《Advanced Materials Technologies》：Multifunctional Adhesive Hydrogel for Rapid Cardiac Hemostasis and Antibacterial Protection
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严重心脏出血需要在高动态和持续潮湿环境中实现快速稳定密封，而现有大多数止血剂无法提供足够性能。研究人员引入了一种多功能聚丙烯酰胺/明胶/单宁酸水凝胶（PGT），旨在同时提供强湿粘附、快速凝血、稳健的机械稳定性和抗菌活性。单宁酸（TA）涂层通过促进多价氢键和金属
严重心脏出血需要在高动态和持续潮湿环境中实现快速稳定密封，而现有大多数止血剂无法提供足够性能。研究人员引入了一种多功能聚丙烯酰胺/明胶/单宁酸水凝胶（PGT），旨在同时提供强湿粘附、快速凝血、稳健的机械稳定性和抗菌活性。单宁酸（TA）涂层通过促进多价氢键和金属-酚羟基配位来增强聚合物网络，从而改善机械完整性和对潮湿生物组织的界面粘附。在凝胶配方中，涂有10% TA溶液的PGT10表现出卓越性能，实现了猪心脏缺损的瞬时密封而无初始泄漏，并在持续压力和生理运动下保持稳定粘附。PGT10还在体内肝脏穿刺模型和猪全血试验中展现出卓越的止血效果，显著减少失血并加速血凝块形成。此外，PGT表现出优异的细胞相容性、低溶血性以及对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的强大抗菌作用。总之，这些发现凸显了PGT作为可快速部署、生物相容性好的生物粘附贴片的潜力，能够有效控制心脏和肝脏等高运动器官的出血。这些优势共同支持其在关键紧急护理环境中的临床转化潜力。
**论文解读**
**研究背景与问题**
心脏创伤（如心肌壁缺损、破裂或撕裂）是全球致死主因之一，患者生存高度依赖极短治疗窗口内的快速止血。然而，临床常用止血剂如纤维蛋白胶在心脏等高动态、持续潮湿环境中粘附力不足，易在血流剪切力和心肌变形下脱落，导致密封失败；同时，创伤后细菌污染风险高，而纤维蛋白胶可能加重感染。因此，亟需开发一种能同时实现强湿粘附、快速止血和有效抗菌的多功能生物材料。研究人员在《Advanced Materials Technologies》上报道了一种多功能聚丙烯酰胺/明胶/单宁酸水凝胶（PGT），旨在解决上述临床需求。
**主要关键技术方法**
研究人员采用两步法：首先通过自由基聚合（APS-TEMED体系）制备聚丙烯酰胺（Pm）网络，并掺入明胶（gelatin）形成互穿网络（IPN），以增强力学性能和组织粘附性；随后将预成型水凝胶浸泡于不同浓度（1%、5%、10% w/v）的单宁酸（TA）溶液中，通过TA的多酚基团与明胶的氢键和疏水相互作用实现表面涂层，赋予湿粘附、止血和抗菌功能。样本来源包括当地屠宰场获取的猪皮和猪心，以及东国大学实验动物中心的ICR小鼠。
**研究结果**
**3.1 制备与表征**
通过溶胀和再溶胀测试，所有水凝胶组溶胀率均超过3000%，且随TA浓度升高溶胀率逐渐下降，表明TA涂层致密化表面网络。再溶胀效率均高于60%，证实聚合物网络结构稳定。PGT10（10% TA涂层）表现出高溶胀能力和结构稳定性，适用于动态湿润环境。
**3.2 力学与流变性能**
压缩测试显示，TA涂层组弹性模量随TA浓度升高而增加，其中PGT10的压缩模量（12.0–46.2 kPa）与天然心肌匹配。拉伸测试中所有组均保持170%以上伸长率，PGT10在80%应变下伸长率略有下降但无显著差异。流变测试中，储能模量（G'）始终高于损耗模量（G''），且在心脏搏动频率范围（约6–18 rad/s）内保持稳定。10次循环加载后，PGT10的应力无明显衰减，表明其抗疲劳性和弹性恢复能力。
**3.3 组织粘附性能**
通过180°剥离测试，PGT10的剥离强度随TA浓度升高而增加，在100%应变下达到最高值。手指弯曲试验中，PGT10在0°至90°屈曲下均未脱落，而Pm和PG组失去粘附。多种材料（橡胶手套、塑料、金属、湿锥形管、纸板）表面均实现强粘附，证明其普适性。
**3.4 猪心脏密封性能**
在离体猪心脏左心室缺损模型中，注入人工血液后，PGT10在3分钟内失血量显著低于其他组，且第一分钟内无泄漏，实现瞬时密封，对应临床“黄金时间”的快速止血需求。
**3.5 细胞相容性、血液相容性与抗菌活性**
活/死染色显示，所有水凝胶组（包括PGT10）与NIH-3T3细胞共培养后细胞活力均高于95%，无细胞毒性。溶血测试中，各组的溶血率均低于9%，PGT10虽略高，但归因于TA光学干扰而非实际溶血。抗菌测试中，PGT10对大肠杆菌（
E. coli）和金黄色葡萄球菌（
S. aureus）的OD
600值分别降至约0.2和0.107，显著抑制细菌生长，实现抗菌功能与细胞相容性的平衡。
**3.6 止血性能**
小鼠肝脏穿刺模型中，PGT10组失血量最低（133.3 ± 40.4 mg），显著低于空白对照组（>300 mg）。猪全血体外凝血试验中，PGT10的凝血率最高，残留未凝血量最少，表明TA涂层通过多价氢键与血浆蛋白（如纤维蛋白原）相互作用，促进局部聚集和凝血。
**讨论与结论**
讨论部分强调，PGT10的高溶胀性提供了机械缓冲，避免与心肌的刚度不匹配；TA涂层增强了表面刚度和粘附性，同时保持柔韧性；流变和循环测试证实了其在动态心脏环境中的耐受性。与临床明胶海绵和文献报道的止血材料（如Gel-DA/QCS/Gly海绵、HA-CHO/QCS-DOPA水凝胶）相比，PGT10在体内外均表现出更低的失血量和更优的湿粘附性。PGT10的TA介导的化学止血机制通过多价氢键快速密封出血点，优于依赖细胞聚集的传统方法。未来需通过大动物模型和动态心脏模型验证长期耐久性，并设计非粘附背衬层避免操作粘连。结论部分：研究人员开发了一种TA功能化水凝胶（PGT10），在动态富血环境中实现快速止血和强湿粘附，兼具机械稳定性、抗菌活性和生物相容性，可有效密封心脏和内脏缺损，支持其在紧急创伤止血中的临床转化潜力。
