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針對上述問題，來自溫州醫(yī)科大學潘景業(yè)教授研究團隊之前開發(fā)了一種碳化纖維素氣凝膠在體外和體內都表現(xiàn)出優(yōu)異的血液吸收和凝血能力?，F(xiàn)在旨在進一步開發(fā)一種CNT增強碳化纖維素 - 明膠氣凝膠，檢測它們的親水性、機械性能、凝血和止血能力以及近紅外照射反應，并探索它們在體內不受控制的大出血和傷口愈合中的作用。該文章于2025年4月14日以“Carbon Nanotube Reinforced Carbonized Cellulose Aerogels for Enhanced Hemostasis and Accelerated Skin Wound Healing”為題發(fā)表于《Advanced Functional Materials》（DOI：10.1002/adfm.202417798）。

（1）碳化纖維素/明膠/CNT復合氣凝膠的制備與表征

首先，將明膠溶液與碳化蘑菇混合，制備碳化纖維素/明膠復合物（圖1A），再等比例加入胺化和羧化碳納米管（CNT）。隨后加入等體積京尼平溶液，于37°C交聯(lián)24小時（圖S1A）。共制備含0、0.375、0.75、1.5 wt%CNT的復合水凝膠，冷凍干燥后得復合氣凝膠。SEM圖像顯示，隨著CNT含量增加，氣凝膠孔徑減小，平均孔徑依次為175.4、151.1、113.9 和87.2 μm（圖1B、C）。接觸角測試顯示，CNT提高了氣凝膠的親水性，接觸角分別為82.8°、79.5°、73.2°和67.9°（圖1E），均低于明膠海綿。Zeta電位也顯著降低，分別為?40.5、?35.1、?35.6 和 ?36.0 mV，而明膠海綿僅為?2.54 mV（圖1F）。

圖1 碳納米管增強碳化纖維素氣凝膠的制備與表征。（A）復合氣凝膠合成工藝示意圖；（B）SEM圖像分別顯示CNT濃度為0、0.375、0.75和1.5 wt%的復合氣凝膠的多孔結構；（C）復合氣凝膠的平均孔徑；（D）與明膠海綿對照相比，不同CNT濃度的復合氣凝膠的接觸角圖像；（E）不同CNT濃度的復合氣凝膠的接觸角量化；（F）不同CNT濃度的復合氣凝膠和明膠海綿的Zeta電位測量。n=3個獨立樣本。*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001，****p<0.0001

（2）復合氣凝膠的力學性能及溶脹性能

優(yōu)異的壓縮性能可增強止血鉗和壓迫裝置的支撐效果。實驗表明，添加CNT顯著提升了氣凝膠的機械強度（圖2A-C），其楊氏模量由0 wt%CNT的3.08 MPa增至1.5 wt%的13.11 MPa（圖2C）。此外，復合氣凝膠在吸水和吸血后均表現(xiàn)出良好的壓縮性和形狀恢復性，適用于填塞深部傷口（圖2D）。吸收性能方面，含0至1.5 wt%CNT的氣凝膠吸水量由9.14 g/g增至10.54 g/g，吸血量由8.07 g/g增至9.23 g/g（圖2E-F）。所有樣品在吸水后幾乎100%恢復形狀，吸血后恢復率超過90%（圖2G）。

圖2 碳納米管增強碳化纖維素氣凝膠的機械性能和溶脹性能。（A）復合氣凝膠壓縮試驗程序示意圖；（B）分別含有0、0.375、0.75和1.5 wt% CNT的復合氣凝膠的壓縮曲線；（C）四種復合氣凝膠的楊氏模量；（D）顯示在水和血液中壓縮前后復合氣凝膠形狀恢復的照片；（E）復合氣凝膠的最大水吸收能力；（F）復合氣凝膠的最大血液吸收能力；（G）不同CNT含量的復合氣凝膠吸收水或血液后的形狀恢復率。n=3個獨立樣本。*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001，****p<0.0001

（3）復合氣凝膠的生物相容性

高生物相容性是止血材料應用的基礎?；?死染色和細胞增殖實驗表明，復合氣凝膠對L929細胞無明顯毒性，存活率始終高于80%（圖3A-B）。血液安全性測試顯示，除1.5 wt%CNT在2500 μg/mL濃度下溶血率略超5%，其余樣品均符合標準（圖3C-D）。此外，0.75 wt%CNT氣凝膠與HSF細胞共培養(yǎng)時促進細胞增殖。因此，出于生物安全考慮，后續(xù)實驗中不再使用1.5 wt% CNT氣凝膠。

圖3 碳納米管增強碳化纖維素氣凝膠的體外生物相容性。（A）L929細胞與四種復合氣凝膠提取物共孵育第1天和第3天的活/死染色圖像；（B）用不同復合氣凝膠提取物處理1、3和7天后的L929細胞活力；（C）在625、1250和2500 μg mL?1濃度下測試了含有0、0.375、0.75和1.5 wt% CNT的復合氣凝膠的溶血試驗結果；（D）溶血試驗的定量分析。n=3個獨立樣本

（4）體外止血特性

通過凝血指數(shù)（BCI%）評估復合氣凝膠的止血性能。與紗布和明膠海綿相比，復合氣凝膠形成的凝塊更牢固，表現(xiàn)為更低的BCI值，且隨時間降低，0.75 wt%CNT組效果最顯著（圖4A-B）。紅細胞和血小板粘附實驗表明，氣凝膠顯著優(yōu)于對照組，0.75 wt%CNT樣品表現(xiàn)最佳（圖4C-E、圖S4）。SEM結果顯示，氣凝膠表面附有大量紅細胞和纖維蛋白，而紗布和明膠海綿僅少量附著（圖4D）。CD62p表達水平也在0.75 wt%CNT組達到最高，表明其強血小板活化能力。此外，APTT結果顯示復合氣凝膠可通過激活內源性凝血途徑加速止血。

圖4 碳納米管增強碳化纖維素氣凝膠的體外止血能力。（A）凝血實驗比較了含有0、0.375和0.75 wt% CNT的三種復合氣凝膠，在1、2、3、4和5分鐘時進行體外測試，紗布和明膠海綿作為對照；（B）紗布、明膠海綿和三種復合氣凝膠在不同時間點的血液凝固指數(shù)（BCI, %）（n=3）；（C）紗布、明膠海綿和復合氣凝膠上粘附的紅細胞（RBC）百分比（n=3）；（D）SEM圖像顯示紅細胞粘附在不同CNT濃度的紗布、明膠海綿和復合氣凝膠表面；（E）SEM圖像描繪了不同復合氣凝膠、紗布和明膠海綿表面的血小板活化和粘附。**p<0.01，***p<0.001，****p<0.0001

（5）體內止血能力

鑒于0.75 wt%CNT復合氣凝膠在體外性能最佳，選其用于進一步動物實驗。斷尾和肝穿孔模型顯示，該氣凝膠顯著減少失血量（斷尾：0.40?g，肝穿孔：0.16?g）并加快止血時間（斷尾：135?s，肝穿孔：94?s），均優(yōu)于紗布和明膠海綿（圖5A-H）。與其他材料比較，本氣凝膠止血時間快于XStat（約240?s）和明膠海綿（158?s），接近Zhao等的CNT水凝膠（85?s），雖略慢于Huang等的冷凍凝膠（62?s），但具備不產熱、避免組織燒傷的安全優(yōu)勢。

圖5 碳納米管增強碳化纖維素氣凝膠在大鼠體內的止血能力。（A）示意圖和（B）照片顯示紗布、明膠海綿和0.75 wt% CNT復合氣凝膠在大鼠尾部截肢出血模型中的止血性能；（C）定量分析同一模型中紗布、明膠海綿和0.75 wt% CNT復合氣凝膠的總失血量和（D）止血時間；（E）照片顯示紗布、明膠海綿和0.75 wt% CNT復合氣凝膠在大鼠肝穿孔出血模型中的止血效果和（F）止血效果的對比；（G）定量分析大鼠肝穿孔出血實驗中的總失血量和（H）止血時間。每組3只大鼠。**p<0.01，***p<0.001，****p<0.0001

（6）光熱特性增強體外血液凝固

在1?W/cm2、808?nm近紅外（NIR）激光照射下，復合氣凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的光熱性能。0.75 wt% CNT 氣凝膠在10分鐘內溫度升高至60.6°C，三次加熱循環(huán)后仍表現(xiàn)出穩(wěn)定的光熱轉換性能（圖6A-B）。借助光熱效應，其可模擬美軍QuikClot材料，通過局部升溫促進血液凝固。實驗中，將氣凝膠與抗凝全血和CaCl?混合后接受NIR照射。結果顯示，0.75 wt% CNT組的凝血時間從163.3?s降至126.7?s，顯著快于明膠海綿組（圖6C-E）。NIR對對照組和明膠海綿無明顯影響。進一步的力學測試表明，輻照增強了凝血后氣凝膠的強度（圖6F-I），證實NIR輻射不僅加速凝血，還提高血凝塊穩(wěn)定性。

圖6 復合氣凝膠的光熱特性可增強體外血液凝固。（A）0、0.375和0.75 wt% CNT復合氣凝膠在NIR輻照（時間間隔為0、2、4、6、8和10分鐘）后的光熱圖像；（B）復合氣凝膠在三個NIR輻照周期中的升溫-冷卻曲線；（C）示意圖說明NIR輻照復合氣凝膠如何促進血液凝固；（D）明膠海綿、0.75 wt% CNT復合氣凝膠和NIR輻照0.75 wt% CNT復合氣凝膠的血液凝固性能，（E）相應凝固時間，以新鮮抗凝全血作為對照；（F）凝固后氣凝膠的壓縮曲線，（G）拉伸曲線，（H）壓縮楊氏模量，（I）拉伸楊氏模量的定量分析。n=3個獨立樣本。**p<0.01，****p<0.0001

（7）體內傷口愈合

采用小鼠皮膚傷口模型評估了0.75 wt% CNT復合氣凝膠的愈合能力。結果顯示，其愈合速度顯著快于對照組，與臨床對照材料PELNAC相當（圖7A-B），且14天后傷口面積最小。HE染色顯示，復合氣凝膠組在第7天已有明顯再上皮化，14天幾乎完全愈合，并出現(xiàn)更多再生毛囊，表明愈合質量較高（圖7C）。Masson染色進一步顯示膠原沉積和血管生成增加（圖7D）。免疫染色分析表明，氣凝膠組可抑制促炎性M1巨噬細胞（CCR7）表達，同時增強促修復的M2型（CD206）表達，有利于組織再生（圖S8）。

圖7 體內傷口愈合。（A）對照組、PELNAC組和0.75% CNT復合氣凝膠組在第3、7和14天的傷口愈合進展；（B）對照組、PELNAC組和0.75% CNT復合氣凝膠組在每個時間點的傷口愈合面積量化（n=6）；（C）治療7天和14天后整個傷口部位的H&E染色圖像；（D）Masson三色染色顯示治療7天和14天后對照組、PELNAC組和0.75% CNT復合氣凝膠組傷口中的膠原沉積。統(tǒng)計學意義表示為**p<0.01、***p<0.001、****p<0.0001

（8）體內血液灌注測試

為評估復合氣凝膠的促血管生成作用，開展皮下植入實驗。將含有0.75 wt% CNT的復合氣凝膠植入小鼠體內，并每天接受5分鐘NIR輻射（圖8A-C）。一周后，激光散斑成像顯示，NIR照射組血液灌注明顯增強（圖8D-G），定量數(shù)據(jù)顯示其灌注量為（145.3 ± 18.60）PU，顯著高于未照射組的（73.08 ± 8.30）PU（圖8H）。三色染色進一步證實，NIR輻射顯著促進新生血管形成（圖S9）。

圖8 復合氣凝膠光熱效應對血管生成的影響。（A）示意圖顯示在小鼠皮下植入模型中復合氣凝膠在NIR照射下的光熱效應；（B）復合氣凝膠在NIR照射后的光熱圖像和（C）相應的溫度變化；（D）皮下植入7天后0.75% CNT復合氣凝膠的代表性激光散斑圖像和（E）血液灌注測量（10秒內）；（F）皮下植入7天后經NIR照射的0.75% CNT復合氣凝膠的代表性激光散斑圖像和（G）血液灌注；（H）有或沒有NIR照射的0.75% CNT復合氣凝膠的平均灌注量（PU）的定量分析（n=6）。****p<0.0001