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  隨著戰場救護和日常創傷救治需求的不斷提升，如何在緊急情況下迅速且安全地控制大出血已成為臨床與急救領域的關鍵問題。在現有的多種止血材料中，無機材料（如二氧化硅、沸石、高嶺土、蒙脫石等）因具有高比表面積和親水特性，能夠迅速吸收并富集血液成分，從而在短時間內啟動凝血級聯。在無機止血材料中，沸石尤為典型。早期軍用及急救實例證明，沸石可顯著提升止血效果。然而，與血液接觸時產生的劇烈放熱導致局部燙傷，而且沸石顆粒易脫落并隨血液遷移，帶來遠端血栓的潛在風險。為減輕沸石的副作用，研究人員開發了以高嶺土為活性組分的商用敷料QuikClot^® Combat Gauze（QCG）。高嶺土降低了放熱風險，但其吸液后脫落，導致遠端血栓隱患和止血效率下降等新問題。因此，如何兼顧高促凝活性的同時，進一步提升沸石類止血材料的安全性，一直是該領域的研究關注點。

  近期，華東師范大學生命科學學院張強課題組聯合上海長征醫院口腔科王國棟團隊和中國農業科學院上海獸醫研究所李濤課題組，提出了制備沸石基止血材料的新思路，利用納米纖維素作為模板，通過水熱法，在納米纖維素表面原位合成納米多孔沸石，并進一步制成納米多孔沸石與納米纖維素復合的氣凝膠止血材料。該材料中沸石負載量僅為2.89 wt.%，遠低于QCG中高嶺土的含量（18.76 wt.%）。盡管負載量低，納米多孔沸石因其巨大的比表面積，仍表現出高效的止血性能。與此同時，納米多孔沸石的低負載量以及與氣凝膠基質的交叉網絡結合特性，有效規避了傳統材料放熱灼傷和顆粒脫落引發遠端血栓的風險。相關工作近日以“Nanoporous Zeolite Anchored Cellulose Nanofiber Aerogel for Safe and Efficient Hemostasis”為題，在《Small》上發表研究型論文。

  本研究成功構建了一種新型沸石基復合止血材料——Ca2?結合納米多孔沸石/納米纖維素復合止血氣凝膠（圖1 a）。通過水熱反應，在羧甲基纖維素納米纖維（CM-CNFs）表面原位生長納米多孔沸石，成功制備了nZ@CNFs復合材料。接著通過Ca2?交換，將nZ@CNFs轉化為Ca-nZ@CNFs（圖1 b）。透射電子顯微鏡（TEM）圖像（圖1 c）顯示，Ca-nZ@CNFs中納米多孔沸石顆粒緊密附著在CM-CNFs構成的三維網絡框架上。高分辨TEM圖像（圖1 d）進一步證實，沸石顆粒具有三維多孔結構。將Ca-nZ@CNFs懸浮液經過冷凍干燥后制備出氣凝膠（圖1 e），呈現明顯的多孔結構（圖1 f），同時納米沸石附著于CM-CNFs的表面（圖1 g）。

圖1 Ca-nZ@CNF氣凝膠多級孔結構表征及止血機制示意圖。

  為探究納米沸石的生長機制，對其合成過程進行了跟蹤表征。首先，將硅源與鋁源按比例加入CM-CNFs懸浮液中，通過水熱反應使納米多孔沸石在納米纖維素網絡中原位生長并牢固錨定（圖2 a）。在反應初期，溶液中出現分散的納米顆粒或小團聚體；隨著反應時間延長，這些顆粒逐漸自組裝成復雜的納米多孔結構（圖2 b）。高角環形暗場成像（HAADF）與能譜分析（EDS）結果顯示，Ca2?不僅能與沸石陽離子中心交換，還可與CM-CNFs上的羧基形成螯合（圖2 c和d）。此外，測定結果表明，Ca-nZ@CNFs表面電位約為-35 mV（圖2 e），其負電荷特性能夠激活凝血通路中的XII凝血因子，從而進一步加速止血過程。

圖2 nZ@CNFs的合成過程與元素分布分析。

  沸石基止血材料應用常面臨兩大挑戰：顆粒脫落可能引發遠端血栓，反應放熱則易導致組織熱損傷。為評估本研究中Ca-nZ@CNF氣凝膠的穩定性，通過超聲清洗進行了驗證。結果顯示，得益于原位生長策略，即使經超聲處理，該氣凝膠的溶液透過率仍保持在60%以上，顯著優于對照組QCG（低于20%）（圖3 a和b）。此外，熱重分析表明該氣凝膠的沸石負載量僅為2.89 wt.%，遠低于QCG的18.76 wt.%（圖3 c）。盡管負載量低，納米沸石的高比表面積（圖3 d）與Ca2?的引入確保了其優異的止血性能。應用Ca-nZ@CNF氣凝膠于傷口時，局部溫度峰值僅達到29.78°C（圖3 e），這有效防止了熱損傷。同時，材料能在1分鐘內快速釋放4.04 mg/g的Ca2?（圖3 f），持續釋放的Ca2?可激活凝血酶原復合物，加速凝血。因此，該氣凝膠實現了低沸石負載下的高效止血，并成功規避了遠端血栓和熱損傷的風險。

圖3Ca-nZ@CNF氣凝膠理化性能及Ca2?緩釋特性對比。

  在生物相容性測試中，Ca–nZ@CNF氣凝膠（0.1-10 mg/mL）展現出高安全性，HaCaT細胞存活率均高于90%，溶血率僅為2.68%，顯著低于QCG組的8.91%（圖4 a）。體外凝血性能評價進一步證實了其優越性。凝血酶生成分析顯示，5分鐘時對照組與QCG組的凝血酶濃度穩定在約30 μg/mL，而Ca–nZ@CNF組則迅速升高，至20分鐘時達到71.38 μg/mL，超過QCG組的兩倍（圖4 b）。這得益于Ca–nZ@CNF氣凝膠具有類似血小板的作用，能促進凝血酶原酶復合物在其表面組裝，加速凝血酶生成，同時該氣凝膠也能吸附更多血小板（圖4 c）。綜合來看，Ca–nZ@CNF氣凝膠表現出最低的凝血指數（BCI，圖4 d）和最顯著的凝血通路激活效果（圖4 e, f）。

圖4Ca-nZ@CNF氣凝膠的生物相容性與體外凝血能力測試。

  為直觀展示材料的促凝效果，對棉花、QCG和Ca–nZ@CNF氣凝膠進行了體外凝血實驗，并通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察了血凝塊的形成情況。結果顯示，在棉花和QCG樣品上，僅觀察到少量紅細胞附著和部分凝塊生成（圖5 a和b）。相比之下，Ca–nZ@CNF氣凝膠樣品表面則覆蓋了一層致密的紅細胞，放大圖像清晰可見紅細胞被高度交聯的纖維蛋白網絡捕獲，形成了穩定的血凝塊（圖5 c）。

圖5不同材料促凝血后微觀形貌的掃描電鏡觀察。

  在動物出血模型中，對Ca-nZ@CNF氣凝膠的止血性能進行了評估。結果表明，與棉花和QCG相比，Ca–nZ@CNF氣凝膠減少了60%以上的出血量（圖6 a, b和c）。進一步的SEM觀察顯示，止血后棉花和QCG樣品中的血凝塊與材料纖維分離明顯，而Ca–nZ@CNF氣凝膠樣品中的血塊則緊密粘附于氣凝膠表面（圖6 d和e）。這說明納米沸石與Ca2?離子的協同作用顯著提升了Ca–nZ@CNF氣凝膠的止血效果。

圖6 Ca-nZ@CNF氣凝膠在大鼠股動脈出血模型中的止血效能驗證。

  綜上所述，本研究通過在CM-CNFs上原位生長納米多孔沸石并進行Ca²⁺交換處理，成功研發出一種兼具低熱效應、高促凝活性和優異生物安全性的Ca-nZ@CNF氣凝膠。原位合成策略使沸石含量降至2.89 wt.%，止血時升溫僅約2 °C，顯著降低了熱損傷和遠端血栓風險。小鼠肝臟與大鼠股動脈出血模型實驗證實其出色的凝血性能。這種通過結構設計與組分優化來平衡促凝活性與生物安全性的策略，為新一代止血材料的開發提供參考。

  該研究成果發表在國際知名期刊Small，論文第一作者為華東師范大學博士研究生陳磊，通訊作者為華東師范大學張強研究員，中國農業科學院上海獸醫研究所李濤研究員，海軍軍醫大學第二附屬醫院（上海長征醫院）口腔科王國棟教授。該工作得到了國家自然科學基金（32071383）的支持。

  文章信息：

  L. Chen, Z. Jin, T. Kamiya, X. Liu, Y. Tian, R. Xia, G. Wang*, T. Li*, and Q. Zhang*

  Nanoporous Zeolite Anchored Cellulose Nanofiber Aerogel for Safe and Efficient Hemostasis

  Small, 2025, DOI: 10.1002/smll.202500696

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202500696