近日，转化医学国家重大科技基础设施（上海）耐药肿瘤精准诊疗材料及临床应用研究用户工作站窦红静教授团队联合上海市第十人民医院心脏大血管外科陈博博士、上海交通大学中英国际低碳学院薛渊副教授，在新型止血材料与凝血调控领域取得新进展。研究团队构建了一种压力响应型微网集成棉纱布（“魔术纱布”），提出了基于时空协同凝血的新型止血策略，实现了高效、可持续的按需止血。相关研究成果以“A Micromesh-At-Grid Integrated Cotton (MAGIC) Gauze with Pressure-Responsive Pore Gating Enables Sustainable Hemostasis via Spatiotemporally Coordinated Coagulation”为题发表于国际期刊 Advanced Materials。
论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.75091
1.研究背景
出血控制是外科手术和创伤急救中的关键环节。现有止血材料在大量出血情况下仍面临挑战：致密型材料易因界面血液积累延缓凝血，多孔型材料则可能导致凝血位点偏离伤口界面。因此，如何精准调控血液流动并实现凝血过程的时空协同，成为高性能止血材料设计的重要挑战（图1）。
图1 传统止血剂的限制。致密型止血材料因界面血液积累导致凝血延迟，多孔材料的凝血位点和伤口错配。
2.工作简介
近日，上海交通大学窦红静教授团队设计了一种压力响应型微网集成棉纱布（Micromesh-At-Grid Integrated Cotton Gauze，MAGIC Gauze）（“魔术纱布”）。该材料以传统棉纱布为基础，通过在纱布纤维之间构筑一层由超分子促凝颗粒组装形成的微尺度网络结构，为普通纱布穿上一件特殊的“微网外衣”。这层微网不仅能够增强纱布与血液组分之间的相互作用，更赋予材料压力响应能力，使其能够根据血液环境和外界机械刺激动态调整自身状态。在止血过程中，“魔术纱布”能够依次实现排血、吸血和凝血，从而实现空间定位和时间顺序上的协同止血（图2）。
图2.“魔术纱布”的设计理念：通过时空协同凝血实现按需止血
3.主要研究内容
给传统纱布穿上“微网外衣”，构筑动态止血界面
为了赋予传统纱布主动调控血液的能力，研究团队构筑了一种由超分子促凝颗粒组成的微网结构。这件“微网外衣”由天然来源材料构筑而成。研究团队利用壳聚糖、二氢咖啡酸和月桂酸衍生结构，通过分子间相互作用组装形成具有促凝能力的微尺度颗粒，并使其自组装于纱布纤维之间，搭建出覆盖纱布孔隙的三维微网。值得注意的是，该微网构筑策略无需改变传统棉纱布的主体结构，仅需通过颗粒负载即可实现功能化，为规模化制备和实际转化应用提供了可行路径（图3）。
图3. 从天然材料到微网外衣：构筑可规模制备的功能化纱布
压力触发微网“开关”，实现先排血、后吸血、再凝血
“魔术纱布”最核心的设计，是让纱布内部微网能够响应不同阶段的止血需求。当材料刚接触血液时，血液中的离子会诱导微网快速形成凝胶结构，在纱布表面建立原位黏附界面，驱散伤口处聚积的界面血液。随后，在止血过程中施加的人工按压会改变微网结构，使其由凝胶状态转变为更易流动的溶胶状态，重新打开纱布大孔通道，让棉纤维本身的毛细作用发挥作用，快速吸收残余血液并实现原位凝血。该结构转换所需压力约为22 kPa，能够轻易通过人工按压实现，同时不会被正常血压轻易触发。这种由压力控制的结构变化，使材料不再固定处于“吸血”或“封闭”某一种状态，而是能够按照止血过程的需要完成功能切换，实现时空协同凝血（图4）。
图4. 压力触发微网开关，实现“先挡血、再吸血、后凝血”
微网召集血液“施工队”，搭建坚固凝血屏障
原位凝血时，微网中的促凝微粒进一步参与血液组分的跨尺度组装。促凝微粒能够促进红细胞和白蛋白等血液成分在材料界面的富集。其中，红细胞形成有序堆砌结构，提高凝血块的力学强度；白蛋白等蛋白组分则增强界面连接，使最终形成的复合凝块更加稳定。与传统止血材料依靠单纯吸附血液不同，“魔术纱布”通过微观结构引导血液自身组分重新组装以形成更加坚韧的血凝块，甚至这种微网结构的动态变化还能进一步聚集天然血小板。（图5）。
图5. 微网组织血液组装，构筑坚固凝血屏障
“魔术纱布”在复杂环境下保持稳定止血能力
为了评估“魔术纱布”在复杂急救场景中的应用潜力，研究团队在多种动物出血模型中进行了验证。在凝血功能受损的大鼠股动静脉损伤模型中，“魔术纱布”能够快速形成稳定止血屏障，相比传统棉纱布和商业战斗纱布分别减少约95%和90%的失血量。进一步在持续海水浸泡的高盐高湿环境以及肢体创伤模型中，“魔术纱布”仍保持快速、稳定的止血能力，分别降低约75%的失血量，展现出其应对复杂创伤和极端救援环境的适应性（图6）。
图6 多场景临床前验证：适应复杂创伤环境下的快速止血
“魔术”的秘密：微网与血液共同搭建止血屏障
进一步机制研究发现，“魔术纱布”并非简单依靠物理吸附血液，而是通过微网结构实现材料封堵与机体凝血过程的协同调控。一方面，微网内部形成稳定的血凝胶屏障，增强伤口封闭；另一方面，材料诱导血小板聚集并促进纤维蛋白网络形成，激活机体自身凝血响应。转录组分析进一步表明，“魔术纱布”可增强血小板激活、聚集及凝血相关通路，为其高效止血提供了生物学依据（图7）。
图7. 材料封堵与生理凝血协同：实现高效止血
临床前模型验证：一块纱布实现30秒动脉止血
为了验证“魔术纱布”的实际应用潜力，研究团队在临床前严重出血模型中进行了系统评价。在猪股动脉出血模型中，单块“魔术纱布”即可在30秒内实现致命性动脉出血控制，展现出快速、高效的止血能力。更值得关注的是，该材料并非通过增加耗材用量提高止血效果，而是利用动态微网实现伤口原位时空协同凝血。在该模型中，1块“魔术纱布”即可完成传统方案中约27片普通棉纱布仍难以完成的止血任务，实现显著减少材料消耗和快速止血（图8）。
图8. 临床前大动物验证：一块纱布实现30秒快速止血
可持续医疗价值：减少耗材消耗，推动绿色止血材料发展
除提升止血效率外，“魔术纱布”还展示了传统医疗耗材升级带来的可持续发展价值。研究团队进一步通过生命周期评估分析了该材料从生产、使用到废弃处理全过程中的环境影响。结果显示，相比传统棉纱布，“魔术纱布”可减少96%的棉纱布消耗、83%的治疗成本以及84%的生命周期碳排放，且单片“魔术纱布”（7 cm × 5 cm）的生产成本不超过2元（图9）。
图9. 从高效止血到绿色医疗：降低成本与碳足迹
4.结论和展望
该研究通过在传统棉纱布表面构筑压力响应型“微网外衣”，提出了一种基于时空协同凝血的新型止血材料策略。“魔术纱布”利用动态微网结构协调界面血液驱散、毛细吸收和凝血组装三个过程，实现了止血材料从被动吸收血液到主动调控凝血的转变。更重要的是，该研究建立的微网集成策略并不局限于棉纱布基材，而为不同类型止血载体的功能化升级提供了通用设计思路。未来，该策略有望突破单一纱布体系限制，拓展至多种多孔止血载体和可降解材料平台，为下一代智能、低成本、低碳止血材料的发展提供新的设计路径。
上海交通大学材料科学与工程学院曾屹嵘博士为论文的第一作者，上海交通大学材料科学与工程学院窦红静教授、上海市第十人民医院心脏大血管外科陈博博士、上海交通大学中英国际低碳学院薛渊副教授为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（82500471）、上海市科技计划项目（25J22800600）、上海交通大学“交大之星”（STAR）计划（No. 20240303）、上海市协同创新专项基金（No. HCXBCY-2024-031）等项目的资助。
