水凝胶是一种具有良好应用前景的止血剂。由于伤口上的水分子使水凝胶对湿润伤口组织的粘性降低，限制了其在止血治疗方面的应用。近日，来自上海科技大学的Shige Wang教授团队设计了一种三网络羧甲基壳聚糖水凝胶，用于湿创面不可压缩出血的止血。相关研究成果以“A triple-network carboxymethyl chitosan-based hydrogel for hemostasis of incompressible bleeding on wet wound surfaces” 为题于2022年12月08日发表在《Carbohydr. Polym.》上。

图1 实验总流程图

研究人员用双管注射器制备了羧甲基壳聚糖（CMCS）/氧化葡聚糖（OD）/γ-聚谷氨酸（γ-PGA）水凝胶。水凝胶的形成是基于分子内酰胺键、分子间酰胺键和希夫碱键。在水凝胶中，超亲水的γ-PGA可以排出伤口表面水分，创造一个局部干燥环境，增强表面粘附力。体内研究表明，CMCS/ODex/γ-PGA水凝胶具有良好的生物安全性和生物可降解性。CMCS/ODex/γ-PGA水凝胶在潮湿环境中具有良好的止血性能，并能抵抗238毫米汞柱的高血压。

图2 CMCS/ODex/γ-PGA水凝胶形成机制表征

1H NMR实验表明Dex成功氧化，在9.0-10.0 ppm化学位移范围内出现了一个新的共振峰，指定为-CHO质子。ODex的FTIR光谱显示，在1731.9cm-1处出现了一个新的-CHO拉伸振动峰。在每个溶液中加入红墨水观察水凝胶形成，EDC和NHS的激活下，CMCS、CO-EN、CO、CP和COP水凝胶可立即形成。在COP水凝胶的傅立叶变换光谱中，1646.1cm-1的特征峰可以归属于亚胺基（-C=N），说明ODex的-CHO和CMCS的-NH2之间发生了希夫碱反应。羰基（-C=O）在1689.7 cm-1和C-N在1243.9 cm-1的特征峰证实CMCS和γ-PGA的-COOH已经与CMCS的-NH2发生反应等，总之，以上实验结果证实了COP水凝胶具有三重网络结构，即分子内酰胺键、分子间酰胺键和希夫碱键。

图3 水凝胶的机械性能

止血水凝胶对组织不仅需要有足够的粘附力在体内止血，而且还需要对血压以及复杂的生理环境有适当的抵抗力。研究人员设计了一个装置模拟人体血压，测试水凝胶所能承受最大压力。用注射泵逐渐增加PBS的压力模拟血压。COP的破裂压力为238.47±38.36毫米汞柱，高于正常人的动脉血。同时，该值明显高于CMCS、CO、CP、手术缝合、CA，和医用胶带，表明COP水凝胶具有内脏止血组织粘合剂所需的机械强度。此外，三层网络结构增加了COP水凝胶的压缩应力和模量。以上结果表明，引入的γ-PGA增加了COP水凝胶的机械强度。具有三网结构的COP水凝胶具有强组织粘附性。

图4 水凝胶在大鼠肝脏上的止血性能

接着研究人员在SD大鼠肝脏出血模型测试了COP水凝胶对不可压缩出血复杂伤口的止血能力。用COP水凝胶处理后，肝脏出血在48.33±3.51秒内得到控制，证明了COP水凝胶作为优良止血材料的潜力。然后对COP水凝胶长期体内止血进行了研究。组织形态学染色证实，COP水凝胶可以粘附在伤口表面7天而不形成血栓。在第14天，治疗组大鼠的肝脏炎症细胞进一步减少。虽然肝脏伤口内未愈合空间仍然可以检测到，但伤口被新的肝脏组织连接起来。在止血后的第14天，血液中的生物化学参数没有发现异常。以上结果表明，COP水凝胶具有良好的止血能力。

总之，本文制备了一种具有高保水能力的三网络结构的COP水凝胶，增强止血效果。在该水凝胶中，ODex的-CHO、CMCS的-COOH和γ-PGA的-COOH可以有效与组织表面的-NH2基团结合。γ-PGA能够排出伤口表面水分，创造一个局部干燥的环境增强表面粘附力，使水凝胶具有良好的止血功能，克服238mmHg的高血压。在肝脏伤口出血模型上，证明了COP水凝胶的止血性能。COP水凝胶具有良好的生物相容性和可降解性，有望为设计快速止血的湿面胶提供一种新的方法。

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