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背景介绍

不可控出血仍然是临床死亡的主要原因之一，尤其是在脆弱组织如器官等部位发生的非压缩性出血，占民用出血事件的30-40%，每年导致超过200万人死亡。创伤救治的有效性具有高度时间敏感性，“止血黄金窗口”要求止血材料能够快速控制出血。止血过程包括四个阶段：第一阶段通过血管收缩减少血流；第二阶段通过血小板粘附形成初步栓子；第三阶段通过生成坚固的纤维蛋白网形成永久性血凝块；第四阶段通过纤维蛋白溶解恢复稳态。传统止血材料如壳聚糖和纤维素水凝胶依赖粘附和物理压力介导止血，但其促凝活性有限，临床效果不理想。此外，感染伤口的处理还面临细菌生物膜形成和耐药性等挑战。因此，迫切需要开发能够靶向止血全过程、同时具有抗感染能力的先进止血材料。

研究思路

针对上述挑战，西北农林科技大学的涂琴教授、王进义教授和袁茂森教授团队开发了一种一步法制备的Janus冷冻凝胶（SMCP@MS）。该材料利用丝素蛋白在乙醇气氛中的构象转变和重力沉降，一步形成双层结构：含MXene和疏水改性丝素蛋白的黑色疏水层，以及交联的亲水性丝素蛋白白色多孔亲水层。碳化的蒲黄炭（CP）负载于介孔二氧化硅（MS）中，富集于疏水层。当SMCP@MS应用于出血伤口时，疏水层有效拦截血细胞，而血浆单向运输进入材料内部，实现血细胞与血浆的分离，促进血小板粘附和血栓形成（第二阶段止血）；冷冻凝胶的高吸收性（238.65%）持续富集血液成分，形成稳定的纤维蛋白网络（第三阶段止血）；CP释放促进血管收缩（第一阶段止血）。在感染伤口模型中，SMCP@MS在NIR照射下通过MXene的光热效应破坏金黄色葡萄球菌生物膜，抑制细菌生长。动物实验证实SMCP@MS在尾部截肢、肝脏出血和股动脉出血模型中均表现出优异的止血效果，并显著加速感染伤口愈合。相关内容以One-step Prepared Janus Cryogel Enables the Separation of Blood Cells and Plasma for Whole-process Hemostasis and Accelerated Infected Wound Healing为题，发表在Biomaterials！

图片解析

图1. SMCP@MS冷冻凝胶的制备与表征： (a) SMCP@MS冷冻凝胶的制备流程示意图。(b) 介孔二氧化硅（MS）纳米颗粒的TEM图像。(c) MS的N₂吸附-脱附等温线。(d) MS的孔径分布曲线。(e) 不同CP:MS投料比下CP@MS的Zeta电位。(f-h) SF、SM和SMCP@MS冷冻凝胶的FT-IR光谱、XRD图谱和XPS全谱。(i-m) SMCP@MS冷冻凝胶的高分辨C 1s、N 1s、O 1s、Ti 2p和Si 2p XPS光谱。(n) SF、SM和SMCP@MS冷冻凝胶的SEM图像（红色：疏水层，蓝色：亲水层）。(o) SMCP@MS冷冻凝胶的元素面分布图（C、N、O、S、F、Ti、Si）。

图2. Janus冷冻凝胶的润湿性和液体吸收性能： (a,b) 不同戊二醛浓度下SMCP@MS冷冻凝胶MXene侧和SF侧的接触角。(c) 通过SMCP@MS疏水侧的墨水吸收测试。(d,e) 吸收过程中疏水侧保持界面干燥能力的验证（疏水侧朝下和亲水侧朝下）。(f) SMCP@MS疏水侧自发连续吸收墨水的能力。(g) 染料浸泡实验证实SMCP@MS疏水侧的持久疏水性。(h) 疏水层朝下的对照实验。(i) SMCP@MS单向液体传输机制示意图。

图3. 冷冻凝胶的物理性质、载药/释放性能和光热特性： (a) 不同戊二醛含量下SMCP@MS气凝胶不同侧的接触角。(b) SF和SMCP@MS冷冻凝胶在水中的漂浮行为。(c) 冷冻凝胶和常规水凝胶的密度。(d) SMCP@MS冷冻凝胶放在花瓣上的照片。(e) 不同冷冻凝胶SF侧的孔隙率。(f) 冷冻凝胶在12小时和24小时的水蒸气透过率。(g) 2分钟内冷冻凝胶吸水率变化。(h) 平衡后冷冻凝胶的吸水率。(i) 20分钟内冷冻凝胶保水率变化。(j) 平衡后冷冻凝胶的保水能力。(k,o) 吸水平衡和水损失平衡时冷冻凝胶的照片。(l,m) 不同CP/MS投料比下CP@MS的包封率和载药效率。(n) CP@MS和SMCP@MS冷冻凝胶的药物释放曲线。(p) NIR照射下不同材料的光热升温曲线。(q) 不同NIR功率密度下SMCP@MS的温度变化。(r) SMCP@MS四个循环的光热稳定性测试。

图4. SMCP@MS冷冻凝胶的抗菌性能和生物膜破坏机制： (a) SMCP@MS对不同细菌在不同NIR照射时间下的抗菌效果。(b-e) 不同处理后细菌悬浮液的OD值。(f-g) 不同处理后四种细菌的琼脂平板实验结果（无NIR照射和5分钟NIR照射）。(h-j) 图f和g的相应定量结果。(l) 不同冷冻凝胶处理（5分钟NIR照射）后细菌生物膜的结晶紫染色实验。(m-p) P. aeruginosa、MRSA、S. aureus和E. coli生物膜OD值的定量分析。(q) 光热抗菌和生物膜破坏机制示意图。

图5. SMCP@MS冷冻凝胶的细胞相容性和促细胞迁移性能： (a,e) 不同浓度冷冻凝胶提取物处理后NIH/3T3细胞和HUVECs的FDA染色图像。(b,f) 图a和e中荧光强度的定量分析。(c,g) 不同冷冻凝胶处理后NIH/3T3细胞和HUVECs的划痕实验图像。(d,h) 图c和g中细胞迁移率的定量分析。黄色表示未被细胞覆盖的区域。

图6. 冷冻凝胶的血液相容性和止血机制： (a) 不同材料与兔全血共培养后的溶血测试照片。(b) 各种材料的溶血率。(c) 不同材料凝血时间的统计分析。(d) 血凝指数测试程序示意图。(e) BCI测试过程中不同时间点洗脱液的照片。(f) 各种材料的BCI值。(g) SMCP@MS双层冷冻凝胶与兔全血接触时的润湿行为照片。(h) MXene基疏水侧上血细胞分布的SEM图像。(i) 不同层上的血细胞吸附现象（红色：血细胞，紫色：疏水层，黄色：亲水层）。(j) 不同材料与兔全血共培养30分钟后的SEM图像。(k) SMCP@MS冷冻凝胶的止血机制示意图。

图7. 冷冻凝胶的体内止血性能： (a,c,e) 大鼠尾部截肢、肝脏出血和股动脉出血模型的实验程序示意图。(b,d,f) 这三种模型止血前后的照片。(g,i,k) 这三种模型中失血量的定量分析。(h,j,l) 这三种模型中止血时间的统计分析。

图8. SMCP@MS冷冻凝胶在感染伤口模型中的抗菌和促伤口愈合性能： (a) S. aureus感染伤口模型实验程序示意图（n=6）。(b) NIR照射下不同材料在小鼠伤口上的热像图。(c) 各种材料在伤口部位温升的定量分析。(d) 不同治疗组伤口愈合过程照片。(e) 伤口闭合轨迹。(f) 图d中伤口愈合率的定量分析。(g) 伤口愈合期间小鼠体重变化。(h) 第3天至第7天小鼠五项指标评估：伤口温度、食欲评分、被毛评分、活动度评分和脓肿面积比。(i) 第3天和第7天不同治疗组伤口表面在TSB-琼脂平板上形成的细菌菌落照片。(j) 图i中细菌存活率的定量分析。

图9. 不同治疗组感染伤口愈合过程的组织学分析： (a) 第3天和第7天不同治疗组伤口组织的Giemsa染色图像。(b,c) 第7天和第12天伤口组织的H&E和Masson三色染色图像。(d) 图a中各组伤口细菌数量的定量分析。(e) 图b中炎症区域炎症细胞数量的统计分析。(f) 图b中各组的表皮厚度比较。(g) 图b中各组真皮间隙的测量结果。(h) 图c中各组胶原沉积面积的定量分析。

图10. 不同治疗组的免疫组织化学分析和生物安全性评估： (a) 第12天各组小鼠的肝功能和肾功能血液生化指标（ALT、ALP、ALB、TBIL、UA、CREA）。(b-d) 第12天各组小鼠伤口组织中TNF-α、IL-1β和IL-10的免疫组织化学图像。(e-g) 不同处理后免疫组化阳性细胞的定量分析：TNF-α (e)、IL-1β (f)和IL-10 (g)。

结论

本研究成功开发了一种新型Janus冷冻凝胶SMCP@MS，通过一步沉降法制备，具有双层结构：疏水层有效拦截血细胞，高吸收性亲水多孔层吸收血浆，实现血细胞与血浆的分离，从而快速富集血细胞于伤口界面，显著加速血凝块形成。CP的释放促进血管收缩，进一步增强止血效果。动物实验证实SMCP@MS不仅在常规止血中有效，还能处理非压缩性和动脉出血。此外，疏水界面减少了血凝块粘附，降低了移除时二次出血的风险。在NIR照射下，SMCP@MS通过光热效应破坏S. aureus生物膜并抑制细菌生长，促进从炎症期向组织再生期的早期转变，增强再上皮化和胶原沉积，防止瘢痕形成，加速伤口闭合。该研究为处理伴有细菌感染的出血伤口提供了一种全面的治疗策略。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2026.124309