Nano-Micro LettersChuang Jiang, Hengli Ning, Wei Liu*, Zhikun Li, Huiwu Zhu, Long Li*, Qingxi Hou, Chaoji Chen*, Bowen Cheng*
Nano-Micro Letters (2026)18: 444
https://doi.org/10.1007/s40820-026-02283-9
1. 深共晶溶剂介导策略将纤维素和MXene整合进聚丙烯酰胺网络，实现快速凝胶化，并使MXene长期稳定(>690天)。
2. 该低共熔凝胶兼具组织黏附、自修复和抗冻性能，并具有高离子电导率与高效光热转换能力，可实现多模态传感和光热电协同止血。
由创伤或外科手术引起的不可控出血是一项严峻的医学挑战，并给全球医疗卫生体系带来沉重负担。对危及生命的出血进行有效、及时的控制，对于为后续医疗干预争取宝贵时间并显著降低死亡率至关重要。迄今，人们已利用合成或天然来源材料开发出凝胶、纱布、海绵和绷带等多种止血材料。低共熔凝胶将深共晶溶剂(DES)作为有效的液态活性组分，并继承其优异的生物相容性、黏附性、本征导电性和环境稳定性，因此是一类很有潜力的止血材料。与传统水凝胶相比，得益于DES的独特性质，低共熔凝胶具有优异的抗冻、抗脱水和本征离子导电能力，并通常具备自修复行为。然而，如何精细设计创新型低共熔凝胶并充分释放其止血潜力，仍是一项重大挑战。
创伤或手术造成的不可控出血是医疗救治中的重大挑战。天津科技大学生物基纤维材料全国重点实验室刘苇、李珑、程博闻与武汉大学资源与环境科学学院陈朝吉等面向快速止血需求，开发了一种纤维素–MXene聚丙烯酰胺低共熔凝胶。这种新型多功能低共熔凝胶以氯化胆碱/植酸衍生深共晶溶剂(CP-DES)介导纤维素–MXene聚丙烯酰胺网络的构筑，以满足止血需求。该低共熔凝胶结合光热效应和热电效应，加快出血控制，显著减少失血量并缩短止血时间。不同于现有止血材料，该设计利用光热升温与热电电流的协同作用，增强凝血并促进组织修复。其创新之处在于引入DES稳定MXene，优化MXene的光热和热电性能，同时赋予材料快速凝胶化、自修复和抗冻能力。体外及体内试验表明，与传统纱布相比，该材料具有更优异的止血性能，显示出在创伤救治和外科应用中的潜力。该策略为止血及更广泛领域先进多功能生物医用材料的开发建立了新范式。
材料的综合性能由图1c作出横向比较。相较常见凝胶体系，DCMP同时具备低至−50 °C的抗冻性、2.99 mS cm⁻¹的离子电导率、快速凝胶化、自修复能力及良好生物相容性，体现了该设计从材料稳定性到生物医学功能的协同优势。
图1. DCMP低共熔凝胶的制备、光热电协同止血机制及综合性能。(a)材料构筑过程；(b)光热升温与塞贝克微电流协同止血；(c)凝胶化时间、抗冻性、自修复性、导电性和生物相容性比较。
随着温度变化，图2c–e在1350–1530、3000–3500和1300–1350 cm⁻¹区间呈现连续峰形变化，说明氢键和配位作用具有动态可逆性。图2f的低场核磁结果表明，CMP中以自由水为主，DCMP则含有更多受网络约束的水，有助于保护MXene；图2g、h的TGA/DTG曲线同时显示DCMP热稳定性更高，在400–450 °C区间降解更缓慢。分子动力学模拟从图2i的初始与最终构型过渡到图2j的氢键统计：约2500 ps后氢键数快速增加，最终提升49.8%，从微观层面支持了均一、稳定网络的形成。
图2. DCMP的结构表征与网络形成机制。(a)FTIR；(b)拉曼成像；(c–e)变温FTIR；(f)低场核磁；(g)TGA；(h)DTG；(i)分子动力学初始与最终模型；(j)氢键数量随模拟时间的变化。
液体管理和环境耐受性同样突出：图3g显示材料前10 h快速溶胀，30 h后平衡质量溶胀比约为3；图3h中CMP在20 h失水69.18%，而DCMP在60 h后失水仅约34%。经−50 °C放置48 h或60 °C放置24 h后，图3i中的样品仍保持韧性与柔性。力学和电学结果进一步相互印证：图3j中杨氏模量由CMP的114 kPa提升至DCMP的217 kPa，断裂伸长率仍约757%，且修复样品显著恢复；图3k显示其在70%压缩应变下可承受115 kPa并具有良好回弹；图3l中电阻由817.35 Ω降至49.93 Ω，对应离子电导率2.99 mS cm⁻¹。
图3. DCMP的黏附、液体管理、力学和电学性能。(a–e)多基底黏附及测试；(f)自修复；(g)溶胀；(h)保水；(i)极端温度适应性；(j)拉伸；(k)压缩；(l)电阻与电导率。
提高功率密度后，图4e中的DCMP在0.3 W cm⁻²下9 min即可达到约140 °C，而CMP仅约44 °C。图4f记录的三次升温至100 °C循环几乎重合，证明输出稳定；图4g进一步显示，材料在天津自然日光下60 min可升至61 °C。综合图4h的文献比较，DCMP以67.9%的光热转换效率实现低能耗、快速响应，为后续协同止血提供稳定热源。
图4. DCMP的光热性能。(a)吸收、透射和反射光谱；(b)光热转换机制；(c、d)0.1 W cm⁻²下的升温曲线与红外图像；(e)不同功率下的升温；(f)循环稳定性；(g)自然日光响应；(h)与已报道材料的比较。
动态响应则由图5f–h揭示：撤去光源后电流约150 s回到基线，而在20 s和50 s间隔的脉冲照射中，热量消散存在滞后，因此关光后仍可维持一段时间的电流输出。最后，图5i、j展示串联放大能力：多个单元表面温度保持在50–60 °C，六个单元串联可获得0.135 V，说明该体系兼具可控的热输出和可集成的电输出。
图5. DCMP的热电响应。(a)光热电转换示意图；(b)光致电压；(c)电压循环；(d)不同光功率下的电流增幅；(e)电流输出比较；(f)恢复过程；(g、h)不同间隔的脉冲响应；(i、j)多单元串联的温度与电压。
图6e以动态全血实验比较纱布、DCMP和光照DCMP(DCMP/XL)的凝血过程。图6f显示DCMP/XL在5 min时的血液凝固指数低至8.62%，为各组最低；图6g的扫描电镜观察到其表面形成更致密的红细胞和血小板聚集体。定量结果见图6h：纱布、DCMP和DCMP/XL的红细胞黏附率分别为51.48%、55.94%和77.2%，说明光热电作用可进一步强化血细胞黏附与凝血。
图6. DCMP的体外生物相容性与凝血性能。(a)L929细胞活力；(b)活/死染色；(c)溶血率；(d)溶血照片；(e)动态全血实验；(f)血液凝固指数；(g)血细胞黏附SEM；(h)红细胞黏附率。
这一优势在更具挑战的肝脏穿孔模型中得到重复验证。图7e、f展示造模与处理过程，图7g、h显示DCMP/XL仅需80.7 s即可止血，失血量为0.21 g；相比之下，空白对照、纱布、单独光照和DCMP分别为199 s/0.61 g、118 s/0.40 g、116.3 s/0.38 g和102 s/0.29 g。结合两类模型，局部升温促进红细胞、凝血因子和蛋白质聚集形成血凝块，塞贝克微电流则有助于血管收缩，二者协同实现更快、更少失血的止血效果。
图7. DCMP在大鼠断尾和肝脏穿孔模型中的止血性能。(a、b)断尾模型及处理照片；(c、d)断尾止血时间与失血量；(e、f)肝脏穿孔模型及处理照片；(g、h)肝脏止血时间与失血量。
程博闻
本文通讯作者
中国工程院院士
天津科技大学 教授
产业用纺织品、非织造材料、高性能纤维及医卫防护材料。
▍主要研究成果
纺织科学与工程专家，1963年生，2003年获天津工业大学博士学位。长期从事产业用纺织品与非织造材料研究，围绕熔体纳米纤维绿色制造、闪蒸纺高性能防护材料等关键技术开展系统攻关。 获国家科学技术进步二等奖3项，中国纺织工业联合会科技进步一等奖4项、二等奖4项，天津市科技进步一等奖1项、二等奖2项、技术发明奖2项，中国专利优秀奖1项，天津市专利金奖1项。
▍Email：bowenc15@tust.edu.cn
陈朝吉
本文通讯作者
武汉大学 教授
生物质材料的结构设计、功能化及高附加值循环利用，环境与能源功能材料。
▍主要研究成果
长期从事木材、竹材、纤维素和甲壳素等生物质材料的结构设计、功能化及可持续高值利用研究，致力于以天然材料应对材料—能源—环境挑战。曾在美国马里兰大学从事博士后研究，入选MIT Technology Review“35岁以下科技创新35人”(亚太区)，在生物质基功能材料、储能和环境治理等方向发表多项成果。
▍Email：chenchaojili@whu.edu.cn
李珑
本文通讯作者
天津科技大学 副教授
海洋化学、海卤水资源综合利用、硼酸盐溶液化学与电解质溶液热力学。
▍主要研究成果
博士(后)，国际盐湖学会会员。主要开展硼酸盐溶液化学、热力学性质以及电解质溶液热力学模型构建与预测研究；主持国家自然科学基金青年项目，发表SCI论文并获得William D. Williams Award、全国博士后创新创业大赛金奖等。
▍Email：lilong@tust.edu.cn
刘苇
本文通讯作者
天津科技大学 特聘教授
生物质资源利用、清洁制浆技术、纤维素基功能材料和生物质精炼。
▍主要研究成果
生物质资源利用与制浆技术团队负责人，长期从事清洁制浆、生物质组分分离利用及纤维素基功能材料研究。入选国际机械浆卓越科学家委员会(ERGS)，是该组织第二位亚洲科学家；主持国家及省部级科研项目多项，并担任相关期刊编委和审稿人。
▍Email：weiliu@tust.edu.cn
撰稿：《纳微快报(英文)》编辑部
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