项目名称：基于分子筛生物界面的多相酶催化

申报单位：浙江大学化学系

负 责 人：范杰

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项目简介

   候选人基于沸石与血液界面特异性的“分子识别”现象，深层次地理解沸石表面“类血小板”新促凝血机制；基于界面分子间相互作用及微观构象，创新性地构建酶活性调控的新方法；基于酶与沸石界面的基础研究和紧急止血的实践经验，突破性地开发新型的紧急止血器械。

  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。

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研究团队

    项目负责人长期从事分子筛的合成与多相催化研究，曾获得了全国百篇优秀博士论文奖，入选2010年教育部新世纪优秀人才计划，荣获2011年度“中国化学会青年化学奖”，2012年获得国家自然科学基金优秀青年科学基金和浙江省自然科学基金杰出青年科学基金，2014年入选省“151人才工程”第一层次人员。目前为中国化学会分子筛专业委员会委员，中国材料研究学会纳米材料与器件分会理事。

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科学解读

图1. 沸石促凝血的分子机制

   大出血每年夺去190万人的生命，快速有效的院前急救措施一直存在空白。大动脉出血十分凶险。动脉作为血液从心脏通往各个组织的交通要道，动脉内血液的流速可超过50厘米/秒。一旦发生破裂或损伤，血流喷射而出，短时间内血液大量流失。如果失血量超过1000cc，就有可能危及生命。

    出血时，人体会自动启动一套凝血机制，在血小板和凝血因子的共同参与下，血液在伤口处渐渐形成血栓，堵住伤口。但是人体的自身生化反应缓慢而温和。这人体的自身生化反应速度决定了凝血机制的能力范围：在静脉或毛细血管出血时能够奏效，但像动脉出血如此剧烈的情况，缓慢的凝血进程是微不足道的。此外，包扎、按压等传统急救手段也显单薄。

    项目人研发团队发明了一件“紧急止血救生衣”：用沸石棉纤维复合物做成的T恤衫，外表与普通T恤没有任何区别，但在关键时刻能止住喷流的动脉血，为抢救生命赢得时间。在电子显微镜下，这件看似普通的纯棉T恤显露了它与众不同的样貌：一根根棉纤维上附着有许多小圆球，直径在5微米左右。这些“圆球”是沸石颗粒，它们和棉纤维共同形成的复合材料，能够快速止住血流。

    沸石用来止血早已有之，但沸石吸水会产生大量的热，热量会导致伤口温度上升，造成灼伤，影响伤口愈合。研发团队对沸石进行了全面的升级和改造，减少了沸石的放热效应，同时实现了两项关键突破：一是弄清沸石能迅速止血的分子机制；二是将沸石材料成功地“长”到棉纤维上，让生产紧急止血毛巾或救生衣成为可能。

图2. 沸石止血系列产品

    2014年，项目人研发团队发表在《纳米研究》杂志发表文章，在国际上首次揭示了沸石凝血作用的分子机制：沸石止血不是简单的物理吸附现象，而是发生以沸石表面为介导的生物分子响应反应。研发团队制备了一种Ca-沸石材料，沸石表面会被血浆蛋白包裹，钙离子能从血液中捕获并活化凝血酶，使其持续高效工作。沸石凝血进程可以从120秒缩短至12秒，具有紧急止血的能力。

    随后的几年，研发团队重点研究了怎样让这种性能优良的材料长到棉纤维上。最终实现了沸石晶体紧紧地“抓”住棉纤维表面，不受水洗水冲的影响，即便用超声波也“振”不下来。棉纤维及沸石棉纤维吸水性好，成本低，可编制成适用于不同伤口形状的止血织物。

    很多大出血都发生在非常突然的情况下，这时人们身边往往没有准备额外的止血工具和材料。在项目人研发团队看来，把沸石‘穿’在身上才是最保险的，才能使随时随地的救援成为可能。沸石的成本很低，做到衣服上，也非常便宜。

    用同样的方法，还可以制造止血毛巾、止血纱布等多种产品，成为户外运动、极限运动、赛车等特殊人群的保护装备，也可以作为急救装备，在交通意外等事故发生时发挥作用