综述：金属增强荧光技术在细胞外囊泡检测与定量中的应用

《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：Applications of Metal Enhanced Fluorescence for the Detection and Quantification of Extracellular Vesicles

本研究针对创伤性大出血难题，开发了一种基于动态Schiff碱反应的氧化右旋糖苷-聚乙烯亚胺（ODex-PEI）自修复水凝胶喷雾。该材料15秒内快速凝胶化，粘附强度超10kPa，兼具自修复性以适应动态伤口，静电抗菌性避免耐药风险，并通过调节氧化程度优化止血-粘附协同效应。制备简便、室温储存且生物相容性好，动物实验证实其快速止血、减少感染并促进愈合，为新一代临床止血材料提供创新策略。

　　

高梦瑶|王宗亮|唐照辉|张培标

中国科学技术大学应用化学与工程学院，合肥230026，中国

摘要

创伤性大出血是全球急诊医学领域的一个关键问题。传统的止血材料，如纱布和海绵，存在粘附性差和粘附强度低等问题。现有的止血水凝胶也面临一些瓶颈，如止血效率不足、难以平衡界面粘附性和灵活性，以及缺乏功能协同性，这使其难以满足临床需求。为了解决这些问题，本研究开发了一种自愈水凝胶喷雾，通过动态Schiff碱反应将氧化葡聚糖（ODex）与聚乙烯亚胺（PEI）简单混合后，可在体内形成以实现高效止血。得益于“醛-胺”活性交联机制，这种水凝胶喷雾能够在15秒内快速凝胶化，粘附强度超过10 kPa，并且具有良好的自愈性能，能够适应动态和不规则的伤口。聚乙烯亚胺的静电物理抗菌特性可以有效抑制革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌，避免耐药性的风险。通过调节葡聚糖的氧化程度，进一步优化了材料的止血-粘附协同性。该水凝胶的制备过程简单、成本低廉、使用方便，可在室温下储存，并具有良好的生物相容性。动物实验表明，这种水凝胶喷雾能够迅速覆盖并粘附在伤口上，有效止血，同时降低感染风险并促进伤口愈合，为新一代临床可用创伤止血材料的发展提供了创新策略和技术支持。

引言

创伤性大出血是全球急诊医学领域亟需解决的关键挑战。在各种情况下，其死亡风险都非常严重。从战场急救的角度来看，美国陆军医疗研究与物资司令部的数据显示，在现代战争中，大约90%的战场死亡是由无法控制的出血引起的，其中超过70%发生在被送往医疗机构之前的“院前急救”阶段[1]。主要原因在于传统的医用纱布和明胶海绵无法粘附在不规则的伤口上[2]。它们需要反复按压或缝合，这延长了手术时间并增加了感染风险。更严重的是，在手术过程中，伤口的暴露时间有限，材料的“快速覆盖”性能直接影响止血效率和手术安全。从全球公共卫生的角度来看，世界卫生组织（WHO）的统计数据显示，每年全球有超过200万人因严重出血而死亡，其中超过60%发生在低收入国家[3]、[4]。目前市场上可用的粘合剂存在固有的缺陷，因此无法满足紧急情况下的临床需求。例如，美国食品药品监督管理局（FDA）批准的纤维蛋白胶虽然广泛使用，但价格昂贵且需要低温储存，难以在资源匮乏的地区普及。此外，它的组织粘附力较弱（< 5 kPa），并且存在传播血液病毒的风险[5]。尽管氰基丙烯酸酯粘合剂可以牢固地粘附在软组织上，但它们的韧性较差且易碎，其降解产物可能有毒性，导致炎症或局部组织坏死[6]、[7]。“易于储存和使用+价格低廉”的特点已成为解决全球止血治疗资源不平衡问题的关键突破。

近年来，研究人员基于多糖和蛋白质等生物聚合物开发了多种止血水凝胶，旨在克服传统材料的缺点[8]、[9]。然而，现有技术仍面临许多尚未解决的根本科学挑战：首先，止血效率不足。大多数水凝胶仅依靠红细胞物理吸附来实现止血，止血时间较长，难以满足“受伤后10分钟内的黄金止血窗口”的临床需求[10]；其次，无法平衡界面粘附稳定性和材料灵活性。动态伤口容易发生机械变形，可能导致水凝胶与组织分离；第三，缺乏功能协同性。大多数止血材料依赖抗生素或银离子，长期使用容易导致耐药性[11]、[12]、[13]。更重要的是，大多数水凝胶呈块状，难以快速均匀地覆盖不规则的伤口，尤其是在院前急救和现场救援场景中[14]。“操作复杂和覆盖效率低”的问题进一步限制了它们的应用。因此，为了满足临床需求并有效促进伤口愈合，迫切需要开发用户友好的多功能协同水凝胶[15]、[16]。

为了克服现有技术的局限性，本研究通过动态Schiff碱反应制备了ODex-PEI自愈水凝胶喷雾。通过“醛-胺动态交联”增强界面粘附性，同时保持灵活性，使其能够适应动态不规则的伤口。利用聚乙烯亚胺的静电抗菌特性，避免了对抗生素的依赖，从而规避了耐药性的风险[17]。通过调节葡聚糖的氧化程度，优化了止血和粘附的协同性。同时，ODex-PEI水凝胶易于制备、使用方便、成本低廉，可在室温下储存，适用于院前急救场景。总之，这种水凝胶喷雾通过创新的材料构建和性能调节，满足了理想伤口敷料的设计要求，为新一代临床止血材料的发展提供了新的思路和技术支持，具有显著的临床转化潜力。

材料

葡聚糖（Mw=11×10^6）、过氧化钠、乙二醇、聚乙烯亚胺（PEI）（Mw=2.5×10^6）、牛血清白蛋白（BSA）、腺苷5'-二磷酸（ADP）、HEPES缓冲液购自中国上海的Aladdin Reagent有限公司。胎牛血清（FBS）、细胞计数试剂盒（CCK）-8、钙黄素-AM和碘化丙啶（PI）购自Solarbio。PE抗小鼠/大鼠CD62P（P-选择素）和APC抗小鼠/大鼠CD61购自BioLegend。

氧化葡聚糖（ODex）的合成

氧化葡聚糖（ODex）的制备

氧化葡聚糖的合成

先前的研究表明，由于其优异的生物相容性和组织粘附性能，葡聚糖被广泛用作水凝胶粘合剂[28]。为了研究葡聚糖的氧化程度对其水凝胶性能的影响，通过添加不同量的过氧化钠制备了不同氧化程度的葡聚糖。反应方程式见图S1。在FTIR光谱中，醛基的特征峰出现在1729 cm^-1处。

结论

本研究基于氧化葡聚糖和聚乙烯亚胺，通过动态Schiff碱反应开发了一种新型自愈水凝胶喷雾（ODex-PEI）。它符合理想止血材料的四个设计原则：15秒内快速交联以实现即时止血；粘附强度超过10 kPa且具有良好的灵活性；适用于不规则伤口；具有止血、抗菌和促进愈合的协同效应

CRediT作者贡献声明

唐照辉：监督、资源提供、资金获取。张培标：监督、资源提供、资金获取。高梦瑶：撰写——原始稿件、可视化、验证、方法学、数据分析、概念化。王宗亮：撰写——审阅与编辑、项目管理。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（52173146）、国家自然科学基金（52573185）、国家重点研发计划（2022YFE0110200）的财政支持。