客戶文獻 | 基于甲蟲脈沖噴射仿生結(jié)構(gòu)的微納米止血材料研究

　　西南大學研究團隊在國際有名期刊《Research》上發(fā)表了一項重要研究成果。該研究受bombardier甲蟲脈沖噴射機制啟發(fā)，設(shè)計了一種具有定向微通道的形狀記憶氣凝膠，通過微焦點CT成像系統(tǒng)及多尺度實驗，系統(tǒng)研究了其止血性能及作用機制。這項研究的第一作者為盧必濤老師。
 

       
      研究摘要

 

　　針對嚴重出血傷口止血難題，受bombardier甲蟲噴射防御機制啟發(fā)，設(shè)計了一種脈沖噴射仿生氣凝膠。該結(jié)構(gòu)通過定向冷凍鑄造構(gòu)建具有平行微通道的絲素納米纖維/殼聚糖氣凝膠，負載CaCO?與氨甲環(huán)酸(TXA-NH??)作為“內(nèi)置引擎”，利用血液觸發(fā)的CO?微泡脈沖噴射增強藥物滲透。結(jié)合形狀記憶特性與物理屏障作用，氣凝膠接觸血液后快速膨脹密封傷口，同時通過氣體動力加速止血劑擴散。借助微焦點CT（AX-2000CT）對氣凝膠進行無損三維斷層掃描，清晰呈現(xiàn)了仿生微通道的平行陣列結(jié)構(gòu)(寬度15-35μm)及整體蜂窩狀多孔形態(tài)(孔隙率52%)，為微通道結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效性及后續(xù)性能分析提供了關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)支撐。通過理論模型、高速攝像及動物實驗驗證，最佳參數(shù)下藥物釋放率60秒內(nèi)超過50%，在豬股動脈大出血模型中止血時間僅3.5分鐘。研究為深部復雜傷口止血提供了新思路，展示了仿生結(jié)構(gòu)在緊急醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
 

　   性能測試方法
 

　　體外表征：掃描電鏡(SEM)觀察微通道結(jié)構(gòu)，微焦點CT（AX-2000CT）分析孔隙率及3D結(jié)構(gòu)，接觸角測量儀評估親水性。
 

　   取材與研究方法
 

　　微通道結(jié)構(gòu)分析
 

　　CT成像顯示，氣凝膠具有蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)(孔隙率52%)，平行微通道寬度15-35μm，內(nèi)壁絲素納米纖維形成交織網(wǎng)絡(luò)，顯著提升液體吸收速度(1.5×10?³m/s)。負載的CaCO?/TXA-NH??均勻分布于微通道，明膠帽覆蓋率>80%，確保氣體高效積累。
 

　　（C）GCSF-3/CT的縱向截面（粉色偽彩色代表碳酸鈣（CaCO?），藍色偽彩色代表氨甲環(huán)酸銨（TXA-NH??））以及相應(yīng)的元素分布圖像。（D）GCSF-3/CT的俯視圖和仰視圖。（E）GCSF-3/CT的顯微計算機斷層掃描（Micro-CT）圖像。
 

(B)展示GCSF-3/CT在高幀率下水觸發(fā)的快速噴射現(xiàn)象的圖像。
 

　　研究結(jié)論
 

　　嚴重出血傷口的充分止血非常具有挑戰(zhàn)，本研究制備的仿生氣凝膠接觸水/血液后可快速膨脹壓迫傷口，并通過微泡動力加速有效載荷擴散，60秒內(nèi)藥物釋放率超50%，在4種出血模型(含豬股動脈大出血)中表現(xiàn)出優(yōu)于現(xiàn)有材料的止血效果，且生物相容性良好。微焦點CT（AX-2000CT）在研究中扮演了關(guān)鍵角色：通過無損三維斷層掃描，精準表征了氣凝膠的微通道結(jié)構(gòu)、孔隙率及3D形態(tài)，為驗證仿生設(shè)計的有效性、解析結(jié)構(gòu)與止血性能的關(guān)聯(lián)提供了直接證據(jù)，也為材料優(yōu)化提供了量化依據(jù)。
 

　  原始文獻
 

[1]LuB,HuE,DingW,etal.BioinspiredHemostaticStrategyviaPulseEjectionsforSevereBleedingWounds[J].Research,2023,6:Article0150.DOI:10.34133/research.0150
 

　　論文應(yīng)用設(shè)備
 

　　本研究中所使用的MicroCT設(shè)備是由奧影研發(fā)生產(chǎn)的高精度微納米CT成像系統(tǒng)——AX-2000CT。該系統(tǒng)專為生物醫(yī)學與材料科學研究設(shè)計，兼具高精度成像、快速掃描效率、經(jīng)濟性成本及多元化應(yīng)用場景，可對仿生氣凝膠、納米纖維支架、生物復合材料、小型金屬構(gòu)件、地質(zhì)巖芯等多種樣本進行無損三維斷層掃描，為仿生結(jié)構(gòu)分析與性能優(yōu)化提供了關(guān)鍵無損數(shù)字成像技術(shù)支撐。