颠覆百年来人类止血模式的新材料
沈臻懿
长期以来，外科手术都是通过结扎缝合、血管吻合等技术予以止血，以免伤者因为失血过多，且无法得到有效止血而死亡。但这类技术的操作机理以及自身特性，难免会给患者带来二次伤害的问题。于是，在长期努力与探索中，蛋白质类、壳聚糖类、海藻酸盐等止血修复材料相继问世。可惜这些止血材料或多或少仍存在不足，因而科学家们正努力探寻一种更为完美、操作简便、能够迅速粘连、迅速牢固的止血修复材料。近期，一种名为TA（Tough Adhesives）的新型止血修复材料问世，几乎完美地实现了前述各项要求。其不仅能够像“补胎”一般操作，非常简便地黏附在伤口上，且能以极高的强度进行迅速粘连并止血，改变了百余年来外科手术中的止血模式。
平时习惯于骑车的朋友在骑行时遇到的最为闹心的事，想必就是车胎被路面上的异物扎破。此时，如果能在路边找到一个修车铺，只需将车轮内胎取出，找到漏气部位后，使用补片和胶水修复，车胎便可充气如初。面对这一补胎修复方式，难免令人联想到医学手术领域，是否也有类似于“补胎”这样简便、有效且可靠的止血修复方式呢？
创伤与止血的博弈大战
现实社会的各种事故中，不少伤者便是因为大量失血且无法得到有效止血而导致死亡。可以说，出血是创伤发生后最为多见的一项临床表现，而出血失控则又是导致受伤人员在现场死亡的首要因素。因此，如何稳定受伤人员的伤情，并对其伤口、出血予以有效处理，进而为其后续诊疗创造更好条件，无疑是一场创伤与止血的博弈大战。
就医学发展，尤其是外科发展而言，其与临床止血技术更新之间一直存在着某种联系。外科手术过程中，从最为基础的人体组织、脏器的切开、伤口的缝合，再到血管的吻合，直至当前各类复杂的血管修复术等，止血技术的发展令人们一次次成功地挑战医学禁区，从容面对各项高难度手术。然而，外科在高速发展的今天，也遇到了自身突破的一大瓶颈。
从技术应用层面而言，传统结扎缝合、电刀电切、高频电凝、超声刀等止血技术，虽能有效对创口进行止血，但由于前述技术的操作机理以及自身特性，难免带来二次损伤的问题。就高频电刀而言，其是一种能够替代机械手术刀具来进行组织切割的专门外科器械，可通过电极尖端产生的高频高压电流，与患者肌体相接触后进行加热，从而对肌体组织予以凝固、分离，并实现切合与止血。但在止血过程中，高频电刀亦会对伤者肌体造成物理性损伤、电损伤以及热损伤等二次损伤。在某些情形下，这些损伤甚至比手术本身的损伤更为严重。
此外，对于技术操作者而言，一名杰出的外科专家，需要历经长时间的专业训练。但对于器官移植等疑难复杂手术而言，其留给血管阻断的时间极为有限，只能由经验丰富的外科专家予以完成。前述两者之间存在似乎有悖论，血管阻断的时间要求、止血技术的专业要求，反而在一定程度上限制了外科医师的专业训练。
止血修复材料的探索之路
在这场创伤与止血的博弈大战中，人们不禁会问，有没有一种更为便捷，且更为迅速、牢靠的止血技术和材料呢？为此，科学家们已进行了长期的努力与探索，并研发了各类止血修复材料。
壳聚糖
壳聚糖是一种广泛存在于海洋领域的天然碱性多糖，又名脱乙酰甲壳素。在相应条件作用下，壳聚糖可以发生硝化、磺化、氧化、酰基化、烷基化、卤化、还原、水解、络合等诸多化学反应，进而生成各类不同性质的壳聚糖衍生物。壳聚糖的前述特性，令其无论在食品加工、重金属处理，抑或农业生产等领域，都发挥着极为重要的作用。此外，这种纯天然高分子物质具有良好的可降解性以及生物相容性，使得科学家们意识到其在止血技术领域同样可以“施展拳脚”。 壳聚糖覆盖在创口之上并与从伤口的渗出液相接触后，能够利用自身携带的正电荷来吸引携带负电荷的红细胞，从而令红细胞得以快速聚集。此外，壳聚糖自身还具有一定的抑菌作用，可防止伤口被细菌感染，并加速创伤的愈合。就其抗菌机理而言，壳聚糖主要依赖于自身携带的正电荷穿过细菌、真菌的细胞壁，并吸附在带负电的细胞膜之上，从而通过改变细胞膜通透性的方式来破坏细菌、真菌的新陈代谢，进而实现抗菌、抑菌。简单来说，壳聚糖可促使血液中的红细胞聚集和血小板的黏附，来实现止血的目的。相较于普通纱布而言，利用壳聚糖为原料制成的止血敷料，其止血时间更短，且能有效减少伤口的失血量。
壳聚糖衍生材料
随着外科临床应用的不断发展，科学家们逐渐发现，对于广泛性出血创面的处理，单纯使用壳聚糖的止血效用相对较为有限。在此背景下，诸如壳聚糖复合材料、壳聚糖纳米纤维材料、改性壳聚糖、抗菌性壳聚糖等衍生材料也日益受到科学家们的关注。鉴于单纯性的壳聚糖在止血应用方面存在的局限性，科學家利用各类材料与壳聚糖的协同作用，制备出复合材料，从而增强壳聚糖的功能效用。譬如，利用羧甲基壳聚糖与明胶所制备形成的复合水凝胶，不仅能够提升创口的愈合速度，亦可降低肉芽组织形成，从而有效防止瘢痕形成。利用壳聚糖与明胶、硝酸银等制备形成的含纳米银的明胶-壳聚糖纳米纤维膜，对于绿脓杆菌和金黄色葡萄球菌都有着极为优良的抗菌性能。除了与其他材料复合外，科学家还对壳聚糖的理化性质进行了优化与改变。根据壳聚糖的凝胶性特点，科学家在其原有结构上进行了化学修改与改性，从而优化了壳聚糖的溶解能力，令改性后的壳聚糖止血材料能够在较短时间内即形成凝胶，从而对创伤进行封闭。这一方式相较于传统的手术缝合而言，在快速处理与诊疗效果方面无疑具有明显优势，更为适用于急性创伤的抢救与治疗。正如前文所言，壳聚糖自身具有抑制细菌、真菌活动的功效，但这仅限于酸性条件下。为了强化这一性能，科学家将蚕丝中的丝胶蛋白与壳聚糖复合制成纳米纤维，从而强化了其对枯草芽孢杆菌、大肠杆菌的抗菌效能。
蛋白质类物质
纤维蛋白胶、胶原蛋白等蛋白质类物质，同样可作为创伤救治中的止血材料。所谓纤维蛋白胶，即是由人或者哺乳动物的血浆所制备的纤维蛋白原与凝血酶的浓缩物所共同组成的一种物质。其止血的机理，系通过高浓度纤维蛋白原与凝血因子的作用，来模拟人体肌体的凝血阶段。同时，纤维蛋白胶能够在创面上黏附一层纤维蛋白膜，从而起到止血之效用。
同传统止血方法与材料相比，纤维蛋白胶不仅具有较高的止血效果，且在止血所需时间上明显缩短。不过，从纤维蛋白胶制备的原料来看，其无疑有着天然的短板问题。一方面，纤维蛋白胶来源于血液制品，存在原材料有限问题；另一方面，其在一定程度还可能存在安全性不高的问题。为了应对这一棘手问题，科学家们开发了同样具有止血功能的重組人纤维蛋白胶来替代前述纤维蛋白胶。除了纤维蛋白胶外，胶原蛋白同样是一种来源较广，且止血性能较好的可降解生物物质。从胶原蛋白的止血机理而言，系通过促进血小板的聚集来缩短血栓的形成时间，进而实现止血目标。诚然，胶原蛋白具有止血速度快、出血量少的特点，但单纯的胶原蛋白尚存在溶解速率快、力学性能差的缺陷。这也使得科学家在临床治疗中，往往需要将其与其他材料复合使用。
海藻酸
海藻酸与壳聚糖一样，同属于天然高分子化合物。其是由单糖醛酸线性聚合而成的多糖，在广袤的海洋环境中多有存在。诸如马尾藻、海带、巨藻、泡叶藻等海生性植物，都是海藻酸的主要来源。基于海藻酸自身的透氧性、生物相融性以及吸水性等特点，科学家以其为原料制成了医用海藻酸盐敷料。这一材料敷于创口之上后，可以有效吸收伤口渗出液，并在创伤表面形成网状凝胶层，从而为创口愈合提供良好环境。基于海藻酸的止血机理，科学家以其为原料制成了海藻酸钙海绵。该止血材料属多孔结构，可迅速吸收伤口渗出液，从而保证创口干燥，并防止渗出液污染到周围的健康组织。此外，多孔结构还有助于伤口与外界之间的透气，以利于伤口的愈合。为了进一步提升海藻酸盐的止血效能以及抑菌能力，科学家们也创造性地将抗菌药剂、凝血药剂、抗生素等物质与海藻酸盐进行复合，从而得到了各类更为高效的止血敷料。
“补胎”般止血修复的新材料诞生
科学探索的脚步永无止境，在止血修复新材料的探索上同样如此。即使是有了前述诸多止血材料，科学家们并未就此而感到满足。考虑到前述止血材料或多或少尚存在一些不足之处，科学家们仍在努力寻找一种更为完美、能够迅速粘连，且迅速牢固的止血修复材料。
近期，哈佛大学的一个研究团队宣布，其成功研制出了一种名为TA（Tough Adhesives）的新型止血材料。这一名称若翻译成中文，即是“强力黏合剂”之意。就如同车胎上的孔洞可以使用强力胶水进行黏合修复一样，“强力黏合剂”同样可以直接黏合于伤口之上。即使是心脏等重要脏器上的伤口、孔洞，都可以用“强力黏合剂”进行修补，从而实现迅速止血，又可保持高度的器官组织强度。TA（Tough Adhesives）的问世，不仅给了人们极大的惊喜，更改变了百余年来外科手术中的止血模式。
无论是传统的手术缝合，还是辅以各类止血敷料的外科血管修复，都需要以医疗专家的高超技术与长期经验为前提。但TA（Tough Adhesives）的出现，彻底打破了这一规律。TA（Tough Adhesives）的使用方法极为简便，只需将其对准伤口直接贴上即可。这一方式，就如同人们在遇到小面积磕碰或擦伤时，使用创可贴来进行包扎和止血一般。虽然只是简单的一项操作，但其背后却是以TA（Tough Adhesives）近乎完美的性能作为保障的。当TA（Tough Adhesives）黏附在伤口处后，其立即就会与伤口发生牢固结合，很难再能将其从伤口表面撕扯掉。即使是在满是血液的潮湿表面环境下，TA（Tough Adhesives）也能与伤口轻松粘连。无论是心脏、肝脏、肺脏，还是动脉、软骨、皮肤组织等，TA（Tough Adhesives）都可轻松予以粘连。更为神奇的是，这一新型止血修复材料的黏合作用，会随着黏合时间的增长而愈加牢固。此外，TA（Tough Adhesives）的延展性能相当惊人，即使将其拉伸至原有长度的十余倍，TA（Tough Adhesives）仍能确保在粘连处的牢固程度。当然，对于黏贴在脏器、组织之上的TA（Tough Adhesives）而言，其是作为一种异物的存在。但由于这一新型止血修复材料的细胞组织相容性极为优异，使得其在伤口处粘连后，伤者仅仅只会有轻度或者中度的炎症反应。
人们不禁会问，如此性能强悍且能“一黏止血”的TA（Tough Adhesives），其灵感究竟从何而来？令人倍感意外的是，其研制灵感竟然来自于令不少人略感恶心的鼻涕虫！
该研究团队表示，当前外科手术中涉及的一些传统胶水都存在不足与缺陷。譬如对于一种名为氰基丙烯酸酯聚合物的黏合剂成分而言，其虽然也具有较强的黏合能力，但其在含水的潮湿环境下会逐步发生分解，不仅会造成黏合强度的减弱直至消失，甚至还会分解形成甲醛等有毒物质。这就使得氰基丙烯酸酯聚合物在血管外科吻合技术中的应用带来了极大隐患，往往只能将其用作皮肤表面的黏合剂使用。该研究团队的科学家在研究时发现，大自然界中的不少生物都会产生黏液，譬如壁虎、蜗牛、贻贝等，都会通过分泌黏液来保证其牢固黏附。针对这一情况，该研究团队将探究的目光转向了神奇的大自然。经过研究，科学家们发现一种名为Arion subfuscus的鼻涕虫极为符合研究预期。这种鼻涕虫在遭遇威胁时，会迅速分泌出黏液。该黏液能够让其和岩石之间紧密粘连，捕食者几乎无法再将其从黏附的岩石表面剥离。此外，这类鼻涕虫具有极为良好的柔软性和延展性，可以极大程度拉伸自身的躯体。更为神奇的是，其分泌黏液，并将自身黏附于岩石之上的全过程，都是在潮湿环境下所完成的。发现了这一大自然的奇迹后，哈佛大学的这一研究团队迅速以Arion subfuscus鼻涕虫为蓝本，采用仿生学技术，制成了新型的双层水凝胶材料。该材料大量模拟了该类鼻涕虫黏液的双层藻酸盐-聚丙烯酰胺基质延展结构。基于这一发现与创新，科学家发明了这种全新的止血修复材料。