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新型止血绷带——磁铁

2021-03-02  大科技杂...

说起磁铁,大家一定都不会陌生,它是一种主要由铁、钴、镍等金属原子组成的固态混合物。这些原子的内部结构比较特殊,本身就具有磁矩,它们再按照相同方向依次排列,加强了磁性,因此磁铁能够产生磁场,具有吸附铁磁性物质的能力。而由于电磁感应现象的发现,磁场还有生电的作用,所以磁铁在生活中应用十分广泛,比如扬声器、发电机和电动机等各种电器都离不开磁铁。但如果告诉你,磁铁还能作为绷带用于止血,你相信吗?

如何将磁铁用作止血绷带?秘诀是将血液变为液体磁铁,而血液成为液体磁铁的方法也很简单——向血管中注入几百毫克的氧化铁纳米颗粒。

2019年,美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员首次制造出了液体磁铁。研究人员使用3D打印技术制作出了一些铁磁流体液滴,每个液滴都含有数十亿粒长宽为20纳米的氧化铁纳米颗粒,接着将液滴滴入到油层中。研究人员用显微镜观察发现,氧化铁纳米颗粒在水油两种液体的界面处相互拥挤,部分氧化铁颗粒充当薄膜屏障,其余的被封闭在里面,形成了球体、圆柱体等各种固定的形状。

为什么这些液滴具有固定的形状,而不是自由流动呢?原来这些颗粒本身具有磁性。研究人员在液体中放入一个磁性线圈,氧化铁纳米颗粒都争先恐后地奔向磁性线圈的“怀抱”,接着,研究人员移除了磁性线圈,结果纳米颗粒们又开始围绕着彼此旋转并慢慢恢复了原来的形状。并且,纳米颗粒也能吸引周边的液体,研究人员在反应体系中加入了一些红色染料,十几秒后,纳米颗粒的周围出现了红色的包围圈。

如果我们将这些氧化铁纳米颗粒注入血管中,它们是不是也能聚集在一起,堵住血管缺口呢?答案是肯定的,美国麻省理工学院的物理学家约纳森·泰克莱布在人造血管和大鼠体内验证了这一点。泰克莱布将氧化铁纳米颗粒注入到人造血管中,接着切破了血管,观察了纳米颗粒的变化。泰克莱布发现,在外加磁场的作用下,人造血管中的纳米颗粒会连接成条状,这些链条会聚集在血管破裂处,堵塞血管并减慢出血速度。与未注射纳米颗粒的血管相比,实验组人造血管的平均失血率降低了五倍。在大鼠实验中,大腿股静脉被切断的大鼠使用磁铁“绷带”后,比血流不止的大鼠存活时间更长。

也许你会想,我们已经有止血药物和绷带等医学用品了,为什么还要用磁铁“绷带”呢?其实,血液之所以能很快凝结,是因为血液中具有血小板,它能在血管破裂处聚集,堵住破裂口,并释放一些收缩血管的物质。但是,当病人患有白血病和血小板减少症等血液性疾病时,仅仅使用加压包扎等方法并不能有效止血。这时候,补充外源的凝血因子,比如氧化铁纳米颗粒,然后使用磁铁“绷带”就可以成功止血啦。而且不用担心向血液中注入颗粒物会影响健康,事实上,铁原子是血液中血红蛋白的重要成分,而铁元素也是我们日常需要补充的矿物质之一。

不久的未来,氧化铁注射和带磁铁的手套也许就会成为医护人员百宝箱中的一种新型绷带了。

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