基于深共晶溶剂的无水离子凝胶：快速凝胶与多功能止血的创新平台

　　本研究开发了一种基于深共晶溶剂（DES）的无水离子凝胶，以氯化胆碱和乙二醇为基质，结合聚丙烯酸（PAA）和粘度调节剂（如羟乙基纤维素HEC或胶原COL），实现了10秒内快速原位凝胶化。该材料具备高粘度注射性、强组织粘附性、优异机械性能及广谱抗菌活性（对E. coli和S. aureus）。体内实验显示，其在大鼠尾截断和肝穿刺模型中减少失血量及凝血时间达60%–70%，同时保持良好生物相容性，为新一代止血材料提供了多功能平台。

　　

2.1 前体粘度的优化

研究采用氯化胆碱（ChCl）与乙二醇（EG）构成的深共晶溶剂（DES）作为无水止血离子凝胶的基础。该DES体系在1:2摩尔比下形成稳定的氢键网络，具备良好的生物相容性和可加工性。丙烯酸（AA）作为单体，Irgacure 2959为光引发剂，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺（NMBA）为交联剂，在365 nm紫外光照射下10秒内完成快速自由基聚合。通过引入羟乙基纤维素（HEC）或胶原（COL）作为粘度调节剂，显著提高了前体粘度。DES-2% HEC的粘度达到约33.6 Pa·s，约为血液粘度（5×10^?3 Pa·s）的6700倍，确保了注射性和在出血部位的稳定滞留。流变学测试表明所有改性前体在测试剪切速率范围内保持近乎牛顿流体行为，保证了临床应用的稳定性。

2.2 DES离子凝胶的机械性能

纯DES离子凝胶表现出较高的杨氏模量（约35 kPa），但延展性有限。加入HEC或COL后，材料的柔韧性和拉伸性显著改善，归因于其增塑作用：HEC和COL通过羟基和胺基与聚合物基质及DES组分形成氢键，削弱了聚合物-聚合物间作用，增强了链移动性。其中，DES-2% HEC的杨氏模量约为30 kPa，适用于皮肤和肌肉组织的应力支持。压缩测试显示，纯DES离子凝胶的抗压应力最高（约91 kPa），而添加HEC或COL后有所降低（DES-2% HEC为55 kPa），但仍保持足够的韧性和机械强度，满足止血应用需求。

2.3 粘附性能评估

DES离子凝胶的粘附机制包括物理互锁和非共价相互作用。聚合物链可物理穿透组织表面微观结构，形成机械锚定；HEC和COL的丰富官能团（如羟基和酰胺基）与DES组分及组织基质氢键结合，增强界面粘附。爆破压力测试（ASTM F2392-04）显示，DES-2% HEC耐受最高压力（50.5±2.2 kPa），远超过人类动脉收缩压（约16 kPa）。伤口闭合测试（ASTM F2458-05）中，DES-2% HEC的粘附强度达167.9±6.6 kPa。lap shear测试（ASTM F2255-05）进一步证实DES-30% COL和DES-2% HEC分别具有1323.5±204.8 kPa和1193.8±212.6 kPa的剪切强度，表明优异抗侧向力能力。DES-2% HEC在三项测试中均表现均衡，成为最具潜力的候选材料。

2.4 溶胀能力、光学透明度及热稳定性

DES离子凝胶在磷酸盐缓冲盐水（PBS）中10分钟内溶胀率达62%，归因于聚丙烯酸（PAA）骨架的丰富羧基。添加HEC略微降低溶胀率，但仍优于商业水凝胶敷料HydroTac。光学透明度测试显示，纯DES离子凝胶和DES-2% HEC的可见光透射率分别为93%和90%，与聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚二甲基硅氧烷（PDMS）相当，支持伤口可视化监测。环境稳定性方面，DES离子凝胶10天内重量保持率约100%，而PAA水凝胶第二天即失水70%。热重分析（TGA）表明DES离子凝胶和DES-2% HEC的10%重量损失温度（T_10%）分别为129°C和131°C，较PAA水凝胶（106°C）提高1.24倍，初始重量损失源于DES中物理结合乙二醇的挥发。PBS浸泡后机械和电学性能测试证实材料保持结构完整性和导电功能。

2.5 DES离子凝胶的抗菌活性

针对E. coli（革兰氏阴性）和S. aureus（革兰氏阳性）的抗菌测试显示，DES离子凝胶通过扩散和接触杀灭双重机制起效。DES-2% HEC对两种细菌均产生明显抑菌圈，且接触15分钟后细菌存活率降至近零。抗菌机制归因于PAA和DES的酸性环境（pH较低）以及胆碱 chloride中季铵阳离子的静电作用破坏细菌膜。DES-2% HEC具备广谱快速杀菌能力，同时保持优良生物相容性。

2.6 生物相容性评估

细胞相容性测试采用NIH3T3成纤维细胞、HaCaT角质形成细胞和AC16人心肌细胞。DES离子凝胶在5–20 mg mL^?1浓度下维持接近100%细胞存活率，Live/Dead染色显示直接接触培养中活细胞（绿色）占主导。增殖试验表明，培养5天后DES处理组细胞活性甚至高于对照组。细胞粘附测试显示DES-2% HEC与多聚-D-赖氨酸涂层表面无显著差异，支持细胞自由粘附和迁移。DES组分中胆碱 chloride作为维生素B复合物成员，可能支持细胞代谢，贡献于组织再生友好环境。

2.7 止血功能与血液界面相互作用

溶血试验显示DES离子凝胶溶血率低于5%安全阈值，与HydroTac相当。活化部分凝血活酶时间（APTT）和凝血酶原时间（PT）测定表明，PAA水凝胶和DES离子凝胶均显著缩短凝血时间，归因于PAA激活内在凝血途径因子XII。体外凝血试验中，DES离子凝胶表面可见血凝块形成，凝血指数（BCI）值较低。红细胞（RBC）吸附测试显示DES离子凝胶表面大量RBC附着，源于胆碱 chloride中季铵基团与RBC负电荷膜间的静电吸引，以及DES和HEC的氢键相互作用增强界面结合。DES-2% HEC的RBC吸附和附着最高，协同促进止血。

2.8 体内止血评价

大鼠尾截断和肝穿刺模型中，DES-2% HEC处理减少失血量和凝血时间约60%–70%，与商用止血粉Celox性能相当或更优。DES-2% HEC通过物理密封、氢键结合、肿胀诱导压力、FXII激活和RBC招募等多机制实现高效止血。治疗后动物全部存活，肝组织H&E和Masson三色染色未显示炎症、坏死或异常纤维化。皮肤致敏和刺激试验中，DES-2% HEC未引起红斑或水肿，主要刺激指数（PII）为零。组织相容性和皮肤安全性支持其临床转化潜力。

3 结论

本研究成功开发了一种无水DES离子凝胶，特别是DES-2% HEC配方，具备快速凝胶、强粘附、抗菌和良好生物相容性。该材料通过物理密封和生物激活双机制促进止血，体内外验证显示显著减少出血时间和血液损失，且无毒性反应，为新一代多功能止血剂提供了有前景的平台。

4 实验部分

DES由ChCl和EG以1:2摩尔比100°C搅拌制备。离子凝胶前体含AA、NMBA、Irgacure 2959和DES，加入HEC或COL调节粘度。UV照射10秒引发聚合。粘度用流变仪测定，机械性能按DIN 53504 S3标准测试。粘附性能通过爆破压力、伤口闭合和lap shear测试评估。溶胀率在PBS中37°C测定，光学透明度用UV-vis spectrophotometer测量，热稳定性通过TGA分析。抗菌试验采用扩散和接触杀灭法。细胞相容性使用CCK-8试剂盒测试，血液相容性包括溶血、APTT、PT、凝血和RBC吸附试验。动物实验获国立中山大学动物护理委员会批准（112-04），尾截断和肝穿刺模型评估止血效果，组织学进行H&E和Masson染色。统计分析采用单因素方差分析（ANOVA），显著性设定为p<0.05。