提到气凝胶大家应该都知道它被评为“改变世界的材料”，近日这个神奇材料又被曝大突破，而且解决了医学中的棘手难题，研究人员开发了一种新型碳化纤维素气凝胶止血材料，用于处理不可压缩性出血。

近日，来自南昌大学的万文兵、中国科学院大学Shixuan Chen、温州医科大学潘景业教授团队进行了用于治疗不受控制出血的超弹性碳化蘑菇气凝胶的相关研究。研究成果以“Super-Elastic Carbonized Mushroom Aerogel for Management of Uncontrolled Hemorrhage”为题于2023年04月10日发表在《Advanced Science》上。

气凝胶

气凝胶，这是世界上最轻的“固体”，没错，不要看名字带个“气”字，就认为它是一种气体。其实是一种比较特殊的固体。

虽然气凝胶是固体，但在它的成分中，有99.8％都是空气，因此气凝胶是世界上密度最小的固体，即使把一块气凝胶放到一朵花上，花都不会被压折，别看它这么轻，但它的强度却十分惊人的，就算是你用超过它本身500到4000倍重量的物体来跟它硬碰硬，它都完全承受得住。

不仅如此，气凝胶还有一个神奇的特性，那就是隔热就算只有一块两厘米的气凝胶，在600多度的炙烤下，你把手放上去，压根感觉不到烫，就是因为这些出色的特性，气凝胶背科学家称为“改变世界的神奇材料”

超弹性炭化蘑菇气凝胶用于止血

未控制的出血仍然是院前创伤后可预防死亡的最常见原因。然而，目前很少有止血材料能够同时实现安全高效的快速止血。

南昌大学的万文兵、中国科学院大学Shixuan Chen、温州医科大学潘景业教授团队的此次研究开发了一种新型碳化纤维素气凝胶止血材料，用于管理不可压缩性躯干出血，这是无法控制的出血中最棘手的问题。炭化纤维素气凝胶是以双孢蘑菇为原料，经过切割、炭化、提纯、冷冻干燥等一系列加工而成。体外实验表明，多孔结构的炭化纤维素气凝胶亲水性提高，吸血能力好，凝血能力强，在潮湿条件下可快速恢复形状。在体内实验中，碳化气凝胶在大、小动物大出血模型中均表现出有效的止血能力。碳化气凝胶的失血量和止血时间均优于阳性对照组。此外，机理研究表明，碳化纤维素气凝胶良好的止血能力与较高的血红蛋白结合效率、红细胞吸收、血小板吸收和活化有关。

碳化蘑菇气凝胶的制备及其在止血方面的应用示意图

天然双孢蘑菇的内部结构是纤维状的，在冷冻干燥和碳化过程中，纤维素纤维空间重组变成了多孔结构。在160℃下碳化8、10和12小时最终碳化气凝胶的平均孔径逐渐增大。相应的平均孔径分别为30.64 ± 9.49 μm、44.81 ± 8.56 μm和50.99 ± 8.85 μm。在180℃下碳化的最终气凝胶内部结构与不同碳化时间仍然显示出多孔结构。在180℃下生成8、10和12小时的碳化气凝胶的平均孔径分别为（50.24±6.25）μm、（58.06±9.23）μm、（44.33±8.47）μm。然而，当碳化温度上升到200℃时，多孔结构完全消失了。在200℃下10小时和12小时产生的碳化气凝胶中显示明显的塌陷片状结构，与木炭结构相似。EDX元素分析结果显示，碳化气凝胶中C和N元素含量增加，而O元素的含量在碳化后减少。用FTIR和XPS鉴定碳化前后双孢蘑菇化学功能团。与木炭相比，碳化气凝胶亲水性因含N化学基团的存在而得到加强。碳化气凝胶的接触角（48.8°±1.5°）明显低于木炭（76.8°±2.1°）和明胶海绵（125°±1.3°），但与纱布（44.8°±1.8°）相似。

超弹性是NCTH对止血材料最重要的要求之一。气凝胶在70%的压缩应变下循环压缩20次仍然可重新保持原来的形状。尽管（200℃，8小时）气凝胶形状在第一次压缩后不能恢复。160℃以下碳化气凝胶的杨氏模量和压应力随碳化时间从8到12小时的增加而逐渐下降。碳化10小时的气凝胶杨氏模量和压缩应力也随着碳化温度从160℃到200℃的增加而逐渐降低。（160℃，10小时）的碳化气凝胶不仅可以在大气条件下压缩和回收，而且还可以在潮湿条件下压缩和回收。同样，160℃下碳化气凝胶的拉伸模量和拉伸强度随着碳化时间从8小时到12小时的增加而逐渐下降。碳化10小时的气凝胶拉伸模量和拉伸强度也随着碳化温度从160℃到200℃的增加而逐渐降低。(160 °C, 10 h)的碳化气凝胶在大气和潮湿条件下都可以延长和恢复。

总之，新的碳化纤维素基气凝胶止血材料，可用于处理不可压缩性躯干出血。在体外，具有多孔结构的碳化纤维素气凝胶显示出良好的亲水性、良好的血液吸收和凝固能力，以及在潮湿条件下快速形状恢复能力。最后，碳化气凝胶在体外和体内研究中都显示出有效的止血能力。未来的研究可能通过引入氧化石墨烯、冰冻凝胶或其他形状记忆材料来提高形状恢复能力。同时可通过使材料带正电或负电，或与止血粉（如高岭土、ZEO-LITE）混合，来提高气凝胶的止血能力。纤维素和混合纤维素止血材料在治疗NCTH方面很有前景。

除了此次开发的超弹性炭化蘑菇止血气凝胶，气凝胶在医学领域还有那些贡献呢？

新型纳米纤维气凝胶能加速糖尿病伤口愈合

糖尿病有着伤口不易愈合的特点，伤口不愈合会造成溃烂感染。在伤口处会产生大量的渗出液，过多的渗出液积累会造成炎症推迟伤口的愈合。伤口处理对传统敷料的要求很严格。

2021年，中科院生物物理研究所研究员秦燕和北京科技大学教授温永强合作团队研制出一款纳米纤维气凝胶，这种材料的抗菌性十分优异，具备抗氧化特性，有利于促进伤口愈合。同时其弹性好、易于生产，有望用于临床。相关研究发表于期刊《Biomaterials》。

该团队通过对纳米纤维材料的物理和化学上的改进，研制出了一种具有不对称润湿特性的Janus纳米纤维气凝胶。得益于其纤维结构和流体浇口的特性，这种材料可实现有效吸收渗出液，并且阻止反向渗透。通过静电纺丝和改进气体发泡技术制备可控厚度和孔隙率的分层纳米纤维海绵。该研究成功将二维纳米纤维膜扩展至三维。借助海绵良好的弹性和高渗透性和液体吸收率，能实现加速止血。在对深层皮肤受损的小鼠模型实验中表明，这种海绵可以促进伤口愈合和减少疤痕的形成。而且三维的纳米纤维海绵可为深层伤口提供填塞物，用动态微环境来调节细胞行为。

棉布肥料制气凝胶止血胶囊

新加坡的某国立大学科学家们开发一种气凝胶——环保气凝胶。他们从纺织废料中提取出棉纤维，然后通过一种快速、低成本，绿色的方法，将其制成气凝胶。该气凝胶不仅非常轻，而且还拥有高孔隙率、强吸收性以及低导热性。

该气凝胶能够用于战场止血用的吸收胶囊，当其被注射到伤口之后这种胶囊就会开始吸收血液并不断膨胀，然后从内部对伤口施加压力进而达到止血的目的。

一种3D打印羟基积草雪苷化纤维素气凝胶

去年12月南京农业大学申请专利，他们研究开发了一种3D打印羟基积草雪苷化纤维素气凝胶及其制备方法与应用。该方法包括以醛基化纳米纤维素为原料，向其中加入羟基积草雪苷进行羟醛缩合反应，获得羟基积草雪苷化纳米纤维素；将海藻酸加入到羟基积草雪苷化纤维素中，得到纤维素基3D打印外层墨水；将甲基丙烯酰化壳聚糖、Ti3C2Tx、Cu2+混合均匀，得到壳聚糖基内层打印墨水；而后通过同轴打印、固化、真空冷冻干燥，获得羟基积草雪苷化纤维素止血复合气凝胶。本发明获得的羟基积草雪苷化纤维素止血气凝胶，孔隙结构丰富、通道连贯，快速止血。

—种快速止血冻干纤维气凝胶

去年4月四川大学华西医学院申请专利，他们制备了一种快速止血冻干纤维气凝胶，其特征在于，由以下重量百分比的物质组成：天然基生物材料30～80％，纤维蛋白原10～60％，交联剂2～10％。同时，本发明还公开了上述快速止血冻干纤维气凝胶的制备方法，其包括将重量百分比为30～80％的天然基生物材料、重量百分比为10～60％的纤维蛋白原和重量百分比为2～10％的交联剂充分混合搅拌，形成混合物以及将该混合物溶解在pH值为4.2 8.5之间的缓冲液中，并充分搅拌形成混合溶液等步骤。本发明开创性的利用催化剂和交联剂将纤维蛋白原（猪源或人源）负载在一起，并原位形成水凝胶，然后通过冻干的方式制备而得，不仅其制备工艺简单，而且其凝血效果显著。

由此可见气凝胶在医疗止血方面颇有功效，也期待研究人接下来对气凝胶更多的神奇发现。

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