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科學(xué)前沿——可用于各種潮濕表面的韌性粘合劑
來(lái)源:http://science.sciencemag.org/content/357/6349/378 | 作者:hzyahuicom | 發(fā)布時(shí)間: 2513天前 | 5385 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(xué)中具有廣泛的應用價(jià)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(lèi)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(huì )立即固化,形成不能適應組織動(dòng)力學(xué)運動(dòng)的剛性塑料。納米顆粒和貽貝誘導的粘合劑主要依賴(lài)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(lèi)粘合劑,可以與組織形成共價(jià)鍵。但是這些粘合劑基質(zhì)韌性和粘附能在10Jm-2數量級。這些脆性粘合劑也會(huì )由于基質(zhì)內聚破壞易于脫落。因此開(kāi)發(fā)適用于潮濕和動(dòng)態(tài)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(shí)現高粘附能需要兩種效果的協(xié)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(guò)滯后消耗能量。哈佛大學(xué)D. J. Mooney研究小組報道了一系列滿(mǎn)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(lái)自一種強力粘附在濕潤表面上的陸生腹足動(dòng)物軟體動(dòng)物蛞蝓分泌的防御性粘液。這種俗稱(chēng)鼻涕蟲(chóng)的軟體動(dòng)物能分泌一種防御性粘液,使捕食者難以將其從附著(zhù)物(如樹(shù)葉)上抓走。這種蛞蝓粘合劑由具有互穿正電荷蛋白質(zhì)的韌性基質(zhì)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(zhì)。粘合劑表面可以通過(guò)靜電相互作用、共價(jià)鍵和物理相互作用結合到基底上,而基體通過(guò)變形時(shí)滯后而消耗能量。這兩層結構相互協(xié)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(fā)生在幾分鐘內,且和血液暴露無(wú)關(guān)。該粘合劑能與身體動(dòng)態(tài)運動(dòng)相容。這種韌性粘合劑粘性強、無(wú)毒性,可粘附于濕滑表面,能有效地封合術(shù)后傷口。研究人員使用豬的各種組織對該粘合劑進(jìn)行了實(shí)驗,結果表明,其可與豬皮、軟骨、心臟、動(dòng)脈和肝臟強力粘合,而且對人的細胞無(wú)毒。

 

為進(jìn)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(guò)去是無(wú)法做到的,但新型粘合劑很好地完成了這一任務(wù)。他們在最新一期《科學(xué)》雜志上發(fā)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(shí)(這時(shí)會(huì )對粘合劑施加100%的張力)也不會(huì )產(chǎn)生滲漏。而在大鼠體內做模仿急診手術(shù)和突發(fā)性失血實(shí)驗時(shí),新型粘合劑的性能堪比許多外科手術(shù)中用來(lái)止血的止血鉗。

這種高性能粘合材料在醫療領(lǐng)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(lái)甚至可以與其他技術(shù)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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