《Nature》浙大教授制备柔性沸石棉纤维材料创12秒止血“神话

5月16日，记者了解到，为了解决紧急救生止血的问题，浙江大学化学系范杰教授课题组采用原位微载技术将介孔单晶菱沸石结合到棉纤维表面，制备了一种柔性沸石棉纤维复合物，该止血材料具备高效的止血性能和可靠的安全性。

这项研究被国际知名期刊《自然·通讯》在线发表。论文第一作者为浙江大学化学系博士生余丽莎，通讯作者为浙江大学化学系范杰教授、浙江工业大学化工学院朱艺涵教授。

血液是生命之源，失血过多是意外创伤致死的首要原因。据统计，全球每年有190万人死于失血过多。因此，在事发第一时间对患者的出血进行有效控制，是争取治疗时间、挽救生命的关键。当医疗救援到来前，常见的急救方式就是用毛巾、衣服等捂住伤口，但这样的止血效果往往是“螳臂当车”。

大量研究和应用表明，在重度出血情况下，沸石类的无机止血材料是最有效的，因此，美国急救医学技术委员会推荐沸石止血剂作为院前急救的必要手段。“我们长期从事沸石止血方面的研究，原有的沸石止血产品具有明显的弊端，”范杰介绍。国外使用的A型沸石止血剂在战争中拯救了上千名士兵的生命，但该产品在使用过程中遇水或血液会放出大量的热，伤口局部温度高达90℃以上，导致皮肤灼伤和影响伤口愈合，这是困扰该国多年的难题。

范杰教授对沸石的组成和表面结构进行改造与升级，得到了止血效果优良且放热温和（伤口温度小于45℃）的沸石止血剂，该止血剂在今年年初获得了II类医疗器械注册证和生产许可证，即将面市。

但是，由于现有的沸石止血剂是坚硬的无机粉体材料，容易黏附在伤口，不利于伤口清创，因此，如何将坚硬的无机粉体止血剂变成柔性、安全、便捷止血材料，成为了新的挑战。棉纤维吸水性好，成本低，可通过编制成适用于不同伤口形状的止血织物，因此棉纤维是沸石生长理想的载体。此外，课题组发现，在微孔沸石中引入介孔，增加了沸石的孔径，中断沸石的微孔骨架并减少的扩散长度，有利于促进血液中水分子的更快吸收和扩散。

沿着这样的设计思路，经过两年的探索，范杰团队由此开发了一种原位微载技术，将介孔菱沸石生长到棉纤维表面，并使得棉纤维与沸石通过化学键紧密结合。该材料完美地保留了沸石的物理化学性质和稳定性，同时通过中断骨架来产生介孔，从而大大增强物质的吸附，更有利于止血。该止血材料的外观与手感与普通的纤维几乎没有区别，具有良好的柔软性，并且沸石与棉纤维结合非常牢固。

有着救命神器之称的作战纱布，是一种浸渍高岭土的无机止血材料，但这种纱布遇水或血液后，活性成分高岭土很容易脱落，存在较大的安全隐患。范教授团队研发的“紧密结合的”沸石纤维复合物不怕水洗，也不怕水冲，甚至超声波震荡半小时也震不下来。

沸石棉纤维复合物及沸石的宏观-微观-原子结构

不仅如此，在非常挑战性的猪颈动脉致死模型试验中，作战纱布在伤口按压10分钟仍然血流不止，而沸石纤维复合物纱布在伤口按压5分钟就已经成功止血，使用过程中没有放热效应。在造成人员受伤大出血的突发事故现场往往缺乏现成的有效止血材料。范杰认为“把沸石纤维做成止血衣'穿’在身上是最保险的救援方式，实现了随时随地的紧急止血救援。

沸石拥有独特的孔穴和通道密布的微观结构，是一种长期被用作分子筛的矿物，浙江储藏有大量沸石。课题组发现，沸石的孔穴和通道及其中的钙离子还可以和人的血液发生作用，激活血液中的凝血酶，并把它们紧紧吸附住，使之持续地发挥凝血功效。范杰告诉记者：“这一发现揭示了无机物和有机物之间神奇的相互作用，使人们获得了对于沸石凝血机制的全新认知。”

科学家在20世纪80年代通过一个偶然的机会发现了沸石具有止血作用。美国科学家赫希(F.Hursey)一天在剃须时不小心划破了脸，这时他手边正好有一个用来做气体分离实验的沸石制品，他拿过来附在伤口上，发现血很快止住了。美国由此研发出一种沸石紧急止血剂，把颗粒状的沸石用在伤口上，3分钟左右就能控制住像主动脉流血这样的紧急情况。

但是人们对于沸石止血的机理却长期停留在低层次。“人们猜测沸石的多孔结构可以大量吸附血液中的水分，从而加速凝血。”范杰说。在这一理论指导下开发的沸石材料追求快速大量吸水，这导致吸水过程中释放出更多的热量，往往灼伤伤口和周边组织。

范杰课题组的发现表明，沸石其实是通过使凝血酶一直处在“开机状态”来实现凝血的。通常情况下十几秒内就会失去活性的凝血酶，在被沸石孔道中的钙离子“固定”于表面后，活性可以持续几十个月。被原位固定激活的凝血酶可以指挥血小板发挥作用，催化纤维蛋白交联，从而促使血块稳定凝结。

根据这项发现，凝血酶和沸石结合后可以长期保持活性，课题组就开发出了新一代沸石止血剂。办法是先让沸石颗粒和血液结合，把激活的凝血酶“绑定”在止血剂上。这样，当止血剂作用于伤口时，就进一步节省了在伤者血液中捕捉、结合凝血酶的时间。

在课题组位于浙江大学的实验室里，记者现场观摩了沸石止血的实验。一个试管中装了2毫升的动物血浆，然后投入100毫克沸石止血材料，21秒后，血浆就凝结成果冻状的一整块，不再流动了。在标准实验条件下，课题组获得过的最短凝血时间是12秒，而作为对照，美国的沸石止血材料所用的时间在2分钟以上。

范杰说，在创伤导致的死亡中，三分之二是由于失血过多。如果不能在5分钟之内控制大动脉出血，伤者就有生命危险。美军自上世纪90年代以来就在战场上使用沸石止血剂，极大地降低了伤员的死亡率。

除了在战场上挽救军人的生命，沸石止血剂在严重的交通事故现场也能发挥关键作用，它可以在急救车和专业的止血钳到达之前就止住大量出血。对于缺乏凝血能力的血友病患者而言，携带大量活性凝血酶的沸石止血剂也是一大福音。现在沸石止血剂在西方国家已进入民用市场。

“沸石止血剂可以制成多种形态。”范杰说，“它可以是颗粒，也可以结合在棉花、绷带上，还可以做成茶叶包。”沸石止血剂会把血液凝结包裹在自身周围，不仅后续清创方便，也不会造成感染。课题组希望，由中国科学家自主研发的效率更高的新型沸石止血剂能尽快为我军和广大民众所用。

据范杰介绍，紧急止血救生衣有望于今年8月份问世。此外，还可以制造止血毛巾、止血纱布等多种产品，成为户外运动、极限运动、赛车等特殊人群的保护装备，也可以作为急救装备，在战争、交通、地震等意外事故中发挥作用。

文章来源： 高分子科学前沿