼聚糖通過溶膠-凝膠法與二氧化硅干凝膠復(fù)合制備出殼聚糖-二氧化硅(CTS-Si)海綿的傷口敷料，用于促進(jìn)傷口的愈合。通過動(dòng)脈出血模型測(cè)量發(fā)現(xiàn)，將紗布作為對(duì)照組相比，使用CTS-Si的總失血量和止血時(shí)間均顯著降低(分別降為40 %和20 %)。因此，CTS-Si敷料海綿材料應(yīng)用于止血和傷口愈合具有著巨大的潛力。Dai等采用改進(jìn)的溶膠-凝膠法以及PEG分子印跡技術(shù)[24]，制備了介孔二氧化硅干凝膠并將其與殼聚糖進(jìn)行雜交最終研制出殼聚糖包覆的介孔二氧化硅干凝膠微珠(CSSX)微珠，并且通過體外和體內(nèi)凝血性能評(píng)價(jià)，優(yōu)化CSSX微珠的結(jié)構(gòu)特性，發(fā)現(xiàn)用體積分?jǐn)?shù)分別為2 %的殼聚糖和5 %的聚乙二醇(PEG)制備的CSSX微珠止血效果最佳。CSSX微珠通過組織學(xué)檢查沒有產(chǎn)生放熱反應(yīng)和后續(xù)組織熱損傷，且在7 d后也沒有表現(xiàn)出明顯的細(xì)胞毒性。賈天保[25]通過冷凍干燥的方法，將介孔生物活性玻璃(M58S)和殼聚糖(CS)復(fù)合制成了復(fù)合多孔膜止血材料(如圖2所示)。在動(dòng)物止血實(shí)驗(yàn)中，對(duì)比了不同介孔生物活性玻璃含量的復(fù)合膜以及純介孔生物活性玻璃粉和沸石的止血效果，實(shí)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)隨著介孔生物活性玻璃含量的增加，復(fù)合膜的止血性能越好，含60 %(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)介孔生物活性玻璃的復(fù)合膜的止血性能最佳，止血時(shí)間和出血量最少；其次，雖然純介孔生物活性玻璃粉止血性能弱于多孔膜但是卻優(yōu)于沸石的止血性能。TraumaStat是一種結(jié)合了介孔硅，殼聚糖和聚乙烯材料的新型復(fù)合止血產(chǎn)品，F(xiàn)rancoise等[26]通過使用豬股動(dòng)脈橫斷模型來比較CombatGauze和TraumaStat的止血性能，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)這2種材料的止血性能同樣的優(yōu)秀。而Sambasivan等[27]將TraumaStat與ChitoFlex和標(biāo)準(zhǔn)紗布的止血效果進(jìn)行對(duì)比，研究結(jié)果表明，TraumaStat能夠顯著提高動(dòng)物存活率，在減少失血量和輸液量等方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。Englehart等[28]將TraumaStat與HemCon和紗布敷料的止血性能進(jìn)行對(duì)比,通過對(duì)比研究豬嚴(yán)重失控性出血的致死腹股溝損傷模型中止血效果發(fā)現(xiàn)，TraumaStat導(dǎo)致的止血效果明顯優(yōu)于HemCon和紗布，與HemCon和紗布敷料相比，TraumaStat能夠改進(jìn)止血性能，有效減少失血量，其顯著增加的表面積和更合適的結(jié)構(gòu)特性能夠增強(qiáng)血液和凝血因子相互作用，從而產(chǎn)生更強(qiáng)、更多的止血凝塊。

本課題組前期研制了具有大孔的介孔納米顆粒(MSN),并將其與甘油修飾的N-烷基化殼聚糖(GACS)復(fù)合[29]，研制了一種新型的快速止血海綿(如圖3所示)。通過多種體外凝血試驗(yàn)(包括臨床基本血凝檢測(cè)、血栓彈力圖測(cè)定、血小板黏附測(cè)定、血液吸收率測(cè)定)表現(xiàn)出了優(yōu)良的止血性能。除了能夠增強(qiáng)血小板黏附和全血吸收外，通過溶血試驗(yàn)分析了血液生物相容性，與CombatGauze相比，止血海綿顯示出了更低的溶血率，說明止血海綿的血液相容性比CombatGauze更好；通過細(xì)胞毒性檢測(cè)，使用CCK-8細(xì)胞毒性檢測(cè)和死/活活力測(cè)定法來測(cè)定細(xì)胞活力，發(fā)現(xiàn)止血海綿對(duì)細(xì)胞活力幾乎沒有影響，而CombatGauze有著顯著的抑制細(xì)胞增殖的情況。因此，與CombatGauze相比，止血海綿具有極好的生物相容性。此外，在兔股動(dòng)脈和肝臟損傷體內(nèi)模型的止血研究中，對(duì)比了CombatGauze、紗布和止血海綿的止血性能，其中止血海綿顯示出更高效的止血性能和更低的細(xì)胞毒性。

(a)實(shí)物照片 (b) SEM照片圖3 MSN-GACS止血海綿和其SEM照片[29]Fig.3 MSN-GACS sponge and its SEM image[29]

3.2.2 介孔硅與其他有機(jī)材料的復(fù)合研究

除了將介孔硅與殼聚糖進(jìn)行復(fù)合外，越來越多的研究者開始將介孔硅與其他有機(jī)材料進(jìn)行復(fù)合，來達(dá)到增強(qiáng)止血性能、提高生物相容性、提供抗菌性能等目的。

Hillis等[30]將一種由纖維素、二氧化硅組成的新型止血產(chǎn)品NuStat與Combat Gauze進(jìn)行比較，在應(yīng)用于穿透性豬股動(dòng)脈腹股溝損傷時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)它在實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期止血以及在預(yù)防止血材料應(yīng)用后的再出血時(shí)與Combat Gauze的效果相同。因此，在戰(zhàn)斗和民用緊急醫(yī)療服務(wù)環(huán)境中NuStat NS作為止血產(chǎn)品具有很好的應(yīng)用前景。Tansaz等[31]將生物活性玻璃與大豆分離蛋白進(jìn)行復(fù)合制備了一種新型的生物可降解薄膜止血材料。通過止血性能研究發(fā)現(xiàn)，在加入生物活性玻璃后，與純大豆分離蛋白(SPI)薄膜相比，材料凝血功能得到了增強(qiáng)，凝血速度更快；并且通過細(xì)胞培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞在含有生物活性玻璃的SPI薄膜上可以更好的生長(zhǎng)，因此材料具有很好的生物相容性，此外，材料的力學(xué)性能也得到了增強(qiáng)，在應(yīng)用于傷口敷料上具有很好的前景。李靜靜等[32]在制備了介孔生物玻璃M58S的基礎(chǔ)上通過冷凍干燥法制備了介孔生物玻璃/絲素蛋白復(fù)合多孔海綿止血材料M58S/SF，并且通過體外凝血實(shí)驗(yàn)的APTT和PT測(cè)試結(jié)果(如圖4所示)發(fā)現(xiàn)該復(fù)合多孔海綿主要是通過作用于血液的內(nèi)源性凝血系統(tǒng)途徑促進(jìn)凝血；通過大鼠肝臟止血模型比較復(fù)合材料與明膠海綿的止血性能，發(fā)現(xiàn)當(dāng)介孔生物玻璃含量高于15 %時(shí)，復(fù)合多孔海綿的止血效果優(yōu)于明膠海綿；通過研究復(fù)合多孔海綿對(duì)L929大鼠成纖維細(xì)胞相對(duì)增殖率的影響，發(fā)現(xiàn)L929細(xì)胞不受材料的影響，該復(fù)合多孔海綿止血材料細(xì)胞相容性好，沒有細(xì)胞毒性。Zhou等[33]將介孔硅與海藻酸鈣進(jìn)行復(fù)合開發(fā)了一種新型的基于介孔二氧化硅(MS)的海藻酸鈣納米復(fù)合止血顆粒(p-MS/CA)用于控制出血。制備的納米復(fù)合止血顆粒的尺寸為2～3 mm，具有粗糙和大孔表面使其具有很好的吸附性能，材料能夠顯著加速水吸收并封堵受損組織，從而有效促進(jìn)血小板和血漿蛋白黏附，增強(qiáng)傷口黏附，促進(jìn)凝血級(jí)聯(lián)的接觸激活途徑，具有理想的止血作用。通過體外和體內(nèi)的止血試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，納米復(fù)合止血顆粒均可加速止血、減少止血時(shí)間和失血量。同時(shí)，在生物相容性方面，p-MS/CA的納米復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的細(xì)胞活力并且不會(huì)誘導(dǎo)溶血。此外，在擁有優(yōu)越的止血性能的同時(shí)，該納米復(fù)合材料的制備成本較低，能夠快速且易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)，因此具有著巨大的商業(yè)和臨床應(yīng)用潛力。

(a)APTT (b) PT(與對(duì)照組相比*p<0.05，n=3)圖4 多孔復(fù)合海綿的APTT(a)和PT(b)測(cè)試結(jié)果[32]Fig.4 Changes in APPT and PT for rat plasma with composite sponges

圖5 含介孔二氧化硅負(fù)載姜黃素的納米纖維墊制備示意圖[34]Fig.5 Preparation schematic of the formation of curcumin-loaded mesoporous silica incorporated nanofiber mats

Li等[34]用介孔二氧化硅負(fù)載姜黃素與聚乙烯吡咯烷酮共混電紡絲制備了納米纖維墊，來用于傷口的快速止血和抗菌，制備示意圖如圖5所示。通過研究發(fā)現(xiàn)，納米纖維墊對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)沒有明顯的毒性作用，并且能夠增強(qiáng)對(duì)金黃色葡萄球菌的體外抗菌作用。此外，通過體內(nèi)止血研究發(fā)現(xiàn)，混合納米纖維墊在與血液接觸時(shí)可迅速轉(zhuǎn)變?yōu)樗z，然后激活凝血系統(tǒng)以阻止傷口出血。因此，該材料具有良好的生物相容性和高抗菌活性。Wang等[35]用介孔二氧化硅納米粒子(MS)負(fù)載本身可作為止血?jiǎng)┑膯螌幩?TA)，通過共價(jià)共軛和靜電吸附來控制出血和進(jìn)行有效的抗菌。特別是使用制備的15TMS，可以將體外和體內(nèi)止血時(shí)間縮短65 %，降低失血量，并對(duì)金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌具有更好的抗菌活性，有助于促進(jìn)傷口的愈合。

3.3 介孔硅與金屬離子材料的復(fù)合研究

除了將介孔硅與殼聚糖等有機(jī)材料進(jìn)行復(fù)合來彌補(bǔ)作為止血材料自身生物相容性的不足之外，為了滿足抗菌防感染的需求，制備具有既有止血有抗菌性能的新型止血材料，許多研究者引入了其他具有抗菌性能的材料進(jìn)行復(fù)合，達(dá)到既能止血，又能抑菌抗感染的效果。目前研究中與介孔硅復(fù)合的常見金屬離子有銀離子、鈣離子和鎵離子。

3.3.1 銀離子

在抗菌性能的研究方面，研究最多的就是銀離子。人們普遍認(rèn)為銀具有廣譜的抗菌活性，對(duì)革蘭氏陽性菌、革蘭陰陽性菌、真菌和部分病毒等均具有抗菌作用，甚至對(duì)耐藥菌株都能夠顯示出很強(qiáng)的抗菌作用。Ambrogi等[36]將SBA-15型介孔硅負(fù)載納米銀粒子(AgNPs)與殼聚糖復(fù)合制備出含SBA-15-AgNPs的殼聚糖薄膜敷料，并且研究發(fā)現(xiàn)該薄膜敷料顯示出了良好的力學(xué)性能、吸水性、蒸氣透過性和抗微生物活性。研究發(fā)現(xiàn)，含有AgNPs的殼聚糖膜顯示出對(duì)革蘭氏陽性金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌以及對(duì)綠膿桿菌明顯的抗微生物活性。Nie等[37]通過一鍋溶膠凝膠法成功合成了摻入AgNP的介孔硅顆粒(MSG)。他們通過研究發(fā)現(xiàn)5 % AgNP-MSG具有良好生物相容性以及有效的止血和更強(qiáng)的抗菌活性，并且通過使用急性出血肝臟模型的止血試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)5 %AgNP-MSG僅在7 s內(nèi)就可以形成凝塊，這凝血速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于商業(yè)衍生的止血紗布。因此通過微調(diào)摻入的銀含量，十分有希望將摻入AgNP的MSG開發(fā)為具有良好抑菌止血性能的止血藥劑。Lu等[38]設(shè)計(jì)并制造了一種能夠生物降解和具有良好生物相容性的納米銀裝飾的介孔二氧化硅納米粒子Ag-MSNs(如圖6所示)用于皮膚的傷口愈合。研究發(fā)現(xiàn)Ag-MSNs對(duì)革蘭氏陰性菌、大腸桿菌和革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌均顯示出優(yōu)異的抗菌活性。并且Ag-MSNs在大鼠動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭袀谟闲Ч煤透用烙^，而且不會(huì)引起任何感染或副作用。

(a) MSNs (b) Ag-MSNs圖6 MSNs和Ag-MSNs的TEM照片[38]Fig.6 TEM images of MSNs and Ag-MSNs[38]

3.3.2 鈣離子

在凝血過程中，鈣離子作為參與反應(yīng)的13個(gè)凝血因子之一，在凝血過程中起到了很大的作用。鈣離子(凝血因子IV)可以幫助誘導(dǎo)內(nèi)源性凝血級(jí)聯(lián)與其他凝血因子的活化和更新，從而加速產(chǎn)生足夠量的凝血酶以支持早期的纖維蛋白生成。鈣離子可以促進(jìn)血液的凝結(jié)反應(yīng)，催化血液中纖維蛋白原轉(zhuǎn)化為纖維蛋白，有利于纖維蛋白的連鎖聚合反應(yīng)和血液凝結(jié)的穩(wěn)定性，而眾多纖維蛋白可以組成血凝塊，從而堵住創(chuàng)面裂口。Dai等[22]5 371通過使用介孔硅來負(fù)載Ag和Ca制成粉劑和顆粒狀止血?jiǎng)〢gCaMSS后進(jìn)行止血和抑菌性能的評(píng)測(cè)。研究發(fā)現(xiàn)含Ca的MSS(CaMSS和AgCaMSS)可以通過縮短初始凝血酶產(chǎn)生的時(shí)間以及凝血酶產(chǎn)生峰值的時(shí)間來特異性激活接觸途徑；含Ag的AgCaMSS對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌都具有很好的抗菌活性，特別是大對(duì)腸桿菌菌，具有很強(qiáng)的抗菌活性。與MSS相比，AgCaMSS能顯著激活凝血級(jí)聯(lián)的內(nèi)在通路，能夠激活更多的血小板黏附并吸附更多量的血小板黏附在其表面上從而促進(jìn)凝血，在兔股動(dòng)脈出血模型(如圖7所示)和肝損傷實(shí)驗(yàn)中顯示出很好的止血性能。陳于等[39]通過使用溶膠-凝膠法來合成摻雜鈣銀的介孔氧化硅凝膠(m-SCA)抗菌止血材料,研究發(fā)現(xiàn)m-SCA具有很好的止血性能,在兔耳緣靜脈止血實(shí)驗(yàn)中能發(fā)現(xiàn)其夠阻止傷口流血并縮短流血時(shí)間，其中的鈣對(duì)止血起了很大的作用。此外，含Ag0.02 %的m-SCA對(duì)大腸桿菌有明顯的抑菌性能。

(a)切開皮膚和肌肉覆蓋下的股動(dòng)脈 (b)切開動(dòng)脈后大出血 (c)吸取涌出的血液后將AgCaMSS覆蓋于腹股溝腔內(nèi) (d)在手工按壓傷口后停止出血圖7 兔股動(dòng)脈損傷止血實(shí)驗(yàn)[22]Fig.7 Hemostasis experiments on rabbit femoral artery injury[22]

3.3.3 鎵離子

近年來，Ga3+應(yīng)用于止血方面的研究開始引起人們的興趣。因?yàn)镚a3+有益于治療局部感染，抑制生物膜形成并賦予游離活細(xì)菌和生物膜細(xì)胞殺菌活性[40]。此外，Ga3+離子對(duì)革蘭氏陽性菌(金黃色葡萄球菌，耐甲氧西林金黃色葡萄球菌和艱難梭菌)和革蘭氏陰性菌(大腸桿菌和綠膿桿菌)均具有抗菌活性[41-42]。在具有抗菌性能的同時(shí)，Ga3+還對(duì)止血有著很好的促進(jìn)作用。Xu等[43]研究了硝酸鎵在燒傷創(chuàng)面感染中的抗微生物作用，并用微生物活力測(cè)定試劑盒Kit-WST測(cè)定了硝酸鎵對(duì)感染燒傷中常見細(xì)菌的最小抑制濃度(MIC),研究發(fā)現(xiàn)硝酸鎵革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均有很好的抗菌活性。研究發(fā)現(xiàn)硝酸鎵Ga(NO3)3水溶液，當(dāng)直接應(yīng)用于開放性傷口時(shí)，似乎可以有效地立即治療傷口和增強(qiáng)止血的早期階段(凝血、血小板活化或凝塊形成)。Goodley和Rogosnitzky[44-45]等研究了Ga(NO3)3溶液對(duì)開放性傷口流血的止血活性，并得出結(jié)論，該溶液有存在顯著的減少凝血時(shí)間的能力。Bauters等[46]發(fā)現(xiàn)硝酸鎵溶液通過絮凝途徑誘導(dǎo)全血樣品中的纖維蛋白原沉淀，并且這種行為似乎取決于溶液中鎵離子的存在。通過這個(gè)發(fā)現(xiàn)可以解釋先前報(bào)道的關(guān)于硝酸鎵的止血作用。盡管尚未充分了解Ga(NO3)3促進(jìn)止血能力的確切作用機(jī)制，但該功能背后的主要原理可能取決于溶液中存在Ga3+。

Pourshahrestani等[47]制備了1 % Ga2O3-MBG，這是用于止血應(yīng)用的Ga取代的介孔生物活性玻璃(MBG)的第一個(gè)實(shí)例，并評(píng)估了其抗出血作用以及生物相容性和抗菌性。通過各項(xiàng)性能測(cè)試材料表現(xiàn)出優(yōu)異的止血抗菌性能和良好的生物相容性。研究結(jié)果表明，MBG中Ga2O3的比例是影響止血事件的關(guān)鍵參數(shù)。與MBG相比，1 %的Ga-MBG加速了內(nèi)源性凝血級(jí)聯(lián)，血栓形成和血小板黏附，而在較高比例下，Ga2O3對(duì)止血是無益的。所以，最低的Ga取代的MBG(1 %Ga-MBG)樣品，結(jié)合了改進(jìn)的止血性能，高降解性、高細(xì)胞相容性和對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌活性，可以作為控制出血和感染的止血?jiǎng)┑暮蜻x者。隨后將這種含有1 %Ga2O3(1 %Ga-MBG)的介孔生物活性玻璃無機(jī)止血?jiǎng)┡c2種商用止血?jiǎng)〤eloxTM(CX)和QuikClot(ACS +)進(jìn)行了比較[48]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在1 %Ga-MBG和CX表面上比ACS+表面黏附了更多的血小板，而1 %Ga-MBG和ACS 比CX更能夠促進(jìn)血小板的活化。因此，1 %Ga-MBG能夠聚集更多的的血小板和促進(jìn)血小板的活化，在止血?jiǎng)┑膽?yīng)用上具有很好的前景。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)Ga摻雜的MBG即使在3天后也顯示出優(yōu)異的細(xì)胞相容性，其中含1 % Ga2O3的MBG顯示出最佳的生物相容性，使其應(yīng)用于制備止血?jiǎng)r(shí)具有很高的安全性。在此基礎(chǔ)上，Pourshahrestani等[49]通過凍干工藝的方法，通過使用不同濃度(10 %、30 %、50 %)的Ga-MBG制備了含1 %Ga2O3的介孔生物活性玻璃-殼聚糖復(fù)合支架Ga-MBG/CHT(如圖8所示)。與CXR相比，制備的復(fù)合支架表現(xiàn)出> 79 %的孔隙率并且表現(xiàn)出更強(qiáng)的水吸收能力。純CHT和復(fù)合支架和CXR相比較有著更優(yōu)的止血性能。與純CHT制成的支架相比，具有最高Ga-MBG含量(50 %)的復(fù)合支架的血栓生成，血液凝固和血小板黏附和聚集的能力均有提高。50 % Ga-MBG/CHT的抗菌作用比CHT和CXR更明顯。研究表明向MBG系統(tǒng)中加入較低的Ga2O3含量(1 mol%)改善了結(jié)構(gòu)性能，包括比表面積，中孔尺寸和孔體積以及硅和鈣離子的釋放。發(fā)現(xiàn)生物活性玻璃刺激血液凝固，血小板黏附和血栓生成，并對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌產(chǎn)生抗菌作用。

(a)實(shí)物圖 (b)TEM照片圖8 Ga-MBG/CHT復(fù)合支架和其TEM照片[49]Fig.8 Ga-MBG/CHT composite scaffolds and its TEM image[49]

4 展望

創(chuàng)傷出血是平戰(zhàn)時(shí)的常見傷情，介孔硅材料由于具有的大的孔容和比表面積等結(jié)構(gòu)特性，使其在止血方面具有良好的應(yīng)用前景。目前介孔硅材料的止血性能已經(jīng)得到了驗(yàn)證，根據(jù)介孔硅材料的不足，設(shè)計(jì)其與有機(jī)材料或金屬離子材料復(fù)合，都在一定程度上彌補(bǔ)了單一材料止血性能的不足，制備出兼?zhèn)渲寡⒖咕刃阅艿亩喙δ芸焖僦寡牧?。然而介孔硅材料在?fù)合過程往往犧牲一部分原有優(yōu)勢(shì)，如表面孔被堵塞、比表面積降低等。如何在保持介孔硅材料原有優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，引入適當(dāng)?shù)膹?fù)合成分，在提升止血性能的同時(shí)，兼?zhèn)淇咕⒎鲤みB、易清創(chuàng)等諸多創(chuàng)傷急救急需的功能，將是未來介孔硅材料在止血方面應(yīng)用的研究重點(diǎn)。