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黑科技止血內里有玄機 浙大研發成功"補心膠水"

2019年5月24日 9:31來源:浙江在線

吉林快三微信群2019 www.pcptto.com.cn   出血——任何時候,這都是一件需要人打起十二分精神去嚴肅處理的事情,很多情況下還需要充分的勇氣和技巧。

  在各種意外事故的現場,因為缺少有效的緊急止血手段,許多生命在等待救援的過程中逝去了。在手術室,醫護人員每天都耗費巨大時間精力來幫助患者止血。在現代化的戰場上,各國軍隊對新型止血技術的需求與日俱增,以最大限度保存有生力量……

  高效止血,這個與生命緊密相關的科學問題吸引了許多科研人員的目光,催生出一系列創新成果。

  近一個月內,國際著名期刊《自然通訊》先后發表了來自浙江大學的兩項成果,為高效止血提供了全新的方法。

  緊急時刻 “止血T恤”能救命

  走進浙大化學系范杰教授實驗室,記者看到了他們新發明的“緊急止血救生衣”。穿在身上,就是一件普通的白色T恤。但它的材料藏著玄機——沸石-棉纖維復合物。關鍵時刻,把這件T恤脫下來、壓在傷口上,能止住噴流的動脈血,為搶救生命贏得時間。

  大動脈出血十分兇險,每年奪去190萬人的生命。出血時,人體會自動啟動一套凝血機制,但人體的生化反應緩慢而溫和,像動脈出血如此劇烈的情況,緩慢的凝血進程是微不足道的。包扎、按壓等傳統急救手段也顯單薄,許多大出血患者在等待救援的過程中離開了人世。

  相比之下,范杰團隊的新發明有神奇的威力。在電子顯微鏡下,看似普通的純棉T恤顯露了它與眾不同的樣貌:一根根棉纖維上附著有許多小圓球,直徑在5微米左右?!罷廡睬頡欠惺帕?,它們和棉纖維共同形成的復合材料,能夠快速止住血流?!狽督芩?。

  沸石擁有獨特的孔穴和通道密布的微觀結構,是一種長期被用作分子篩的礦物,浙江就儲藏有大量沸石。20世紀80年代,一個偶然的機會讓美國科學家赫希(F.Hursey)發現了沸石具有止血作用。一天,他在剃須時不小心劃破了臉,這時手邊正好有一個用來做氣體分離實驗的沸石制品,他拿過來附在傷口上,發現血很快止住了。美國由此研發出一種沸石緊急止血劑,把顆粒狀的沸石用在傷口上,3分鐘左右就能控制住像主動脈流血這樣的緊急情況。2003年起,裝著沸石顆粒的“止血包”已成為美國部隊隨身標配。但這還遠不是完美的止血劑。一個比較嚴重的問題是,沸石吸水會產生大量的熱,熱量會導致傷口溫度上升,造成灼傷,影響傷口愈合。

  范杰對沸石進行了全面升級和改造,實現了兩項關鍵突破。

  一是弄清沸石能迅速止血的分子機制,指出沸石止血不是簡單的物理吸附現象,而是發生了化學反應。人體內通常情況下十幾秒內就會失去活性的凝血酶,在被沸石孔道中的鈣離子“固定”于表面后,活性可以持續幾十個月?!罷庖環⑾紙沂玖宋藁錆陀謝鎦瀋衿嫻南嗷プ饔??!狽督芩?,課題組由此制備了一種鈣-沸石材料,把沸石凝血進程從120秒縮短至12秒,使之具備了緊急止血的能力。

  第二個突破是將沸石材料成功地 “長”到棉纖維上,沸石晶體緊緊地“抓”住棉纖維表面,不受水洗水沖的影響,即便用超聲波也“振”不下來,這就讓生產緊急止血毛巾或救生衣成為可能。

  在一場代表前沿水平的止血PK中,使用美軍戰斗紗布的傷口在按壓10分鐘后,仍然流血不止;而使用沸石-棉纖維復合紗布的傷口,按壓5分鐘后就已經成功止血,創面不再有鮮血流出。外科醫生縫合皮膚創口后兩小時觀察,頸動脈血流正常。

  “即使赤手空拳,也能進行救援?!狽督莧銜饈竊呵凹本饒芊癯曬Φ墓丶?。很多大出血發生都非常突然、很意外的情況下,這時人們往往身邊沒有準備額外的止血工具和材料。在科學家看來,把沸石“穿”在身上才是最保險的,才能使隨時隨地的救援成為可能。

  范杰介紹,緊急止血救生衣將于今年8月問世。利用這種方法,還可以制造止血毛巾等多種產品,成為戶外、極限、賽車等特殊運動人群的裝備,也可以作為汽車急救裝備,在各種交通意外發生時發揮作用。

  “心碎”時分 “神奇膠水”來修復

  前不久,浙大醫學院歐陽宏偉教授深夜11時收到一條短信:“歐陽兄,盼望您的神藥,今天手術,止血到現在?!?/P>

  這是上海兒童醫學中心心胸外科大夫陳會文發來的,一臺小兒心臟手術持續超過7個小時,止血就耗費了醫護人員整整4小時,過程非常煎熬。

  陳醫生盼望的“神藥”,是歐陽宏偉團隊日前發明的一種新型水凝膠,能夠有力黏附于濕潤器官組織表面,在光的控制下迅速成膠,快速修補動脈、心臟等創口,并耐受住血液流動或心臟收縮時產生的壓力。

  神奇“膠水”目前已在豬等大型動物上證實了有效性。中科院院士劉昌盛認為,這一研究完美地解決了醫用組織膠水在動態、濕性、大出血組織截面處的止血和封閉問題,并且操作便捷,轉化推廣前景看好。

  “如果能設計出一種‘膠水’,讓醫生告別縫線,傷口極速愈合,出血帶來的風險就會大大降低?!?年前,歐陽宏偉開始了一項“閱讀天書”計劃。他說,人體就是一本豐富而精妙的材料學“天書”,蘊含著許多生物材料的設計思路。

  補心“膠水”正是“天書”給研究人員最初的提示?!拔頤塹鈉し?、肌腱、軟骨等都可以看做是不同成分和配比的水凝膠?!迸費艉晡叭銜?,可以模仿細胞外基質來做一種具有修復功能的水凝膠。其中最大的挑戰在于界面,它要修補的界面是濕的。

  濕,是普通膠水的“克星”。我們都有在墻上粘一個不干膠掛鉤的經驗,要保證掛鉤粘得牢固,墻面必須干燥無塵;墻面有水,掛鉤就粘不住?!岸頌寤肪呈??!迸費艉晡八?,“尤其是血管破裂處,流動的血液沖擊傷口,普通的‘膠水’還沒粘上可能就被沖走?!?/P>

  研究團隊設計出一種全新的水凝膠Matrix Gel,它的主要成分為明膠(GelMa)和光板機分子修飾的透明質酸(HA-NB),對光敏感。只要光“一聲令下”,這種材料就迅速進入成膠階段,長出兩層網絡結構。雙層網絡極大提升了材料的力學性能,變得更抗壓。

  這一創造性的設計,讓“膠水”在活動的、濕面的組織上應付自如。實驗表明,補心“膠水”的黏附力可以抵抗290毫米汞柱的壓強,遠高于常規收縮血壓。

  豬的心臟大小與結構與人的心臟最為接近,跳動心臟大出血是目前最難止的血。研究人員在豬搏動的心臟上穿了一個6毫米直徑的孔,鮮血噴濺而出。這時,研究人員在傷口擠入Matrix Gel,再用一束紫外光進行照射,幾秒鐘之內,血止住了。

  在無需縫合的狀態下,創口得到了完美閉合,術后,研究小組對參與實驗的豬進行了為期兩周的恢復期檢測,均未發現手術導致的任何異常。

  “從動物實驗的角度來說,這是心臟外科止血的一次革新?!背祿崳撓謾罷鷙場繃階置枋鏊吹絞笛槭悠檔撓∠?。在此之前,研究團隊已經在豬肝臟大面積出血,豬頸動脈破裂等情況下測試Matrix Gel的性能,均顯示了良好的修補性能?!壩謔俏頤竅朧允?,對于難度最大的心臟破裂,Matrix Gel的能力如何?!迸費艉晡八?。

  在許多外科手術中,術后止血工作繁瑣而艱巨,也是手術風險的敏感環節。 “在臨床上,我們用來止血的藥物、材料有10多種,速度較慢。對于動脈和主要臟器大出血沒有有效的快速止血手段。很多時候我們能做的只有等待。希望這項技術能夠早日走向臨床,解決我們外科手術普遍的難題?!背祿崳乃?。

  “不僅僅是修補血管、心臟,外科醫生在很多情況下都在‘補漏’,他們需要稱手的材料?!迸費艉晡八?,Matrix Gel是通過對FDA認證的天然蛋白和多糖進行改性而來,具有很好的生物相容性?!八鋅贍苡糜諂淥芏嘧櫓薷??!弊胰銜?,由于這種材料方便注射,這為體外進行內組織修復提供了可能。

  “下一步,我們還會研發出強度更好,也更便于操控的膠水?!迸費艉晡八?。陳會文則對這一材料走向臨床滿懷期待:動物實驗的結果應用到臨床還有較長的道路,比如這種凝膠與人體其他組織的相容性、在血肉模糊的外科手術視野下是否有同樣的效果、凝膠的安全性等?!捌詿】煒沽俅蠶喙匱芯?,真正做到止血‘無痕’”。

作者:記者 曾福泉 通訊員 涵冰  
編輯:杜科慧

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