DOI: 10.1016/j.mtcomm.2021.102260

采用溶胶-凝胶法开发的新型含钽介孔生物活性玻璃（Ta-MBG）粉末具有良好的止血性能。但是，粉末在操作环境中会产生粉尘，如果发生大量出血，可能会被冲走。此外，粉末可能无法充分压缩伤口组织，在某些情况下会形成厚厚的愈伤组织，很难去除。纤维状MBGs在止血应用中比粉末更具优势，但与其相关的研究却很少。本研究成功合成了Ta-MBG复合材料，并通过静电纺丝法将其制备成纤维毡。采用最先进的成像技术对该纤维垫进行研究。单根纤维的直径约为300nm，呈现出多孔性（1-50nm）。其中还存在微米级的孔隙（1-2μm），这构成了交织纤维之间的孔隙空间，不同于Ta-MBG粉末，后者由颗粒内部的单峰通道（孔径：4nm）组成。众所周知，分层微纳米级孔隙可增强凝血蛋白的活性。纤维垫的表面积和孔体积最大为61m2/g和0.23cm3/g，而粉末的相应最大值为374m2/g和0.27cm3/g。表面积是促进血液吸收和增强凝血的一个重要特性。测得纤维的ζ电位比粉末的负值更高。极高的负ζ电位可为止血提供稳定的基质。总体而言，纤维垫的质地、易于获得的微米级孔隙、钽的存在、分层孔隙率、良好的ζ电势以及天然仿生结构等重要属性使其成为止血应用的潜在候选材料。

图1：小鼠尾巴出血模型。麻醉小鼠后，用解剖刀将其尾巴从尖端切除5mm，如图1a所示。一分钟之内，用Ta-MBGs（圆圈区域）填充出血尾端（1b箭头），如图1b所示。进行干预后（或无治疗组无需干预），每15秒将尾部轻拍在吸水纸上（1c中的圆圈区域），直到出血停止。1d比较未经处理（i）和经Ta-MBG填充（ii）的小鼠在吸水纸上的出血痕迹（代表出血时间）。1e为血液浸透的Ta-MBG纤维垫，垫子吸收血液（红色区域）后边缘变成白色。1f显示在伤口处形成一个Ta-MBG纤维栓塞（圆圈区域），从该部位移除大多数Ta-MBG纤维之后仍然保留。

图2：纤维的WAXRD图。

图3：纤维的形态和大孔结构：煅烧样品的低放大倍率SEM图像显示所制备Ta-MBGs的纤维和粉末形态，如图2a和2b所示。图2c描绘了煅烧电纺纤维样品的高放大倍率SEM图像，其显示了包含大孔的纤维结构。2d为鸡蛋壳膜的SEM图像，显示煅烧电纺纤维与鸡蛋壳膜的相似性。图2e和2f表示使用汞孔隙率法测定0.5Ta纤维样品的大孔隙度：（e）汞侵入曲线，（f）孔径分布。大多数大孔在0.5-2μm范围内。

图4：纤维的中孔结构：TEM图像显示纤维（3a）包含大小可变的球形孔，而粉末（3b）具有大小相等的有序多孔通道。纤维（3c）和粉末（3d）样品的SAXS图谱峰值分别反映了粉末和纤维样品的有序和随机介孔结构。纤维（3c）的峰位变化很大，而粉末（3d）则显示出均匀性。Ta-MBGs的SAXS图谱与电纺石英纤维的SAXS图相关（3e），这表明初纺纤维没有出现任何峰，而两个煅烧样品均显示与介孔孔隙率有关的峰。图3f显示对照纤维的累积孔体积和BJH（解吸）孔尺寸分布。绝大多数孔存在于中孔范围内（按体积计为97.6％），少量孔存在于微孔范围内（按体积计为2.4％）。

图5：孔隙性质：（4a和4b）0.5Ta的高倍放大HIM图像和纤维样品的SEM（二次电子模式）图像显示出纤维样品的表面孔隙率。没有看到有序的结构，当孔彼此相遇时，它们倾向于形成细长的孔，而不是通道。

图6：Ta-MBGs的止血潜力：5a显示使用Ta-MBG纤维治疗的鼠尾出血模型结果。每个标记代表一个单独的测试。与未治疗组相比，0Ta（*p=0.0177），0.5Ta（**p=0.0014），1Ta（**p=0.0022）和5Ta（***p=0.0006）的出血时间明显缩短。与Surgicel SNoWTM（SS）相比，所有Ta-MBG样品0Ta、0.5Ta、1Ta和5Ta（****p<0.0001）出血时间明显缩短。Ta-MBGs之间的出血时间没有显著差异。图5b比较了纤维和粉末的鼠尾流血数据。等效粉末和纤维组之间的出血时间没有显著差异。