《Materials Today Advances》：Zein nanoparticle-incorporated gelatin–polyvinyl alcohol sponges with controllable adhesion and rapid hemostasis for enhanced wound healing
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出血控制仍是临床医学和急诊医学中的关键挑战。本研究中，研究人员开发了一种由明胶–聚乙烯醇（PVA）基质与玉米醇溶蛋白纳米颗粒（ZNP）增强的多功能止血海绵（GPZ海绵）。ZNP的引入赋予海绵在湿润组织表面的稳定固定能力，同时可通过乙醇触发实现便捷移除。遇水后，
出血控制仍是临床医学和急诊医学中的关键挑战。本研究中，研究人员开发了一种由明胶–聚乙烯醇（PVA）基质与玉米醇溶蛋白纳米颗粒（ZNP）增强的多功能止血海绵（GPZ海绵）。ZNP的引入赋予海绵在湿润组织表面的稳定固定能力，同时可通过乙醇触发实现便捷移除。遇水后，海绵转变为致密水凝胶，能够承受超过140 mmHg的破裂压，并通过增强血小板聚集实现快速、不依赖凝血酶的止血作用。此外，ZNP固有的抗氧化活性赋予其高效的活性氧（ROS）清除能力。在大鼠肝脏出血模型中，GPZ海绵的失血量极低（约0.11 g），显著低于市售明胶海绵（约1.19 g），凸显其卓越的止血效能。此外，该海绵在大鼠心脏穿刺、兔股动脉及肝素化猪颈动脉损伤模型中均实现有效止血，证明了其在严重高压出血条件下的稳健性能。在治疗全层皮肤缺损时，GPZ海绵组第14天的创面闭合率达到97.2%，显著高于市售明胶海绵组的80.9%。综上所述，这些发现表明GPZ海绵是一种易于制备且高效的止血材料，在临床和急诊伤口护理的下一代应用中具有强大的转化潜力。
本研究发表于《Materials Today Advances》，旨在开发一种兼具可控湿性黏附、快速止血及促伤口愈合功能的多功能生物基止血材料。
研究背景与现存问题方面，有效控制出血是创伤管理和外科手术的核心需求，未控制的出血仍是全球可预防死亡的首要原因。现有止血材料主要通过施加压力、吸收血液以浓缩凝血因子或激活内源性凝血途径发挥作用，但在非压迫性出血、活动性出血或凝血功能障碍等临床和急诊场景中往往效果不佳。此外，传统敷料缺乏在伤口部位的稳定固定能力，常需额外固定，增加了操作复杂性并降低患者舒适度。在高度湿润或近水环境中，界面水分子形成的水合层阻碍材料与组织的紧密接触，显著削弱传统止血材料的黏附性能，延长救治时间并降低止血效果。尽管诸如贻贝启发的儿茶酚化学、N-羟基琥珀酰亚胺酯功能化及丙烯酸酯单体等策略已被探索用于克服湿性黏附局限，但仍存在黏附不一致、制备工艺复杂及稳定性要求严苛等问题，限制了其转化应用。理想的止血材料应能在湿润状态下提供稳定黏附并允许按需移除，同时主动支持后续伤口修复。明胶海绵虽广泛用于临床，但应对中重度动静脉出血能力不足，且存在碎片迁移、组织黏附性低、化学交联剂潜在细胞毒性及内在生物活性有限等问题。玉米醇溶蛋白（zein）作为一种来源于玉米的天然两亲性蛋白质，具有溶剂依赖性自组装特性，可形成适用于包封和递送生物活性物质的纳米颗粒，且表现出内在抗氧化活性和抗菌特性，为先进生物医学应用提供了有前景的生物聚合物。
研究人员开展了以明胶和PVA为基质、ZNP为功能单元的GPZ海绵的开发与系统性评价研究。通过反溶剂沉淀法调控zein分子组装行为，实现了无交联剂的单步制备；系统表征了材料的微观结构、机械性能、湿性黏附、抗氧化及抗菌性能；通过体外凝血试验、红细胞和血小板黏附试验阐明了其凝血酶非依赖性止血机制；利用大鼠肝脏出血、心脏穿刺，兔股动脉损伤，以及肝素化猪颈动脉损伤等多种动物模型验证了其体内止血效能；并通过大鼠全层皮肤缺损模型评估了促伤口愈合效果。
研究结论表明，GPZ海绵通过以下机制实现多功能性能：ZNP介导可控湿性黏附，可在湿润组织表面稳定固定并通过乙醇触发按需移除；海绵遇水转变为致密水凝胶，赋予其抗破裂压能力，并通过凝血酶非依赖性机制实现快速止血，该机制在完全全身肝素化条件下得到验证；zein的内在抗氧化活性提供额外的生物学功能以支持伤口愈合。综合体内外评价证实，GPZ海绵具有快速血液吸收、强组织黏附、有效控制活动性出血、加速创面闭合及有利生物降解动力学等特性，且未引起不良局部组织反应。
关键词技术方法方面，本研究采用以下主要技术：反溶剂沉淀法制备ZNP（将zein乙醇溶液加入去离子水中诱导纳米颗粒形成）及后续的冷冻干燥；扫描电子显微镜（SEM）观察微观形貌，动态光散射（DLS）测定粒径分布及zeta电位；傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析分子间相互作用；乙醇置换法测定孔隙率；万能试验机进行拉伸力学测试及搭接剪切黏附测试；流变仪分析水合后的流变行为；模拟体液（SBF）灌注装置进行破裂压测试；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）和2,2'-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（ABTS）自由基清除试验评估抗氧化活性；菌落计数法评价抗菌性能；CCK-8法及活/死染色法进行L929小鼠成纤维细胞毒性评价；体外溶血试验评估血液相容性；全血凝血试验及凝血指标（活化部分凝血活酶时间APTT、凝血酶原时间PT、凝血酶时间TT）测定分析止血机制；体外胰酶-SBF降解试验及大鼠皮下植入试验评价降解行为。动物实验涉及SD大鼠（肝脏出血、心脏穿刺、皮下植入及全层皮肤缺损模型，来源于浙江维通利华实验动物技术有限公司）、新西兰白兔（股动脉损伤模型，来源于福麦康实验动物科技有限公司）及大型白猪（约75 kg，肝素化颈动脉损伤模型，饲养于上海敏创实验动物中心）。
研究结果部分如下。
**ZNP的制备与表征**：通过反溶剂沉淀法制备了不同浓度的ZNP。SEM显示Z-05和Z-20制备的纳米颗粒粒径均一，而Z-80因初始zein浓度过高导致组装不完全而呈现明显尺寸异质性；Z-20纳米颗粒平均直径约180 nm，与DLS结果一致。zeta电位分析显示，ZNP在水中呈强正电性（+57.5 mV），在60%乙醇中显著降低（+9.2 mV），而反溶剂沉淀前zein乙醇溶液仅+3.6 mV，证实存在溶剂依赖性的结构重组——水中疏水塌缩形成纳米颗粒，乙醇中解离为单体。
**GPZ海绵的制备与表征**：将zein乙醇溶液加入明胶-PVA水溶液中，溶剂极性骤变触发反溶剂效应驱动zein分子自组装形成ZNP，随后经室温静置凝胶化、-80°C冷冻及冷冻干燥获得GPZ海绵。FTIR显示GPZ-20中酰胺I带红移至1632 cm
-1，表明ZNP与明胶-PVA基质间形成氢键。SEM显示ZNP附着于层状明胶-PVA结构表面，且随zein添加量增加而密度增大，但孔径分布和基质密度在各组间相当。孔隙率测定亦证实zein含量对整体宏观结构影响甚微。
**GPZ海绵的机械性能**：拉伸测试显示，低zein含量海绵具有更高断裂强度，GPZ-05达约132 kPa，显著高于GPZ-20（约74.1 kPa）和GPZ-80（约79.5 kPa）；弹性模量呈类似趋势，GPZ-05最高（约11.3 kPa），GPZ-80最低（约6.8 kPa）。适度ZNP含量（如GPZ-20）在结构完整性与弹性间取得平衡。
**黏附性能与抗破裂压性能**：搭接剪切测试显示，不含ZNP的GP海绵无可测量黏附力，而GPZ海绵均呈定量黏附，且随ZNP含量增加而增强（GPZ-05约10.6 kPa，GPZ-20约18.3 kPa，GPZ-80约29.7 kPa）。乙醇浓度敏感性测试表明，以60%乙醇替代水预处理使皮肤表面后，GPZ-20黏附强度从约20.4 kPa降至约5.2 kPa；器官黏附测试显示持续喷水大于15秒不削弱黏附，而60%乙醇喷雾2秒内实现完全分离。破裂压测试表明，水合GPZ-20平均抗破裂压达144.2 mmHg，显著高于市售明胶海绵的10.5 mmHg，归因于其水合后层状结构塌陷形成致密凝胶层及ZNP强化界面黏附。
**抗氧化与抗菌性能**：ABTS和DPPH自由基清除活性随zein含量增加而增强，GPZ-80最高（ABTS 83.2%，DPPH 58.0%），GPZ-20中等（ABTS 62.2%，DPPH 50.8%）。抗菌测试显示GPZ-05和GPZ-20仅具边际抗菌效果，GPZ-80效果稍明显。
**生物相容性**：CCK-8及活/死染色显示各组细胞增殖率在第1、3、7天均高于空白对照的90%；溶血率均低于5%阈值，证实良好血液相容性。
**体外止血性能**：直接观察显示GPZ海绵60秒内形成可见凝块，市售明胶海绵组残留未凝血液。BCI测定显示GPZ-20显著低于市售明胶海绵（22.9% vs 42.7%）。凝血指标APTT、PT、TT无显著变化，表明不激活内源性凝血级联反应。SEM显示GPZ-20表面黏附更多红细胞和血小板，且血小板呈现不规则形态和延伸伪足的活化状态。
**体内外降解**：体外胰酶-SBF降解168小时后，GPZ-05、GPZ-20、GPZ-80降解率分别为49.5%、44.5%、28.8%，市售明胶海绵仅12%。大鼠皮下植入14天后，GPZ-20降解率达67.4%，显著高于市售明胶海绵的26.7%；组织学显示GPZ-20与周围组织界面间隙更小，未见位移或组织压迫。
**体内止血能力**：大鼠肝脏损伤模型中，GPZ-20失血量约0.11 g，显著低于市售明胶海绵约1.19 g和空白组约1.40 g。大鼠心脏穿刺、兔股动脉损伤模型中，GPZ-20经短暂压迫后牢固黏附，无再出血。肝素化猪颈动脉损伤模型（ACT>180秒）中，包括深部不可压迫出血及直接动脉切开两种损伤，GPZ-20均成功实现止血，移除后无再出血。
**伤口愈合性能**：大鼠全层皮肤缺损模型中，GPZ-20组第14天创面闭合率达97.2%，显著高于空白组约79.1%和市售明胶海绵组约80.9%。H&E染色显示GPZ-20组第14天形成良好组织且连续的上皮覆盖层；Masson染色证实更有序的颗粒组织、丰富新生血管化和致密胶原沉积。
讨论部分总结如下。ZNP含量对GPZ海绵宏观多孔结构影响甚微，但对其功能特性起决定性作用：ZNP含量增加可提升湿性黏附、抗氧化活性、血小板黏附激活及调节降解动力学，但略微降低吸水性和拉伸强度。与近期研究比较，Ding等报道的羟丙基甲基纤维素/胶原/PVA水凝胶虽具按需移除和抗菌覆盖功能，但依赖合成聚六亚甲基双?和硼砂交联；Wang等以zein-多酚偶联物涂覆市售明胶海绵实现凝血病性股动脉模型止血，侧重急性出血控制；Shuai等开发的可注射丝蛋白-肽微球模拟血小板形态以快速止深部内出血。这些工作主要处理出血至愈合过程的某一阶段，而GPZ海绵在单一简单基质中整合多种功能且无合成交联剂或添加小分子：乙醇响应性按需移除、大动物模型完全肝素化下验证的凝血酶非依赖性封闭，以及zein来源的抗氧化和促伤口愈合活性。
研究局限性包括：GPZ海绵促进伤口愈合的分子机制未予剖析，RNA测序正在进行中；抗氧化活性仅经体外ABTS和DPPH试验确认，伤口组织氧化应激标志物的直接测量仍需开展；伤口愈合随访仅限14天，更长周期结局如瘢痕成熟待未来研究；黏附界面的光谱或显微镜直接表征尚未进行，所提出的静电机制待后续直接验证；所用商业zein可能含天然共存生物活性成分如叶黄素和玉米黄质，其对抗氧化和伤口愈合性能的单独贡献未予评估。
研究结论部分翻译如下：本研究中，研究人员通过将明胶和PVA作为主支架与锚定在其层状结构上的ZNP相结合，合理设计了一种多功能止血海绵（GPZ海绵）。这种独特的结构构型赋予材料若干优越性能。首先，ZNP介导可控湿性黏附，既能实现与出血组织表面的稳定固定，又允许按需移除。其次，海绵遇水后转变为致密水凝胶，赋予其抗破裂压能力，并通过在完全全身肝素化下验证的凝血酶非依赖性机制实现快速止血。第三，zein的内在抗氧化活性提供可能支持伤口愈合的额外生物学功能。全面的体内外评价证实，GPZ海绵具有快速血液吸收、强组织黏附、有效控制活动性出血、加速创面闭合及有利生物降解动力学等特性，且未引起不良局部组织反应。这些发现凸显了GPZ海绵的双重止血和伤口愈合功能，使其成为下一代局部伤口敷料和内部器官止血干预的有前景候选材料。展望未来，进一步的转化研究包括长期安全性评价，对于推进GPZ海绵走向临床应用至关重要。
