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科學前沿——可用于各種潮濕表面的韌性粘合劑
來源:http://science.sciencemag.org/content/357/6349/378 | 作者:hzyahuicom | 發布時間: 819天前 | 1650 次瀏覽 | 分享到:

具有強力粘合生物組織功能的粘合劑在醫學中具有廣泛的應用價值,包括組織修復,藥物遞送,傷口敷料,和生物醫用裝置。但是,現有的組織粘合劑的性能還差強人意。氰基丙烯酸酯是一類最強力的組織粘合劑,但具有一定的細胞毒性,且和潮濕的表面不相容。氰基丙烯酸酯暴露于水中后,會立即固化,形成不能適應組織動力學運動的剛性塑料。納米顆粒和貽貝誘導的粘合劑主要依賴的是較弱的物理相互作用,組織粘附能力較弱。商品化得粘合劑,如纖維蛋白膠,聚乙二醇類粘合劑,可以與組織形成共價鍵。但是這些粘合劑基質韌性和粘附能在10Jm-2數量級。這些脆性粘合劑也會由于基質內聚破壞易于脫落。因此開發適用于潮濕和動態表面(包括生物組織)的韌性粘合劑仍然是醫用粘合劑面臨的一大挑戰。

實現高粘附能需要兩種效果的協同作用。首先,粘合劑應與基材形成牢固的結合。第二,粘合劑或基材(或兩者)之間的材料應通過滯后消耗能量。哈佛大學D. J. Mooney研究小組報道了一系列滿足以上要求用于生物應用的韌性粘合劑。該韌性粘合劑設計靈感來自一種強力粘附在濕潤表面上的陸生腹足動物軟體動物蛞蝓分泌的防御性粘液。這種俗稱鼻涕蟲的軟體動物能分泌一種防御性粘液,使捕食者難以將其從附著物(如樹葉)上抓走。這種蛞蝓粘合劑由具有互穿正電荷蛋白質的韌性基質組成。設計的韌性粘合劑由兩層組成:(i)含有互穿正電聚合物的粘合劑表面,(ii)耗散基質。粘合劑表面可以通過靜電相互作用、共價鍵和物理相互作用結合到基底上,而基體通過變形時滯后而消耗能量。這兩層結構相互協同作用,能夠使其在潮濕表面有更高的粘合性。
                          

該韌性粘合劑粘合作用發生在幾分鐘內,且和血液暴露無關。該粘合劑能與身體動態運動相容。這種韌性粘合劑粘性強、無毒性,可粘附于濕滑表面,能有效地封合術后傷口研究人員使用豬的各種組織對該粘合劑進行了實驗,結果表明,其可與豬皮、軟骨、心臟、動脈和肝臟強力粘合,而且對人的細胞無毒。

 

為進一步檢驗粘合劑的效果,研究人員嘗試用其封合豬心內的缺損。由于血液的存在,這在過去是無法做到的,但新型粘合劑很好地完成了這一任務。他們在最新一期《科學》雜志上發表論文指出,這種粘合劑與心臟的粘合良好,且在心臟舒張時(這時會對粘合劑施加100%的張力)也不會產生滲漏。而在大鼠體內做模仿急診手術和突發性失血實驗時,新型粘合劑的性能堪比許多外科手術中用來止血的止血鉗。

這種高性能粘合材料在醫療領域有許多潛在應用。研究人員指出,它既可作為貼片用于組織表面,也可作為注射溶液用于治療體內更深層的損傷,還可用于將醫療設備(如心臟起搏器)連接到目標組織,將來甚至可以與其他技術結合,制造出粘性軟體機器人或新的藥物遞送工具。

J. Li, A. D. Celiz, J. Yang, et al. Tough adhesives for diverse wet surfaces [J]. Science, 2017, 6349(357): 378-381. DOI: 10.1126/science.aah6362

  
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