客戶文獻 | 基于甲蟲脈沖噴射仿生結構的微納米止血材料研究

　　西南大學研究團隊在國際有名期刊《Research》上發表了一項重要研究成果。該研究受bombardier甲蟲脈沖噴射機制啟發，設計了一種具有定向微通道的形狀記憶氣凝膠，通過微焦點CT成像系統及多尺度實驗，系統研究了其止血性能及作用機制。這項研究的第一作者為盧必濤老師。
 

       
      研究摘要

 

　　針對嚴重出血傷口止血難題，受bombardier甲蟲噴射防御機制啟發，設計了一種脈沖噴射仿生氣凝膠。該結構通過定向冷凍鑄造構建具有平行微通道的絲素納米纖維/殼聚糖氣凝膠，負載CaCO?與氨甲環酸(TXA-NH??)作為“內置引擎”，利用血液觸發的CO?微泡脈沖噴射增強藥物滲透。結合形狀記憶特性與物理屏障作用，氣凝膠接觸血液后快速膨脹密封傷口，同時通過氣體動力加速止血劑擴散。借助微焦點CT（AX-2000CT）對氣凝膠進行無損三維斷層掃描，清晰呈現了仿生微通道的平行陣列結構(寬度15-35μm)及整體蜂窩狀多孔形態(孔隙率52%)，為微通道結構設計的有效性及后續性能分析提供了關鍵的結構數據支撐。通過理論模型、高速攝像及動物實驗驗證，最佳參數下藥物釋放率60秒內超過50%，在豬股動脈大出血模型中止血時間僅3.5分鐘。研究為深部復雜傷口止血提供了新思路，展示了仿生結構在緊急醫學領域的應用潛力。
 

　   性能測試方法
 

　　體外表征：掃描電鏡(SEM)觀察微通道結構，微焦點CT（AX-2000CT）分析孔隙率及3D結構，接觸角測量儀評估親水性。
 

　   取材與研究方法
 

　　微通道結構分析
 

　　CT成像顯示，氣凝膠具有蜂窩狀多孔結構(孔隙率52%)，平行微通道寬度15-35μm，內壁絲素納米纖維形成交織網絡，顯著提升液體吸收速度(1.5×10?³m/s)。負載的CaCO?/TXA-NH??均勻分布于微通道，明膠帽覆蓋率>80%，確保氣體高效積累。
 

　　（C）GCSF-3/CT的縱向截面（粉色偽彩色代表碳酸鈣（CaCO?），藍色偽彩色代表氨甲環酸銨（TXA-NH??））以及相應的元素分布圖像。（D）GCSF-3/CT的俯視圖和仰視圖。（E）GCSF-3/CT的顯微計算機斷層掃描（Micro-CT）圖像。
 

(B)展示GCSF-3/CT在高幀率下水觸發的快速噴射現象的圖像。
 

　　研究結論
 

　　嚴重出血傷口的充分止血非常具有挑戰，本研究制備的仿生氣凝膠接觸水/血液后可快速膨脹壓迫傷口，并通過微泡動力加速有效載荷擴散，60秒內藥物釋放率超50%，在4種出血模型(含豬股動脈大出血)中表現出優于現有材料的止血效果，且生物相容性良好。微焦點CT（AX-2000CT）在研究中扮演了關鍵角色：通過無損三維斷層掃描，精準表征了氣凝膠的微通道結構、孔隙率及3D形態，為驗證仿生設計的有效性、解析結構與止血性能的關聯提供了直接證據，也為材料優化提供了量化依據。
 

　  原始文獻
 

[1]LuB,HuE,DingW,etal.BioinspiredHemostaticStrategyviaPulseEjectionsforSevereBleedingWounds[J].Research,2023,6:Article0150.DOI:10.34133/research.0150
 

　　論文應用設備
 

　　本研究中所使用的MicroCT設備是由奧影研發生產的高精度微納米CT成像系統——AX-2000CT。該系統專為生物醫學與材料科學研究設計，兼具高精度成像、快速掃描效率、經濟性成本及多元化應用場景，可對仿生氣凝膠、納米纖維支架、生物復合材料、小型金屬構件、地質巖芯等多種樣本進行無損三維斷層掃描，為仿生結構分析與性能優化提供了關鍵無損數字成像技術支撐。