穿孔和不規(guī)則出血是指在復雜的和隱蔽的出血部位深處，具有外部和內部不規(guī)則傷口形狀的傷口出血，對其實現(xiàn)的快速，安全控制，這對于降低院前治療和手術過程中的死亡風險至關重要。現(xiàn)有的商業(yè)止血藥，凝血作用僅發(fā)生在淺表傷口上，無法進入深部出血部位促進止血，因此無法有效控制穿孔和不規(guī)則出血。在穿孔和不規(guī)則出血的治療中，止血劑必須在其內部的出血部位發(fā)揮其使血液凝結的能力。
為解決這一難題，西南大學的代方銀教授和藍廣芊副教授團隊通過在負改性微孔淀粉（MSS）上單軸生長花狀碳酸鈣晶體（CaCO3），制備了雙相Janus自推進止血顆粒（MSS @ CaCO3）。合成的止血顆粒（MSS @ CaCO3T）裝有凝血酶，由內部成分CaCO3提供動力，并與質子化氨甲環(huán)酸一起使用。這些顆粒能夠逆著血流傳播，使它們能夠進入深處的出血部位，產(chǎn)生協(xié)同凝血作用，從而有效止血。相關工作以“Self-Propelling Janus Particles for Hemostasis in Perforating and Irregular Wounds with Massive Hemorrhage”為題發(fā)表在《Adv.?Funct. Mater》上。
Janus止血顆粒的設計與合成
研究人員通過在天然玉米淀粉（NS）上進行酶促水解和酯化反應來制備負修飾的微孔淀粉（MSS）。為了在MSS上合成自推進物質，單軸生長花狀碳酸鈣晶體（CaCO3），然后摻入質子化氨甲環(huán)酸（TXA-NH3+），使復合Janus顆粒具有自通過氣泡自推進性能。此外，凝血酶的結合使這些顆粒具有出色的凝血能力。
Janus止血顆粒的表征
通過SEM、EDS、FTIR、XRD等多種表征方式證明了Janus MSS @ CaCO3T的成功合成， 并且Janus?顆粒中MSS和CaCO3部分的長寬比可以通過簡單改變MSS和CaCl2?-Na2CO3的摩爾比進行精確控制。
Janus止血顆粒的自推進性能
Janus止血顆粒的自推進能力由內部CaCO3和配位的質子化氨甲環(huán)酸提供動力。置于水中后，相比于MSST，Janus顆粒產(chǎn)生大量氣泡，并在水平方向迅速擴散。其自推進半徑在8 s內約為3.5 cm。使用光學顯微鏡可以看出水中氣泡在前8 s的產(chǎn)生，增長和脫離。研究人員解釋了其機理：當Janus顆粒與水接觸時，負載的碳酸氫鈉和質子化的氨甲環(huán)酸迅速溶解，引起中和反應，形成氣泡，氣泡隨著中和反應連續(xù)增長，然后從Janus顆粒上脫離，以達到恒定的顆粒水平速度，氣泡的分離提供了反方向的驅動力。
Janus顆粒在不同方向上對PBS和血液均表現(xiàn)出優(yōu)異的自推進能力，由于重力和浮力的作用，相比于水平方向，垂直方向的自推進能力更強。值得注意的是，Janus顆粒在流動血液中仍然可以自推進進入更深部位并止血。
Janus止血顆粒的體外止血能力
Janus止血顆?？梢栽?0秒左右凝結血液，這比純凝血酶所需的時間短，并且顯示出最高的血小板聚集數(shù)。
Janus止血顆粒的體內止血能力
使用肝和股動脈出血模型，相比于紗布，紗布/凝血酶和Celox止血材料，Janus止血顆粒對于肝動脈僅使用48秒，而對于股動脈也僅需要3.2分鐘左右即可凝結血液，并且顯示出最低的出血量和最高的存活率。
Janus止血顆粒的生物相容性和降解性
通過溶血分析和L929細胞細胞毒性測試，發(fā)現(xiàn)Janus止血顆粒在體外幾乎沒有溶血和引起細胞毒性。使用兔背部皮下肌肉生物降解模型，發(fā)現(xiàn)14天所有止血顆粒均已降解。
總結
在這項研究中，合成了具有自推進能力的基于CaCO3/微孔淀粉的Janus止血顆粒。結果表明，所制備的Janus止血顆?？梢酝ㄟ^氣泡分離機制自行對抗流動的血液，深入傷口部位，最終到達出血部位，并導致深部出血部位快速凝結血液。Janus止血顆粒表現(xiàn)出優(yōu)異的止血能力；在肝和股動脈出血模型中，它分別在約50s和3min止血成功。此外，Janus止血顆粒表現(xiàn)出良好的生物相容性和生物降解行?？傊?，Janus MSS @ CaCO3T作為控制穿孔和不規(guī)則出血的有效且安全的止血劑具有巨大潛力，有望在臨床外科手術中實際應用。
