电场增强电纺医用胶纤维实现快速肝脏止血

摘要

电纺纤维的精准沉积一直是器官止血面临的主要挑战。本文提出了一种电场改性的电纺系统，在喷嘴处引入金属圆锥，实现了纤维的可控沉积。通过改变圆锥尺寸可调节沉积面积，有限元模拟验证了这一行为。在大鼠肝切除模型中，将N-辛基-2-氰基丙烯酸酯（NOCA）纤维直接沉积在伤口上，10秒内实现完全止血。术后组织学显示，与传统气流辅助电纺相比，炎症和组织粘连显著减少。这种手持式、电池供电的设备表明，便携、现场可用的电纺技术可为急救、临床和家庭护理提供快速、精准的止血方案。

背景

肝切除是治疗肝癌的标准手段，但因肝脏血管丰富，大出血常见。传统止血技术——缝合、结扎、电凝、纤维蛋白或明胶密封剂——存在应用延迟、组织损伤、免疫原性、保质期短或成本高等局限。电纺提供了一种低剂量、表面涂覆的方法，能适应不规则伤口地形。然而，现有电纺设备笨重、缺乏精准沉积控制，且依赖市电，限制了其在偏远或急救环境中的应用。我们早期的气流辅助电纺设计虽减小了沉积面积，但仍需外部气泵电源。因此，我们寻求一种便携、电场改性的系统，仅靠小型电池组即可实现定向、精准的纤维沉积。

置于静电场中的金属导体能诱导表面电荷，重塑场分布。在电纺中，带电射流轨迹取决于局部场；合理放置的金属圆锥可聚焦射流，减小发散角，限制沉积区域。我们选择临床批准的氰基丙烯酸酯胶粘剂NOCA作为纺丝材料，因为聚合物纤维膜比传统厚胶膜更柔韧、用量更少。

本研究开发了一种电场改性电纺技术，可在大鼠肝切除部位可控、精准地沉积NOCA纤维，实现快速止血。该技术的便携性和精准性使其适用于急救、临床、野外和家庭场景。

方法

材料

NOCA胶粘剂（含PMMA添加剂）由广州白云医用胶粘剂有限公司提供。氯醛水合物（10%溶液）用于大鼠麻醉。

体内止血实验

40只成年雄性SD大鼠（300-350 g）随机分为两组（各20只）：气流辅助电纺组和电场改性电纺组。麻醉和正中剖腹后，行50%左叶肝切除。电场组在纺丝头安装边长2.5 cm、角度60°的金属圆锥，针尖到收集器距离10 cm，电压10 kV。气流组使用1.2 mm出口，流速120 µl/min，10 kV，距离10 cm。每只大鼠手术约20分钟。所有实验符合机构动物护理指南。

血液检测与病理切片

术后第3、5天经心脏穿刺采血，检测白细胞计数和肝功能。第7天处死大鼠，取肝脏固定于4%中性福尔马林，石蜡包埋，HE染色。

电场模拟

有限元分析模拟了12 kV电源、铜针、铜圆锥和铝收集器在空气中的场分布。针长3 cm，圆锥直径5 cm，收集器距离10 cm。

表征

SEM成像用日立TM-1000；FTIR用Nicolet In10光谱仪；光学显微镜（奥林巴斯BX51）评估沉积边界；卡西欧Exilim相机记录体内过程。

结果与讨论

电场改性电纺实现精准沉积

手持设备（图1）使用两节无汞AAA电池和高压变换器，摆脱市电依赖。可调金属圆锥替代了气流模块，无需额外电源即可改变场分布。尽管高压，但电流极低，保证安全。

SEM显示连续NOCA纤维直径1-3 µm（图2a）。FTIR确认聚合：714、2761、1732 cm⁻¹处峰（-CH₂-、-C≡N、-C=O）出现，3127 cm⁻¹（=CH-）峰消失。改变圆锥直径，沉积面积成比例缩小（图2c），表明射流约束更紧。增加针-收集器距离会扩大面积（图2d），但圆锥仍比传统电纺产生更小的展布。这证明圆锥能聚焦电场，提高沉积精度。

精准沉积机制分析

有限元结果（图3）显示金属圆锥增强场强、缩小发散角。圆锥附近场线达4×10⁵ V/m（无圆锥时3×10⁵ V/m），角度从20°降至6%，将带电射流限制在更小轨迹。这解释了实验观察到的沉积面积减小。

体内快速止血及分析

大鼠模型中，电场改性装置在10秒内实现完全止血（图4a-c），快于气流辅助电纺。肝脏表面SEM（图4d）显示均匀50 µm厚的纤维膜，贴合不规则伤口地形，凸显技术适应性。

白细胞计数（图5a）显示电场组第5天炎症显著低于气流组（p<0.05），接近假手术对照。肝酶（ALT、AST、GGT）也显著降低（图5b-d），提示肝损伤极小。组织学（图6）显示电场组组织边界更清晰、纤维囊更薄、炎症细胞更少，证实组织粘连和炎症反应减轻。

结论

我们证明了带可调金属圆锥的电场改性电纺系统，能实现NOCA纤维的精准、定向沉积，达成快速肝脏止血。沉积面积可通过圆锥尺寸控制，模拟证实聚焦场减小射流发散。体内实现10秒止血，炎症和组织粘连低于气流辅助电纺。手持、电池供电设计使该方法适用于急救、临床、野外和家庭护理。

缩写

ALT:

丙氨酸氨基转移酶

AST:

天冬氨酸氨基转移酶

CA:

氰基丙烯酸酯

E-spinning:

电纺

FTIR:

傅里叶变换红外

GGT:

γ-谷氨酰转移酶

HE:

苏木精-伊红

NOCA:

N-辛基-2-氰基丙烯酸酯

PMMA:

聚甲基丙烯酸甲酯

SEM:

扫描电子显微镜

WBC:

白细胞