失血是创伤性死亡的主要原因,会造成30-40%患者死亡。同时,严重的出血会导致许多并发症,如凝血病、低体温、感染和多器官衰竭等。因此,使用止血材料实现快速、高效止血,对挽救患者生命具有非常重要的意义。交联石墨烯止血海绵(Cross-linked Graphene Sponge,简称CGS)是本课题组设计并发展的一类具有优异止血性能的新型止血材料,由氧化石墨烯(GO)与乙二胺(EDA)交联制备。与传统止血材料相比,CGS具有制备简单、价格低廉、质量轻、易于携带、性能稳定、安全无毒性等优点,在外伤止血领域具备应用潜力。CGS的止血机制主要是物理吸附机制,通过快速吸收血液中的液体成分,在界面聚集血细胞及血小板从而促进凝血。为了进一步提升CGS止血性能,本研究工作采用材料复合策略,分别使用化学修饰、添加生物因子及物理组合的方法开发了一系列石墨烯复合止血材料,通过多种凝血刺激的协同作用下,实现了石墨烯复合材料的快速、高效凝血。首先,以2,3-二氨基丙酸(DapA)作为交联剂替换EDA,对CGS进行羧基功能化,成功制备得到DapA交联石墨烯海绵(DCGS)。能量色散X射线光谱(EDS)、元素分析(EA)及Zeta电位测试表明DapA交联剂能够有效增加羧酸官能团数量,提高材料的电负性,从而强化DCGS对血细胞及血小板的刺激作用。在物理吸附及电荷刺激的协同作用下,DCGS表现出优异的止血性能,在166 s内快速止血,止血效率比CGS提升了 17.4%。该工作首次将两种凝血机制同时应用到石墨烯止血海绵中,发挥了不同凝血机制的协同效应,为发展石墨烯基止血材料提供了一个新的方向与策略。以此为基础,以提高材料负电性为出发点,利用多巴胺(DA)自聚合形成交联网络固化GO气凝胶,制备得到聚多巴胺复合石墨烯海绵(DCGO)。DCGO对血小板具有明显刺激作用,结合海绵快速吸附特性,DCGO可在100 s左右实现快速凝血,比GO海绵止血效率提高58%。聚多巴胺(PDA)交联网络不仅有效地保留了 GO的含氧官能团,提高了 DCGO负电性,而且显著增强了材料的机械强度,保障了 DCGO的物理吸附性能。DCGO能够承载比自身重量重350倍的砝码而不发生形变,对石墨烯复合材料的研究提出了有益的见解。其次,基于协同止血机制,本论文采用添加生物因子的方法,通过喷淋方式使凝血酶与CGS复合,制备凝血酶-石墨烯止血海绵TCGS。喷淋方法温和、高效,能够有效的保障凝血酶的生物活性。CGS是理想的载体,它丰富的孔道结构可以将凝血酶稳定地固定在海绵的顶层,充分发挥凝血酶的生物催化活性。因此,在海绵快速吸附和凝血酶界面刺激的协同作用下,TCGS能够在100 s内实现快速止血。深入研究发现,凝血酶的复合量与止血性能非正比关系:大量添加凝血酶虽然能够增强界面刺激作用,但同时会降低DCGS的物理吸附性能,止血效率也随之下降;凝血酶过少则不能增强界面刺激作用。只有当两者处于平衡点,才能最大程度提升TCGS止血性能。研究工作不仅提供了一种生物制剂与石墨烯止血材料复合的简单方法,而且实现了生物因子凝血酶的有效利用,对石墨烯止血材料的协同止血机制也有了更深入的认识,为石墨烯复合止血材料的设计铺垫了理论基础。再次,本论文采用了物理混合方法,以蒙脱土(MMT)为客体,通过物理混合方式引入到CGS中,成功制备了一种新型的外伤止血材料石墨烯-蒙脱土复合海绵(GMCS)。在海绵的快速吸附以及MMT的电荷刺激协同作用下,GMCS实现了超快速的止血,在85 s内可实现兔子大腿动脉止血。尽管MMT的添加量很少,但是它的凝血作用被GMCS材料充分地激发,证实了上述协同作用的重要性。GMCS材料这种复合形式能够有效地改变血液成分分布,最终实现快速凝血。另外,GMCS复合材料并不会因为引入MMT而在体内引起血栓,消除了 MMT本体的毒副作用,血液/生物相容性评价证实了这一点。研究工作不仅为MMT重新应用于止血领域提供了一种可能,而且开拓了一种制备GMCS类外伤止血材料的新途径。本研究工作表明,材料复合策略能够为石墨烯止血海绵引入不同的止血机制,有效提高石墨烯止血海绵的止血性能。同时,石墨烯海绵是一种优良的平台材料,可以搭载不同类型止血机制的材料,为发展新型止血材料提供了更广阔的空间。