大出血仍然是世界各地失血性休克和院前创伤死亡的主要原因，严重的创伤极易受到外部病原体的影响，引起感染性并发症的发生，进一步 影响 伤口愈合过程。因此，开发多功能 和高性能 止血材料治疗伤口出血和感染迫在眉睫。 水凝胶作为创面敷料具有明显的优势，其生物相容性好、柔软灵活、可生物降解，然而其止血性能和抗菌能力需要进一步提高。
近日， 暨南大学刘明贤课题组 根据伤口修复的要求，开发了一种以甲壳素水凝胶 （chitin）为基体，以埃洛石纳米管（HNTs）为 增强材料和功能载体，管内负载了 金纳米颗粒（Au NPs） ，获得了一种光热抗菌功能水凝胶，材料 同时具备优良的止血性能。该研究成果以“Gold@Halloysite Nanotubes-Chitin Composite Hydrogel with Antibacterial and Hemostatic Activity for Wound Healing”为题发表于 Bioactive Materials ( 影响因子1 4.593 ，一区TOP ) 杂志上。论文第一作者是暨南大学化学与材料学院 2 020 级硕士生 赵普祥 ，唯一通讯作者是 刘明贤 教授。 Au@HNTs-chitin 复合水凝胶材料的 主要成分都具 良好的 生物相容性 和生物活性 ，对生物体的 几乎无 毒害作用。这种水凝胶集抗菌与止血两种性能于一身，同时又保留的水凝胶材料的优点，可裁剪可弯折，能够实现不同部位和不同类型的伤口止血和 伤口修复 作用。Au@HNTs-chitin复合水凝胶的制备过程及应用示意图如图1所示。
图1 Au@HNTs-chitin水凝胶的制备过程和应用示意图。 材料的制备过程是： 将甲苯和乙醇的混合溶液中加入少量油酸油胺，加入HNTs和HAuCl 4 。在毛细管力的作用下，Au 3+ 和油酸油胺分子加载到HNTs管内，在加热条件下被还原成Au NPs，形成Au@HNTs。为了验证Au NPs进入到了HNTs中，进行了TEM测试，如图2A和B。从TEM照片中可以明显的看到，中空的HNTs内充满了黑色的球形小颗粒，即Au NPs。图2D的mapping结果，更证明了Au NPs填充进入了HNTs中。另外 ， FTIR、XRD、UV-vis等结果也证明了这一结论。
图2 （A）HNTs和（B）（C）Au@HNTs的TEM图片；（D）Au@HNTs的Al、Si、Au元素分析图；（E）FTIR；（F）XRD；（G）紫外分析；（H）（I）XPS；（J）Zeta电位图 将甲壳素 碱/尿素 溶液和Au@HNTs粉末搅拌混匀后，在环氧氯丙烷（ECH）的交联作用下形成水凝胶，浸泡乙醇，使凝胶网络收缩，结构致密。图3A是制备过程中不同阶段水凝胶的照片。对不同样品进行了SEM测试得到了如图3F的结果。在低倍数下可以看到，随着Au@HNTs浓度的增加，水凝胶的孔越来越小，对应的力学强度也更强，这也对应了流变和压缩测试的结果。在高倍数下发现，Au@HNTs穿插在甲壳素的中间，互相粘连，对甲壳素基体起到增强作用。同时，也随着Au@HNTs浓度的增加，视野中棒状结构更多。这证明了Au@HNTs能够促进杂化水凝胶机械强度的增强。
图3 （A）水凝胶制备过程的照片；水凝胶的（B）FTIR（C）XRD（D）旋转流变（E）应力-应变曲线数据图；（F）水凝胶在不同倍率下的SEM图片。 为了评价Au@HNTs-chitin水凝胶的光热效果，记录了808 nm红外光照射下Au@HNTs-chitin的温度变化，如图4所示。可以看到，pure chitin和HNTs-chitin没有光热效应，而Au@HNTs-chitin具有良好的光热效应，其温度可以升高40 ，这个效果足以杀死各种细菌和恶性肿瘤。Au@HNTs-chitin的光热效应可以根据红外光的开启或关闭进行多次再现，如图4D所示。这表明Au@HNTs-chitin的光热效应在光热治疗过程中是稳定的和可重复的。
图4 （A）水凝胶在不同条件下的热像仪图片；（B）在2.2 W/cm2 功率的808 nm红外激光照射下不同浓度水凝胶的升温曲线；（C）10% Au@HNTs-chitin水凝胶在不同功率的808 nm激光照射下的升温曲线；（D）在808 nm红外激光循环照射下10% Au@HNTs-chitin水凝胶的温度变化曲线。 为测定Au@HNTs-chitin水凝胶的止血性能，设计了小鼠肝脏止血和小鼠尾部止血两个模型，示意图如图5A。对于小鼠尾部止血的实验，四个时间段的照片如图5B所示。可以明显 地 看到，用材料对小鼠尾部伤口进行止血的组血量明显比对照组少，而HNTs-chitin与Au@HNTs-chitin的止血效果要好于pure chitin。各个组的止血时间与失血量如图5C所示。HNTs-chitin和Au@HNTs-chitin的止血时间都能控制在较短时间以内，但pure chitin的组的失血量相对另外两个实验组较多，因此，HNTs-chitin和Au@HNTs-chitin具有更好的止血效果。小鼠的肝脏止血模型也同样证明了证明了它们优越的止血性能。其中HNTs起了关键性的作用，HNTs能够使伤口血液形成血凝块，触发内在凝血级联，并加速血小板的形成，达到止血的作用。因此，无论是HNTs-chitin还是Au@HNTs-chitin，其中的HNTs不仅对材料的强度起着一定的作用，也对材料赋予了良好的止血能力。
图5 （A）小鼠止血模型示意图；（B）小鼠尾部不同时间点出血图片；（C）小鼠尾部止血时间和出血量柱状图；（D）不同敷料作用下小鼠肝脏出血图片；（E）小鼠肝脏止血时间和出血量柱状图。 为了研究Au@HNTs-chitin体内抗菌效果和伤口愈合能力，制作了如图6A所示的小鼠伤口染菌模型。为了保证对自身细胞的危害最小化，通过控制红外激光的功率使水凝胶的温度保持在45 ℃以下。图6B是不同实验组感染不同天数的伤口照片和金葡菌在琼脂平板上的菌落照片。可以看到，Model组的伤口愈合速度很慢，而Au@HNTs-chitin的组伤口愈合效果明显，第7天伤口面积仅剩20%。同时，Au@HNTs-chitin组的菌落数量明显少于其他组。取第7天的伤口组织进行马松染色，得到图6F的切片。从蓝色染色强度和区域可以看出，实验组之间的胶原沉积均有明显差异，其中，Au@HNTs-chitin组的胶原沉积密度明显最大，与control组相似。这表表明Au@HNTs-chitin组的伤口愈合效果要明显好过其他组。
图6 （A）小鼠伤口感染模型示意图；（B）小鼠伤口随时间的变化图片和感染12小时后伤口组织中的细菌照片；（C）不同组的伤口面积变化统计图；（D）感染伤口组织液中细菌的OD值；（E）组织液涂板后细菌的数量统计图；（F）感染后第7天小鼠伤口组织的马森染色切片图。 上述工作是在国家自然科学基金面上项目(52073121) 、 广东省自然科学基金项目(2019A1515011509)；广州市科技计划项目(202102010117) 、 中央高校基本科研业务费专项资金项目(21619102) 的 资助 下完成 的 。 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X22002560
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