生物基壳聚糖纳米水凝胶薄膜：拳参和钙掺杂碳点协同促进凝血的创新材料

为解决创伤出血及现有止血材料的局限性问题，研究人员开展了以壳聚糖（CS）为基础，结合拳参提取物（BEX）和钙掺杂碳点（CDs）制备纳米水凝胶薄膜的研究。结果显示该薄膜生物相容性好、细胞毒性低、止血和抗菌性能强，有望用于伤口敷料。

　　在生活中，创伤出血是一个常见且危险的问题，每年因创伤出血导致的死亡人数众多。皮肤作为人体最大的器官，一旦受伤，不仅会引发出血，还可能遭受细菌感染，影响伤口愈合，严重时甚至危及生命。目前，合成的伤口愈合方法虽然有所发展，但存在诸多弊端，如保留时间短、成本高、疗效低，更严重的是毒性大，容易引发感染和炎症，产生皮肤不良反应。因此，开发高性能、无毒的止血材料迫在眉睫。

来自伊朗的研究人员针对这些问题展开研究，他们将目光聚焦于生物材料。壳聚糖（CS）因其具有生物相容性、酶降解能力和抗菌作用等独特性质，成为生物医学应用的理想材料。而纳米颗粒，尤其是碳点（CDs），凭借其高表面活性、大量功能基团、生物相容性、低毒性等优势，可作为高效的交联剂。此外，拳参（Bistorta officinalis）作为传统药用植物，其提取物（BEX）具有强大的止血和抗菌特性。研究人员将 CS、CDs 和 BEX 结合，制备出一种新型生物材料基纳米水凝胶薄膜。该研究成果发表在《Journal of Biological Engineering》上，为伤口敷料的发展提供了新的方向。

研究人员在实验过程中运用了多种关键技术方法。首先，采用水热法合成钙掺杂的碳点（CDs），通过该方法可大规模制备纳米颗粒。然后，运用多种表征技术，如动态光散射（DLS）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散 X 射线光谱（EDS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X 射线衍射（XRD）、紫外 - 可见光谱（UV-vis）和荧光光谱（PL）等，对合成的 CDs 和制备的水凝胶薄膜进行全面分析。同时，利用这些技术来研究水凝胶薄膜的结构、性能以及各成分之间的相互作用。此外，还通过细胞毒性试验（MTT 法）、凝血试验、溶血试验和抗菌试验，分别评估水凝胶薄膜对细胞的毒性、凝血能力、溶血情况以及抗菌活性。

下面来看具体的研究结果：

1. CDs 的合成与表征：利用水热法，以香菜叶提取物和 CaCl₂为前体成功合成了 CDs。DLS 分析表明 CDs 呈单分散状态，粒径约为 6nm，ζ 电位约为 - 10.8mV。SEM 和 TEM 图像显示合成的 CDs 为球形，粒径约 6nm。EDS 分析显示 CDs 表面主要由 O、C、N、Ca 等元素组成，证实 Ca 成功掺杂到结构中。FT-IR 光谱表明合成过程中一些原有的功能基团得以保留，同时引入了新的化学键或使其更明显。XRD 结果显示 CDs 整体结构近乎无定形。UV-vis 吸收光谱和 PL 光谱进一步验证了 CDs 的成功合成，其量子产率为 15%。
2. 水凝胶薄膜的合成与表征：研究不同浓度的 CDs（5%、10%、15%）和 BEX（10%、20%、40%）对水凝胶薄膜性能的影响，发现 10% 的 CDs 和 40% 的 BEX 能使薄膜达到最佳性能平衡。力 - 延伸曲线显示，添加 CDs 作为交联剂可显著改善 CS 薄膜的机械性能，10% CD 浓度在强度和延展性之间达到良好平衡。SEM 图像表明添加 CDs 和 BEX 改变了薄膜表面形态。UV-vis 吸收光谱和 FT-IR 光谱证明了最终薄膜的成功合成，且显示出不同成分间的相互作用。薄膜的溶胀行为研究发现，添加 CDs 和 BEX 会降低溶胀率，这与交联使水凝胶网络硬度增加以及 BEX 中生物活性物质形成额外交联有关。
3. 水凝胶薄膜的性能测试：凝血能力测试表明，添加 10% CD 可提高薄膜的凝血能力，加入 BEX 后，CS 薄膜的凝血能力显著增强，与商业纱布相当。溶血率测定显示，交联 CDs 和添加 BEX 会使溶血率有所增加，但最终薄膜溶血率低于 20%，符合伤口应用要求。MTT 法细胞毒性测试结果显示，即使在处理 48 小时后，CS、CS/CD 10% 和最终薄膜对 HFF-1 细胞系仍保持近 80% 的细胞活力，表明毒性较低。抗菌活性研究表明，与空白 CS 薄膜相比，交联 CDs 并添加 BEX 后，薄膜的抗菌性能显著提高，尤其是对大肠杆菌。

综上所述，研究人员成功制备了一种由 CS 交联 CDs 并包含 BEX 的生物材料基纳米水凝胶薄膜。该薄膜具有出色的生物相容性、低细胞毒性、增强的止血功效和强大的抗菌性能，在伤口愈合应用方面展现出巨大潜力。钙掺杂的 CDs 不仅实现了有效交联，还提升了薄膜的凝血和抗菌性能。然而，研究也存在一定局限性，如 BEX 成分因植物来源和提取方法不同可能影响水凝胶的可重复性，需要进一步标准化。未来研究可重点开展体内评估，并与商业伤口敷料进行直接比较，以验证该水凝胶在临床应用中的适用性和有效性。这项研究为伤口敷料领域提供了新的思路和材料选择，有望推动生物医学材料的发展，为创伤治疗带来新的突破。