《Nanoscale》：Natural polymer-derived hydrogel as an emerging hemostatic strategyOpen Access
快速有效的出血控制对于预防循环性休克及提高患者生存率至关重要。与传统止血材料（如纱布和贴片）相比，水凝胶凭借其优异的生物相容性、高保水性和卓越的伤口密封能力，在出血管理中受到越来越多的关注。其中，天然聚合物衍生水凝胶因其固有的生物组分能够形成模拟细胞外基质（extracellular matrix, ECM）的网络，从而促进组织整合与愈合，在临床应用中尤具前景。本综述详细总结了用于止血应用的天然聚合物基水凝胶的最新进展。首先，从理化与生理两个角度讨论了这类水凝胶的止血机制。其次，对来源于天然多糖和蛋白质的代表性水凝胶进行了系统分类与评述，并重点指出了天然聚合物基止血水凝胶在临床转化中面临的当前挑战与未来机遇。
**1. 引言**
失控性出血仍是创伤患者死亡的主要原因之一，构成重大临床挑战。在紧急情况下，快速止血对于预防循环性休克和提升生存率至关重要。纱布、绷带及外科干预等传统止血策略对不可压迫性或不规则伤口往往效果有限，且存在细菌感染等额外风险。因此，亟需能够有效控制多种伤口状况下出血的先进止血材料。
基于生物材料设计的止血剂因其可设计性和生物相容性而日益受到关注。水凝胶作为一类具有三维交联网络和高吸水能力的材料，已成为出血管理和伤口敷料的有力候选。与传统止血敷料相比，水凝胶具有若干独特优势：高保水能力使其适应湿润伤口环境，促进愈合并缓解使用中的疼痛；可调节的注射性和几何形状使其特别适用于密封深部和不规则伤口；交联网络还可作为止血剂载体，进一步增强凝血和出血控制；此外，水凝胶的溶胀能力有助于吸收伤口渗出液、红细胞和血小板，加速伤口部位血凝块形成。这些特性使水凝胶在管理复杂出血情景的同时，还能促进组织再生和感染控制。
源于天然聚合物的水凝胶因其优异的仿生特性而备受关注。壳聚糖和透明质酸等多糖是环境中丰富的天然聚合物，以其生物相容性和固有抗菌活性而闻名，已通过物理和化学修饰策略被广泛研究作为止血剂。胶原蛋白和明胶等蛋白质也通过提供优异的生物降解性、成本效益和显著的伤口愈合能力，为止血水凝胶设计提供了有利平台。值得注意的是，天然聚合物衍生水凝胶的交联结构高度类似于细胞外基质（extracellular matrix, ECM），能够更好地与天然组织整合，为生物医学应用提供有利条件。
尽管已有若干综述讨论了基于止血水凝胶的伤口敷料，但关于水凝胶凝胶化机制、止血机制、性能比较和临床转化考虑之间关系的讨论仍然有限。此外，近年增强止血性能的纳米技术策略尚未整合到以往综述中。因此，需要一篇更新的综述来总结天然聚合物衍生止血水凝胶的设计原理、功能修饰和临床转化考虑。
本综述系统总结了天然聚合物功能化与止血性能之间的关系。首先，从物理化学和生理角度描述了水凝胶的止血机制。其次，重点讨论了不同类型天然聚合物衍生水凝胶的设计策略、力学性能和比较止血性能。特别地，总结了水凝胶功能化中的纳米尺度调控。随后介绍了若干天然聚合物基水凝胶的临床情况。最后，强调了包括安全性问题、性能评价标准化、法规和大规模制造考虑在内的若干挑战（图1）。
**2. 水凝胶的止血机制**
止血是一个复杂动态过程，在损伤后维持和修复血管完整性。物理组织损伤导致血管破裂和出血，触发一系列生物学事件以恢复稳态。正常生理条件下，机体通过血管收缩、血小板黏附与活化、凝血因子分泌和血栓形成来响应出血。水凝胶旨在通过加速这一自然止血过程来快速控制出血。水凝胶与损伤组织之间的相互作用机制通常可分为物理化学止血和生理止血，下文分别讨论。
**2.1 止血过程中的物理化学机制**
物理止血是水凝胶控制出血的直接机制，通过黏附于伤口表面形成物理屏障来密封出血部位。这种黏附通过水凝胶与组织结构之间的特异性相互作用得到增强。例如，基于单宁酸（tannic acid, TA）的水凝胶利用酚基对组织组分中亲核试剂的强结合亲和力，与氨基和巯基建立共价键。除酚类相互作用外，透明质酸和纤维素等生物大分子中的羟基可与组织上的氨基形成氢键，从而促进黏附。
除黏附外，水凝胶网络还能吸收血浆并被动富集血小板、红细胞（red blood cells, RBCs）和凝血蛋白于伤口环境中，从而缩短凝血组分之间的扩散距离。这种吸收归因于两个特性：第一，蛋白质和多糖等材料的三维交联网络结构产生海绵状结构，其溶胀能力可相对于交联密度进行调节；第二，水凝胶基质的亲水表面化学也是因素之一。研究表明，增加水凝胶结构中羧基或羟基官能团数量可增强水亲和力，从而提高止血效率。
此外，水凝胶还能主动与红细胞和血小板相互作用以促进血凝块形成。带负电的细胞膜可被水凝胶网络中的正电阳离子静电吸引。例如，壳聚糖基水凝胶已被证明通过静电相互作用与红细胞和血小板膜交联来加速凝血，其中壳聚糖上氨基的质子化产生的正电荷使其能够强力黏附细胞膜并促进血凝块形成。
**2.2 止血过程中的生理机制**
除固有的物理化学功能外，水凝胶还通过作用于血液成分和调节局部凝血微环境来主动调节生理止血过程。血管损伤后，初级止血通过血小板黏附于暴露的内皮下胶原启动，由糖蛋白VI（glycoprotein VI, GPVI）、整合素α
2β
1和血管性血友病因子（von Willebrand factor, vWF）–GPIb相互作用介导，导致血小板活化和聚集。随后是次级止血，内源性和外源性凝血途径汇聚生成凝血酶，最终将纤维蛋白原转化为纤维蛋白并稳定血凝块。水凝胶可通过多种机制增强这些生理事件：其多孔水合网络延长凝血因子在伤口部位的停留时间，而其粘弹性基质为血小板黏附和纤维蛋白沉积提供物理支持。此外，三维水凝胶网络能够在伤口部位局部保留并持续呈递生物活性分子，从而放大特定凝血途径，同时最小化向周围组织的过早扩散。因此，水凝胶不仅作为被动载体，还通过组织血液组分和促凝剂成为凝血微环境的主动调节因子。Shi等人将组织因子（tissue factor, TF）整合的脂质体和二氧化硅纳米颗粒嵌入胶原基水凝胶中，该水凝胶提供水合三维基质，用于局部保留和受控释放生物活性组分。胶原水凝胶并非仅作为递送载体，而是通过胶原–血小板相互作用促进血小板黏附，同时维持伤口部位TF和二氧化硅纳米颗粒的长时间暴露，从而主动参与止血过程，实现内源性和外源性凝血途径的持续激活，促进止血进程。类似地，Muthiah Pillai等人将纳米白磷钙石掺入壳聚糖基水凝胶中，水凝胶网络有效保留纳米颗粒并在出血部位持续释放钙离子和镁离子。持续释放促进凝血因子IX的激活并增强内源性凝血途径。同时，壳聚糖的阳离子特性同时促进红细胞和血小板的黏附与聚集。因此，该水凝胶协同增强了纤维蛋白血凝块形成和出血控制。
**3. 天然聚合物衍生止血水凝胶**
天然聚合物通常具有生物相容性和生物降解性，因其与ECM等天然组织组分高度相似。这种仿生特性降低了止血应用中的免疫排斥风险。用于止血应用的天然聚合物基水凝胶可大致分为多糖基和蛋白质基体系。多糖是由糖苷键连接的单糖单元组成的生物聚合物，丰富的羟基和羧基等官能团有利于通过多种共价和非共价键进行水凝胶交联。蛋白质作为另一类广泛使用的天然聚合物，也含有丰富的羟基、氨基和羧基，为理化修饰提供功能靶点，同时提供促进血凝块形成的生化和结构支持。下文重点介绍五种代表性多糖衍生水凝胶（壳聚糖、透明质酸、海藻酸盐、纤维素和淀粉）以及三种蛋白质基水凝胶（胶原、明胶和丝素蛋白），并总结其凝胶化与止血机制、比较止血性能和潜在应用场景（表1）。
**3.1 壳聚糖基水凝胶**
在多糖基水凝胶中，壳聚糖因其阳离子性质、生物相容性和固有抗菌性能而受到特别关注。壳聚糖来源于海洋甲壳中的甲壳素，结构上是由N-乙酰氨基葡萄糖和氨基葡萄糖单元组成的线性多糖。与明胶和海藻酸盐等其他天然聚合物相比，壳聚糖具有独特的固有止血活性，因其阳离子性质，氨基在酸性条件下质子化带正电，能够与带负电的血细胞膜发生静电相互作用，从而促进血小板黏附。此外，壳聚糖基水凝胶已显示可激活血小板并增加活化血小板表面GP IIb-IIIa的表达，该整合素结合纤维蛋白原并促进血小板聚集和血凝块形成。
尽管止血性能良好，壳聚糖水溶性差限制了其应用。为解决这一问题，壳聚糖已通过多种水溶性基团进行功能化。季铵盐常被选用，因其可改善壳聚糖溶解度同时增强抗菌性能。例如，Chen等人报道了一种由季铵化壳聚糖（quaternized chitosan, QCS）和羧甲基壳聚糖通过静电相互作用组装的可注射水凝胶。该水凝胶表现出优异的黏附性和柔韧性，适用于密封伤口和控制出血。此外，该水凝胶还表现出强抗菌活性，这对止血过程中保护伤口免受感染至关重要。
除季铵化修饰外，多功能活性组分可整合到壳聚糖基水凝胶体系中以克服天然壳聚糖的局限性并增强止血性能。Guo等人开发了一种基于QCS并掺入单宁酸（TA）和三价铁离子（Fe(III)）的多功能水凝胶体系用于止血和伤口管理。QCS与TA之间通过多种氢键和离子键形成的多动态交联网络赋予水凝胶机械黏附性和自愈合性能。Fe(III)的引入通过金属–配体配位进一步增强黏附力。在小鼠肝脏切口和尾部截肢模型中，应用QCS/TA/Fe水凝胶后出血量和出血时间均显著减少，表明其在皮肤和湿组织伤口控制出血方面具有强大潜力。由于壳聚糖和TA的固有抗菌作用，该水凝胶还对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出显著杀菌效果。此外，水凝胶中Fe(III)的存在赋予其光热性能，近红外光照射可进一步增强抗菌效果。除金属离子和多酚外，纳米复合技术也被用于改善水凝胶力学性能。Zhang等人最近开发了一种由甲壳素纳米晶须（ChWs）和Zn
2+构建的QCS基水凝胶体系。含5% ChWs的水凝胶与不含ChWs的样品相比表现出显著更高的拉伸强度，这归因于ChWs与水凝胶网络之间的交联连接。此外，Zn
2+的存在赋予水凝胶体系优异的抗菌性能。总体而言，这些研究展示了在壳聚糖基水凝胶体系中组合多种功能组分的策略，并强调了其在出血控制和伤口敷料方面的优异功效。
**3.2 透明质酸基水凝胶**
透明质酸（hyaluronic acid, HA）是另一种被广泛研究的多糖，因其在细胞外基质中天然丰富。作为水凝胶材料，HA因其固有生物相容性和加速伤口愈合的能力，在伤口敷料应用中日益受到关注。此外，HA具有优异的水吸收和保留能力，适合浓缩组织渗出液。然而，HA本身存在一些局限性，如机械稳定性差、对湿组织黏附力弱以及缺乏固有生理止血特性。为解决这些缺点，HA已通过化学修饰和掺入促凝剂进行功能化。例如，接枝酪胺并通过辣根过氧化物酶和过氧化氢交联的HA水凝胶显示出增强的稳定性和可注射性。此外，活性凝血剂可通过氧化交联与HA水凝胶结合以增强组织黏附并赋予止血能力。An等人通过氧化交联将血清素分子（已知的凝血介质）共轭到HA骨架上。所得水凝胶网络的储能模量高于损耗模量，确认了改善的稳定性。此外，HA与血清素之间的交联在伤口上形成物理屏障，通过增加水吸收减少失血并局部浓缩血清组分，从而通过物理机制促进止血。更重要的是，血清素诱导血小板活化和凝血因子释放，进一步促进生理止血途径。
虽然儿茶酚修饰和氧化交联策略可以改善HA水凝胶的黏附强度，但在湿条件下实现高黏附力和减少氧化结构降解时间方面仍存在挑战。为克服这些挑战，Fan等人通过MHA与多巴胺之间的碳二亚胺偶联，将高含量未氧化态儿茶酚引入马来酸HA（maleic HA, MHA）中，形成多巴胺共轭马来酸透明质酸（DMHA）。所得DMHA水凝胶在紫外照射下表现出快速交联和对伤口表面的强黏附。DMHA的黏附强度是MHA的两倍，突显了高儿茶酚含量的作用。此外，MHA和DMHA水凝胶均在六天内完全降解，明显快于氧化HA水凝胶，表现出优异的生物降解性。
为赋予止血水凝胶多功能，纳米技术显示出前景。在一项近期研究中，银纳米颗粒作为光热剂被掺入酪胺接枝HA水凝胶中。银纳米颗粒的存在通过光热疗法赋予水凝胶抗菌性能。同时，银纳米颗粒制备过程中使用的TA提供了额外的抗氧化和抗炎作用。所得水凝胶体系不仅具有高机械稳定性，还具备用于皮肤伤口敷料的多功能特性。总之，适当功能化的HA水凝胶通过提供生物相容性、可修饰性和强黏附性扩展了多糖水凝胶家族，使HA成为未来止血制剂的有希望的候选材料。
**3.3 海藻酸盐基水凝胶**
海藻酸盐是一种天然衍生多糖，通常从褐藻中提取，因其生物相容性和低成本而被广泛研究用于多种生物医学应用。与壳聚糖和透明质酸不同，海藻酸盐基水凝胶的制备依赖于引入Ca
2+等二价阳离子形成离子交联，并在温和条件下快速凝胶化。海藻酸盐链作为基质促进血细胞黏附和迁移，通过血液吸收和伤口部位闭合实现物理止血。此外，掺入Ca
2+的海藻酸盐水凝胶可通过与血液中Na
+的离子交换将Ca
2+引入伤口，进而通过凝血因子VII、IX和X激活凝血级联，从而加速止血。Kumar等人建立了一种钙锌复合海藻酸盐凝胶（SA-CZ）用于止血和伤口护理。钙离子同时参与内源性和外源性止血途径，而锌离子作为细胞外诱导物调节血小板聚集，从而增强纤维蛋白形成。体外止血评价显示，与SA、SA-Z或SA-C单独相比，SA-CZ表现出最低的血液凝固指数（blood clotting index, BCI），表明海藻酸盐体系中锌离子和钙离子之间的协同效应。此外，应用该水凝胶后凝血时间缩短了近80秒。在小鼠尾部截肢模型中，SA-CZ水凝胶密封伤口后出血时间和出血量均显著减少，证明了其出血控制的潜力。更先进的大孔Ca
2+-海藻酸盐水凝胶通过酸触发CaCO
3产生CO
2气泡形成大孔。与使用钙盐相比，CaCO
3产生的增强孔隙结构可降低扩散阻力并显著增加与血细胞的接触面积，从而促进止血过程。
然而，这些海藻酸盐凝胶体系由于配方简单而缺乏足够的抗炎和抗菌性能。为赋予多种功能，可引入其他活性组分。例如，Haseef等人通过将海藻酸钠与另一种多糖卡拉胶结合，并掺入CaO@SiO
2纳米复合材料和L. coromandelica（通常称为印度白蜡树）两种活性组分，设计了一种多功能海藻酸盐基水凝胶体系，以实现止血、抗菌和抗氧化活性。合成的水凝胶表现出多孔结构，能够有效吸收血液。此外，与常规CaO功能化二氧化硅相比，CaO@SiO
2纳米复合材料的使用显著改善了伤口部位钙离子的释放，这归因于纳米颗粒在基质上的物理附着，从而促进凝血级联反应。此外，CaO的存在为整个体系提供了协同抗菌功能。总体而言，海藻酸盐衍生水凝胶因其高生物相容性、凝血级联激活能力和有效血液吸收能力，在出血控制方面显示出显著前景。
**3.4 纤维素基水凝胶**
纤维素是自然界中另一种丰富的天然多糖，由D型葡萄糖单元组成，可从细菌、藻类和树木中提取，因其优异的生物相容性、生物降解性和低成本而被广泛应用于生物医学领域。与壳聚糖不同，纤维素具有有限的固有促凝活性。相反，其止血性能主要依赖于形成物理屏障、快速吸收血液以及浓缩血细胞和凝血因子以促进血凝块稳定。然而，纤维素本身由于其刚性线性结构和广泛的分子间及分子内氢键网络而存在溶解困难，这限制了其直接加工成水凝胶。因此，化学修饰的纤维素衍生物和纳米纤维素被引入以建立纤维素基止血水凝胶。
近期研究集中于化学修饰以改善纤维素溶解性，同时保留其有利的生物学特性。在各种策略中，醚化和选择性氧化是最广泛使用的方法。羧甲基化作为最广泛采用的醚化方法之一，导致形成羧甲基纤维素（carboxymethyl cellulose, CMC），一种水溶性纤维素衍生物，可通过动态共价交联和席夫碱反应实现简便的水凝胶制备。或者，氧化纤维素引入反应性羧基和醛基，增强血小板聚集，从而促进止血性能。一个代表性例子是最近开发的可喷雾氧化纤维素纳米纤维（TOCN）水凝胶，其中TEMPO介导的氧化赋予纤维素纳米纤维改善的分散性和交联能力。TOCN上的羧基不仅能有效结合血液中的铁离子，还能通过结合表面受体直接激活血小板，从而加速血凝块形成并促进凝血过程。在肝脏模型中喷雾应用TOCN处理后，观察到出血时间和出血量显著缩短，表明其优异的止血性能。
尽管有这些进展，仅化学修饰通常不足以同时实现快速出血控制、抗菌活性和期望的力学性能。因此，纳米复合工程已成为开发多功能纤维素基止血水凝胶的另一种主要策略。其中，二氧化硅和锌基纳米材料日益受到关注，因为二氧化硅颗粒可以改善机械强度并加速血液凝固，而ZnO纳米颗粒提供广谱抗菌活性并支持组织修复。基于此策略，Ma等人通过纤维素链与金属离子之间的离子交联开发了一种多孔SiO
2/ZnO-CMC复合水凝胶。互连的多孔结构能够快速吸收血液并在伤口部位浓缩血细胞，而SiO
2的掺入显著增强血凝块形成，ZnO有效抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长。在大鼠肝脏撕裂模型中，该复合水凝胶表现出显著减少的失血量，证明了多功能纤维素基水凝胶在止血和伤口管理中的潜力。
除无机纳米材料外，将生物活性剂掺入纤维素水凝胶也成为同时实现快速止血和调节伤口微环境的有效方法。例如，Cui等人开发了一种掺入纳米银和中药三七（panax notoginseng, PN）的细菌纤维素基水凝胶敷料，其中细菌纤维素作为机械支架，纳米银提供抗菌性能以降低伤口感染风险。同时，PN提取物进一步促进出血控制并缓解疼痛。由于这些多功能组分的协同作用，与单独纤维素水凝胶相比，该水凝胶表现出快速凝血、有效抗菌性能和增强的伤口愈合，突出了生物活性纤维素水凝胶用于整合出血控制的潜力。总体而言，近期研究已将纤维素基水凝胶从被动吸收敷料转变为多功能止血平台。未来努力可集中于开发具有简化制造和可规模化生产的临床可转化系统。
**3.5 淀粉基水凝胶**
天然淀粉是另一种代表性的天然多糖，因其丰富性、生物降解性、液体吸收能力和优异的生物相容性，在止血应用中引起了相当大的兴趣。淀粉由两种葡萄糖聚合物组成：线性直链淀粉和高度支化的支链淀粉，而丰富的羟基便于化学修饰和水凝胶形成。淀粉的止血功能主要依赖于快速液体吸收来浓缩血细胞和凝血因子以加速血凝块形成。然而，天然淀粉表现出过度溶胀和较差的机械强度，限制了其在出血控制中的应用。因此，近期研究集中于通过糖苷单元上丰富的反应性羟基对淀粉进行化学修饰，以获得适用于特定应用的多种淀粉衍生物。
在不同化学修饰中，羧甲基化和甲基丙烯酸酯化经常被用于引入反应性官能团，从而增强机械稳定性和止血性能。Liu等人首先通过羧甲基化和甲基丙烯酸酯化反应修饰天然豌豆淀粉，赋予其可启动凝血因子并加速止血的负电荷表面。随后，合成的淀粉衍生物经冷冻凝胶化形成大孔冷冻凝胶支架，并进一步与钙离子离子交联，显著提高了交联强度和机械强度。所得双网络显著增强了抗压强度，并在吸水后实现完全形状恢复。除上述修饰外，琥珀酰化也被用于合成羧基淀粉。与天然淀粉相比，酯化将羧酸官能团引入淀粉链，从而促进进一步的交联反应。最近，Huang等人开发了一种单组分自凝胶淀粉海绵用于止血应用。在将l-半胱氨酸和3-氨基苯硼酸接枝到羧基淀粉上后，通过双重动态共价相互作用形成了响应性和自愈合水凝胶网络。在兔肝脏模型中，该自凝胶淀粉海绵的止血时间比商业淀粉止血剂PerClot短2.5倍，总失血量更低，证明了其对不规则和不可压迫伤口的优异止血能力。
虽然化学修饰和结构工程有效改善了机械稳定性和伤口适应性，整合功能性纳米复合材料或其他生物活性成分已成为进一步增强功能性的另一种有前景的策略。Tavakoli等人制备了一种由卡拉胶包覆的淀粉/纤维素纳米纤维组成的纳米复合水凝胶。纤维素纳米纤维作为纳米填料增强淀粉水凝胶的机械强度，而卡拉胶表面涂层改善了纳米纤维与淀粉基质之间的相容性，形成均匀稳定的水凝胶网络。通过优化卡拉胶的浓度，该纳米复合材料因负电荷表面激活凝血因子并启动内源性凝血途径而表现出改善的血液凝固潜力。将生物活性分子掺入淀粉基水凝胶是另一种主动调节凝血级联并增强止血功效的策略。一个代表性例子是Zheng等人开发的凝血因子功能化淀粉水凝胶。与主要依赖被动血液吸收的传统淀粉敷料不同，钙离子的添加通过激活伤口部位凝血级联的多个过程主动加速凝血过程，通过显著减少失血和出血时间实现高效止血。这突出了将生物活性分子整合到淀粉基水凝胶中以实现主动止血调节的潜力。
**3.6 胶原肽基水凝胶**
除多糖基水凝胶体系外，蛋白质基生物聚合物在止血应用中也引起了相当大的关注，其中胶原是最具代表性的材料之一。作为细胞外基质的主要成分，胶原在生理条件下通过与血小板相互作用参与凝血过程。这些固有的生物学功能使胶原成为止血水凝胶开发的有吸引力的候选材料。然而，天然胶原在生理条件下不溶于水，且缺乏抗菌活性，限制了其在伤口敷料中的直接应用。为克服这些限制，胶原肽已被探索作为水凝胶制备的替代方案。通过酶水解胶原产生的胶原肽在短肽结构上暴露氨基和羧基等官能团，从而实现水溶性、生物活性和抗菌性能。Li等人开发了一种用于快速止血的可注射胶原肽基水凝胶（PBCO）。为赋予自愈合能力，胶原肽用己二酸二酰肼功能化，随后通过亚胺键和氢键等多种相互作用与氧化葡聚糖、聚乙烯醇和硼砂交联。这些多重动态相互作用有助于优化水凝胶（PBCO-2）在仅5秒内快速凝胶化，该水凝胶具有最高的聚乙烯醇/硼砂质量比。在大鼠肝脏出血试验中，PBCO-2显著减少了失血量，为对照组的1/3。同时，出血时间从3分钟显著缩短至0.5分钟，突出了胶原肽水凝胶作为有效止血伤口敷料的潜力。然而，胶原肽的天然纤维结构较弱，这反映在相对快速的降解上。此外，含硼砂体系可能引起未来长期临床使用的生物安全性问题。
除胶原肽外，胶原纤维是另一种常用于水凝胶形成的材料。作为胶原的聚集和缠结形式，胶原纤维提供增强的止血性能和机械强度。Yan等人制备了一种掺入天然组分白及的胶原纤维基水凝胶以实现止血。由于存在热敏性黏液模拟泊洛沙姆，该水凝胶在生理条件下从液相原位形成凝胶态。在大鼠肝脏出血模型中，胶原纤维水凝胶显著减少了血凝块形成时间，突出了其作为胶原衍生水凝胶用于伤口敷料的优异止血效率和强大潜力。然而，该水凝胶体系未掺入固有抗菌组分，这可能限制其在污染伤口环境中的有效性。纳米复合整合为克服这一问题提供了有前景的方法，其中抗菌纳米颗粒已被掺入动态胶原网络。例如，Gu等人开发了一种掺入银纳米颗粒的可注射自愈合胶原/壳聚糖基水凝胶，该水凝胶提供广谱抗菌活性，而动态席夫碱网络实现快速凝胶化、自愈合和组织适应性。该多功能水凝胶有效控制了大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的感染，并保持了良好的止血性能。
**3.7 明胶基水凝胶**
明胶是胶原的变性衍生物，保留了胶原的生物活性特性，同时提供更高的溶解性和更低的免疫原性。凭借其生物相容性和低成本，明胶已被广泛用作止血剂。一个著名的商业产品Floseal由牛源明胶基质和人源凝血酶组成，用作止血剂。然而，明胶相对较低的机械完整性和对湿组织的弱黏附性限制了其在更多样化情况下的广泛应用。为克服这些限制，明胶已被化学修饰上明胶甲基丙烯酰基（gelatin-methacryloyl, GelMA）等官能团，使其能够制备成具有增强机械强度和生物黏附性能的光交联GelMA水凝胶。尽管解决了结构和黏附弱点，GelMA仍需要掺入促凝剂以实现有效的止血功能。为此，纳米颗粒已被用于与明胶水凝胶网络整合形成具有定制功能的纳米复合材料。例如，Fan等人通过将聚多巴胺（polydopamine, PDA）纳米颗粒与GelMA结合合成了一种快速止血水凝胶体系。PDA纳米颗粒的多孔性增加的表面积促进了血液吸收，而PDA上的官能团和明胶链上的纤维蛋白原结合基序为血液凝固提供了更多生物活性位点。最终配方实现了与商业Celox密封剂相当的出血控制效果。为进一步赋予GelMA水凝胶多功能，已掺入生物活性化合物。Abbas等人最近开发了一种载姜黄素和二磷酸腺苷（adenosine diphosphate, ADP）的GelMA水凝胶体系，将快速止血与抗炎和抗菌性能相结合。该水凝胶实现了ADP和姜黄素的持续释放。ADP的存在增强了血小板活化和聚集，加速了出血控制。大鼠尾部截肢模型证实了其止血功效，失血量显著减少。同时，掺入的姜黄素提供了固有的抗炎和抗菌活性，促进了后续的组织再生。总之，明胶基水凝胶不仅具有胶原的生物学相容性，还具有增强的材料工程可调性。通过多功能修饰和固有生物相容性，它们代表了用于止血应用的一类有前景的生物材料。
**3.8 丝素蛋白基水凝胶**
丝素蛋白是从蚕丝中提取的天然纤维蛋白，因其优异的生物相容性、生物降解性和可调力学性能，已成为止血水凝胶的有吸引力的生物材料。研究表明，低分子量丝素蛋白可通过激活凝血级联的内源性途径增强血液凝固，使其有望用于止血。然而，天然丝素蛋白水凝胶存在凝胶动力学相对较慢和湿组织黏附性弱等局限性，这可能损害其在紧急出血控制中的性能，尤其是在湿态和动态生理条件下。因此，近期研究集中于工程化具有快速凝胶化、增强组织黏附和多功能止血能力的丝素蛋白水凝胶。Wang等人通过甲基丙烯酸酯和二甲基氨基的可编程侧链修饰，工程化了一种可快速光交联的带电丝素基水凝胶。甲基丙烯酸酯的整合使水凝胶在光照射下8秒内快速交联，能够立即密封出血伤口。更重要的是，二甲基氨基赋予正电荷，显著增强了与带负电血细胞的静电相互作用，从而促进血小板黏附并加速血凝块形成。
除快速凝胶化外，建立对湿态和动态组织的增强黏附仍是另一个挑战。在此基础上，Li等人将TA与丝素蛋白水凝胶结合，在酸性胃条件下实现了强黏附。TA中酚羟基与丝素蛋白β-折叠结构域之间的动态氢键和疏水作用有助于形成动态交联网络，使水凝胶能够在湿组织表面形成连续界面。同时，丝素蛋白纳米纤维的制备进一步改善了水凝胶网络并加速纤维蛋白血凝块形成，强调了其对胃出血的有效管理。
除改善凝胶化和黏附外，掺入纳米技术赋予丝素蛋白水凝胶多功能能力也已被研究。一个代表性例子是ZnO纳米颗粒嵌入的丝素蛋白-TA水凝胶，其中ZnO纳米颗粒通过与TA的配位键增强水凝胶网络，同时提供抗菌活性。协同相互作用赋予水凝胶优异的机械稳定性、抗氧化性和抗菌能力，从而实现高效的出血控制和降低的伤口感染风险。最近，Yao等人设计了一种掺入Au@ZIFs纳米复合材料的丝素蛋白基水凝胶，构建多功能止血和伤口愈合平台。除提供抗菌活性外，Au@ZIFs通过清除过量活性氧和促进血管生成有效调节伤口环境，从而在快速止血后加速组织再生。总体而言，功能性纳米材料的整合将丝素蛋白水凝胶从简单的止血基质转变为同时具有出血控制、感染预防和组织再生的多功能平台。
**4. 天然聚合物基止血剂的临床转化**
**4.1 目前临床使用的产品**
尽管大量天然聚合物基水凝胶已展示出优异的体内止血性能，但其临床转化仍然有限。这一差距源于几个关键挑战，包括机械强度不足、湿黏附性差、批次间变异以及灭菌和大规模生产困难。迄今为止，只有少数由具有可流动凝胶样基质的天然聚合物组成的止血剂已在临床上确立（表2）。手术中最常用的产品是Floseal和Surgiflo，两者均由明胶基质与人源凝血酶结合组成。
作为代表性例子，Floseal于1999年获得FDA批准作为局部止血密封剂。其牛源明胶颗粒接触血液后溶胀，形成稳定基质，减少出血部位的血液流动。同时，添加人凝血酶通过增强纤维蛋白凝块生成协同促进血凝块形成。Floseal已安全有效地用于心脏、血管和鼻窦等多种手术，减少了出血时间、术后疼痛和住院时间。类似地，Surgiflo是另一种由猪明胶基质与人凝血酶组成的凝胶样止血剂。早期研究报道，接受鼻窦手术的患者中超过96%在应用Surgiflo后10分钟内实现快速止血，且通过手动压迫，时间可缩短至61秒。使用过程中未观察到感染和粘连等并发症，为其后续临床使用奠定了有效基础。
除明胶基产品外，CollaStat是一种新兴的由胶原和凝血酶组成的止血剂，形成糊状可流动基质。其止血机制与Floseal类似，胶原颗粒接触血液后溶胀，提供物理压迫来控制出血，而添加的凝血酶触发凝血级联。一项脊柱手术的随机临床试验表明，CollaStat的止血成功率达94.87%，与Floseal相当，且无严重不良事件报告。
除这些临床已确立的可流动密封剂外，其他凝胶基质正在临床研究中。Hemofence是一种与凝血酶交联的透明质酸钠凝胶，已在脊柱手术中用于出血控制的临床评价。在2024年进行的一项III期临床试验中，接受Hemofence治疗的患者止血成功率为97.1%，与Floseal相当。此外，包括药物不良反应和副作用在内的安全性特征也相似，突出了Hemofence作为有前景的新型止血候选材料。除水凝胶基止血剂外，大多数临床使用的止血剂以海绵、粉末或贴片形式存在，如Surgifoam（明胶海绵）、Avitene（胶原粉末、海绵或片状）、Algoderm Trionic（海藻酸盐垫或片）、Arista（淀粉粉末）和Celox（壳聚糖纱布或粉末）。然而，这些传统形式对患者的适形性有限，在出血部位的保留率较低，且抗炎或抗感染等多功能特性较少。因此，需要进一步开发水凝胶基止血剂，以弥合实验室设计与临床批准的止血产品之间的差距。
**4.2 临床转化的安全性考虑**
尽管天然聚合物基水凝胶性能良好，未来临床转化需要全面评估生物安全性、长期毒性、免疫原性和生物降解性。壳聚糖、明胶和纤维素衍生物等天然聚合物表现出固有生物相容性，通常显示低细胞毒性。然而，与其他添加剂的水凝胶制备过程可能改变其生物学行为。例如，残留交联剂、金属离子或纳米颗粒添加剂的存在可诱导局部炎症或细胞损伤，从而降低水凝胶的血液相容性。此外，过度溶胀特性或有限的机械稳定性可能进一步损害组织相容性并引起不适和负面效应。此外，许多止血水凝胶缺乏标准化长期体内研究和大规模临床验证，阻碍了监管批准和广泛临床采用。进一步研究不仅需要关注止血功效，还需要建立长期生物安全性评价和可扩展转化评估的标准化方案。
免疫原性是天然聚合物体系的另一个关键考虑因素。尽管天然衍生生物材料通常被认为是生物相容的，但一些蛋白质基材料如胶原和明胶仍可能根据其提取来源、纯化程度和残留抗原组分诱导免疫反应。此外，使用凝血酶和纤维蛋白等凝血因子具有长期已知的免疫原性缺点。此外，提取过程中的污染可能进一步增加免疫学风险。因此，标准化的纯化方法和详细的免疫学评价（包括免疫细胞反应分析）对于未来临床转化是必要的。
适当的生物降解性也是止血水凝胶的重要方面，尤其是那些用于体内应用的水凝胶。水凝胶期望在止血阶段保持足够的机械完整性，并随着组织再生逐渐降解。快速降解可导致止血功效降低，而过度缓慢的降解可能导致体内代谢时间延长并引起组织慢性炎症。天然聚合物组成、交联密度和对微环境的响应负责
