多酚交联羧甲基壳聚糖纤维膜：兼具快速止血与感染伤口愈合功能的新型材料研究

本研究针对严重创伤后止血困难及易发感染等问题，开发了一种基于单宁酸（TA）交联的羧甲基壳聚糖（CMC）纤维膜（CMC/TA-FM）。该材料不仅显著提升止血性能，在大鼠和猪肝损伤模型中实现快速止血并减少失血量，且具备优异的抗氧化与抗菌能力，在感染伤口模型中有效降低细菌负载并加速愈合，效果优于商用CELOX及载抗生素明胶海绵，为新一代创伤急救与感染创面管理提供重要材料基础。

　　

在日常生活中，创伤和伤口感染是极为常见的健康问题，尤其在严重外伤发生后，快速且有效地止血成为挽救生命的关键第一步。然而，人体自身的凝血机制在重大创伤面前常常显得力不从心，大量失血可能导致极高的死亡率。现有的止血材料，如止血粉、水凝胶、海绵等，在一定程度上能够控制出血，但往往忽视了创伤后伴随的细菌感染和高氧化应激问题，这两者都会严重影响伤口愈合，甚至危及生命。因此，开发一种既能高效止血，又具备抗菌、抗氧化并促进伤口愈合的新型材料，成为临床医学与生物材料领域的重要研究方向。

壳聚糖及其衍生物是目前应用最广泛的天然聚合物类止血材料，其中羧甲基壳聚糖（Carboxymethyl Chitosan, CMC）因具有良好的水溶性、生物相容性和可降解性，被广泛用于组织工程支架、药物递送和伤口敷料。CMC能够通过促进血小板黏附与聚集、激活凝血因子、促使纤维蛋白原转化为纤维蛋白等多种机制加速止血过程。尽管如此，现有CMC基生物材料的止血效果仍不够理想，其抗菌性能也难以满足临床需求，亟需进一步优化改进。

近年来，多酚类化合物被引入生物材料设计中，以改善材料的机械性能、止血能力和抗菌表现。单宁酸（Tannic Acid, TA）作为一种天然植物多酚，不仅具备固有的抗氧化和抗菌特性，还能通过与血液蛋白相互作用进一步促进凝血，因此受到广泛关注。此外，TA分子中富含酚羟基，易与多种聚合物通过氢键等非共价作用交联，为构建功能化材料提供了新思路。先前已有研究成功合成了TA交联的CMC水凝胶（CMC/TA-H），并在大鼠全层皮肤缺损模型中表现出良好的自由基清除活性、抗菌性能及促愈合能力。不过，水凝胶类材料在长期储存和多孔性方面存在一定局限，其致密结构也限制了快速吸血和形成凝血通道的效率。相较之下，纤维状基质因其类似天然纤维蛋白的结构，能更好地包埋血细胞、血小板和凝血因子，在控制出血方面展现出显著优势。

为此，本研究团队开发了一种新颖的TA交联CMC纤维膜（CMC/TA-FM），其制备方法主要包括两步：首先将商业壳聚糖纤维膜碱化并羧甲基化改造为CMC纤维膜（CMC-FM），随后利用TA/NaHCO₃混合溶液进行交联。该材料不仅保留了原有纤维结构，平均纤维直径约20 μm，还通过TA的引入显著增强了抗氧化与抗菌性能。实验表明，CMC/TA-FM具备92%的DPPH自由基清除率，细胞相容性良好，溶血率低，安全性高。

在技术方法上，研究人员通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析材料化学结构，扫描电镜（SEM）观察纤维形态，CCK-8法检测细胞毒性，溶血试验评估血液相容性，体外凝血实验测定全血凝固时间，并建立大鼠和猪的多种肝出血模型（包括切口和穿刺伤）以评价体内止血性能。抗菌性能则通过体外共培养细菌以及大鼠皮肤感染模型进行评估，采用菌落计数、Gram染色和组织学分析（H&E染色、Masson染色、CD31免疫荧光及RT-qPCR）系统探讨其抗菌、抗炎及促愈合机制。

3.1. Preparation and Characterizations of CMC/TA-FM

通过化学交联后的CMC/TA-FM呈棕黄色，纤维结构保持完整。FT-IR显示其同时具有CMC和TA的特征峰。细胞实验证明该材料提取液对L929细胞存活率超过95%，溶血实验显示其血液相容性良好，抗氧化测试中TA的引入使材料DPPH清除率高达92%，而未交联的CMC-FM几乎无抗氧化能力。

3.2. In vitro hemostatic performance of CMC/TA-FM

体外凝血实验中，空白对照组凝血时间约7分钟，商用CELOX止血材料为158秒，CMC-FM为209秒，而CMC/TA-FM仅需100秒即可实现凝血。减少材料用量时优势更加明显：10 mg CMC/TA-FM凝血时间为125秒，而等量CMC-FM则需要286秒。进一步机制研究表明，CMC/TA-FM可显著激活FXIIa因子，促进红细胞和血小板黏附。SEM图像显示，与CMC-FM组相比，CMC/TA-FM组红细胞形态发生改变，失去双凹圆盘状而变形为紧密堆积的多面体，有助于形成更致密的血凝块界面。

3.3. In vivo hemostasis evaluation of CMC/TA-FM

在大鼠肝穿刺模型中，CMC/TA-FM表现出最优的止血性能，止血时间仅48秒，失血量约235 mg，较空白对照组减少78%。相比之下，CELOX、CMC/TA-H和CMC-FM的止血时间分别为82秒、131秒和72秒，失血量均高于CMC/TA-FM。组织学分析显示，CELOX组引发较严重的炎症反应，而CMC/TA-FM组炎症细胞浸润最少，且材料在体内降解过程中逐渐纤维化并与新生组织整合良好。

在大鼠和猪肝切口及穿刺等不同出血模型中，CMC/TA-FM均能实现最快止血和最少失血，尤其在血流较大的猪肝模型中优势更加显著。猪肝穿刺时，CMC-FM组止血时间达468秒，失血108 g，而CMC/TA-FM仅需169秒，失血控制在40 g以内，表明该材料能有效控制严重创伤情况下的大出血。

3.4. Antibacterial evaluation of CMC/TA-FM

体外抗菌实验显示，CMC/TA-FM对革兰阳性金黄色葡萄球菌（S. aureus）和革兰阴性大肠杆菌（E. coli）的杀灭效率分别达到74%和53%，而CMC-FM分别为99%和92%。

在大鼠伤口感染模型中，CMC/TA-FM处理3天后细菌负载降低93%以上，效果与载抗生素明胶海绵（GS&CIP）相当，显著优于CMC-FM（仅降低50%）。Gram染色显示，CMC/TA-FM组阳性菌数大幅减少。

此外，在大鼠感染全层皮肤缺损模型中，CMC/TA-FM组伤口愈合速率最快，术后14天愈合率达97.3%，明显高于空白组（82.0%）、GS&CIP组（94.3%）和CMC-FM组（92.8%）。组织学显示CMC/TA-FM组胶原沉积丰富，甚至出现新生毛囊，瘢痕残留最少。

通过CD31免疫荧光和RT-qPCR进一步分析发现，空白组因感染引发过度炎症及血管生成，而CMC/TA-FM组血管密度更接近正常皮肤，炎症因子IL-1β、IL-6表达最低，抗炎因子IL-4表达最高，说明其通过抗菌、抗氧化及抗炎多重机制协同促进组织成熟与愈合。

本研究成功开发了一种TA交联CMC纤维膜（CMC/TA-FM），其制备工艺简便，材料兼具优异的止血、抗氧化和抗菌性能。在多种动物出血模型中，该材料均表现出优于商用CELOX及其他CMC基材料的止血效果，能显著减少失血时间与失血量。同时，在大鼠感染伤口模型中，CMC/TA-FM可有效降低细菌负载，调控炎症反应，促进胶原沉积与血管正常化，加速伤口愈合，效果甚至优于载抗生素的明胶海绵。这些发现充分表明，CMC/TA-FM不仅适用于急救止血，还在感染创面修复方面展现出广阔的应用前景，为新一代创伤护理材料的设计提供了重要理论与实践依据。该论文发表于《Materials》期刊。