項目名稱：基于分子篩生物界面的多相酶催化

申報單位：浙江大學化學系

負 責 人：范杰

1

項目簡介

   候選人基于沸石與血液界面特異性的“分子識別”現象，深層次地理解沸石表面“類血小板”新促凝血機制；基于界面分子間相互作用及微觀構象，創新性地構建酶活性調控的新方法；基于酶與沸石界面的基礎研究和緊急止血的實踐經驗，突破性地開發新型的緊急止血器械。

  Candidate has a deep understanding of the new "platelet-like" procoagulant mechanism on the zeolite surface based on the specific "molecular recognition" phenomenon of the zeolite-blood interface; based on the inter-molecular interactions and micro-conformation of the zeolite surface, he has innovatively constructed new regulation methods of enzymatic activity; based on the basic research on the interface between enzyme and zeolite and the practical experience of emergency hemostasis, he has creatively developed several novel emergency hemostatic devices。

2

研究團隊

    項目負責人長期從事分子篩的合成與多相催化研究，曾獲得了全國百篇優秀博士論文獎，入選2010年教育部新世紀優秀人才計劃，榮獲2011年度“中國化學會青年化學獎”，2012年獲得國家自然科學基金優秀青年科學基金和浙江省自然科學基金杰出青年科學基金，2014年入選省“151人才工程”第一層次人員。目前為中國化學會分子篩專業委員會委員，中國材料研究學會納米材料與器件分會理事。

3

科學解讀

圖1. 沸石促凝血的分子機制

   大出血每年奪去190萬人的生命，快速有效的院前急救措施一直存在空白。大動脈出血十分兇險。動脈作為血液從心臟通往各個組織的交通要道，動脈內血液的流速可超過50厘米/秒。一旦發生破裂或損傷，血流噴射而出，短時間內血液大量流失。如果失血量超過1000cc，就有可能危及生命。

    出血時，人體會自動啟動一套凝血機制，在血小板和凝血因子的共同參與下，血液在傷口處漸漸形成血栓，堵住傷口。但是人體的自身生化反應緩慢而溫和。這人體的自身生化反應速度決定了凝血機制的能力范圍：在靜脈或毛細血管出血時能夠奏效，但像動脈出血如此劇烈的情況，緩慢的凝血進程是微不足道的。此外，包扎、按壓等傳統急救手段也顯單薄。

    項目人研發團隊發明了一件“緊急止血救生衣”：用沸石棉纖維復合物做成的T恤衫，外表與普通T恤沒有任何區別，但在關鍵時刻能止住噴流的動脈血，為搶救生命贏得時間。在電子顯微鏡下，這件看似普通的純棉T恤顯露了它與眾不同的樣貌：一根根棉纖維上附著有許多小圓球，直徑在5微米左右。這些“圓球”是沸石顆粒，它們和棉纖維共同形成的復合材料，能夠快速止住血流。

    沸石用來止血早已有之，但沸石吸水會產生大量的熱，熱量會導致傷口溫度上升，造成灼傷，影響傷口愈合。研發團隊對沸石進行了全面的升級和改造，減少了沸石的放熱效應，同時實現了兩項關鍵突破：一是弄清沸石能迅速止血的分子機制；二是將沸石材料成功地“長”到棉纖維上，讓生產緊急止血毛巾或救生衣成為可能。

圖2. 沸石止血系列產品

    2014年，項目人研發團隊發表在《納米研究》雜志發表文章，在國際上首次揭示了沸石凝血作用的分子機制：沸石止血不是簡單的物理吸附現象，而是發生以沸石表面為介導的生物分子響應反應。研發團隊制備了一種Ca-沸石材料，沸石表面會被血漿蛋白包裹，鈣離子能從血液中捕獲并活化凝血酶，使其持續高效工作。沸石凝血進程可以從120秒縮短至12秒，具有緊急止血的能力。

    隨后的幾年，研發團隊重點研究了怎樣讓這種性能優良的材料長到棉纖維上。最終實現了沸石晶體緊緊地“抓”住棉纖維表面，不受水洗水沖的影響，即便用超聲波也“振”不下來。棉纖維及沸石棉纖維吸水性好，成本低，可編制成適用于不同傷口形狀的止血織物。

    很多大出血都發生在非常突然的情況下，這時人們身邊往往沒有準備額外的止血工具和材料。在項目人研發團隊看來，把沸石‘穿’在身上才是最保險的，才能使隨時隨地的救援成為可能。沸石的成本很低，做到衣服上，也非常便宜。

    用同樣的方法，還可以制造止血毛巾、止血紗布等多種產品，成為戶外運動、極限運動、賽車等特殊人群的保護裝備，也可以作為急救裝備，在交通意外等事故發生時發揮作用