学术干货|失血患者的福音——以壳聚糖/海藻酸盐为基础的新型止血材料

1 引言

随着科学技术的进步，人们活动的范围也越来越大，而各种意外事故也接踵而至，其中大部分伤者因为大量失血得不到有效治疗而导致死亡。如何快速高效地在突发事件或大型手术中为患者止血显得格外重要。目前，临床医疗中常见的止血材料有纤维蛋白胶、明胶海绵、氧化纤维素、微纤维胶原等，这些止血材料或多或少存在着诸如透气性差，伤口愈合缓慢等缺点。

而人们研究发现，存在于广袤海洋中的天然多糖高分子化合物壳聚糖，海藻酸盐不仅具有优异的生物相容性，生物可降解性，而且其突出的止血性能和抑菌性对于有效降低患者出血量以及减轻患者在治疗过程中的痛苦都有十分巨大的应用价值。而以壳聚糖和海藻酸盐为基础原料开发新型高效的止血材料也成为了未来研究的热点。

2 壳聚糖
壳聚糖又可称为脱乙酰甲壳素，是一种广泛存在于海洋中的天然碱性多糖，是通过对几丁质脱乙酰得到的，其化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖。这种纯天然高分子物质具有很好的生物相容性和可降解性，止血性能显著，是止血材料的首选原料。在特定的条件下，壳聚糖能发生水解、烷基化、酰基化、羧甲基化、磺化、硝化、卤化、氧化、还原、缩合和络合等化学反应，可生成各种具有不同性能的壳聚糖衍生物，使其在生物医疗，食品加工，吸附和排泄重金属以及农业等领域都有十分重要的应用。

图1 壳聚糖分子结构

2.1 单纯的壳聚糖敷料
美国一家公司曾利用壳聚糖为基材研制出一款止血绷带，这种止血绷带与伤口处的渗出液接触后，能够利用壳聚糖自身所携带的正电荷吸引带负电荷的血红细胞，从而使血红细胞得以快速凝聚减少伤者的失血量。又由于壳聚糖本身具有一定的抑菌性，使得这种止血绷带能够有效防止伤口处的细菌感染，促进受伤组织快速愈合。此外，有研究人员比较了这种新型壳聚糖止血纱布与各种纱布的止血效果，结果表明，新型壳聚糖止血纱布在无人工按压的情况下更能起到快速止血的作用，从而有效减少伤者的血液流失。

2.2 改性壳聚糖敷料
由于单一壳聚糖的止血效果还不是十分理想，在此基础之上，研究人员对壳聚糖的改性方法做了不同的研究。有科研人员选择对壳聚糖的结构进行改性，即利用其分子链上活泼的氨基和羟基通过化学修饰引入了亲水性好的羟丁基改变了其理化特性，最终制备了温敏性壳聚糖止血膜。这种改性壳聚糖止血膜接触伤口时能够快速聚集血液，在创面形成凝胶保护膜，并能牢固黏附在创面上，从而达到凝血、止血的目的。

另有研究人员对壳聚糖的凝胶性进行了研究，在酶触作用下原位形成壳聚糖凝胶作为组织吸附材料用于止血和伤口的愈合。他们在壳聚糖的原有结构之上接枝酪胺改性的聚乙二醇，增加了壳聚糖的溶解性能，使得这种壳聚糖止血材料可以在短时间内形成凝胶，进而封闭伤口。相比于传统的手术缝合线、纤维蛋白胶、氰基丙烯酸盐粘合剂等具有优异的治疗效果，可以应用于急性创伤的治疗。

除此之外，研究人员还采用静电纺丝技术制备出多孔性的壳聚糖纳米纤维垫以及利用离子诱导凝胶化法将壳聚糖-三聚磷酸钠制备成纳米粒，弥补了壳聚糖不能作用于实质性脏器出血的缺陷。

2.3 壳聚糖的复合材料
明胶是一种非常重要的天然生物高分子材料，由于其表现出优异的无毒、无抗原性、成膜性、凝胶性，现已被广泛应用于食品、医药及化工产业等领域。有研究人员利用明胶和羧甲基壳聚糖通过辐照交联法制备复合水凝胶，这种复合水凝胶能降低肉芽组织的形成加速创伤的愈合，防止瘢痕的形成。

此外，研究人员还将壳聚糖引入到明胶/硝酸银纺丝体系，成功制备了含纳米银的明胶-壳聚糖纳米纤维膜，这种纤维膜对金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌具有明显的抗菌性。

总之，单一壳聚糖的止血性在应用上存在一定的局限性，而利用壳聚糖和各种材料的协同作用制备壳聚糖的复合材料，则能够显著增加敷料的功能性。

2.4 抗菌性壳聚糖敷料
壳聚糖的抗菌性主要体现在它自身所携带的正电荷可以穿过细菌或者真菌的细胞壁吸附在带负电的细胞膜上，通过改变细胞膜的通透性来干扰细菌或真菌的新陈代谢，从而起到抗菌抑菌的作用。壳聚糖本身具有抑制细菌生长的作用，但仅仅只限于在酸性条件下。研究人员利用静电纺丝技术把壳聚糖和蚕丝中的丝胶蛋白复合制备纳米纤维，该纳米纤维对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的抗菌效果明显。除此之外，还有研究人员在壳聚糖敷料中加入了促凝血的多聚磷酸盐和抗菌性的纳米银粒子，这种复合敷料的止血性和抗菌性都有很大的提升。

3 海藻酸盐
海藻酸(Alginic acid)是另外一种天然高分子化合物，它是由单糖醛酸线性聚合而成的多糖，单体为β-1,4-D-甘露糖醛酸（M）和 α-1,4-L-古洛糖醛酸（G）。M和G单元以M-M，G-G或M-G的组合方式通过1，4糖苷键相连成为嵌段共聚物。常见的褐藻如海带、马尾藻、泡叶藻、巨藻都是海藻酸的主要来源。由于以海藻酸盐为原料开发的敷料具有高吸水性，高透氧性，高生物相容性等一系列优良特性，使得其在医药和工业等领域中被广泛利用。

图2 用于提取海藻酸的马尾藻

3.1 单一海藻酸盐敷料
大量研究证明，海藻酸盐敷料可以吸收大量的伤口渗出液，并在伤口表面形成一层网状的凝胶层，为创伤的愈合提供湿润的环境，目前已作为一种新型医用敷料。根据这一原理，研究人员采用冷冻干燥技术以海藻酸钠为原料制备出海藻酸钙海绵，这种海绵内部多孔，能够快速吸收伤口处的渗出液，并且保持创面的干燥，防止渗出液浸渍周围健康组织，还可以很好地保证伤口处于一种湿润的环境。更重要的一点是，这种多孔结构还能够有效保证伤口和外界的气体交换，有利于伤口的快速愈合。这种新型海藻酸盐敷料在医疗救助领域具有非常好的应用前景。

3.2 海藻酸盐复合材料
为了提高海藻酸盐敷料的止血效果，研究人员试图把一些中草药、凝血药物、抗菌药物、或其它能增加敷料力学性辅助止血的物质与海藻酸盐复合在一起，制备出各种高效的敷料。基于此，研究人员开发出了通过湿法纺丝制备出的海藻酸盐-积雪草皂苷复合敷料；经辐照交联制备的聚乙烯吡咯烷酮-海藻酸钠共混敷料；负载了氨苄青霉素钠凝胶薄膜的PVA-海藻酸钠敷料；海藻酸盐与透明质酸复合制得的水凝胶等新型海藻酸盐复合止血材料。这些材料均能够缩短止血时间，减少出血量并促进伤口的愈合，在医学领域具有极大的用处。

3.3 抗菌性海藻酸盐敷料
在治疗过程中，防止伤口感染一直是人们急于解决的难题，而制备新型抗菌性海藻酸盐敷料也就成了医学领域的研究热点。在敷料中添加一些诸如抗生素，抗菌剂，金属离子（银，锌）等添加剂将会有效提高敷料的抗菌性。

目前，科研人员在以壳聚糖与海藻酸盐为原料的基础上，向其中混入过具有消炎杀菌的环丙沙星药物；磺胺嘧啶银；银、铜、锌等金属离子等添加物，这些添加物的混入在保留壳聚糖与海藻酸盐本身具有的止血疗效的同时，极大地抑制了伤口处细菌，病毒的存活，能够有效促进伤口的愈合。

4 总结
目前，临床使用的止血材料虽然种类繁多，但是其功能却比较单一，在某些方面上仍存在着一些局限性。而壳聚糖和海藻酸盐作为一种从海洋中提取出的天然高分子化合物，基于其良好的生物相容性，止血性和抗菌性能，在快速有效止血上具有突出的效果。虽然单一的壳聚糖或海藻酸盐止血敷料还存在着一些缺陷，但是随着科学技术的不断进步，基于壳聚糖和海藻酸盐这两种原料研制的新型复合止血材料必将在医疗领域中大显身手。

参考文献：
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[2]李保强，韦其全，刘坤，潘峰，方一帆.壳聚糖快速止血材料的研究进展[J].实验技术与管理，2009,26(03).
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