天有不測風云,人有旦夕禍福。小災小病尚有,若是再倒霉些,皮膚甚至器官被利器劃傷,免不了需要縫合,影響美觀不說,還疼。如果有膠布一樣的材料,不管傷的多重,一貼就好,那才完美。組織粘合劑就是類似的這種膠布,常為液體或者凝膠,依賴于分子擴散形成弱相互作用力,但是與組織的匹配性不好,所需黏合時間很長;而且組織表面存在的水分子導致粘合效果不佳。

MIT趙選賀團隊再發(fā)《Nature》!首創(chuàng)人體雙面膠,5秒粘合傷口

貽貝等動物在濕潤環(huán)境下也能實現(xiàn)強力的黏附,因為它們能夠清除黏附界面的水分子。受此啟發(fā),麻省理工學院的趙選賀團隊制備了一種雙面膠DST,通過去除濕潤組織界面之間的水分子而形成強力黏附,相關論文以“Dry double-sided tape for adhesion of wet tissues and devices”為題,發(fā)表在《Nature》。

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DST有兩個組分,N-羥基丁二酰亞胺酯接枝的聚丙烯酸(PAAc-NHS ester)和明膠殼聚糖等生物可降解聚合物。帶負電的羧基促進DST的水合溶脹,去除界面水,使界面干燥;同時羧基能夠和組織表面形成氫鍵、靜電相互作用等;然后NHS基團能夠與組織上的伯胺形成共價鍵,形成穩(wěn)定的粘合。DST有良好的生物相容性和可調(diào)控的降解周期,且溶脹后的DST變成水凝膠材料,整合了高拉伸性和機械損耗,斷裂韌性大于1000 Jm-2。

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圖1 DST對濕潤組織及設備的干法交聯(lián)機制

 

通過機械性能測試發(fā)現(xiàn),手壓5 s內(nèi),DST就能在豬皮之間形成又韌又強的粘合,界面韌性大于710J m-2,剪切和拉伸強度大于120 kPa,顯著優(yōu)于其它組織粘合劑,且48 h后機械性能下降不到10%。而缺乏NHS基團的DST也有優(yōu)異的機械性能,但是隨著時間的推移,粘合性能下降顯著。進一步說明暫時的交聯(lián)和隨后的共價交聯(lián)是DST卓越粘合性能的關鍵。

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圖2 DST的粘合性能

 

隨后,作者測試了循環(huán)載荷下DST的粘合性能。黏附在豬心臟上的DST在模擬心臟跳動5000次后(30%拉伸應變)的界面韌性仍大于650 J m-2。對于其他濕潤組織(皮膚、小腸、胃、肌肉和肝臟等)以及工程塑料(PDMS、聚酰亞胺、聚氨酯等),DST也表現(xiàn)出優(yōu)異的界面韌性和剪切、拉伸強度。

對于體內(nèi)的動態(tài)表面,DST也能實現(xiàn)很好的粘合。作者通過DST將熱塑性樹脂聚氨酯TPU粘合在鼠心外膜表面,3天后,沒有發(fā)生脫落。而且體內(nèi)植入基于明膠的DST在兩周后明顯發(fā)生降解。

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圖3 DST的體內(nèi)粘合性能、生物相容性和生物可降解性

 

為了證明DST的潛在應用,作者使用離體豬模型進行的一系列研究證明結(jié)合可降解水凝膠的DST可將撕裂、漏氣的肺葉和氣管“補好”;甚至能夠?qū)⒋┛椎摹⒄谙蛲饴┧奈浮靶藓谩?,不再漏水。而且,DST還能夠讓藥物釋放到組織;在DST基材表面噴印導電油墨還可以制備應變傳感器,收集心臟跳動電信號??偠灾@種DST有著無限的應用潛力。

不同應用場景

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圖4 DST的潛在應用

 

據(jù)小編了解:2018年6月14日,麻省理工學院 (MIT) 趙選賀團隊首次提出打印可編程磁疇軟材料和軟機器,研究成果題為“Printing ferromagnetic domains for untethered fast-transforming soft materials”,以封面文章形式發(fā)表在Nature。時隔一年,趙選賀團隊研究成果“人體雙面膠”再發(fā)Nature。

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原文鏈接:

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1710-5

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0185-0

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