天有不测风云,人有旦夕祸福。小灾小病尚有,若是再倒霉些,皮肤甚至器官被利器划伤,免不了需要缝合,影响美观不说,还疼。如果有胶布一样的材料,不管伤的多重,一贴就好,那才完美。组织粘合剂就是类似的这种胶布,常为液体或者凝胶,依赖于分子扩散形成弱相互作用力,但是与组织的匹配性不好,所需黏合时间很长;而且组织表面存在的水分子导致粘合效果不佳。

MIT赵选贺团队再发《Nature》!首创人体双面胶,5秒粘合伤口

贻贝等动物在湿润环境下也能实现强力的黏附,因为它们能够清除黏附界面的水分子。受此启发,麻省理工学院的赵选贺团队制备了一种双面胶DST,通过去除湿润组织界面之间的水分子而形成强力黏附,相关论文以“Dry double-sided tape for adhesion of wet tissues and devices”为题,发表在《Nature》。

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DST有两个组分,N-羟基丁二酰亚胺酯接枝的聚丙烯酸(PAAc-NHS ester)和明胶壳聚糖等生物可降解聚合物。带负电的羧基促进DST的水合溶胀,去除界面水,使界面干燥;同时羧基能够和组织表面形成氢键、静电相互作用等;然后NHS基团能够与组织上的伯胺形成共价键,形成稳定的粘合。DST有良好的生物相容性和可调控的降解周期,且溶胀后的DST变成水凝胶材料,整合了高拉伸性和机械损耗,断裂韧性大于1000 Jm-2。

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图1 DST对湿润组织及设备的干法交联机制

 

通过机械性能测试发现,手压5 s内,DST就能在猪皮之间形成又韧又强的粘合,界面韧性大于710J m-2,剪切和拉伸强度大于120 kPa,显著优于其它组织粘合剂,且48 h后机械性能下降不到10%。而缺乏NHS基团的DST也有优异的机械性能,但是随着时间的推移,粘合性能下降显著。进一步说明暂时的交联和随后的共价交联是DST卓越粘合性能的关键。

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图2 DST的粘合性能

 

随后,作者测试了循环载荷下DST的粘合性能。黏附在猪心脏上的DST在模拟心脏跳动5000次后(30%拉伸应变)的界面韧性仍大于650 J m-2。对于其他湿润组织(皮肤、小肠、胃、肌肉和肝脏等)以及工程塑料(PDMS、聚酰亚胺、聚氨酯等),DST也表现出优异的界面韧性和剪切、拉伸强度。

对于体内的动态表面,DST也能实现很好的粘合。作者通过DST将热塑性树脂聚氨酯TPU粘合在鼠心外膜表面,3天后,没有发生脱落。而且体内植入基于明胶的DST在两周后明显发生降解。

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图3 DST的体内粘合性能、生物相容性和生物可降解性

 

为了证明DST的潜在应用,作者使用离体猪模型进行的一系列研究证明结合可降解水凝胶的DST可将撕裂、漏气的肺叶和气管“补好”;甚至能够将穿孔的、正在向外漏水的胃“修好”,不再漏水。而且,DST还能够让药物释放到组织;在DST基材表面喷印导电油墨还可以制备应变传感器,收集心脏跳动电信号。总而言之,这种DST有着无限的应用潜力。

不同应用场景

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图4 DST的潜在应用

 

据小编了解:2018年6月14日,麻省理工学院 (MIT) 赵选贺团队首次提出打印可编程磁畴软材料和软机器,研究成果题为“Printing ferromagnetic domains for untethered fast-transforming soft materials”,以封面文章形式发表在Nature。时隔一年,赵选贺团队研究成果“人体双面胶”再发Nature。

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原文链接:

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

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

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