實驗目的

1. 開發新型止血材料：制備一種雙組分納米和微纖維氣凝膠（NMA），結合聚乳酸（PLA）納米纖維和聚己內酯（PCL）微纖維，通過優化其機械性能和孔隙結構，實現對深部交界性出血的高效控制。

2. 性能驗證：通過體外和體內實驗，驗證NMA的快速形狀恢復能力、高血液吸收率、凝血效率及機械穩定性，并與市售產品（XStat®和QuikClot® Combat Gauze）進行對比。

3. 動物模型驗證：在豬的致死性及交界性出血模型中評估NMA的即時止血效果、生存率及無再出血特性。

實驗步驟

1. 氣凝膠制備

• 納米纖維（PLA）制備：

  • 靜電紡絲：將PLA溶解于二氯甲烷（DCM）和N,N-二甲基甲酰胺（DMF）混合溶液中，加入Pluronic F-127增強親水性，通過靜電紡絲（電壓15–18 kV，流速0.6–0.9 mL/h）生成納米纖維膜。

  • 等離子處理與冷凍切割：納米纖維膜經空氣等離子清洗機Harrick PDC-001-HP處理后，使用冷凍切片機切割成短纖維（長度60       μm、30 μm、20 μm）。

• 微纖維（PCL）制備：

  • 濕法紡絲：將PCL溶液通過3D打印多針頭擠出至乙醇凝固浴中，形成微纖維束。

  • 切割與分散：微纖維經液氮冷凍切割后分散于水中。

• 氣凝膠組裝：

  • 將PLA納米纖維和PCL微纖維按50:50重量比混合，加入1%明膠顆粒，均質化后注入圓柱形模具，冷凍干燥（-80°C，12小時）。

  • 交聯處理：使用2.5%戊二醛蒸汽交聯6–18小時以增強穩定性。

2. 物理表征

• 形貌分析：

  • SEM（FEI Quanta 200）：觀察氣凝膠表面和截面的纖維交織結構與孔隙分布。

  • Micro-CT（Bruker SkyScan 1276）：三維重建氣凝膠孔隙結構，分析開放孔與閉合孔比例。

• 機械性能測試：

  • 壓縮測試（Instron 5640萬能試驗機）：評估氣凝膠在不同應變（20%–90%）下的壓縮力、彈性模量及循環壓縮耐久性。

  • 流體動力學模擬（ANSYS 2024）：分析NMA和XStat®的血液流動分布及壁面剪切應力。

3. 體外止血性能評估

• 血液吸收測試：測量氣凝膠在接觸血液后的吸收速率和容量，并與XStat®對比。

• 凝血實驗：

  • 凝血指數（BCI）：通過分光光度計（Multiscan™ FC）測定凝血效率。

  • 血小板和紅細胞黏附：SEM觀察血細胞在氣凝膠表面的聚集與活化狀態。

• 凝血途徑分析：測定凝血酶原時間（PT）和活化部分凝血活酶時間（aPTT）。

4. 體內動物實驗

• 豬模型建立：

  • 手術步驟：對約克夏豬（體重41 kg，n=5）行脾切除術、膀胱造瘺術，并橫斷右股動靜脈模擬致死性出血。

  • 分組處理：對照組（無治療）、XStat®組、QuikClot®組、NMA組。

• 止血效果評估：

  • 生存率與出血量：記錄180分鐘內生存率及術后出血量。

  • 血流動力學監測：監測平均動脈壓（MAP）、心率、血氣分析等指標。

關鍵結論

NMA在豬模型中實現了100%生存率、即時止血（5秒內形狀恢復）及無再出血，其機械性能（韌性2061 KJ/m³）和血液吸收速率顯著優于市售產品，為戰場和緊急醫療中的深部出血控制提供了創新解決方案。

論文引用doi.org/10.1038/s41467-025-57836-0

Harrick等離子清洗機

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