客户文献 | 基于甲虫脉冲喷射仿生结构的微纳米止血材料研究

　　西南大学研究团队在国际有名期刊《Research》上发表了一项重要研究成果。该研究受bombardier甲虫脉冲喷射机制启发，设计了一种具有定向微通道的形状记忆气凝胶，通过微焦点CT成像系统及多尺度实验，系统研究了其止血性能及作用机制。这项研究的第一作者为卢必涛老师。
 

       
      研究摘要

 

　　针对严重出血伤口止血难题，受bombardier甲虫喷射防御机制启发，设计了一种脉冲喷射仿生气凝胶。该结构通过定向冷冻铸造构建具有平行微通道的丝素纳米纤维/壳聚糖气凝胶，负载CaCO₃与氨甲环酸(TXA-NH₃⁺)作为“内置引擎”，利用血液触发的CO₂微泡脉冲喷射增强药物渗透。结合形状记忆特性与物理屏障作用，气凝胶接触血液后快速膨胀密封伤口，同时通过气体动力加速止血剂扩散。借助微焦点CT（AX-2000CT）对气凝胶进行无损三维断层扫描，清晰呈现了仿生微通道的平行阵列结构(宽度15-35μm)及整体蜂窝状多孔形态(孔隙率52%)，为微通道结构设计的有效性及后续性能分析提供了关键的结构数据支撑。通过理论模型、高速摄像及动物实验验证，最佳参数下药物释放率60秒内超过50%，在猪股动脉大出血模型中止血时间仅3.5分钟。研究为深部复杂伤口止血提供了新思路，展示了仿生结构在紧急医学领域的应用潜力。
 

　   性能测试方法
 

　　体外表征：扫描电镜(SEM)观察微通道结构，微焦点CT（AX-2000CT）分析孔隙率及3D结构，接触角测量仪评估亲水性。
 

　   取材与研究方法
 

　　微通道结构分析
 

　　CT成像显示，气凝胶具有蜂窝状多孔结构(孔隙率52%)，平行微通道宽度15-35μm，内壁丝素纳米纤维形成交织网络，显著提升液体吸收速度(1.5×10⁻³m/s)。负载的CaCO₃/TXA-NH₃⁺均匀分布于微通道，明胶帽覆盖率>80%，确保气体高效积累。
 

　　（C）GCSF-3/CT的纵向截面（粉色伪彩色代表碳酸钙（CaCO₃），蓝色伪彩色代表氨甲环酸铵（TXA-NH₃⁺））以及相应的元素分布图像。（D）GCSF-3/CT的俯视图和仰视图。（E）GCSF-3/CT的显微计算机断层扫描（Micro-CT）图像。
 

(B)展示GCSF-3/CT在高帧率下水触发的快速喷射现象的图像。
 

　　研究结论
 

　　严重出血伤口的充分止血非常具有挑战，本研究制备的仿生气凝胶接触水/血液后可快速膨胀压迫伤口，并通过微泡动力加速有效载荷扩散，60秒内药物释放率超50%，在4种出血模型(含猪股动脉大出血)中表现出优于现有材料的止血效果，且生物相容性良好。微焦点CT（AX-2000CT）在研究中扮演了关键角色：通过无损三维断层扫描，精准表征了气凝胶的微通道结构、孔隙率及3D形态，为验证仿生设计的有效性、解析结构与止血性能的关联提供了直接证据，也为材料优化提供了量化依据。
 

　  原始文献
 

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

　　论文应用设备
 

　　本研究中所使用的MicroCT设备是由奥影研发生产的高精度微纳米CT成像系统——AX-2000CT。该系统专为生物医学与材料科学研究设计，兼具高精度成像、快速扫描效率、经济性成本及多元化应用场景，可对仿生气凝胶、纳米纤维支架、生物复合材料、小型金属构件、地质岩芯等多种样本进行无损三维断层扫描，为仿生结构分析与性能优化提供了关键无损数字成像技术支撑。