医用止血材料及产品研究进展

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(1．天津大学材料科学与工程学院，天津 300350； 2．温州生物材料与工程研究所，浙江 温州 325011；3．温州市高新技术产业园，浙江 温州 325011； 4．天津大学化工学院，化学化工协同创新中心(天津)，天津 300350)

1 引 言

不可控制的大量出血是导致战争、车祸、创伤、手术以及其它意外事故受伤人员死亡的主要原因。据统计战争造成的伤亡，30%～60%是由于失血过多所致。2007年世界卫生组织指出，每年约有40万年仅25岁的年轻人死于交通事故[1]。2011年我国发生的道路交通事故约有21万起，造成6.2万人死亡[2]。造成交通事故人员死亡的原因，除了道路交通状况、车辆自身质量及驾驶员本身因素之外，受伤人员失血过多也是一个不容忽视的重要原因。交通事故引发的人员死亡，约85%是发生在事故初期30min之内，若在这段时间内，受伤人员的出血情况能够得到及时而有效的控制，交通事故所导致的死亡率将会大大下降[3]。因此，高效率的止血材料成为快速止血，降低死亡率的关键。

2 具有代表性的国外商业化止血材料与产品

如表1所示[4]，国外具有代表性的止血产品主要分为生物制品类、壳聚糖类和硅铝酸盐类止血材料。硅铝酸盐类止血产品，取材低廉，价格比较便宜。壳聚糖类止血产品，制备工艺比较复杂，价格较贵。生物制品类止血材料，因取材昂贵，市售价格达到了100～800英镑，属于止血性能优异但价格高的产品。

表1 国外部分商业化止血产品Table 1 Commercial hemostatic products in foreign medical treatment

不同类型的止血材料及产品各有其优缺点，生物制品类止血材料容易导致病原感染或引起免疫反应[5]；壳聚糖类止血材料会引发过敏反应；硅铝酸盐类产品具有强烈的放热效应，对患者造成二次伤害[6]。如表2所示，不同类型的止血材料，其止血机理、生物降解及安全性能等方面存在很大的差距。以Surgicel系列产品为例，此类产品具有良好的组织相容性，紧密的组织贴合性，因此被广泛用于临床手术的创面止血[7]。但是，由于氧化再生纤维素含有大量的羟基基团，在止血过程的微环境中，呈现出较强的酸性(pH约为1.7)，虽然酸性环境有利于抑制细菌的滋生，但同时也容易引起较强的组织炎症反应，甚至会导致肉芽肿和脓肿[8]。由于氧化再生纤维素产品存在体内安全性问题，临床主张在完成止血功能后，应尽量将其移除，但是由于Surgicel的一些产品结构松散，从患者受伤部位移除，往往会对患者造成不必要的二次伤害。针对以上问题，根据不同创面的止血需求，如何研发性能优异的医用止血材料和产品，引起科研人员的广泛兴趣。

表2 不同种类的止血材料性能对比Table 2 Comparison of different hemostatic agents

3 我国医疗市场主要止血产品

在我国，大中型医院使用广泛的止血材料和产品大多数源于进口，这些产品多数具备可降解、生物相容性好、止血快速等功能特点。由于止血性能优越，国外止血产品在我国医疗市场具有较高市场占有率。同时，由于存在技术壁垒，国外产品在我国医疗市场具有垄断趋势，价格较为昂贵。与国外进口产品相比，我国止血产品性能存在较大差异，但价格便宜，在医疗市场上国内止血产品也具有一定市场份额。以再生纤维素类止血产品为例，在我国医疗市场，氧化再生纤维素类产品以Johnson & Johnson公司生产的Surgicel系列可吸收止血产品(SurgicelTM、SurgicelTMNu-Knit、SurgicelTMFibrillar)为主[9]。此类产品含有大量羧基，可以与血红蛋白中的铁离子络合，并诱导凝血因子Ⅷ激活，进而促进凝血。此外还能促进血小板的粘附，促进形成纤维蛋白网，加速止血过程。

HemCon是由壳聚糖醋酸溶液经冻干后，制成的壳聚糖纱布类止血产品。2002年获得美国食品与药品管理局(FDA)批准，并用于部队装备。大量试验和临床结果都证明，HemCon可以显著减少出血量，降低患者死亡率[10-12]。继HemCon之后，2007年CELOX止血粉获得FDA批准，其主要成分为壳聚糖颗粒，临床试验表明，CELOX止血粉表现出比HemCon更好的止血效果，该产品能够减少创面的二次出血，大幅度提高患者存活率[13]。近年来，以壳聚糖为基材的止血产品，主要以壳聚糖膜、几丁质无纺布、羧基化壳聚糖止血粉等为主，大多数是进口产品，具有我国自主知识产权的壳聚糖类止血产品仍然比较少见。

此外，高岭石也是一种具有止血性能的粘土材料，其止血性能与QuickClot相当，与血液接触不会大量放热。周璟等通过高岭石改性，制备了纳米银/高岭石复合物，这种复合物兼具止血和抗菌功能，在治疗开放性创伤方面具有潜在的应用价值[14]。

4 新型止血材料与产品的研发现状

不可控制的大量失血与渗血是外科手术中经常遇到的难题。战争中，50%的死亡是由于伤口大量出血所致。其中，80%是由于伤口位于不可按压止血的部位，大量出血导致的死亡[15]。因此，针对不同的出血创面，合理构建新型止血医用敷料，实现出血伤口的快速止血，成为亟待解决的问题。为此，科研工作者不断研究新型止血材料与产品，以期能够满足不同出血创面的止血需求，进一步完善止血材料与产品的止血性能。

4.1 新型止血海绵和止血纳米纤维膜

传统的止血材料与产品主要为止血纱布、绷带和止血海绵，临床应用发现此类产品的止血效果较差，体内不可降解，难以被机体吸收，因此使用范围受到限制，如何开发新型、可降解、易吸收的止血纱布或海绵成为研究热点。结合材料自身性能，Lan等采用天然无毒性植物提取物-单宁酸作为交联剂，用其交联壳聚糖/明胶复合物，并利用冷冻干燥技术，将单宁酸交联壳聚糖/明胶复合物体系，制成多孔止血海绵。实验结果表明，该交联复合物体系，具有良好的生物安全性和止血效果。尤为重要的是，他们提供了一种可降解止血海绵的制备方法，动物实验证明，这种止血海绵，在动物体内6周后可完全降解[16]。

止血纱布或止血海绵的止血性能较差，不具备主动止血能力，只能满足一般或常规出血创面的止血需求。为了提高其整体止血性能，Hsu 等将RADA16-I自组装多肽纳米纤维，通过层层组装技术，负载到纱布或明胶海绵表面，从而得到具有主动凝血功能的快速止血纱布或海绵。由于RADA16-I自组装多肽纳米纤维能够有效聚集并交联血液中的成分，从而大大提高了纱布或海绵的止血效果[17]。

此外，在提高材料止血效果的基础上，如何进一步提高其组织防粘连效果，也引起了科研工作者的广泛兴趣。中科院化学所Wang等利用静电纺丝技术，制备了一种负载不同药物的双层纺丝膜。这种膜可以作为止血海绵，用于创面止血。在创面组织，这种膜的内层膜因负载止血药物(卡络磺钠)，而表现出优异的止血功能。在防止创面组织粘连方面，这种膜的外层能有效地预防手术创面组织粘连。这种止血防粘连膜的研发，具有重要的临床使用价值[18]。

4.2 新型止血水凝胶

水凝胶因其具有特定的网状交联结构，具有半通透性、阻隔细菌侵入、防止创面感染、允许氧气和水通过等功能特点，被广泛应用于组织工程支架、体表医用敷料、医用止血敷料等。维也纳科技大学Qin等利用点击化学的方法，将thrombin-receptor- agonist-peptide-6(TRAP6)多肽接枝到聚乙烯醇(PVA)表层，制备出止血多肽修饰PVA-TRAP6水凝胶[19]。由于TRAP6多肽具有显著的激活血小板功能，该止血凝胶不仅表现出良好的细胞相容性，尤其重要的是能够显著缩短凝血时间。流式细胞实验结果表明，PVA-TRAP6水凝胶具有激活血小板的功能，血栓弹力仪测试结果表明，该凝胶能够明显缩短凝血时间。PVA-TRAP6水凝胶可作为止血敷料应用于组织与器官的创面出血。

硅酸盐的电荷性能够有效凝聚血液中的凝血因子，胶原蛋白的快速吸水功能，则能够有效浓缩血液组分，若将两者的优势有效结合，制成新型止血材料将具有多种功能优势。基于这一设计理念，利用硅酸盐纳米薄片与胶原蛋白为基材，Kumar等将这两种材料按照适当的比例，利用交联组装技术，将其制成纳米复合型水凝胶。试验结果表明，通过硅酸盐与胶原蛋白的协同作用，这种纳米复合型水凝胶具有高效富集凝血因子，快速浓缩血液成分的多种功效，能够达到快速止血的目的[20]。

以壳聚糖为主要基材的水凝胶止血材料，能够有效刺激成纤维细胞增殖和神经营养因子的迁移，抑制炎症细胞的生长，激活巨噬细胞，促进伤口的愈合。壳聚糖具有抗菌活性，但其抗菌活性比较单一。为了克服壳聚糖水凝胶抗菌功效单一的缺陷，科学家们提出制备壳聚糖基复合型水凝胶的理论，即在壳聚糖水凝胶表面，修饰特殊功能的官能团，或者在基材中复合加入具有优异抗菌功效的新型材料，从而提高其整体抗菌性能。例如，联邦大学Ferreira等通过加入橙花叔醇，制备出壳聚糖/橙花叔醇复合水凝胶。实验结果表明该复合型水凝胶具有优异的抗菌和促进伤口愈合性能，第7天能够明显观察到胶原的再上皮化和再生长情况[21]。

4.3 新型止血微球

图1 (A)可降解止血微球类医用敷料在外科手术中的应用范围;(B)可降解止血微球类医用敷料在外科手术中的应用实例。Fig.1 Biodegradable hemostatic microspheres are widely used in clinical surgery, obstetrics, organ transplantation and general surgery. (A) As surgical dressings, biodegradable hemostatic microspheres are wildly used in medical treatment, (B) living application examples of biodegradable hemostatic microspheres in different medical treatment

可降解止血微球具有价格相对低廉、生物可吸收性好、无病毒感染的风险等诸多优势。如图1所示，可降解止血微球产品广泛应用于临床器官移植、微创、泌尿、神经、肝胆、心脏、血管及胸外科等手术过程止血。可吸收止血微球类的直径为30～80μm，具有较大的比表面积，能够快速吸收血液中的水分，有效浓缩血液中有效成分，进而在伤口表面形成凝胶类混合物，迅速封堵伤口，达到快速止血的目的[22]。有些种类的止血微球，还可以通过激活内源性止血因子，形成牢固的局部血块，大幅度缩短凝血时间，此类产品的止血过程一般在数秒钟内完成。可降解止血微球在完成止血作用后，一般2～7天内自行降解，并被机体完全吸收，无免疫原性，不会产生局部炎症反应，创面局部不留任何痕迹[23]。

由于止血微球适于各种创面，尤其是不规则创面出血的止血应用，近年来，不同类型和不同功能的止血微球成为科学家们的另一个研究热点。华东科技大学Chen等通过采用酶致孔和表面改性工艺，以玉米淀粉和Ca2+为基材，制备了淀粉基多孔止血微球。实验结果表明，改性后的材料降解能力明显提高，该止血微球能够高效率吸附血小板，并激活内源凝血途径，具有良好的止血功能。为了增强材料的抗菌效果，降低炎症反应的发生，Pourshahrestani等[24]利用蒸汽诱导自组装的方法，将不同浓度的Ga2O3与介孔生物活性玻璃进行复合。结果表明，此类复合材料具有良好抗菌性能，可有效吸附血小板，并激活凝血酶，从而促进创面快速止血。

多数商业化的止血微球产品都采用不同的化学成分作为交联剂，用于增加微球形貌与结构的稳定性。在微球的制备工艺过程中，很难将残留的交联剂完全去除。另外，可降解止血微球在其降解过程中，也会释放一些交联剂的降解产物，从而造成一定程度的细胞毒性[25]。由于京尼平的细胞毒性很低，为了降低交联剂的毒性，采用京尼平作为交联剂，明胶/壳聚糖复合物作为主要成分，研究人员制备出Cs/Gel MPs止血微球(图2)[26]。此种止血微球的细胞毒性很小，提取液的浓度高达40μg/mL时，细胞活力仍然大于80%，尤为重要的是Cs/Gel MPs具有快速的止血效果。

目前，多数止血微球的功能过于单一，除了止血功能之外，其抗菌效果及促进伤口愈合的功能都很缺乏。由于单宁酸具有很好的抗菌性能，同时还具有止血功效，为提升止血微球的综合性能，研究人员还制备了一种单宁酸交联天然多聚糖微球[27-29]。淀粉、羧甲基壳聚糖、透明质酸作为HMs微球的主成分，采用单宁酸与羧甲基壳聚糖形成大量氢键的特性，利用这种氢键，形成物理交联微球(图3)。由于微球表面残留的单宁酸，能够与出血部位二次交联，形成三维网络凝胶结构，因此，这种止血微球，不仅止血迅速，而且兼具抗菌活性，结果表明，其在促进伤口愈合的过程中，发挥了重要的作用。

4.4 新型组织粘合剂类止血材料

不同类型的止血材料具有不同的应用条件和环境需求，对于贯穿伤和腔体穿刺引起的出血，一般需要使用组织粘合剂或密封胶类止血产品。组织粘合剂主要包括α-氰基丙烯酸酯组织胶和邻苯二酚衍生物两大类，其中，α-氰基丙烯酸酯组织粘合剂具有明显的止血功能，具有良好的生物相容性。它作用的主要机制为与组织或血液中的氢氧根发生放热反应，对含有羟基或含氨基的物质具有极高的亲和能力[30]。但此类止血材料降解缓慢，残留物在体内具有导致血管栓塞的危险，且降解过程中会产生氰和甲醛等有毒物质，此类降解产物会引起组织炎症或坏死[31]。

图2 采用京尼平作为交联剂，明胶/壳聚糖复合物作为有效成分制备Cs/Gel MPs止血微球。(A) Cs/Gel MPs 制备工艺流程图； (B)FT-IR表征 Cs/Gel MPs； (C) SEM图表征Cs/Gel MPs 表面吸附和激活血小板情况； (D)SD大鼠体表止血实验，分别采用止血纱布和市售止血粉作为阳性对照Fig.2 Preparation of Cs/Gel MPs (A) from gelatin/chitosan complexes using genipin as the effective cross-linker. (B) FT-IR spectra of Cs, Gel, Cs/Gel mixture and Cs/Gel MPs. (a) Cs; (b) Gel; (c) Cs/Gel mixture; (d) Cs/Gel-0.5 MPs; (e) Cs/Gel-0.75 MPs; (f) Cs/Gel-1 MPs. (C) SEM micrographs of RBCs adhered on Cs/Gel MPs. (a) Cs/Gel-0.5 MPs; (b) Cs/Gel-0.75 MPs and (c) Cs/Gel-1 MPs. (D) Photographs of hemostatic assay in vivo. (a) skin laceration without any processing was used as blank control, (b) skin laceration treated with Cs/Gel-0.75 MPs, (c) skin laceration treated with Jinchuang powder, (d) skin laceration treated with Celox TM (e) skin laceration treated with gelatin sponge, (f) skin laceration treated with gauze

图3 HMs的制备过程与止血机理 (1)采用淀粉、羧甲基壳聚糖和透明质酸作为主要组分，利用单宁酸作为交联剂制备HMs止血微球；(2)通过形成大量的分子间及分子内氢键稳定微球的形貌结构； (3)物理交联止血微球； (4)止血微球敷于止血部位后，能够与周围组织形成三维网络结构，加速伤口的愈合过程Fig.3 HMs were applied on the surface of wound, the process of secondary crosslinking reaction between HMs and/or tissue through forming hydrogen bonds. After water absorption, the HMs were swelled, TA, CMC and HA released. Hydrogel was formed on the wound surface, hydrogel provided a three-dimensional network structure for the proliferation and migration of different cells. Preparation of inverse emulsion (1). Physical crosslinking process through inter molecular hydrogen bonding on the surface of microemulsion droplets (2). After separation and purification, multifunctional HMs were obtained (3). Secondary crosslinking between HMs (tissue) on the surface of wound (4)

邻苯二酚衍生物的氧化物，其结构中带有双醛结构，非常容易与机体组织中含氨基或者巯基物质发生Michael加成反应。同时，也易于与机体组织中含有的氨基发生Schiff base反应，进而形成化学交联结构，达到胶粘止血的目的[32]。密封胶是一类可以在原位通过物理或化学交联作用，从液态转变为固体或凝胶态的材料，通过封堵伤口实现止血功能。常见的交联方式有光引发聚合，以及基于氨基和醛基的Schiff base反应。例如，由聚乙二醇与丙交酯共聚物的醛基封端水凝胶与聚烯丙基胺混合，可以实现快速止血和组织粘合的目的[33]。

利用缩聚反应机理，Mehdizadeh等利用柠檬酸、聚乙二醇、多巴胺制备了可注射型生物粘合剂，通过引入邻苯二酚结构，赋予粘合剂较强的粘结性能，并提供交联位点，该结构中的酯键赋予此类粘合剂良好的可生物降解性能[34]。Kim等合成了一种名为TAPE医用粘合剂，该粘合剂由多酚化合物、单宁酸和聚乙二醇通过分子间氢键制备而成，相比于纤维蛋白胶，TAPE的粘结性能高出250%，粘结力可在湿润表面保持稳定[35]。

5 展 望

医用止血材料及产品在临床外科具有重要的应用价值，目前临床应用的止血材料和产品种类繁多，但性能存在较大的差异。如何针对不同的创面需求，合理构建新型止血材料，进一步完善止血材料的止血性能，成为目前主要的研究热点。今后的研究重点应侧重于：(1)通过调控止血材料组分，采用成膜、造粒、表面修饰等关键技术，实现止血材料向止血、抗菌与促进组织愈合等多功能化方向发展；(2)综合考虑止血材料基材的物理与化学性能，构建具有微纳结构与形貌的止血产品，以适应不同创面的形貌需求；(3)拓宽止血材料与产品载药体系的种类和范围，构建能够针对不同组织出血情况，具有组织特异性的止血材料与产品。