浙大王立教授和俞豪杰副教授团队《Adv. Healthc. Mater.》：用于胃穿孔和创伤性气胸快速封闭的高强丝素蛋白基粘合剂

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水凝胶粘合剂在止血、伤口愈合、组织修复等生物医学领域有广泛的应用。水凝胶粘合剂和组织之间的有效粘附对伤口封闭及其愈合过程有重要影响，然而伤口表面血液或组织液的存在会降低有效粘附面积，同时也会在伤口表面形成水化层阻碍粘附界面的形成从而导致粘附力下降甚至脱落。目前商用的氰基丙烯酸酯基粘合剂虽然可以在水存在的情况下发生聚合反应并形成粘附，但是其聚合过程会放热，同时它们固化后会变硬，限制了其应用范围。基于琥珀酰亚胺(NHS)封端的多臂聚乙二醇预聚物和三赖氨酸胺体系的ReSure^®粘合剂可以在30秒内粘附于组织表面，但是ReSure^®粘合剂多用于密封没有主动渗漏的伤口，而且它的粘附时间不够理想。高强柔韧稳定的湿面粘合剂将会在生物医学等领域有重要应用。

高强柔韧稳定的湿面水凝胶粘合剂需要具备坚韧的本体强度和牢固的界面粘附力。近日，浙江大学王立教授和俞豪杰副教授团队通过将丝素蛋白添加到聚丙烯酸网络中制得了具有优异本体强度和界面粘附力的水凝胶粘合剂（图1）。丝素蛋白在酸性条件下会发生一定程度的β折叠而在网络中提供额外的物理交联点，从而增强水凝胶的本体强度；同时丝素蛋白中含有大量的官能团，可以通过氢键作用、静电力以及链缠结等方式增强界面粘附力。丝素蛋白基水凝胶本体的高强度可以避免粘合剂在外力条件下发生破裂；同时水凝胶与基底之间强的相互作用可以保证水凝胶粘附的稳定性。所得丝素蛋白基水凝胶PSA-2的最大粘附强度可达1440 J m^-2（图2）。

图1 PSA的制备及粘附机理示意图。

图2 （a）力学性能、（b）PSA可以弯曲及（c）折成复杂形状、（d）粘附性能、（e）不同粘附时间的粘附强度、（f）对于不同组织的粘附强度、（g）拉伸过程中的应变变化、（h）1.5 cm宽的PSA可以承受1 kg砝码的剥离。

动物实验表明，PSA-2可以稳定地粘附在大鼠皮肤上并对大鼠全层皮肤伤口的促愈合效果明显。相对于缝合及空白组，PSA-2处理的大鼠伤口在第六天基本痊愈（图3）。同时在大鼠的肝出血和腹主动脉出血模型中，PSA-2也表现出很好的湿表面粘附性能和止血效果（图4）。

图3 （a）和（b）PSA可以快速粘附于大鼠伤口表面，在（c）第一天、（d）第三天（e）第六天、（f）第十天的皮肤愈合图片、（g）和（f）分别是实验组和对照组放大图。

图4 PSA-2在（a）大鼠肝出血以及（b）腹主动脉出血的止血应用

进一步研究了PSA-2在大鼠胃穿孔治疗方面的应用，发现其可以快速粘附于含胃酸的伤口湿表面，一周后胃部伤口愈合，恢复良好（图5 a-c）。在对兔子创伤性气胸的治疗过程中（图5 d-i），PSA-2可以实现快速止血和粘附，并形成稳定的粘附界面，半个月后兔子肺部恢复良好，未见与正常组织明显差异。这些结果表明，丝素蛋白的引入可以有效增强水凝胶的本体强度和界面粘附性能，在止血、伤口愈合、组织修复等方面有很好的应用前景。

图5 PSA-2在大鼠胃穿孔（a-c）及兔子创伤性气胸（d-i）治疗方面的应用。

以上成果近期发表在Advanced Healthcare Materials上，论文题为“Instant and tough adhesives for rapid gastric perforation and traumatic pneumothorax sealing”。浙江大学化学工程与生物工程学院2019级博士研究生刘小伟和浙江大学医学院附属第一医院杨英博士为共同第一作者，浙江大学化学工程与生物工程学院俞豪杰副教授为通讯作者。

论文信息：

Advanced healthcare Materials, 2022, 2201798

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adhm.202201798

DOI: 10.1002/adhm.202201798

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