生物医用材料 · 文献综述

静电纺丝止血与医用黏合材料:纤维屏障、界面设计与研究进展

止血材料不仅需要让血液凝固,还要在湿润、不规则的组织表面保持有效覆盖。医用黏合材料则进一步关注组织与材料之间能否形成稳定连接。静电纺丝既可制备携带功能组分的纤维膜,也可参与黏合贴片的骨架与界面设计。本文结合原始研究,介绍这些路线如何从材料问题发展到动物验证。

通力微纳整理7篇代表性研究

本文选取2020—2025年的7篇研究,涉及中国、韩国、罗马尼亚及国际合作团队,聚焦体外与动物证据。所选研究未提供人体临床试验结果;这一范围说明不等于判断全球没有相关人体研究。

01止血与组织黏合分别要解决什么问题

止血纤维膜可以通过促进局部凝血、限制血液流失或形成封闭层参与研究;组织黏合则需要进一步考察材料与湿组织之间的连接。二者可以组合,但不能相互替代:体外凝血更快,不一定意味着组织表面不漏血;黏合强度较高,也不一定说明材料可以安全用于所有部位。1,2,4,7

止血与医用黏合的结构与评价思路
研究方向纤维材料承担的任务对应评价
可取下的止血覆盖材料形成局部凝血环境并限制渗透失血、凝血、移除后的再出血 1,2
可留置的黏合贴片支撑黏合组分并封闭组织界面湿态黏附、组织反应及材料去向 4,7
原位成膜把纤维沉积到不规则或受限部位沉积位置、覆盖完整性及局部反应 5,6

确定最终材料是否需要取下,是设计中的重要分界。前者要避免移除时带走血凝块;后者要进一步研究降解、残留和组织反应。相同的“黏得牢”,在这两种场景中可能对应不同的要求。2,4,7

02从亲水吸收走向可调的血液接触界面

壳聚糖、PVA和PEO等聚合物可与矿物颗粒或改性组分形成复合纤维;PLA纤维则可作为黏合贴片的支撑结构。功能可能来自聚合物电荷、表面润湿、填料和湿态结构共同作用,不能仅以纤维直径或材料名称解释止血表现。1,2,3,4

研究中存在不同的设计取向:亲水纤维吸收部分液体并与血液组分接触;适当疏水化的纤维限制血液深入材料;遇液后相互连接的纤维则转变为较致密的封闭网络。这些路线并不矛盾,而是在回答不同的液体管理与使用问题。1,2,7

03壳聚糖复合纤维 从凝血试验到动物止血

壳聚糖、PEO与高岭土

Liu等2022年将高岭土引入壳聚糖/PEO电纺膜,比较材料力学、相容性和体外凝血表现,并在大鼠肝损伤与背部创面模型中进行观察。部分配比在该研究中显示止血和修复相关效果,说明矿物颗粒可以通过纤维网络参与局部功能设计。1

疏水改性与便于取下的界面

Liu等2024年进一步研究了加入N-烷基化壳聚糖的壳聚糖/PEO膜。通过全血凝固、凝血过程及大鼠肝损伤评价,作者提出限制血液浸入敷料、同时在创面处形成凝块的思路,并观察到材料移除时较少干扰局部凝血。这是一种兼顾止血和取下的动物阶段探索。2

天然原料变化也需要重新验证

韩国Lee等2024年将昆虫来源壳聚糖与PVA、高岭土组合,研究原料性质、成膜、细胞相容性及离体血液凝固。该工作还讨论多位置纺丝和连续基材收集,展示了配方与制备装置结合的思路。其止血证据来自离体凝血试验,不应写成已经完成活体创伤或人体疗效验证。3

04纤维骨架与医用黏合组分怎样分工

罗马尼亚Tosa等2024年先电纺制备PLA非织造纤维膜,再与氰基丙烯酸酯组织黏合组分形成贴片。论文除分析纤维与储存状态外,还在大鼠肝组织上开展黏附相关评价,并进行肝切除出血模型试验。4

这项研究说明,静电纺丝可以承担“把黏合功能变成便于覆盖的片状结构”这一任务。值得关注的不仅是能否黏住,还包括黏合组分在纤维中的分布、保存期间是否提前变化、贴片能否贴合组织。文中纤维为微米尺度,因此“越细越好”并不是所有黏合贴片的设计前提。4

这类材料仍需要把纤维骨架、黏合组分及包装作为整体研究。论文中的动物观察与离体黏附能够帮助定义后续问题,但不能直接代替人体使用评价,也不表示该路线适用于任何组织或任意氰基丙烯酸酯配方。4

05原位静电纺丝 如何研究不规则表面覆盖

腹腔镜下的定向沉积

Zhang等2020年把静电纺丝与腹腔镜装置结合,通过电场与喷头结构调整沉积范围,并在猪微创手术模型中研究肝表面止血。该研究将成膜位置、膜厚和局部组织反应联系起来,展示了受限空间内原位覆盖的实验可能性。5

止血与局部抗菌功能结合

Liu等2020年报道便携式原位电纺CuS复合纤维,结合近红外条件研究抗菌,并在大鼠相关模型中观察止血及感染创面修复。研究重点之一是原位形成的膜如何适应粗糙表面,另一个是功能组分与外部激发如何协同。6

上述原位研究属于专门装置和材料体系下的动物实验。它们不意味着常规科研静电纺丝设备可以直接对人体使用。对于设备研发人员,沉积可控性、组织接触、电气和化学相容性需要一起设计;这些内容属于用途明确后的整机与材料验证。5,6

06遇血自封闭纤维 让膜内部与边缘同时工作

Fang等2025年采用双同轴静电纺丝构建带相反电荷的核壳纤维。纤维在遇液后形成相互连接,使原有多孔材料向较致密结构转变,并与组织界面黏附。研究在大鼠和猪的肝损伤、股动脉损伤等模型中观察止血,并评价相关材料与生物学表现。7

该工作的启发是同时处理两条渗漏路径:穿过膜本身的血液,以及从材料与组织接缝流出的血液。它把纤维间结合与组织黏附纳入同一方案,但结果仍是动物研究,性能也与环境有关,不能由单一模型推广到所有出血部位。7

07从文献结构走向可重复的止血膜样品

先定义覆盖、黏合与取下方式

沟通设备之前,可先说明目标样品是预制膜、复合贴片还是原位成膜研究,以及是否需要支撑基材、核壳结构和多组分纤维。膜面积、单位面积质量、厚度及湿态完整性应形成可测量的目标,再讨论供液、收集与环境控制。

复合组分的均匀性比一次成膜更重要

含高岭土、CuS或其他颗粒时,需要检查分散状态、供液稳定和膜不同位置的组成;多路同轴或分层结构还需确认各组分是否进入预期位置。对黏合贴片,后续加载和储存过程也是制备的一部分,不能只记录电纺阶段。1,3,4,6,7

把实际使用状态带入评价

可以把遇液后的尺寸变化、湿态强度、黏附或剥离、残留及材料完整性纳入样品比较。血液相容性、生物相容性、残留溶剂、灭菌与储存影响,需围绕具体用途逐项验证;单次凝血试验的阳性结果只说明该试验中的作用。

放大制备时,建议将原料批次、溶液状态、环境、供液、收集速度和后处理与取样结果对应。除了平均厚度,还应观察边缘与中间、起始与结束段的差异,以确认功能层是否在整个有效面积内保持一致。

样品保存方式同样值得在早期确定。对容易吸湿或遇水发生变化的纤维,包装前后的状态可能影响实际比较;对加载黏合组分的膜,则需要把储存时间与取样时的黏合表现一并记录。4,7

08止血与医用黏合研发中的常见问题

电纺止血膜一定要加入黏合剂吗

不一定。文献中既有壳聚糖复合纤维,也有黏合剂加载和遇液自封闭结构。先确定需要促进凝血、限制渗透还是固定组织,再选择相应路线。1,2,4,7

体外凝血变快是否足以证明实际止血能力

不足以。还需要结合使用部位和血流环境,观察覆盖、失血、移除或留置后的情况。离体实验和动物模型适合逐步验证不同问题,不能合并为人体疗效结论。1,2,3,4,5,7

材料开发从哪一种样品开始

可以从功能明确、结构可解释的小面积膜或复合层开始,建立干态与湿态比较,再讨论核壳、多组分及连续收集。研究复杂性应由实际问题决定。

参考文献

以下为本文选取的原始研究。文献解读不表示论文作者、研究机构与通力存在设备采购或合作关系;所述结果仅适用于原文的材料、模型与试验条件。

  1. Liu T, et al. Electrospun kaolin-loaded chitosan/PEO nanofibers for rapid hemostasis and accelerated wound healing. International Journal of Biological Macromolecules. 2022;217:998–1011.

    DOI:10.1016/j.ijbiomac.2022.07.186 ↗

    阅读范围:PubMed原始摘要及书目

  2. Liu T, et al. Electrospun nanofiber membranes for rapid liver hemostasis via N-alkylated chitosan doped chitosan/PEO. International Journal of Biological Macromolecules. 2024;258:128948.

    DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.128948 ↗

    阅读范围:出版社原始摘要、方法摘要与结论

  3. Lee H, et al. Extraction of γ-chitosan from insects and fabrication of PVA/γ-chitosan/kaolin nanofiber wound dressings with hemostatic properties. Discover Nano. 2024;19:77.

    DOI:10.1186/s11671-024-04016-6 ↗

    阅读范围:出版社全文相关方法与结果

  4. Tosa VP, et al. Electrospun Polymeric Fiber Systems Inoculated with Cyanoacrylate Tissue Adhesive: A Novel Hemostatic Alternative during Open Surgery. Materials. 2024;17:4318.

    DOI:10.3390/ma17174318 ↗

    阅读范围:PMC及出版社公开正文相关方法、结果和摘要

  5. Zhang J, et al. Laparoscopic electrospinning for in situ hemostasis in minimally invasive operation. Chemical Engineering Journal. 2020;395:125089.

    DOI:10.1016/j.cej.2020.125089 ↗

    阅读范围:核读本地原始论文全文相关方法与结果,公开书目复核

  6. Liu XF, et al. Bifunctional CuS composite nanofibers via in situ electrospinning for outdoor rapid hemostasis and simultaneous ablating superbug. Chemical Engineering Journal. 2020;401:126096.

    DOI:10.1016/j.cej.2020.126096 ↗

    阅读范围:核读本地原始论文全文相关方法与结果,公开书目复核

  7. Fang Y, et al. Blood-triggered self-sealing and tissue adhesive hemostatic nanofabric. Nature Communications. 2025;16:4910.

    DOI:10.1038/s41467-025-60244-z ↗

    阅读范围:PMC及出版社公开正文相关方法、结果和摘要

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