鑽石舞台

隨着科技的飛速發展，人們對創面的閉合提出了更高的要求。目前創面主要是通過侵入性的縫合和釘合實現的，這種方式不僅密封不完全還會對組織造成二次傷害，而組織粘合劑的出現使得高效的組織粘合成為可能。現有的組織密封劑一般被分為天然粘合劑和合成粘合劑。合成粘合劑的粘合強度雖然較高，但其生物相容性較差。與之相反，天然粘合劑雖然生物相容性較好，但粘合強度較低，因此均無法很好的滿足使用的需求，故而開發同時具有良好生物相容性和粘合強度的組織粘合劑具有重要的意義。

Bioinspired Injectable Self‑Healing Hydrogel Sealant with Fault‑Tolerant and Repeated Thermo‑Responsive Adhesion for Sutureless Post‑Wound‑Closure and Wound Healing

Yuqing Liang, Huiru Xu, Zhenlong Li, Aodi Zhangji, Baolin Guo*

Nano-Micro Letters (2022)14: 185

https://doi.org/10.1007/s40820-022-00928-z

1. 基於貽貝和褐藻的固着機制，通過動態鍵構築的雙仿生粘合劑表現出良好的自癒合性和較好的組織粘合強度。該水凝膠表現出的溫度響應性粘合特性使其可以實現容錯性操作和組織的反覆粘合。

2. 原兒茶醛和三價鐵離子的配位鍵不僅賦予凝膠網絡一定的強度，還使該粘合劑表現出良好的光熱抗菌特性。

3. 該水凝膠具有良好的抗氧化和止血效果，在組織密封和傷口癒合方面具有廣闊的應用前景。

為了進一步了解水凝膠網絡的形成，通過紅外和拉曼測試對凝膠網絡的化學結構進行初步分析(圖2)，結果表明凝膠網絡內部存在席夫鹼鍵、靜電作用及配位作用。此外，SEM圖片表明該凝膠網絡中出現了交織在層間的微纖維，這與貽貝足絲的微結構有一定的相似之處。該凝膠網絡還表現出依賴於交聯劑的溶脹和降解行為，表明其可調的網絡結構。

圖1. 仿生粘附水凝膠的製備及應用。

圖2. (a) 凝膠的壓縮和扭轉展示；凝膠的(b)紅外和(c)拉曼圖譜；(d)凝膠的SEM圖；凝膠的(e)溶脹和(f)降解特性；(g)凝膠的角頻率-模量曲線。

粘合劑的可注射及自癒合性對其使用方式及切口的重複閉合至關重要，且在外力破壞的情況下可延長材料的使用壽命。由於凝膠網絡的動態交聯作用及明膠的溫度響應性相變，該凝膠網絡表現出良好的宏觀和微觀自癒合性(圖3)。

圖3. (a) 凝膠的應變-模量曲線；(b) 凝膠的交替應變時間掃描；(c)凝膠的粘度隨剪切頻率的變化曲線；(d)凝膠的宏觀自癒合展示；凝膠癒合前後的(e)拉伸曲線及(f)斷裂強度；(g)凝膠的自癒合機制。

II 粘附性水凝膠的光熱抗菌及生物相容性評估

抗菌特性和生物相容性對組織的修復至關重要。由於PA與Fe³⁺的配位作用，該凝膠表現出良好的光熱抗菌特性(圖4a)。體外細胞和血液相容性測試表明該凝膠具有良好的細胞相容性和血液相容性(圖4e和f)。皮下埋植實驗結果表明該凝膠具有良好的長期生物相容性(圖4g)。

圖4. (a) 凝膠的光熱抗菌展示；(b)和(c)凝膠的光熱抗菌定量結果；(d)凝膠的自由基清除性能；凝膠的(e)溶血率及(f)細胞活性定量結果；(g)凝膠皮下埋植部位組織的H&E染色。

III 水凝膠的溫度響應性粘附

圖5. (a) 凝膠對豬皮粘合的搭接剪切測試曲線；(b)凝膠的豬皮粘合強度；(c)凝膠依賴於溫度的模量變化；(d)凝膠的模量在交變溫度下的變化；凝膠在室溫和生理溫度下的(e)豬皮粘合拉伸曲線及(f)強度；(g)凝膠在不同溫度下的粘附展示；(h)凝膠的溫度響應性粘附機制。

圖6. (a) 凝膠在不同表面的粘附展示；(b)凝膠的粘度隨溫度的變化；(c)凝膠對組織微表面的浸潤；凝膠對組織的重複粘合(d)拉伸曲線和(e)強度；(f)凝膠多次實現組織切口粘合的示意圖。

IV 水凝膠的止血效果及皮膚切口閉合性能評估

該凝膠表現出的良好組織粘合性、生物相容性及一定的生物活性，使其在組織粘合和止血方面具有良好的應用前景。在小鼠肝臟出血模型及兔子股靜脈出血模型中，該粘合劑能很好的與出血部位周圍的組織粘合，進而實現較好的止血效果(圖7)。此外，通過大鼠全皮層切口模型評估了該凝膠對皮膚切口的粘合性能，結果表明該凝膠能夠有效促進大鼠皮膚切口的閉合及癒合(圖8)。以上結果表明該粘附性水凝膠在組織密封和修複方面具有較好的應用前景。

圖7. (a)小鼠肝臟出血模型的構建；(b)不同條件下小鼠肝臟的出血量；(c)凝膠材料的爆破壓；(d)兔子股靜脈出血模型的構建；不同條件下兔子股靜脈的(e)出血量和(f)止血時間。

圖8. (a) 不同時間點大鼠皮膚切口的癒合情況；(b)癒合21天後皮膚組織的拉伸強度；(c)癒合不同時間的大鼠皮膚組織的H&E和馬松染色結果。