《金剛狼》中的“狼叔”具有極強(qiáng)的自愈合能力，每次受傷后都可以在極短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，是我們每個(gè)人都羨慕的超能力。但是在現(xiàn)實(shí)生活中，我們受到意外傷害之后，傷口都要借助縫合線(xiàn)與縫合釘才能愈合。然后縫合線(xiàn)與縫合釘?shù)氖褂貌粌H會(huì)給患者造成極大的痛苦，也會(huì)在傷口愈合后留下疤痕，給患者造成長(zhǎng)久的心理陰影。只需在傷口處輕輕一抹，即可以將傷口完美粘合的生物膠水不愧為理想之選。在去年《自然》雜志就報(bào)道了一種由趙選賀教授課題組開(kāi)發(fā)的能夠粘合濕潤(rùn)組織等濕潤(rùn)界面的“人體雙面膠”（解讀：MIT趙選賀團(tuán)隊(duì)再發(fā)《Nature》！首創(chuàng)人體雙面膠，5秒粘合傷口）。
日前，麻省理工學(xué)院的趙選賀教授研究團(tuán)隊(duì)在去年工作的基礎(chǔ)上，又開(kāi)發(fā)出一種基于氫鍵與動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵等超分子作用力，設(shè)計(jì)制備出超強(qiáng)生物膠水，該材料不僅可以在潮濕的組織表面瞬間發(fā)生強(qiáng)粘附作用，更重要的是，它還可以在特定的外界環(huán)境刺激下，實(shí)現(xiàn)按需脫粘附。相關(guān)論文以“Instant toughbioadhesivewithtriggerablebenign detachment”為題發(fā)表在《PNAS》
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高強(qiáng)，瞬間粘附生物膠水作用原理
傳統(tǒng)膠黏劑，在潮濕表面，由于水分子的潤(rùn)滑作用等原因，在界面上難以發(fā)生相互作用，粘附較為困難。然而在生物環(huán)境中，大多數(shù)界面為潮濕界面，也就限制了傳統(tǒng)膠粘劑的應(yīng)用。
為了解決上述問(wèn)題，趙選賀教授課題組提出了干態(tài)交聯(lián)機(jī)制，通過(guò)PVA與PAA雙網(wǎng)絡(luò)機(jī)制設(shè)計(jì)并制備的高吸濕性體系，敷料置于組織表面，可以瞬間（小于5 s）將表面的水分吸收，與此同時(shí)PAA中的羧酸基團(tuán)與組織表面的氨基與羧酸構(gòu)成氫鍵相互作用；隨后預(yù)先接枝于PAA側(cè)基的NHS基團(tuán)與組織表面的伯胺構(gòu)成酰胺鍵的共價(jià)連接。
在實(shí)驗(yàn)中，生物膠水在組織表面僅需短時(shí)施加較小的作用力（約5s，1KPa壓力）界面粘附力即可以達(dá)到400J m-2以上。而吸濕溶脹后的敷料也在組織表面形成一層高韌性抗拉伸水凝膠，其本身的斷裂伸長(zhǎng)率超過(guò)700%，斷裂韌性超過(guò)1,000J m-2。
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生物膠水的可控脫粘附
在無(wú)刺激響應(yīng)性的傳統(tǒng)敷料的移除過(guò)程中，非常容易對(duì)組織本身造成損傷，進(jìn)而引起炎癥反應(yīng)，延緩傷口的愈合過(guò)程。針對(duì)這一問(wèn)題趙選賀教授課題組，賦予生物膠水刺激響應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)可控分離。
為了實(shí)現(xiàn)可控分離，趙選賀教授課題組在生物膠水設(shè)計(jì)時(shí)，在體系中引入氫鍵超分子作用力和二硫鍵動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵兩種相互作用力。在生物膠水使用較短的時(shí)間內(nèi)（＜5 min）為氫鍵占主導(dǎo)作用，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，基于酰胺鍵的共價(jià)相互作用逐漸變?yōu)橹鲗?dǎo)。針對(duì)兩種相互作用力分別利用：碳酸氫鈉破壞氫鍵；谷胱甘肽破壞二硫鍵，實(shí)現(xiàn)生物膠水的可控分離。
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在實(shí)驗(yàn)中，該小組將谷胱甘肽和碳酸氫鈉的混合溶液噴在生物膠水處，大約5 min后生物膠水敷料即可以完整的從組織上剝離下來(lái)，且不會(huì)對(duì)組織造成任何損傷。在熒光微珠的定性測(cè)試中，我們可以看到，在添加解粘附溶液前后，熒光微珠的數(shù)量有顯著的下降；而在粘附強(qiáng)度的測(cè)試中，我們也可以發(fā)現(xiàn)，在滴加解粘附溶液之后，粘附強(qiáng)度由原來(lái)的400 J m-2以上，下降到40J m-2左右，有一個(gè)數(shù)量級(jí)的下降。
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生物膠水的潛在應(yīng)用場(chǎng)景
這種具有刺激響應(yīng)性可控分離的生物膠水，在不同的粘合時(shí)間尺度上都存在著潛在的應(yīng)用場(chǎng)景。
在較短的時(shí)間尺度上，這種生物膠水可以有效的糾正在組織中的錯(cuò)誤粘接與錯(cuò)配，且不會(huì)對(duì)組織造成任何的損傷，這種應(yīng)用在肺組織上得到了演示。
在較長(zhǎng)的時(shí)間尺度上，這種生物膠水，可以應(yīng)用于在臨床過(guò)程中需要在植入幾天或幾周后進(jìn)行后續(xù)拆除的醫(yī)療器械或局部藥物存放。在這種情況下，具有刺激響應(yīng)性的可控分離的高韌生物膠水也就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)組織損傷的可控分離。這種應(yīng)用在體外跳動(dòng)的豬心臟上也得到了驗(yàn)證。
在器件制備上，也實(shí)現(xiàn)了生物膠水的圖案化，通過(guò)構(gòu)筑溝槽，實(shí)現(xiàn)脫附液體的可控輸運(yùn)，在一端滴加脫附液體，整個(gè)界面即可浸潤(rùn)，進(jìn)而解決了生物膠水在狹窄處，無(wú)法直接滴加脫附液體的問(wèn)題。
小結(jié)
在文章中，趙選賀教授課題組協(xié)同利用干態(tài)交聯(lián)機(jī)制與化學(xué)鍵的可逆斷裂機(jī)制，制備了一種可瞬時(shí)粘結(jié)的高韌生物膠水，也實(shí)現(xiàn)了可控的脫粘附過(guò)程。他們也系統(tǒng)地研究了粘附與脫附過(guò)程的性能與機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，他們也將這種生物膠水應(yīng)用于肺組織與心臟組織之上。這項(xiàng)研究不僅制備了一種新型的生物膠水，也為未來(lái)開(kāi)發(fā)新型的潮濕環(huán)境的可逆膠膠水提供了新的思路。趙選賀教授對(duì)未來(lái)的展望中也提到，他們希望制備一種可以完全替代縫合線(xiàn)的生物膠水，讓外科醫(yī)生可以像透明膠帶那樣使用它，并且根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行粘貼，分離和重新粘貼。
原文鏈接：
https://www.pnas.org/content/early/2020/06/22/2006389117
參考資料：
