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  創傷、手術、凝血障礙等造成的大出血是威脅人類生命的主要因素。據統計，在日常生活場景下發生創傷后，大出血會導致43%的死亡，而在戰場上死亡率則高達90%。 當大出血發生于肺部或腹部的內臟、大血管、骨盆等位置時， 常規的按壓止血將無法實施。諸如此類的“不可壓迫性大出血”特別危險，目前臨床上只能通過輸血和手術方法來治療。近年來，止血生物材料經歷了前所未有的發展，已廣泛用于術前緊急出血控制、術中輔助常規止血、術后促進傷口愈合等各個階段。這些材料通過靜脈注射或者腔內注射的方法遞送至出血點，或增強機體自身凝血機制，或獨立形成物理性屏障，來達到快速止血的目的。此類材料有望大大提高生存機率，加速術后愈合，整體改善患者的康復水平。

  但是上述生物化學止血劑依賴于人體自身的凝血系統來發揮止血作用，這對于存在原發性和繼發性凝血障礙的患者形成了極大的挑戰。另外生物化學制品通常存在保存條件苛刻、保質期短、價格昂貴、潛在的交叉感染和免疫原性等問題。因此，獨立于機體自身凝血系統的機械止血劑近年來得到了長足的發展。這些止血材料通過與血液和組織相互作用，于出血處形成穩固的物理性屏障，防止血液流出。按照其施加機械力的不同，機械止血材料可以大致分為三類：吸收型、凝集型和粘附型。部分止血材料同時包含上述多種止血機制。 

  吸收型止血材料通常由親水聚合物制備而成，結構上含有相互連通的孔道（圖3）。這種多孔結構可以通過冷凍凝膠法、凍干法、氣體發泡法、模板浸出法等方式形成�；瘜W性質和物理結構的結合使得該類材料能夠快速吸收血液中的水分，從而濃縮血液中的細胞和蛋白質成分，促進凝血。材料在吸收了大量水分后會體積膨脹，在出血位置形成填塞效應，對組織產生了一定的膨脹壓力，防止血液流出。此外，多孔材料的微米級孔道能夠促進并引導細胞浸潤、營養物質交換，從而改善后續的傷口愈合。 

  凝集型止血材料通過生物材料和血液成分（如紅細胞、蛋白質）相互作用使血液凝固（圖4）。該策略不同于人體自身的凝血級聯反應造成的血液凝固，因此更適用于患有凝血障礙的患者。能夠誘導血液凝固的作用力包括靜電相互作用、疏水相互作用等。其中最具代表性的聚合物是殼聚糖，它能通過自身的正電荷吸引帶負電荷的紅細胞，從而導致血液凝集。然而由于靜電相互作用力較弱，形成的血液凝塊力學性質較差，不利于有效止血。一種解決方案是在殼聚糖長鏈上修飾疏水基團，這些基團能夠通過疏水作用嵌入細胞膜，從而交聯血液細胞，形成更加穩固的血液凝塊。另一種方法是在殼聚糖上修飾鄰苯二酚基團，該官能團協同正電荷能夠和血液中的蛋白質或者細胞發生多重相互作用，快速生成血液-材料復合物膜，形成止血屏障。 

  得益于近年來生物粘合劑的快速發展，粘附型止血材料得到了廣泛的研究和應用（圖5）。此類材料能夠通過和組織形成共價鍵或者非共價相互作用粘附于組織表面，從而密封傷口，提供機械性止血屏障。按照粘附性化學官能團的不同，此類材料可分為三種：N-羥基琥珀酰亞胺酯類、醛基類和鄰苯二酚類。其中第一種已經制成商業化試劑并廣泛應用于臨床，但是其粘附性能較弱，針對這一問題，作者課題組前期研究的超韌粘合劑能夠將粘附性能提升100倍以上，粘附強度媲美軟骨和骨之間的牢固連接。醛基類粘附止血材料存在醛基修飾復雜且不穩定等問題，因此光引發醛基生成材料顯示出了良好的前景。最后一種是基于多功能的鄰苯二酚基團（貽貝仿生化學）。通過聚合物分子設計，鄰苯二酚類止血劑在血液、體液存在的情況下仍能有效粘附于組織表面，甚至能夠在胃部酸性條件下形成粘附，實現了良好的止血性能。

  文章結尾作者指出，在設計止血材料時，應根據目標應用場景設計相關功能，從而滿足術前、術中、術后各個階段的不同止血需求。從臨床轉化角度來講，止血材料的安全性、監管批準、成本、大規模生產等應作為考慮因素。另外，作者討論了該領域現存的挑戰，主要包括血塊力學的知識缺口、體外測試和體內表現的差異、以及標準化動物模型的建立。最后，作者展望了止血材料未來的發展機遇，包括人造血小板的功能設計、血塊力學性質增強策略、以及止血材料促進組織修復和免疫調控等功能的設計。

  該工作的第一作者是麥吉爾大學機械系博士生蔣帥兵，通訊作者是麥吉爾大學加拿大研究講席教授李劍宇。研究得到了新領域研究基金、加拿大衛生研究院和加拿大自然科學和工程研究理事會的資助。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1039/D2TB00546H 

  近年來，李劍宇團隊致力于生物材料和生物力學研究，發表了一系列工作。與該文章相關的凝血和止血的文章包括：

• 關于凝血塊的斷裂力學研究: Shiyu Liu, et al. Extreme Mechanics Letters, 101444, 48 (2021). https://doi.org/10.1016/j.eml.2021.101444
• 凝血塊的粘彈性和多孔彈性的研究：Farshid Ghezelbasha， et al. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 105101, 128 (2022). https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2022.105101  
• 組織粘附劑的進展報告: Zhenwei Ma, et al. Advanced Materials 33 (24), 2007663 (2021). https://doi.org/10.1002/adma.202007663 

  下載：Hemostatic biomaterials to halt non-compressible hemorrhage