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  與傳統(tǒng)的縫合線(xiàn)或縫合釘相比，使用粘合劑的方法能夠更有效地閉合創(chuàng)口，阻止血液和氣體的泄露。然而，現(xiàn)有的醫(yī)用粘合劑不能完全滿(mǎn)足術(shù)后要求，例如氰基丙烯酸酯類(lèi)粘合劑（與502膠水類(lèi)似）雖然粘接強(qiáng)度高，但是具有一定的細(xì)胞毒性且容易形成硬相區(qū)域；纖維蛋白類(lèi)粘合劑雖具有良好的生物相容性，但與組織粘附性弱，不適合用來(lái)封堵諸如心血管及肺部等需要承受一定壓力的區(qū)域。另一方面，粘合劑在植入人體后，應(yīng)隨傷口的愈合逐漸降解，避免二次手術(shù)。盡管需求明確，但目前仍缺乏同時(shí)具有強(qiáng)韌粘接和生物可降解的組織粘接材料。

  哈佛大學(xué)鎖志剛教授課題組與David Mooney教授提出適用于生物組織的濕表面粘接（Science 2017, 357 (6349), 378-381），實(shí)現(xiàn)了水凝膠與生物組織的強(qiáng)韌粘接。該方法以具有良好生物相容性的殼聚糖作為橋接網(wǎng)絡(luò)，成功將水凝膠與不同組織形成有效粘接。粘接能（>1000J/m²）遠(yuǎn)高于目前商用生物粘合劑（~10 J/m²），甚至能承受遠(yuǎn)高于血壓的爆破壓測(cè)試。

  基于此上研究，他們進(jìn)一步設(shè)計(jì)了強(qiáng)韌可降解的水凝膠作為敷料，使用上述粘接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)具有高強(qiáng)度和可降解性的水凝膠-生物組織粘接。

1.降解原理

  實(shí)現(xiàn)強(qiáng)韌粘接，需要具有良好的粘接層和強(qiáng)韌的敷料材料。研究人員使用強(qiáng)韌的聚丙烯酰胺-海藻酸鈉雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠作為敷料材料。如圖所示，使用鈣離子Ca²⁺作為海藻酸鈉交聯(lián)點(diǎn)，在體內(nèi)，由于體液中鹽分與Ca²⁺發(fā)生離子交換進(jìn)而使得海藻酸鈉網(wǎng)絡(luò)降解；使用二硫鍵作為聚丙烯酰胺的交聯(lián)點(diǎn)，由于二硫鍵-巰基交換作用使得聚丙烯酰胺網(wǎng)絡(luò)降解，人體本身的氨基酸具有巰基（如半胱氨酸）可作為降解材料。

2. 水凝膠本身的降解

  研究人員比較了傳統(tǒng)的不可降解韌性水凝膠（交聯(lián)劑為N-N’亞甲基雙丙烯酰胺（MBAA））和可降解韌性水凝膠（交聯(lián)劑為具有二硫鍵-巰基交換的N-N’雙（丙烯酰）胱胺（BACA）。在模擬體液的作用下，前者仍保持完整形態(tài)，而后者完全降解。研究人員進(jìn)一步研究了物理交聯(lián)點(diǎn)（離子交換）和化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)（二硫鍵-巰基交換）破壞對(duì)凝膠性能的影響。

3. 降解過(guò)程中的粘接性能變化

  隨著水凝膠的降解，其本體的斷裂韌性降低，導(dǎo)致粘接能隨時(shí)間逐漸降低。不同的溶液對(duì)于水凝膠的降解效果不同，引起的粘接性能變化也有所不同。

4. 組織粘接

  研究人員使用此凝膠實(shí)現(xiàn)了與不同生物組織的強(qiáng)韌粘接，且粘接能均超過(guò)200 J/m²。與軟骨組織粘接后能承受較大自由拉伸（λ>4），與肺部粘接后能承受超過(guò)160 mmHg的水壓。與組織粘接后實(shí)現(xiàn)了完全降解，在人體濃度氨基酸作用下，凝膠一個(gè)月后失去承載能力。該韌性可降解凝膠設(shè)計(jì)為生物組織修復(fù)提供了一種新材料和設(shè)計(jì)思路。

  該研究工作發(fā)表于ACS Applied Bio materials。西安交通大學(xué)航天航空學(xué)院碩士生楊航為第一作者，西安交通大學(xué)青年教師唐敬達(dá)與哈佛大學(xué)鎖志剛教授為論文共同通訊作者。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsabm.9b00103?from=timeline&isappinstalled=0