超分子交联用于贻贝启发的组织黏合

点击上方“蓝字” 一键订阅

稳定牢固的内聚网络对于合成具有持久黏性的医用黏合剂至关重要。目前，多数临床认可的黏合剂仅依靠单个共价反应性基元，建立起黏合界面与内聚网络。而近年来，研究者也采用包括半结晶嵌段共聚物或双网络水凝胶的策略，改善网络的内聚作用。相比而言，内聚作用与黏合作用对整体黏附的贡献研究较少，缺乏一种简便有效的设计策略。本文中，作者期望在黏附中研究内聚力与黏合力的相对贡献，改进材料设计，以得到具有临床上适当生物学特征的强黏合剂。

超分子材料在组织工程与再生医学等领域具有潜在的应用。在医用黏合剂领域，往往采用氢键、金属配位或主客体相互作用等动态相互作用。其中，脲基-4-吡啶酮（UPy）能够通过二聚形成四重氢键，在生物材料中能够作为超分子交联剂使用。而海洋中，贻贝能通过分泌的黏性蛋白稳固锚定于水下，该蛋白中富含L-3,4-二羟基苯丙氨酸（DOPA），其侧链的邻苯二酚能够介导在界面产生牢固的黏附。此外，邻苯二酚基黏合剂被NaIO₄氧化能够促进黏附。

邻苯二酚与UPy分别提供内聚力与黏合力，通过组织剪切黏合测试确定了其失效机理，从而能够了解每个共聚单体的影响。这一设计基于聚甲基丙烯酸酯（PMA），其中UPy-MA为超分子交联剂，而多巴胺甲基丙烯酸酯（DMA）具有组织黏附特征（图1）。作者引入了含有不同低聚乙二醇（OEG）长度的亲水性单体或不同烷基长度的疏水性单体，探究共聚单体的影响。

图1 本文的分子设计与内聚/黏附力形成的机理

制备得到的黏合剂通过邻苯二酚特有的Arnow染料反应以探究失能模式。Arnow染料残留红色即表明内聚破坏，反之则为黏附破坏。由此，通过优化配比能改善材料的内聚作用，对其进行改性，

作者首先以UPy-MA,DMA分别与疏水性的甲基丙烯酸丁酯(Bu-MA)和亲水性的OEG₉-MA进行初步研究。Bu-MA聚合物在测试前失效，表明邻苯二酚无法与纯疏水聚合物配合实现黏附。而OEG₉-MA在去离子水中逐渐崩解，够得到16.6±7.5 kPa 的黏合强度，同时内聚被破坏。上述结果表明，同时引入疏水与亲水的共聚单体，能够在促进邻苯二酚与组织反应的同时，将UPy与水隔离，能够有效改善本体性能。相分离形态的形成对于提到黏附性能至关重要。对不同共聚单体结构的筛选，优化得到最优共聚单体的组成。只含有单一作用力（内聚力/黏合力）的材料的黏合测试表明，两者的存在都是高黏合强度所必须的，起到正交的作用。由此，作者得到了黏合强度较高的聚合物组成与配比。

对上述优化的聚合物进行进一步表征（图2），发现其在PBS缓冲液中具有快速的平衡溶胀，在干燥与溶胀的样品中均体现出交联弹性体的典型特征。溶胀未显著影响材料的弹性模量，证明了UPy交联的相分离形态连接的疏水相在溶胀状态下也能够提供拉伸强度，不过其作用强度与交联强度降低。而原子力显微镜表明溶胀后的材料体现出纳米相分离的特征，相之间相互连接，且重叠时其高度图像与力图不对齐。上述结果表明，有效的纳米相分离使其保持优异的弹性性能。

图2 聚合物黏合剂的溶胀动力学、机械性能与形态

除了优异的黏附性能外，该黏合剂能够抵抗较大的破裂压力，从而可以应用于封闭医源性缺陷，例如肠蠕动或孕期的羊膜囊。在PCL背衬与NaIO₄处理后，该材料能够抵抗107.8±19.2 mmHg的爆破压力。仅采取邻苯二酚的自氧化作用，不外加NaIO4下，也可产生足以应用于多种外科手术中的爆破压力（≤20 mmHg），使得该材料具有临床转化的强大潜力。此外，基于邻苯二酚的黏合聚合物具有优异的生物相容性。

综上，作者提出了以超分子交联下贻贝启发的组织黏合剂的设计策略，通过亲疏水共聚单体的迭代和调节，能够提供极大的黏合强度；而超分子交联能够改善其内聚强度。这一策略具有极大的可扩展性，期望利用其他超分子化学技术提高其适应性。

该篇文章以“Supramolecular Cross-Links in Mussel-Inspired Tissue Adhesives”为题发表在ACS Macro Letters上。本文的通讯作者是加利福尼亚大学伯克利分校Phillip B. Messersmith教授。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.0c00520 

相关进展

西南交大鲁雄教授团队《Nano-Micro Letters》：受贻贝启发的导电聚合物纳米颗粒制备及其在粘附水凝胶生物电子中的应用

免责声明：部分资料来源于网络，转载的目的在于传递更多信息及分享，并不意味着赞同其观点或证实其真实性，也不构成其他建议。仅提供交流平台，不为其版权负责。如涉及侵权，请联系我们及时修改或删除。邮箱：[e-mail]

诚邀投稿

欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至[e-mail]，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。

欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。

申请入群，请先加审核微信号PolymerChina （或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。

点

这里“阅读原文”，查看更多